一種銅基復(fù)合材料摩擦塊的連續(xù)氣壓燒結(jié)方法
【專(zhuān)利摘要】一種銅基復(fù)合材料摩擦塊的連續(xù)氣壓燒結(jié)方法，屬于列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)域。其特征在于：銅基復(fù)合材料摩擦塊由銅粉、鐵粉、鱗片石墨、二硫化鉬、氧化鋁、鉻鐵礦構(gòu)成，各成分均勻混合并冷壓成形后，采用連續(xù)燒結(jié)設(shè)備對(duì)素坯進(jìn)行燒結(jié)；燒結(jié)過(guò)程中采用氣壓燒結(jié)，爐腔內(nèi)氣體壓力0.5-3MPa，由氫氣和氮?dú)鈿夥栈旌蠘?gòu)成。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)鐘罩爐或熱壓爐間歇燒結(jié)導(dǎo)致的批次間樣品性能的波動(dòng)和差異性，避免了間歇燒結(jié)批次間重復(fù)加熱與降溫的能耗浪費(fèi)。本發(fā)明所制備材料具有各個(gè)方向上的密度均勻性和結(jié)構(gòu)連續(xù)性，有利于穩(wěn)定摩擦性能，吸聲降噪。產(chǎn)品性能優(yōu)于傳統(tǒng)燒結(jié)方法的產(chǎn)品性能，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)效率高，易于實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種銅基復(fù)合材料摩擦塊的連續(xù)氣壓燒結(jié)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高速列車(chē)銅基復(fù)合材料摩擦塊的制備工藝，屬于列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]銅基復(fù)合材料摩擦塊是高速列車(chē)盤(pán)形制動(dòng)裝置的關(guān)鍵部件，由銅基摩擦體與起強(qiáng)度支撐作用的鋼背連接而構(gòu)成，并通過(guò)具有特殊結(jié)構(gòu)的鋼連接件連接在裝配背板上組成完整剎車(chē)片。銅基摩擦體以銅粉為主體，并添加有合金粉、陶瓷粉、潤(rùn)滑粉體等多種摩擦調(diào)節(jié)成分,經(jīng)混合、成型、燒結(jié)三個(gè)主要工藝過(guò)程,制成為摩擦系數(shù)穩(wěn)定性高、導(dǎo)熱好、熱容高、耐高溫、耐雨雪的復(fù)合材料。
[0003]目前，銅基復(fù)合材料摩擦塊一般在鐘罩式燒結(jié)爐或熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，如專(zhuān)利201210082460.4，專(zhuān)利200910067243.6，專(zhuān)利201210001828.X等所述，樣品經(jīng)過(guò)冷壓成形后置入爐中，在燒結(jié)過(guò)程中對(duì)樣品進(jìn)行機(jī)械加壓。這種燒結(jié)方式，受到單爐裝件量限制，生產(chǎn)效率較低，重復(fù)升溫與降溫過(guò)程存在熱能的浪費(fèi)。機(jī)械加壓方式難以保證樣品在受力方向上密度均勻性，容易導(dǎo)致后期使用過(guò)程中內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生。也有部分摩擦材料，如專(zhuān)利200510110161.7所述，采用平敷粉體后，無(wú)壓燒結(jié)-軋制-燒結(jié)的方式，制備工藝復(fù)雜，且不適用于摩擦層較厚的摩擦材料。本發(fā)明使用連續(xù)燒結(jié)設(shè)備，該設(shè)備多用于銅片、銅漿和某些電子元件的處理過(guò)程，屬于根據(jù)不同產(chǎn)品工藝進(jìn)行定制的非標(biāo)設(shè)備。