本發(fā)明涉及一種組合式復(fù)合材料制動盤及制備方法和應(yīng)用；屬于特種制動盤開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

高速列車制動盤是制動裝置中最為關(guān)鍵的部件之一。隨著列車的提速和制動工況下運行條件的惡劣，巨大的制動熱負(fù)荷及熱沖擊會產(chǎn)生很大的溫度梯度，導(dǎo)致制動盤內(nèi)形成極大的熱應(yīng)力。因此，要求制動盤材料不僅具有穩(wěn)定、均勻的摩擦性能和較高的耐磨性能之外，還必須有較高的熱疲勞性能和導(dǎo)熱性能，低的彈性模量和熱膨脹系數(shù)，使得制動熱量能迅速逸散，以減少制動盤摩擦表面急冷急熱所形成的高熱應(yīng)力。最后，為減輕車輛簧下重量，制動盤材料需具有較低的密度。

目前，我國高速列車使用的制動盤主要采用鑄鐵及鍛鋼制動盤，該類材料在常溫和高溫下的力學(xué)性能、抗熱變形能力和熱穩(wěn)定性優(yōu)異，耐磨性和工藝性能較好，常與粉末冶金閘片組成摩擦副使用。但是，由于制動盤各部分的耐熱和耐磨性能均一致，反而使得疲勞和磨損量不一致，加快了熱裂紋出現(xiàn)機(jī)率和擴(kuò)展速度，大大降低了制動盤的使用壽命。而且，此類材料散熱效果不好，高密度限制了列車速度的進(jìn)一步提升，且導(dǎo)致列車運行能耗增加。因此，研制新型制動盤材料以改善制動盤性能、減輕列車重量、提高列車速度成為主要趨勢。

近年來，國內(nèi)外研究者相繼開發(fā)了碳/碳復(fù)合材料、鋁基復(fù)合材料、碳陶復(fù)合材料、雙金屬材料等制動盤新材料，但各類材料在使用過程中都存在性能的優(yōu)勢與不足。鋁基復(fù)合材料的導(dǎo)熱性好，能實現(xiàn)盤體快速冷卻，加入陶瓷顆粒，形成陶瓷增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料能夠減重，但其使用溫度低，最高使用溫度不高于400℃，超過這一溫度表面將出現(xiàn)劇烈磨損，磨損量高于鋼盤磨損量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明首次嘗試了梯度鋁基復(fù)合材料與碳陶復(fù)合材料互配后用做制動盤。

本發(fā)明一種組合式復(fù)合材料制動盤，所述組合式復(fù)合材料制動盤包括摩擦盤(1)和連接支撐盤(2)；所述摩擦盤(1)的材質(zhì)為碳陶復(fù)合材料，所述連接支撐盤(2)的材質(zhì)為梯度鋁基復(fù)合材料；所述梯度鋁基復(fù)合材料中含有sic，根據(jù)sic含量，將梯度鋁基復(fù)合材料分成e區(qū)域和f區(qū)域，所述e區(qū)域中任意一部位的sic含量大于f區(qū)域中任意一部位sic的含量；將摩擦盤(1)和連接支撐盤(2)組裝后，得到組合式復(fù)合材料制動盤；沿組合式復(fù)合材料制動盤厚度的方向，所述e區(qū)域到摩擦盤(1)的最小距離小于f區(qū)域到摩擦盤(1)的最小距離。

