泡沫陶瓷增強(qiáng)輕金屬復(fù)合材料摩擦離合片、制動(dòng)盤的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種泡沫陶瓷增強(qiáng)輕金屬復(fù)合材料摩擦離合片、制動(dòng)盤，屬于摩擦離合片、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)摩擦離合片及制動(dòng)系統(tǒng)的重量、安全、振動(dòng)和噪聲問題越來越關(guān)注。特別是在高速重載工況下，在不影響摩擦離合片及制動(dòng)性能的前提下，對(duì)摩擦離合片及制動(dòng)系統(tǒng)減重、減震、降噪、安全、舒適、耐磨的要求越來越高。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、磨損性能吸引了國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。
[0003]傳統(tǒng)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)。
[0004]利用泡沫陶瓷特殊的拓?fù)鋷缀谓Y(jié)構(gòu)所具有的各向同性及阻尼特性，與導(dǎo)熱性、散熱性、機(jī)械強(qiáng)度良好的鋁合金復(fù)合制作摩擦離合片、制動(dòng)盤，是本實(shí)用新型人的一項(xiàng)實(shí)用新型。
[0005]本實(shí)用新型人2014年4月22日所報(bào)《一種用于軌道交通車輛的Al/SiC和Cu/SiC復(fù)合材料摩擦副及其制備方法》專利，更多涉及的的摩擦對(duì)偶及制備，而且只涉及了單摩擦面層結(jié)構(gòu)制動(dòng)盤，而沒有涉及雙摩擦面層通風(fēng)盤結(jié)構(gòu)摩擦離合片、制動(dòng)盤及雙摩擦面層通體盤結(jié)構(gòu)摩擦離合片、制動(dòng)盤，摩擦面層中碳化硅泡沫陶瓷的厚度缺少5_以下部分，并且只涉及鋁合金材料而缺少其它輕金屬材料，制作方法也只有低壓鑄造一次成型，而缺少其它成型方式。
[0006]本實(shí)用新型人2014年5月9日所報(bào)《一種公路車輛用碳化硅泡沫陶瓷/鋁合金復(fù)合材料制動(dòng)盤及制備方法》專利中，只涉及雙摩擦面層通風(fēng)盤結(jié)構(gòu)制動(dòng)盤，而沒有單摩擦面層結(jié)構(gòu)摩擦離合片、制動(dòng)盤及雙摩擦面層通體盤結(jié)構(gòu)摩擦離合片、制動(dòng)盤，摩擦面層中碳化硅泡沫陶瓷的厚度缺少5_以下部分，并且只涉及鋁合金材料而缺少其它輕金屬材料，制作方法只有低壓鑄造一次成型，而缺少其它的成型方式。
[0007]因此，盡快完善摩擦面層中碳化硅泡沫陶瓷的厚度缺失；完善制動(dòng)盤不同摩擦面層的結(jié)構(gòu)形式；完善制動(dòng)盤金屬基體所用材料；完善不同的成型方法；及完善制動(dòng)盤金屬基體強(qiáng)度的增強(qiáng)方法，成為了本實(shí)用新型人的首要工作。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]本實(shí)用新型的目的在于提供一種泡沫陶瓷增強(qiáng)輕金屬復(fù)合材料摩擦離合片、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)備的摩擦離合、制動(dòng)需求。
[0009]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:
[0010]一種泡沫陶瓷增強(qiáng)輕金屬復(fù)合材料摩擦離合片、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，所述摩擦面層為泡沫陶瓷增強(qiáng)輕金屬復(fù)合材料摩擦面層。
[0011]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):
[0012]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)的各種板狀、塊狀、柱狀散熱筋，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)；
[0013]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)，即俗稱的通體盤結(jié)構(gòu)制動(dòng)盤；
[0014]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)，所述連接體為各種板狀、塊狀、柱狀散熱筋，即俗稱的通風(fēng)盤結(jié)構(gòu)制動(dòng)盤。
[0015]作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)，摩擦面層開設(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設(shè)，所述通風(fēng)孔為通孔和/或非通孔。
[0016]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2~9mm的泡沫陶瓷增強(qiáng)輕金屬復(fù)合材料。
[0017]作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)，所述泡沫陶瓷增強(qiáng)輕金屬復(fù)合材料包括泡沫陶瓷和填充于所述泡沫陶瓷內(nèi)的輕金屬。
[0018]所述泡沫陶瓷是采用前驅(qū)體法、模板法、發(fā)泡法、3D打印等方法制備的在三維方向上既無規(guī)則又互聯(lián)互通的陶瓷骨架空腔單元特殊的拓?fù)鋷缀谓Y(jié)構(gòu)形式的排列組合。所述陶瓷骨架空腔單元在二維xy、xz、yz方向上的面積為1~16 mm2，z方向的高度為2~9 mm。陶瓷骨架的筋的截面，依制備方法不同，有空心的及實(shí)心的之分。
[0019]作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)，所述泡沫陶瓷占復(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 %。
[0020]作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)，所述泡沫陶瓷由選自碳化物陶瓷、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。所述碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、氧化物陶瓷，除使用液相燒結(jié)方法制備的陶瓷外，其他的都是單項(xiàng)陶瓷含量在95%以上的高純工業(yè)陶瓷。
[0021]作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)，所述泡沫陶瓷增強(qiáng)輕金屬復(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)的輕金屬選自添加石墨、納米碳管或各種陶瓷顆粒增強(qiáng)的輕金屬。
[0022]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)的輕金屬選自添加石墨、納米碳管或各種陶瓷顆粒增強(qiáng)的輕金屬。
[0023]作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)，通過以下任一種方法制備:
[0024]方法一:將泡沫陶瓷放入模具，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；
[0025]方法二:將泡沫陶瓷和增強(qiáng)金屬基體強(qiáng)度用的金屬網(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；
[0026]方法三:
[0027]a.先將泡沫陶瓷放入模具，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；
[0028]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；
[0029]c.最后將復(fù)合材料摩擦面層和金屬基體通過鑲嵌、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。
[0030]方法四:
[0031]a.先將泡沫陶瓷放入模具，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；
[0032]b.將增強(qiáng)金屬基體強(qiáng)度用的金屬網(wǎng)格放入模具中，加入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金屬基體，
[0033]c.最后將復(fù)合材料摩擦面層和金屬基體通過鑲嵌、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。
[0034]所述的增強(qiáng)金屬基體強(qiáng)度用的金屬網(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。
[0035]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:
[0036]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，及輕金屬質(zhì)輕、減重、強(qiáng)度高、韌性好的特點(diǎn)，通過適