周期桁架結(jié)構(gòu)陶瓷骨架增強(qiáng)輕金屬?gòu)?fù)合材料制動(dòng)盤的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及周期桁架結(jié)構(gòu)陶瓷骨架增強(qiáng)輕金屬?gòu)?fù)合材料制動(dòng)盤，屬于摩擦、制動(dòng)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代航天航空、高速鐵路、公路交通及風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域的快速發(fā)展，對(duì)摩擦離合及制動(dòng)系統(tǒng)的重量、安全、振動(dòng)和噪聲問(wèn)題越來(lái)越關(guān)注。特別是在高速重載工況下，在不影響摩擦離合及制動(dòng)性能的前提下，對(duì)摩擦離合及制動(dòng)系統(tǒng)減重、減震、降噪、安全、舒適、耐磨的要求越來(lái)越高。一些功能與結(jié)構(gòu)一體化的新型材料，因其顯著的減震、降噪、質(zhì)輕及卓越的摩擦、磨損性能吸引了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。
[0003]已有的鋼鐵材料制動(dòng)盤、碳/碳復(fù)合材料制動(dòng)盤、碳/陶復(fù)合材料制動(dòng)盤、陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料制動(dòng)盤、泡沫陶瓷增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料制動(dòng)盤及在金屬表面涂覆耐磨層以提高耐磨性的制動(dòng)盤，雖各有其優(yōu)缺點(diǎn)，但尋求一種整體性能良好的制動(dòng)盤仍然成為業(yè)內(nèi)研究的熱點(diǎn)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種周期桁架結(jié)構(gòu)陶瓷骨架增強(qiáng)輕金屬?gòu)?fù)合材料制動(dòng)盤，可滿足于包含但不局限于飛機(jī)、軌道交通車輛、公路交通車輛、船舶等運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備的摩擦、制動(dòng)需求。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案如下:
[0006]—種周期桁架結(jié)構(gòu)陶瓷骨架增強(qiáng)輕金屬?gòu)?fù)合材料制動(dòng)盤，其關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)在于，其包括金屬基體，所述金屬基體設(shè)有一個(gè)或兩個(gè)摩擦面層，所述摩擦面層為周期桁架結(jié)構(gòu)陶瓷骨架增強(qiáng)輕金屬?gòu)?fù)合材料摩擦面層。
[0007]作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)，選自任一如下結(jié)構(gòu):
[0008]A.所述金屬基體設(shè)有一個(gè)摩擦面層，所述金屬基體包括金屬盤以及設(shè)置于所述金屬盤一側(cè)的各種已知形狀的散熱筋，所述摩擦面層和所述散熱筋分別設(shè)置在所述金屬盤兩側(cè)；
[0009]B.所述金屬基體設(shè)有兩個(gè)摩擦面層，所述金屬基體包括金屬盤，所述兩個(gè)摩擦面層分別設(shè)置在所述金屬盤兩側(cè)，俗稱通體盤結(jié)構(gòu)制動(dòng)盤；
[0010]C.所述金屬基體設(shè)有兩個(gè)摩擦面層，所述金屬基體包括兩個(gè)金屬盤以及連接所述兩個(gè)金屬盤的連接體，所述兩個(gè)摩擦面層分別設(shè)置在所述金屬盤的外側(cè)，所述連接體為各種已知形狀的散熱筋，俗稱通風(fēng)盤結(jié)構(gòu)制動(dòng)盤。
[0011]作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)，摩擦面層開(kāi)設(shè)有通風(fēng)槽和/或通風(fēng)孔，所述通風(fēng)槽沿摩擦面層的徑向方向開(kāi)設(shè)，所述通風(fēng)槽在徑向方向?yàn)橹本€或是曲線形狀，所述通風(fēng)孔沿摩擦面層的軸向方向開(kāi)設(shè)，所述通風(fēng)孔為通孔和/或非通孔。
[0012]作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)，所述摩擦面層包括一塊或多塊平面布設(shè)的厚度為l~9mm的周期桁架結(jié)構(gòu)陶瓷骨架增強(qiáng)輕金屬?gòu)?fù)合材料。
[0013]作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)，所述周期桁架結(jié)構(gòu)陶瓷骨架增強(qiáng)輕金屬?gòu)?fù)合材料包括周期桁架結(jié)構(gòu)陶瓷骨架和與所述周期桁架結(jié)構(gòu)陶瓷骨架復(fù)合在一起的輕金屬，所述周期桁架結(jié)構(gòu)陶瓷骨架是由各種桁架結(jié)構(gòu)陶瓷單元的周期排列而成。所述各種桁架結(jié)構(gòu)陶瓷單元是截面積0.5-9 mm2、高0.5-3 mm的各種形狀的陶瓷柱、板、球、管、異形體等形成的疊層、八面體、立方、四面體、四棱錐、富勒烯及其他結(jié)構(gòu)的桁架單元。