本發(fā)明一種組合式復(fù)合材料制動盤，所述連接支撐盤(2)由高碳化硅鋁基復(fù)合材料盤(2-1)和低碳化硅鋁基復(fù)合材料盤(2-2)構(gòu)成；所述高碳化硅鋁基復(fù)合材料盤(2-1)以質(zhì)量百分比計包括下述原料：

sic顆粒20～30wt％；

al-mg-si-zr-sc霧化粉50-60wt％；

余量為al粉和不可避免雜質(zhì)；

所述al-mg-si-zr-sc霧化粉以質(zhì)量百分比包括下述組分：

mg1-7wt％；

si25-30wt％；

zr0.3-1.0wt％；

sc0.25～1.0wt％；

余量為al；上述原料即為e區(qū)域的原料。

本發(fā)明一種組合式復(fù)合材料制動盤，所述低碳化硅鋁基復(fù)合材料盤(2-2)以質(zhì)量百分比計包括下述組分：

sic顆粒5～10wt％；

zn7.0-9.6wt％；優(yōu)選為7.0-9.0wt％；

mg1.5-3.5wt％；

cu2.0-3.0wt％；

zr0.15-0.35wt％；

sc0.15-0.4wt％；

余量為al粉和不可避免雜質(zhì)。上述組分即為f區(qū)域的的組分。

本發(fā)明一種組合式復(fù)合材料制動盤，連接支撐盤(2)與摩擦盤(1)通過鉚接構(gòu)成一體；鉚接后；沿所述組合式復(fù)合材料制動盤厚度方向，連接支撐盤(2)上的低碳化硅鋁基復(fù)合材料盤(2-2)到摩擦盤(1)的最小距離大于連接支撐盤(2)上的高碳化硅鋁基復(fù)合材料盤(2-1)到摩擦盤(1)的最小距離。

本發(fā)明一種組合式復(fù)合材料制動盤，所述組合式復(fù)合材料制動盤包括碳陶復(fù)合材料摩擦盤(1)和梯度鋁基復(fù)合材料連接支撐盤(2)；所述碳陶復(fù)合材料摩擦盤(1)包括b面和a面，所述a面為摩擦面，b面為非摩擦面；所述高碳化硅鋁基復(fù)合材料盤(2-1)和低碳化硅鋁基復(fù)合材料盤(2-2)通過熱壓構(gòu)成所述連接支撐盤(2)；將摩擦盤(1)和連接支撐盤(2)組裝后，沿組合式復(fù)合材料制動盤厚度的方向，所述高碳化硅鋁基復(fù)合材料盤(2-1)到b面的最小距離小于其到a面的最小距離。

本發(fā)明一種組合式復(fù)合材料制動盤，所述碳陶復(fù)合材料摩擦盤(1)包括n個摩擦盤沉孔(3)；

所述連接支撐盤(2)上設(shè)有n個位置與摩擦盤沉孔(3)相對應(yīng)的沉孔(4)，以及m個中孔(5)；所述沉孔(4)中孔(5)均貫穿高碳化硅鋁基復(fù)合材料盤(2-1)和低碳化硅鋁基復(fù)合材料盤(2-2)；

用鉚釘通過摩擦盤沉孔(3)以及相對應(yīng)的沉孔(4)將連接支撐盤(2)和摩擦盤(1)冷鉚接成一個整體；冷鉚接成一個整體后，鉚接力為0.7～1mpa；冷鉚接后，得到組合式復(fù)合材料制動盤，沿組合式復(fù)合材料制動盤厚度的方向高碳化硅鋁基復(fù)合材料盤(2-1)到b面的最小距離為-0.05mm～0.05mm。作為優(yōu)選，鉚接所用鉚釘為銅質(zhì)或鋼制鉚釘。

本發(fā)明一種組合式復(fù)合材料制動盤的制備方法：其方案為：

將連接支撐盤(2)與摩擦盤(1)組裝起來；得到所述組合式復(fù)合材料制動盤；所述摩擦盤(1)的材質(zhì)為碳陶復(fù)合材料；所述連接支撐盤(2)由高碳化硅鋁基復(fù)合材料盤(2-1)和低碳化硅鋁基復(fù)合材料盤(2-2)通過復(fù)合而成；