結(jié)合本發(fā)明要求的制備工藝，在設(shè)備溫度和氣體壓力調(diào)節(jié)穩(wěn)定后，即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷生產(chǎn)，大大提高了生產(chǎn)效率和熱能利用率。對(duì)于氣壓燒結(jié)方式，目前主要用于氮化硅陶瓷(專(zhuān)利201110120112.7等)、高耐磨Ti (C，N)基金屬陶瓷刀具(專(zhuān)利200810031706.9)、復(fù)合碳化物顆粒增強(qiáng)鎢基復(fù)合材料(專(zhuān)利02107639.1)等以陶瓷基和金屬陶瓷基為主的產(chǎn)品的制備。以上陶瓷材料的氣壓燒結(jié)為間歇式燒結(jié)，燒結(jié)壓力通常在20MPa以上，無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)燒結(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種高速列車(chē)用銅基復(fù)合材料摩擦塊的連續(xù)氣壓燒結(jié)制備工藝。通過(guò)連續(xù)燒結(jié)和氣壓燒結(jié)保證樣品質(zhì)量的穩(wěn)定性，并能得到密度均勻性高、摩擦性能穩(wěn)定、吸聲降噪的高質(zhì)量產(chǎn)品。
[0005]連續(xù)氣壓燒結(jié)包括以下制備工藝:
[0006]1.按用戶配方要求將銅粉、鐵粉、鱗片石墨、二硫化鑰、氧化鋁、鉻鐵礦按比例稱(chēng)量，其中銅與鐵兩者比例為2:1-6:1，各成分均勻混合并冷壓成形后，準(zhǔn)備進(jìn)行連續(xù)氣壓燒結(jié)。
[0007] 2.調(diào)節(jié)連續(xù)燒結(jié)設(shè)備的運(yùn)行速率為35-120mm/min，780-1200 V，保溫時(shí)間10_180min。
[0008]3.調(diào)節(jié)燒結(jié)過(guò)程中氣體壓力，爐腔內(nèi)氣體壓力0.5-3MPa,由氫氣和氮?dú)獍大w積比1:2-1:9的比例構(gòu)成。[0009]4.樣品隨傳動(dòng)裝置依次經(jīng)過(guò)預(yù)熱區(qū)、低溫區(qū)、高溫區(qū)、冷卻區(qū)，完成燒結(jié)過(guò)程，出爐后溫度< 40°C。
[0010]本發(fā)明的有益效果是，提供了一種生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量可靠的銅基復(fù)合材料摩擦塊制備工藝。摩擦塊成型后，可直接入爐連續(xù)燒結(jié)，無(wú)須受傳統(tǒng)制備工藝中單爐裝件量限制；克服了傳統(tǒng)間歇燒結(jié)導(dǎo)致的批次間樣品性能的波動(dòng)和差異性，避免了間歇燒結(jié)批次間重復(fù)加熱與降溫的能耗浪費(fèi)。氣壓燒結(jié)與傳統(tǒng)機(jī)械加壓燒結(jié)方式不同，所制備材料具有各個(gè)方向上的密度均勻性和結(jié)構(gòu)連續(xù)性，有利于穩(wěn)定摩擦系數(shù)，吸聲降噪。經(jīng)測(cè)試，樣品任意三點(diǎn)處密度差< ±0.02g/cm3。由于摩擦塊在列車(chē)制動(dòng)過(guò)程中承受著巨大的壓應(yīng)力、剪切應(yīng)力和熱應(yīng)力，屬于易耗部件，時(shí)速300Km/h高鐵制動(dòng)摩擦塊的更換周期在3個(gè)月左右。因此，本發(fā)明提供的制備工藝產(chǎn)品質(zhì)量好、性能穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高、成本低，可以滿足市場(chǎng)對(duì)于產(chǎn)品的巨大需求。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1對(duì)摩擦塊斷口進(jìn)行掃描電鏡觀察?；w成分均勻，具有均勻彌散分布的微觀結(jié)構(gòu)。
