[发明专利]一种用于高速列车的碳陶制动闸片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制动闸片及其制备方法，特别涉及一种用于高速列车的碳陶制动闸片及其制备方法。

背景技术

随着我国列车向高速发展趋势的加强，其消耗性零部件—制动闸片的研制成为国产化的关键技术之一。高速列车制动时，其动能绝大部分转变为热能，使得制动闸片和制动盘摩擦表面的温度高达500℃以上，局部闪点温度可达1000℃。因此，对高速列车制动闸片的要求越来越高。

目前高速列车制动主要使用树脂合成闸片和粉末冶金闸片，其中树脂合成闸片由于材质导热系数低，树脂容易发生碳化导致闸片开裂和失效，因而闸片热稳定性差，寿命短。粉末冶金闸片在制动过程中其周边易产生掉边掉角现象，磨损量大，制动力不足，摩擦系数低，制动距离长，并且制动时闸片的偏磨现象突出。为解决闸片掉边掉角的问题，有研究者将粉末冶金闸片摩擦块侧面包上钢质薄板或者钢质网带形成摩擦块的包边，但是这种结构减少了摩擦块的摩擦面积，造成同等速度和制动压力下摩擦块单位面积上吸收的能量更大，导致摩擦表面温度更高，增大了闸片和制动盘的磨损。因此，制备出能适合高速列车制动系统应用的摩擦系数适中、热稳定性高、耐磨性好、制动平稳和寿命长的新型制动闸片是当前研究工作者的当务之急。

碳纤维增强碳基和碳化硅基复合材料，即C/C-SiC复合材料（以下简称碳陶复合材料），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“碳/碳-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）主要对以短切碳纤维、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，由于该方法采用短碳纤维为增强体，材料的力学性能较低，难以满足200Km/h及以上速度的高速列车的制动要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供摩擦系数适中、耐磨性好、制动平稳、环境适应性强，能满足时速达200Km/h以上的高速列车的制动要求的碳陶制动闸片及其制备方法，有效的解决了现有高速列车制动闸片存在的掉块、掉角、偏磨等问题。

本发明所述的一种用于高速列车的碳陶制动闸片，所述碳陶制动闸片由碳陶复合材料制成，所述碳陶复合材料以质量百分比计包括下述组分组成：

碳纤维：16-30%；

热解碳：20-36%；

碳化硅：28-46%；

二硅化钼：6-12%。

本发明所述的一种用于高速列车的碳陶制动闸片，所述碳陶制动闸片由碳陶复合材料制成，所述碳陶复合材料以质量百分比计包括下述组分组成：

碳纤维：16-30%；

热解碳：20-36%；

碳化硅：28-46%；

二硅化钼：6-12%；

单质硅：2-6%。

本发明所述的一种用于高速列车的碳陶制动闸片，所述碳陶制动闸片中碳陶复合材料的密度为1.8-2.4g/cm³；所述碳纤维以三维网状结构均匀分布于碳陶复合材料中。

本发明所述的一种用于高速列车的碳陶制动闸片的制备方法，包括下述步骤：

步骤一碳纤维毡的高温热处理

在保护气氛下，将密度为0.20-0.65g/cm³的碳纤维毡进行900-1600℃的高温热处理5小时以上；通过高温处理去除纤维束表面的有机胶，同时释放编织过程中产生的应力；

步骤二热梯度化学气相沉积渗碳处理

将高温热处理后的碳纤维毡放入气相沉积炉中，按碳源气体与稀释气体的摩尔比为1︰1-3持续通入碳源气体和稀释气体，并控制炉内气压为500-2000Pa，在900-1100℃进行热梯度化学气相沉积渗碳处理，直至得到密度为1.0-1.5g/cm³的C/C多孔体材料；

步骤三石墨化处理

在炉压为0.1-0.2Mpa的保护气氛下，将步骤二所得C/C多孔体材料加热至2000-2500℃，保温1-4小时，进行石墨化处理；

步骤四熔融浸渗Mo、Si