所述高碳化硅鋁基復(fù)合材料盤(2-1)以質(zhì)量百分比計包括下述原料：

sic顆粒20～30wt％；

al-mg-si-zr-sc霧化粉50-60wt％；

余量為al粉和不可避免雜質(zhì)；

所述al-mg-si-zr-sc霧化粉以質(zhì)量百分比包括下述組分：

mg1-7wt％；

si25-30wt％；

zr0.3-1.0wt％；

sc0.25～1.0wt％；

余量為al；

所述低碳化硅鋁基復(fù)合材料盤(2-2)以質(zhì)量百分比計包括下述組分：

sic顆粒5～10wt％；

zn7.0-9.6wt％、優(yōu)選為7.0-9.0wt％；

mg1.5-3.5wt％；

cu2.0-3.0wt％；

zr0.15-0.35wt％；

sc0.15-0.4wt％；

余量為al粉和不可避免雜質(zhì)。

作為優(yōu)選方案，本發(fā)明一種組合式復(fù)合材料制動盤的制備方法，制備連接支撐盤(2)包括下述步驟：

步驟ⅰ

按高碳化硅鋁基復(fù)合材料盤(2-1)的設(shè)計組分制備出高碳化硅鋁基復(fù)合材料；對所得高碳化硅鋁基復(fù)合材料進(jìn)行粗加工，得到高碳化硅鋁基復(fù)合材料盤粗坯；

按低碳化硅鋁基復(fù)合材料盤(2-2)的設(shè)計組分制備出低碳化硅鋁基復(fù)合材料；對所得低碳化硅鋁基復(fù)合材料進(jìn)行粗加工，得到低碳化硅鋁基復(fù)合材料盤粗坯；

步驟ⅱ

將高碳化硅鋁基復(fù)合材料盤粗坯與低碳化硅鋁基復(fù)合材料盤粗坯的待連接面打磨至表面粗糙度ra0.5～2.5μm，清洗、烘干；

步驟ⅲ

將步驟ⅱ處理后高碳化硅鋁基復(fù)合材料和低碳化硅鋁基復(fù)合材料的待連接面貼合并沿貼合面的垂直方向施加20～40mpa的壓力，熱壓，熱壓溫度為520～620℃，保溫時間為5～30分鐘，之后卸壓，空氣中自然冷卻，得到梯度鋁基復(fù)合材料連接件坯體；

步驟ⅳ

將步驟ⅱ的梯度鋁基復(fù)合材料連接件坯體機(jī)加工成圖紙設(shè)計的形狀和尺寸，以及沉孔(4)和中孔(5)；即得到由高碳化硅鋁基復(fù)合材料盤(2-1)和低碳化硅鋁基復(fù)合材料盤(2-2)組成的連接支撐盤(2)。

在工業(yè)化應(yīng)用時，步驟ⅱ中，將高碳化硅鋁基復(fù)合材料和低碳化硅鋁基復(fù)合材料的待連接面用砂紙打磨，使表面粗糙度ra0.5～2.5μm，然后用無水乙醇擦洗表面。

在工業(yè)化應(yīng)用時，步驟ⅲ中，可在空氣中進(jìn)行熱壓。

作為優(yōu)選方案，本發(fā)明一種組合式復(fù)合材料制動盤的制備方法，所述高碳化硅鋁基復(fù)合材料盤粗坯的制備方法包括下述步驟：

步驟一

按按設(shè)計組分配取sic粉、al-mg-si-zr-sc霧化粉、鋁粉，其中sic粉的粒度為10～20μm，al-mg-si-zr-sc霧化粉的粒度為50～150μm，鋁粉的粒度為50～150μm；

步驟二

將步驟一的原材料投入混料器中，混料2～4小時；

步驟三

將混合料冷壓成型，壓制壓力250～350mpa，壓制速度為5～8mm/min，保壓40～50秒，得到高碳化硅鋁基復(fù)合材料壓坯；

步驟四

將高碳化硅鋁基復(fù)合材料壓坯在真空爐中進(jìn)行燒結(jié)處理，燒結(jié)溫度為550～570℃，保溫時間為1～2小時，控制爐內(nèi)壓力小于等于0.1pa，然后隨爐冷卻至50℃以下出爐，得到高碳化硅鋁基復(fù)合材料燒結(jié)坯；