[0014]作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)，所述周期桁架結(jié)構(gòu)陶瓷骨架占復(fù)合材料摩擦面層面積的5~60 %，輕金屬占制動(dòng)盤復(fù)合材料摩擦面層面積的95~40 %。
[0015]作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)，所述周期桁架結(jié)構(gòu)陶瓷骨架由選自碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、氧化物陶瓷和金屬陶瓷任一種或兩種以上的復(fù)相陶瓷、塞隆(Sialon)陶瓷制成。
[0016]作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)，所述周期桁架結(jié)構(gòu)陶瓷骨架增強(qiáng)輕金屬?gòu)?fù)合材料中的輕金屬包括鈦、鎂、鋁及其合金，以及添加其它材料增強(qiáng)的輕金屬及其合金。所述的添加其他材料增強(qiáng)的輕金屬及其合金選自添加石墨、納米碳管或各種陶瓷顆粒增強(qiáng)的輕金屬及其合金。
[0017]作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)，所述金屬基體的材質(zhì)可以是各種黑色金屬、輕金屬鈦、鎂、鋁及其合金，以及添加其它材料增強(qiáng)的輕金屬及其合金。所述的添加其他材料增強(qiáng)的輕金屬及其合金選自添加石墨、納米碳管或各種陶瓷顆粒增強(qiáng)的輕金屬及其合金。
[0018]作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)，通過(guò)以下任一種方法制備:
[0019]方法一:
[0020]將周期桁架結(jié)構(gòu)陶瓷骨架放入模具，添加加熱后的輕金屬，經(jīng)擠壓、模鍛、鑄造等工藝中之一種或多種一次成型完成。
[0021]方法二:
[0022]將周期桁架結(jié)構(gòu)陶瓷骨架和增強(qiáng)金屬基體用的金屬網(wǎng)格放入模具，添加加熱后的輕金屬，經(jīng)擠壓、模鍛、鑄造等工藝中之一種或多種一次成型完成。
[0023]方法三:
[0024]a.先將周期桁架結(jié)構(gòu)陶瓷骨架放入模具，添加加熱后的輕金屬，經(jīng)擠壓、模鍛、鑄造等工藝中之一種或多種制備成復(fù)合材料摩擦面層；
[0025]b.然后將加熱后的金屬基體材質(zhì)物料，放入模具中，經(jīng)擠壓、模鍛、鑄造等工藝中之一種或多種制備成金屬基體；
[0026]c.最后將復(fù)合材料摩擦面層和金屬基體通過(guò)鑲嵌、焊接、復(fù)合鑄造、鉚接等工藝中之一種或多種二次成型完成。
[0027]方法四:
[0028]a.先將周期桁架結(jié)構(gòu)陶瓷骨架放入模具，添加加熱后的輕金屬，經(jīng)擠壓、模鍛、鑄造等工藝中之一種或多種制備成復(fù)合材料摩擦面層；
[0029]b.將增強(qiáng)金屬基體用的金屬網(wǎng)格放入模具中，添加加熱后的金屬基體材質(zhì)物料，經(jīng)擠壓、模鍛、鑄造等工藝中之一種或多種制備成帶有金屬網(wǎng)格增強(qiáng)的金屬基體；
[0030]c.最后將復(fù)合材料摩擦面層和帶有金屬網(wǎng)格增強(qiáng)的金屬基體通過(guò)鑲嵌、焊接、復(fù)合鑄造、鉚接等工藝中之一種或多種二次成型完成。
[0031]所述的金屬網(wǎng)格選自邊框厚度0.5-3 mm、高度2~30 mm，每平方厘米有1~30個(gè)網(wǎng)格的網(wǎng)格狀金屬。
[0032]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所取得的有益效果如下:
[0033]1.本實(shí)用新型充分發(fā)揮工業(yè)陶瓷高硬度、高耐磨、耐高溫，輕金屬質(zhì)輕、減重、強(qiáng)度高、韌性好，及桁架結(jié)構(gòu)阻尼特性好的特點(diǎn)，通過(guò)適當(dāng)工藝，將工業(yè)陶瓷制備成周期桁架結(jié)構(gòu)陶瓷骨架，然后與輕金屬?gòu)?fù)合，制備成兼具兩者特性、阻尼特性又好的新型制動(dòng)盤。
[0034]2.本實(shí)用新型制動(dòng)盤的摩擦面層是由周期桁架結(jié)構(gòu)陶瓷骨架及與所述周期桁架結(jié)構(gòu)陶瓷骨架復(fù)合在一起的輕金屬或其合金復(fù)合而成。因周期桁架結(jié)構(gòu)陶瓷骨架素坯是經(jīng)注漿、3D打印等成形方式得到，所以燒結(jié)后的周期桁架結(jié)構(gòu)陶瓷骨架具有側(cè)壁光滑，便于澆鑄的液體金屬流動(dòng)、填充致密等優(yōu)點(diǎn)，適宜于各種擠壓、模鍛、鑄造工藝，且能降低復(fù)合材料的鑄造缺陷，提升成品率和綜合性能。
[0035]3.本實(shí)用新型涉及的復(fù)合材料制動(dòng)盤可將金屬的優(yōu)良塑性、強(qiáng)度與周期桁架結(jié)構(gòu)陶瓷骨架的耐高溫優(yōu)點(diǎn)、阻尼特性、承受動(dòng)靜載荷、抗摩擦磨損的能力結(jié)合起來(lái)，使其具有良好的抗熱衰退性和摩擦性能，能夠長(zhǎng)期承受很大的冷熱靜載荷和循環(huán)載荷，在航空航天、軌道及公路交通、機(jī)械等領(lǐng)域的摩擦離合、制動(dòng)具有很好的應(yīng)用前景。
[0036]4.本實(shí)用新型提供的制動(dòng)盤，與現(xiàn)有在用的合成閘片、粉末冶金閘片及其它如碳/碳閘片、碳/陶閘片等做成對(duì)偶進(jìn)行摩擦制動(dòng)時(shí)，摩擦系數(shù)穩(wěn)定在0.2