[发明专利]金属陶瓷闸片、碳陶制动盘的制备方法及摩擦副对偶

说明书

本发明提供金属陶瓷闸片、碳陶制动盘的制备方法及摩擦副对偶，闸片制备方法：将MAX相陶瓷粉末和强化粉末依次经过混合、压制、烧结、树脂浸渍、固化以及碳化处理，得到金属陶瓷坯体；将金属陶瓷坯体依次经过机加工、焊接，得到金属陶瓷闸片。制动盘制备方法：将炭纤维预制体依次进行前热处理、化学气相沉积处理、树脂浸渍、固化、碳化处理以及后热处理、一次机加工、熔融渗硅处理、二次机加工和组装，得到碳陶制动盘。摩擦副对偶包括上述制备方法得到的金属陶瓷闸片和碳陶制动盘。本发明的摩擦副对偶摩擦学匹配性好、摩擦系数低、制动平稳、抗磨性优良，满足时速400km及以上速度的高铁基础制动要求。

技术领域

本发明属于高铁基础制动装置领域，具体涉及金属陶瓷闸片、碳陶制动盘的制备方法及摩擦副对偶。

背景技术

高铁基础制动摩擦副对偶是高铁核心技术和关键零部件，由制动盘和闸片组成。制动时，闸片从制动盘的两侧夹紧制动盘产生摩擦制动，将动能转变成热能，使列车减速和刹停。因此列车制动时，特别是紧急制动时，摩擦副对偶要经受强烈的高温冲击和机械刹车的摩擦磨损。由于摩擦副对偶结构上的局限性，要提高摩擦副对偶的基础制动能力，现有只能从制动盘及闸片材料上不断寻找突破。

随着列车速度的不断提升，制动盘从最初的铸铁材料发展到铝基复合材料，再到锻钢、铸钢材料。闸片也从有机合成材料发展到铜基粉末冶金材料。目前高铁上主要采用铸钢制动盘和铜基粉末冶金闸片作为基础制动摩擦幅对偶。但随着高铁高速化、轻量化发展，时速400公里及以上更高速度的高铁需要制动效能更高的基础制动摩擦副对偶。

碳陶复合材料继承了碳-碳复合材料耐高温、高比强、高耐磨、低密度的优点，又具有优良的抗氧化性，且摩擦系数受潮湿环境的影响小，制作成本略高于粉末冶金材料，远低于碳-碳复合材料，已成为轻量化、高制动效能和全环境适用摩擦材料的一个重要研究方向，被认为是发展400km/h及以上更高速度的新一代高铁制动盘的首选材料。

现有已经出现碳陶制动盘，但碳陶制动盘还未实现产业化应用，这是因为闸片作为制动盘的摩擦对偶部件，与碳陶制动盘摩擦学匹配的对偶闸片是实现碳陶制动盘产业化应用的关键。现有闸片与碳陶制动盘的匹配性能不佳，与碳陶制动盘不具有好的摩擦学匹配性，耐磨性、摩擦系数以及制动平稳性都难以满足要求，具体的说，现有的闸片主要包括铜基粉末冶金闸片和碳陶闸片，其中铜基粉末冶金闸片是以铜为基体，加上增强组元、摩擦组元和减摩组元，用粉末冶金工艺制备而成的，主要适用于钢质制动盘，在与碳陶制动盘配对使用时，与碳陶制动盘不具有好的摩擦学匹配性，耐磨性差；碳陶闸片在与碳陶制动盘配对时，具有摩擦系数高、制动不平稳的问题。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供金属陶瓷闸片的制备方法，解决现有的闸片与碳陶制动盘不具有好的摩擦学匹配性，耐磨性、摩擦系数以及制动平稳性都难以满足要求的技术问题。

本发明提供的金属陶瓷闸片的制备方法，包括如下步骤：

将MAX相陶瓷粉末和强化粉末依次经过混合、压制和烧结，得到烧坯，所述强化粉末包括电解Cu粉、电解Ni粉和还原Fe粉；

将所述烧坯进行树脂浸渍碳化处理，具体处理过程包括：

以呋喃树脂为前驱体，在惰性气氛下，对烧坯进行浸渍处理，得到浸渍烧坯；

将所述浸渍烧坯以磷酸为固化剂进行固化处理，得到固化烧坯；

将所述固化烧坯进行碳化处理，得到金属陶瓷坯体；

将所述金属陶瓷坯体依次经过机加工、焊接，得到金属陶瓷闸片。

进一步的，所述MAX相陶瓷粉末、电解Cu粉、电解Ni粉、还原Fe粉的粒度控制在200目以细。

进一步的，所述混合具体包括：将MAX相陶瓷粉末、强化粉末与粘结剂按干式三维混料工艺进行混合，获得混合料；