步驟五

對步驟四所得碳化硅鋁基復(fù)合材料燒結(jié)坯進(jìn)行熱壓或熱鍛造，控制熱擠壓或熱鍛造溫度為390～440℃，熱壓比為8～12：1，熱鍛造控制道次變形量為60-90％，得到變形件；

步驟六

變形件按設(shè)計尺寸進(jìn)行機(jī)加工得到高碳化硅鋁基復(fù)合材料盤粗坯。

作為優(yōu)選方案，本發(fā)明一種組合式復(fù)合材料制動盤的制備方法，所述低碳化硅鋁基復(fù)合材料盤粗坯的制備方法包括下述步驟：

步驟①

按設(shè)計組分配取sic顆粒、zn源、mg源、cu源、zr源、sc源、al，將al在熔煉爐內(nèi)熔化，然后將配取的zr源、sc源、cu源、al、sic顆粒置于熔融鋁中；在780～900℃攪拌均勻；然后降溫至650～760℃，加入配取的mg源和zn源，攪拌均勻，精煉、靜置澆鑄；得到鑄坯；

步驟②

對步驟①所得鑄坯進(jìn)行均勻化處理，得到均勻化處理后的鑄坯；所述均勻化處理的溫度為460～465℃、時間為36-48小時；

步驟③

對步驟②所得均勻化處理后的鑄坯進(jìn)行熱擠壓或熱鍛造，控制熱擠壓或熱鍛造溫度為390～440℃，熱擠壓比為8～12：1，熱鍛造控制道次變形量為60-90％，得到變形件；

步驟④

將變形件進(jìn)行固溶處理，固溶溫度為480～510℃，固溶時間1～3小時，之后出爐水淬或油淬至淬件的溫度為10～40℃；

步驟⑤

固溶處理后，立即進(jìn)行時效處理，控制時效溫度為120～130℃、時效時間為20～24小時；時效處理后，進(jìn)行粗加工，得到低碳化硅鋁基復(fù)合材料盤粗坯。

作為優(yōu)選方案，本發(fā)明一種組合式復(fù)合材料制動盤的制備方法，摩擦盤(1)的制備方法包括下述步驟：

步驟a

按炭布和炭氈質(zhì)量比7.5～9：3～1，將0°無緯炭布、炭纖維網(wǎng)胎、90°無緯炭布、炭纖維網(wǎng)胎依次逐層循環(huán)疊加后，采用接力式針刺的方法在垂直于鋪層方向引入炭纖維束制成密度為0.3～0.6g/cm³的2.5d炭纖維針刺整體氈；

步驟b

將步驟a所得炭纖維針刺整體氈固定后置于高溫爐中，在氬氣氣氛下，于1500～2100℃，進(jìn)行3～10小時的前高溫?zé)崽幚?，壓力為微正壓，得到前高溫?zé)崽幚砗蟮恼w氈；

步驟c

將步驟b所得前高溫?zé)崽幚砗蟮恼w氈進(jìn)行化學(xué)氣相沉積熱解碳處理，得到沉積均勻且密度為1.0～1.5g/cm³的低密度碳碳復(fù)合材料，化學(xué)氣相沉積的碳源氣體為甲烷、丙烯、天然氣中的至少一種，稀釋氣體為氮氣和/或氫氣，碳源氣體與稀釋氣體的體積比為1:1～3，沉積溫度為900～1050℃，沉積時間為100～300小時。

步驟d

在惰性保護(hù)氣氛下，于1800～2300℃，對步驟c所得的低密度碳碳復(fù)合材料進(jìn)行高溫石墨化處理，處理時間2～5小時，之后對各面進(jìn)行機(jī)加工成要求的外形及尺寸，厚度方向留出厚度為1mm的加工余量，并加工出與鋁基復(fù)合材料連接支撐盤連接的沉孔(3)；