[0012]圖2不同條件下燒制的樣品從低速到高速的變化過(guò)程中，具有穩(wěn)定的摩擦系數(shù)。Samp I el-5分別對(duì)應(yīng)實(shí)施例1_5樣品的摩擦系數(shù)變化。
具體實(shí)施例
[0013]實(shí)施例1
[0014]按配方要求將銅粉、鐵粉、鱗片石墨、二硫化鑰、氧化鋁、鉻鐵礦按比例稱(chēng)量，其中銅與鐵兩者比例6:1。各成分均勻混合并冷壓成形后，準(zhǔn)備進(jìn)行連續(xù)氣壓燒結(jié)。調(diào)節(jié)連續(xù)燒結(jié)設(shè)備的運(yùn)行速率為35mm/min， 燒結(jié)溫度780°C，保溫時(shí)間180min。調(diào)節(jié)爐腔內(nèi)氣體壓力為
0.5MPa,由氫氣和氮?dú)獍大w積比1:2的比例構(gòu)成。按樣品與樣品之間橫向間距大小1.5倍于樣品橫截面積，縱向間距大小2倍于樣品橫截面積的方式擺放樣品與傳動(dòng)裝置上，樣品隨傳動(dòng)裝置入爐進(jìn)行燒結(jié)。依次經(jīng)過(guò)預(yù)熱區(qū)、低溫區(qū)、高溫區(qū)、冷卻區(qū)，完成燒結(jié)過(guò)程，出爐后溫度< 40°C。經(jīng)測(cè)試，樣品任意三點(diǎn)處密度為4.63g/cm3,4.65g/cm3, 4.65g/cm3，密度差
<±0.02g/cm3。
[0015]實(shí)施例2
[0016]按配方要求將銅粉、鐵粉、鱗片石墨、二硫化鑰、氧化鋁、鉻鐵礦按比例稱(chēng)量，其中銅與鐵兩者比例6:1。各成分均勻混合并冷壓成形后，準(zhǔn)備進(jìn)行連續(xù)氣壓燒結(jié)。調(diào)節(jié)連續(xù)燒結(jié)設(shè)備的運(yùn)行速率為45mm/min，燒結(jié)溫度890°C，保溫時(shí)間120min。調(diào)節(jié)爐腔內(nèi)氣體壓力為IMPa，由氫氣和氮?dú)獍大w積比1:4的比例構(gòu)成。按樣品與樣品之間橫向間距大小1.5倍于樣品橫截面積，縱向間距大小2倍于樣品橫截面積的方式擺放樣品與傳動(dòng)裝置上，樣品隨傳動(dòng)裝置入爐進(jìn)行燒結(jié)。依次經(jīng)過(guò)預(yù)熱區(qū)、低溫區(qū)、高溫區(qū)、冷卻區(qū)，完成燒結(jié)過(guò)程，出爐后溫度< 40°C。經(jīng)測(cè)試，樣品任意三點(diǎn)處密度為4.68g/cm3,4.67g/cm3, 4.69g/cm3，密度差
<±0.02g/cm3。
[0017]實(shí)施例3
[0018]按配方要求將銅粉、鐵粉、鱗片石墨、二硫化鑰、氧化鋁、鉻鐵礦按比例稱(chēng)量，其中銅與鐵兩者比例4:1。各成分均勻混合并冷壓成形后，準(zhǔn)備進(jìn)行連續(xù)氣壓燒結(jié)。調(diào)節(jié)連續(xù)燒結(jié)設(shè)備的運(yùn)行速率為80mm/min，燒結(jié)溫度960°C，保溫時(shí)間60min。調(diào)節(jié)爐腔內(nèi)氣體壓力為IMPa,由氫氣和氮?dú)獍大w積比1:5的比例構(gòu)成。按樣品與樣品之間橫向間距大小1.5倍于樣品橫截面積，縱向間距大小2倍于樣品橫截面積的方式擺放樣品與傳動(dòng)裝置上，樣品隨傳動(dòng)裝置入爐進(jìn)行燒結(jié)。依次經(jīng)過(guò)預(yù)熱區(qū)、低溫區(qū)、高溫區(qū)、冷卻區(qū)，完成燒結(jié)過(guò)程，出爐后溫度< 40°C。經(jīng)測(cè)試，樣品任意三點(diǎn)處密度為4.75g/cm3,4.77g/cm3, 4.75g/cm3，密度差
<±0.02g/cm3。
[0019]實(shí)施例4
