[发明专利]一种城市轨道车辆用炭陶制动闸瓦及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种轨道交通车辆配件，具体地说是一种用于城市轨道车辆制动闸瓦的炭纤维增强陶瓷基摩擦材料。

背景技术

随着近十年我国汽车工业的飞速发展，城市交通及城市道路的拥挤与不畅已成为城市规划和发展的主要矛盾。发展城市轨道交通(主要包括地铁、轻轨、磁悬浮和有轨电车等)，建立城际轨道网络，是当前解决城市公益交通，保证运输畅通的重要手段。截至2011年，已经有31个城市轨道交通规划获得批准，“十二五”期间城市轨道交通将要建成投运2500公里左右，年均500公里左右，到2020年末，全国建成总里程将达7000公里左右，总投资将会超过1万亿元。

制动闸瓦是城市轨道车辆运行过程中主要的消耗性零部件，以上海地铁为例，其地铁用制动闸瓦在2010年耗费近亿元。近年我国城市轨道交通所用车辆及其车用制动闸瓦基本上依靠进口产品配件维持运转，例如大部分轨道闸瓦仍由德国的克诺尔(KNORR)、法国的阿尔斯通(ALSTOM)等提供。

目前，在城市轨道交通车辆广泛应用的制动闸瓦，主要有高磷铸铁闸瓦、有机合成闸瓦和粉末冶金闸瓦。早期高磷铸铁闸瓦主要应用于普通非提速列车，由于高速制动时热负荷的增大和温度的升高，制动性能不稳定，并且制动功率低。有机合成闸瓦由树脂、橡胶、金属粉末和润滑材料等混合热压而成，比重轻，常温性能优越，在城市轨道车辆上得到普遍使用，但其主要缺点是热稳定性差，湿态条件下衰减大。粉末冶金闸瓦是由金属(Cu、Fe合金等)与非金属(SiO₂、石墨等)复合而成的摩擦材料，具有良好的耐磨性、抗粘性、导热性、使用负荷高和工作可靠等优点，在制动过程中其周边易产生掉边掉角现象，制动时闸瓦的偏磨现象突出。因此，尽快实现城市轨道交通车辆用制动闸瓦国产化，改变目前生产落后现状，满足国内市场需求，是当前从事摩擦材料研究工作者的重中之重。

炭纤维增强陶瓷基摩擦材料(炭陶摩擦材料，具体到本发明即C/C-SiC-Cu)具有摩擦系数高且稳定，耐磨性、磨合性和导热性优良，使用负荷高等一系列优异性能，尤其是在环境适应性强，在雨水、油、酸碱和结冰等恶劣气候条件下摩擦性能衰减少，是二十世纪末发展起来的新一代高性能制动材料。

本申请人前期申请的“炭/炭-碳化硅复合材料刹车闸瓦闸片的制造方法”发明专利(专利号：ZL200710035176.0)主要对以短切炭纤维、碳化硅粉、石墨粉、工业硅粉和粘结剂为原材料，采用温压-原位反应法工艺制备的C/C-SiC摩擦材料的制备方法申请了专利保护。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种具有更好的耐热性、耐磨损、摩擦系数适中、制动平稳、环境适应性强的城市轨道车辆用炭陶制动闸瓦。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种制造该城市轨道车辆用炭陶制动闸瓦的方法。

为解决上述第一个技术问题，本发明提供的城市轨道车辆用炭陶制动闸瓦，以连续炭纤维为增强纤维，热解炭和SiC陶瓷材料为基体材料，采用化学气相渗透法制得热解炭基体，采用定向熔硅浸渗法制得陶瓷基体，陶瓷基体的各组分重量比如下：

炭纤维：12-24％；

热解炭：16-32％；

碳化硅：18-46％；

硅铜化合物：6-19％；

钛化碳：1-3％；

单质铜：4-12％。

为解决上述第二个技术问题，本发明提供的制造城轨车辆用炭陶制动闸瓦的方法，包括以下工艺步骤：

(1)、针刺炭纤维整体毡：

将单层0°无纬布、胎网、90°无纬布、胎网依次循环叠加，然后采用带下倒钩刺的针对叠加的无纬布和网胎进行反复针刺制成炭纤维整体毡，其密度为0.40～0.60g/cm³之间；

(2)、高温热处理：

将制得的炭纤维整体毡在高温处理炉进行900～1600℃的高温热处理；

(3)、化学气相渗透：

将经过高温热处理后的炭纤维预制体进行化学气相渗透制得炭基体，得到密度为0.9～1.5g/cm³的低密度C/C多孔体材料；

(4)、石墨化处理：

将低密度C/C多孔体材料进行1800～2400℃的石墨化处理；

(5)、机加工：

将C/C多孔体材料按闸瓦尺寸加工，并且加工出与骨架铆接的沉孔；

(6)、熔渗剂配比：