步驟e

將步驟d得到的碳碳復(fù)合材料坯體放置于鋪滿硅粉的石墨坩堝中，硅粉粒度為0.01～0.1μm，純度不低于99％，硅粉的質(zhì)量為理論需要的硅粉的1.2～2.0倍，將碳碳復(fù)合材料坯體平放在硅粉上，再在高溫真空爐中于1500～1900℃進(jìn)行滲硅，處理時間為1～2小時，爐內(nèi)為負(fù)壓或是充入惰性氣體的微正壓，得到密度為1.8～2.5g/cm³的碳陶復(fù)合材料；

步驟f

將步驟e制得的碳陶復(fù)合材料預(yù)成品在磨床上將厚度面加工成產(chǎn)品要求的厚度尺寸，得到碳陶復(fù)合材料摩擦盤。

本發(fā)明一種組合式復(fù)合材料制動盤的應(yīng)用，包括將所述制動盤應(yīng)用于高速列車上。

原理和優(yōu)勢：

與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點與積極效果在于：

(1)本發(fā)明采用在碳碳復(fù)合材料內(nèi)熔滲硅的方法制備的碳陶復(fù)合材料，不僅具有較高的力學(xué)性能，且抗磨損性能和抗氧化性能均大幅提高，與鋼質(zhì)制動盤相比，以碳陶復(fù)合材料作為制動盤，不僅可實現(xiàn)列車的大幅度減重，而且碳陶復(fù)合材料制動盤的熱穩(wěn)定性高、無熱振動、耐磨損、可大幅延長制動盤的使用壽命。

(2)與鋼質(zhì)制動盤相比，本發(fā)明使用碳陶復(fù)合材料摩擦盤和梯度鋁基復(fù)合材料連接支撐盤組合的列車制動盤，不僅實現(xiàn)了列車的進(jìn)一步減重，碳陶復(fù)合材料摩擦盤和梯度結(jié)構(gòu)鋁基復(fù)合材料連接支撐盤的結(jié)合模式使得材料分布更為合理，制動盤的抗沖擊強(qiáng)度和蠕變抗力顯著提高，整個制動盤體內(nèi)溫度場的分布得以改善，降低制動時產(chǎn)生的熱應(yīng)力約20％～30％，制動時制動盤的損耗顯著減小，制動盤的壽命大幅延長，整體質(zhì)量相比鋼盤得以大幅的降低。

本發(fā)明的鋁基復(fù)合材料連接支撐盤采用梯度結(jié)構(gòu)，靠近碳陶摩擦盤一側(cè)選用高碳化硅、不含cu、高硅的鋁基復(fù)合材料，在剎車時對碳陶摩擦盤起到熱傳導(dǎo)和支撐作用?？拷Σ帘P的一端在剎車時所承受的溫度，遠(yuǎn)高于300℃，常規(guī)鋁合金在該溫度下，力學(xué)性能顯著降低，因此需要對靠近摩擦盤一段的材質(zhì)進(jìn)行重新設(shè)計。本發(fā)明中所設(shè)計的高碳化硅鋁基復(fù)合材料中添加了大量碳化硅和硅，未添加銅元素，經(jīng)各組分的協(xié)同作用，其力學(xué)性能和抗高溫蠕變性能遠(yuǎn)高于常規(guī)鋁合金。遠(yuǎn)離碳陶摩擦盤的一側(cè)選用低碳化硅的含高zn、mg、cu的超高強(qiáng)度鋁基復(fù)合材料，對高碳化硅鋁基復(fù)合材料盤起到了有效的支撐作用。將高碳化硅、高硅的鋁基復(fù)合材料和低碳化硅的超高強(qiáng)度鋁基復(fù)合材料通過熱壓連接，由于兩者為同類材料，因此連接界面的剪切強(qiáng)度較高，結(jié)合致密。與整體鋼盤相比，該類組合式復(fù)合材料制動盤在顯著減重和高導(dǎo)熱的同時，摩擦盤制動時帶來的高的熱量不會引起材料的顯著蠕變。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明新型組合式復(fù)合材料制動盤的原理示意圖；