[0020]按配方要求將銅粉、鐵粉、鱗片石墨、二硫化鑰、氧化鋁、鉻鐵礦按比例稱(chēng)量，其中銅與鐵兩者比例3:1。各成分均勻混合并冷壓成形后，準(zhǔn)備進(jìn)行連續(xù)氣壓燒結(jié)。調(diào)節(jié)連續(xù)燒結(jié)設(shè)備的運(yùn)行速率為100mm/min，燒結(jié)溫度1050°C，保溫時(shí)間30min。調(diào)節(jié)爐腔內(nèi)氣體壓力為2MPa，由氫氣和氮?dú)獍大w積比1:9的比例構(gòu)成。按樣品與樣品之間橫向間距大小1.5倍于樣品橫截面積，縱向間距大小2倍于樣品橫截面積的方式擺放樣品與傳動(dòng)裝置上，樣品隨傳動(dòng)裝置入爐進(jìn)行燒結(jié)。依次經(jīng)過(guò)預(yù)熱區(qū)、低溫區(qū)、高溫區(qū)、冷卻區(qū)，完成燒結(jié)過(guò)程，出爐后溫度< 40°C。經(jīng)測(cè)試，樣品任意三點(diǎn)處密度為4.78g/cm3,4.79g/cm3, 4.80g/cm3，密度差
<±0.02g/cm3。
[0021]實(shí)施例5
[0022]按配方要求將銅粉、鐵粉、鱗片石墨、二硫化鑰、氧化鋁、鉻鐵礦按比例稱(chēng)量，其中銅與鐵兩者比例2:1。各成分均勻混合并冷壓成形后，準(zhǔn)備進(jìn)行連續(xù)氣壓燒結(jié)。調(diào)節(jié)連續(xù)燒結(jié)設(shè)備的運(yùn)行速率為120mm/min，燒結(jié)溫度1200°C，保溫時(shí)間lOmin。調(diào)節(jié)爐腔內(nèi)氣體壓力為3MPa，由氫氣和氮?dú)獍大w積比1:9的比例構(gòu)成。按樣品與樣品之間橫向間距大小1.5倍于樣品橫截面積，縱向間距大小2倍于樣品橫截面積的方式擺放樣品與傳動(dòng)裝置上，樣品隨傳動(dòng)裝置入爐進(jìn)行燒結(jié)。依次經(jīng)過(guò)預(yù)熱區(qū)、低溫區(qū)、高溫區(qū)、冷卻區(qū)，完成燒結(jié)過(guò)程，出爐后溫度< 40°C。經(jīng)測(cè)試，樣品任意三點(diǎn)處密度為4.87g/cm3,4.89g/cm3, 4.88g/cm3，密度差<±0.02g/cm3。
【權(quán)利要求】
1.一種銅基復(fù)合材料摩擦塊的連續(xù)氣壓燒結(jié)方法，其特征在于銅基復(fù)合摩擦塊由銅粉、鐵粉、鱗片石墨、二硫化鑰、氧化鋁、鉻鐵礦構(gòu)成，其中銅與鐵兩者比例為2:1-6:1，各成分均勻混合并冷壓成形后，采用連續(xù)燒結(jié)設(shè)備對(duì)素坯進(jìn)行氣壓燒結(jié)；連續(xù)燒結(jié)設(shè)備的運(yùn)行速率為 35-120mm/min，燒結(jié)溫度 780-1200°C，保溫時(shí)間 10_180min。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅基復(fù)合材料摩擦塊的連續(xù)氣壓燒結(jié)方法，其特征在于燒結(jié)過(guò)程中采用氣壓燒結(jié)，爐腔內(nèi)氣體壓力0.5-3MPa，由氫氣和氮?dú)獍大w積比1:2-1:9的比例構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅基復(fù)合材料摩擦塊的連續(xù)氣壓燒結(jié)方法，其特征在于樣品隨傳動(dòng)裝置依次經(jīng)過(guò)預(yù)熱區(qū)、低溫區(qū)、高溫區(qū)、冷卻區(qū)，完成燒結(jié)過(guò)程，出爐后溫度<40°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的銅基復(fù)合材料摩擦塊的連續(xù)氣壓燒結(jié)方法，其特征在于燒結(jié)后樣品任意三處位置的密度差< ±0.02g/cm3。
【文檔編號(hào)】C22C1/05GK103468992SQ201310334681
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月2日
【發(fā)明者】燕青芝, 王曄 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)