附圖2a為實施例1制備的組合式復(fù)合材料制動盤的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖2b為附圖2a的縱向剖視圖；

附圖3為圖2a中碳陶復(fù)合材料摩擦盤整盤(1)的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖4a為圖2a中鋁基復(fù)合材料連接支撐盤(2)的結(jié)構(gòu)示意圖

附圖4b為圖4a的縱向剖視圖。

圖中，1為摩擦盤、2為連接支撐盤、3為摩擦盤上的摩擦盤沉孔、4為連接支撐盤上與3相對應(yīng)的沉孔、5為中孔；2-1為高碳化硅鋁基復(fù)合材料盤；2-2為低碳化硅鋁基復(fù)合材料盤；a為摩擦盤上的摩擦面、b為摩擦盤上的非摩擦面。

具體實施方式

下面結(jié)合本發(fā)明的附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明所記載技術(shù)方案中的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

參照圖2～4所示，這種組合式復(fù)合材料列車制動盤，制動盤體包括一個碳陶復(fù)合材料摩擦盤1和一個梯度鋁基復(fù)合材料連接支撐盤2；碳陶復(fù)合材料摩擦盤整盤1上包括了若干個栓孔3；梯度鋁基復(fù)合材料連接支撐盤2由高碳化硅鋁基復(fù)合材料盤2-1和低碳化硅鋁基復(fù)合材料盤2-2；在梯度鋁基復(fù)合材料連接支撐盤2上還包括若干個位置與碳陶復(fù)合材料摩擦盤1的沉孔3對應(yīng)的沉孔4，以及中孔5；用銅質(zhì)或鋼制鉚釘依次將碳陶復(fù)合材料摩擦盤1和梯度鋁基復(fù)合材料連接支撐盤2進(jìn)行冷鉚接連接成一體，鉚接力為0.7～1mpa，且碳陶復(fù)合材料摩擦盤1的非摩擦面b與高碳化硅鋁基復(fù)合材料盤2-1的盤面c對應(yīng)。使用時，本發(fā)明通過鋁基復(fù)合材料連接支撐盤2的中孔6與列車車輪轂相連，碳陶復(fù)合材料摩擦盤1的摩擦面a為工作面。當(dāng)制動盤的碳陶復(fù)合材料摩擦盤1經(jīng)剎車長時間制動導(dǎo)致厚度尺寸變小，按規(guī)定需要更換時，拆卸螺栓，更換摩擦盤即可繼續(xù)使用。

本實施例中，摩擦盤(1)的制備方法包括下述步驟：

步驟a

按炭布和炭氈質(zhì)量比4：1，將0°無緯炭布、炭纖維網(wǎng)胎、90°無緯炭布、炭纖維網(wǎng)胎依次逐層循環(huán)疊加后，采用接力式針刺的方法在垂直于鋪層方向引入炭纖維束制成密度為0.5g/cm³的2.5d炭纖維針刺整體氈；

步驟b

將步驟a所得炭纖維針刺整體氈固定后置于高溫爐中，在氬氣氣氛下，于1800℃，進(jìn)行10小時的前高溫?zé)崽幚?，壓力為微正壓，得到前高溫?zé)崽幚砗蟮恼w氈；

步驟c

將步驟b所得前高溫?zé)崽幚砗蟮恼w氈進(jìn)行化學(xué)氣相沉積熱解碳處理，得到沉積均勻且密度為1.2g/cm³的低密度碳碳復(fù)合材料，化學(xué)氣相沉積的碳源氣體為甲烷、丙烯、天然氣中的至少一種，稀釋氣體為氮氣和/或氫氣，碳源氣體與稀釋氣體的體積比為1:2，沉積溫度為1050℃，沉積時間為200小時。

步驟d

在惰性保護(hù)氣氛下，于2100℃，對步驟c所得的低密度碳碳復(fù)合材料進(jìn)行高溫石墨化處理，處理時間4小時，之后對各面進(jìn)行機(jī)加工成要求的外形及尺寸，厚度方向留出厚度為1mm的加工余量，并加工出與鋁基復(fù)合材料連接支撐盤連接的沉孔(3)；

步驟e

將步驟d得到的碳碳復(fù)合材料坯體放置于鋪滿硅粉的石墨坩堝中，硅粉粒度為0.05μm，純度不低于99％，硅粉的質(zhì)量為理論需要的硅粉的2倍，將碳碳復(fù)合材料坯體平放在硅粉上，再在高溫真空爐中于1800℃進(jìn)行滲硅，處理時間為2小時，爐內(nèi)為負(fù)壓或是充入惰性氣體的微正壓，得到密度為2.5g/cm³的碳陶復(fù)合材料；

步驟f

將步驟e制得的碳陶復(fù)合材料預(yù)成品在磨床上將厚度面加工成產(chǎn)品要求的厚度尺寸，得到碳陶復(fù)合材料摩擦盤。

本實施例中，高碳化硅鋁基復(fù)合材料盤(2-1)所需高碳化硅鋁基復(fù)合材料的制備方法為：

步驟①

按要求進(jìn)行配料，sic顆粒30wt％、al-mg-si-zr-sc霧化粉60wt％；

余量為al粉和不可避免雜質(zhì)；

其中sic粉的粒度為20μm，al-mg-si-zr-sc霧化粉的粒度為50μm，鋁粉的粒度為100μm；

步驟①中所述al-mg-si-zr-sc霧化粉以質(zhì)量百分比包括下述組分：

mg7wt％；

si30wt％；

zr1.0wt％；

sc1.0wt％；

余量為al。

步驟②

將步驟①的原材料投入混料器中，混料3小時。

步驟③

將混合料冷壓成型，壓制壓力300mpa，壓制速度為5mm/min，保壓40秒，得到高碳化硅鋁基復(fù)合材料壓坯。

步驟④

將高碳化硅鋁基復(fù)合材料壓坯在真空爐中進(jìn)行燒結(jié)處理，燒結(jié)溫度為560℃，保溫時間為1.5小時，控制爐內(nèi)壓力小于等于0.1pa，然后隨爐冷卻至50℃以下出爐，得到高碳化硅鋁基復(fù)合材料燒結(jié)坯。

步驟⑤

對步驟④所得碳化硅鋁基復(fù)合材料燒結(jié)坯進(jìn)行熱壓，控制熱擠壓或熱鍛造溫度為440℃，熱壓比為10：1，得到變形件；

步驟⑥

對所得高碳化硅鋁基復(fù)合材料變形件按設(shè)定尺寸進(jìn)行粗加工，得到備用高碳化硅鋁基復(fù)合材料。

本實施例中，低碳化硅鋁基復(fù)合材料盤(2-2)的材質(zhì)為低碳化硅鋁基復(fù)合材料；所述低碳化硅鋁基復(fù)合材料的制備方法包括下述步驟：

步驟一

按設(shè)計組分配取sic顆粒(粒度為10μm)、zn源、mg源、cu源、zr源、sc源、al、然后將配取的zr源、sc源、cu源、al、sic顆粒置于熔煉爐內(nèi)；在860℃攪拌均勻；然后降溫至720℃，加入配取的mg源和zn源，攪拌均勻，精煉、靜置澆鑄；得到鑄坯；

步驟二

對步驟一所得鑄坯進(jìn)行均勻化處理，得到均勻化處理后的鑄坯；所述均勻化處理的溫度為460～465℃；時間為4小時；

步驟三

對步驟二所得均勻化處理后的鑄坯進(jìn)行熱擠壓，控制熱擠壓的溫度為420℃，熱擠壓比為9：1，得到變形件；

步驟四

將變形件進(jìn)行固溶處理，固溶溫度為500℃，固溶時間1.5小時，之后出爐水淬或油淬至淬件的溫度為25℃；

步驟五

固溶處理后，立即進(jìn)行時效處理，控制時效溫度為120℃、時效時間為20小時，得到所述低碳化硅鋁基復(fù)合材料。

所得低碳化硅鋁基復(fù)合材料以質(zhì)量百分比計包括下述組分：

sic8.0wt％；

zn9.0wt％；

mg2.5wt％；

cu2.5wt％；

zr0.25wt％；

sc0.30wt％；

余量為al和不可避免雜質(zhì)。

所用zr源為al-zr中間合金；sc源為al-sc中間合金；cu源al-cu中間合金。所述zn源為純zn錠，所述mg源為純mg錠。

將步驟五和步驟④所得產(chǎn)品，通過下述步驟，得到連接支撐盤(2)：

步驟ⅰ

將高碳化硅鋁基復(fù)合材料和低碳化硅鋁基復(fù)合材料的待連接面用砂紙打磨，使表面粗糙度ra1.0μm，然后用無水乙醇擦洗表面；

步驟ⅱ

將步驟ⅰ的高碳化硅鋁基復(fù)合材料和低碳化硅鋁基復(fù)合材料的待連接面貼合并沿貼合面的垂直方向施加40mpa的壓力，在空氣中進(jìn)行熱壓，熱壓溫度為580℃，保溫時間為5分鐘，之后卸壓，自然冷卻，得到梯度鋁基復(fù)合材料連接件坯體；

步驟ⅲ

將步驟ⅱ的梯度鋁基復(fù)合材料連接件坯體機(jī)加工成圖紙設(shè)計的形狀和尺寸，并加工中孔，以及與碳陶復(fù)合材料摩擦盤連接的沉孔，在磨床上將各面進(jìn)行打磨，得到由高碳化硅鋁基復(fù)合材料盤(2-1)和低碳化硅鋁基復(fù)合材料盤(2-2)組成的連接支撐盤(2)。

將步驟ⅲ所得連接支撐盤(2)與碳陶復(fù)合材料摩擦盤通過鋼質(zhì)鉚釘鉚接；得到制動盤；所述制動盤各部分的的性能檢測如表1所示。不同制動速度下，本發(fā)明制動盤的摩擦磨損性能見表2。實驗條件為：干摩擦：制動壓力1mpa，滑行速度分別為8m·s^-1、16m·s^-1、24m·s^-1，滑行距離2000轉(zhuǎn)，對偶件為30crmosiva合金鋼。

表1實施例1所開發(fā)的組合式復(fù)合材料制動盤各部分的性能檢測值

表2實施例1開發(fā)的組合式復(fù)合材料制動盤在不同制動下的摩擦磨損性能

各部件組合成制動盤后，經(jīng)實驗測試，與傳統(tǒng)的鋼質(zhì)制動盤、碳陶制動盤、鋁基制動盤、碳陶復(fù)合材料摩擦盤和單一高碳化硅鋁基復(fù)合材料連接支撐盤組合制動盤、碳陶復(fù)合材料摩擦盤和單一低碳化硅鋁基復(fù)合材料連接支撐盤組合制動盤相比，碳陶復(fù)合材料摩擦盤和梯度鋁基復(fù)合材料連接支撐盤組合制動盤在高頻率制動工況下，其耐磨性能和力學(xué)性能顯著提高，熱應(yīng)力大幅降低。純碳陶復(fù)合材料制動盤制動時溫度可達(dá)400～500℃，借助鋁基復(fù)合材料高的導(dǎo)熱性能，本發(fā)明的組合式復(fù)合材料制動盤的溫度只有180℃～300℃。完全可以適應(yīng)下一代高鐵的設(shè)計需求。