[发明专利]用于制动器的摩擦组件的陶瓷基体材料的制备方法及其制得的陶瓷基体材料

说明书

技术领域

本发明涉及用于制动器、特别是盘式制动器的摩擦组件的陶瓷基体材料的制备方法，以及由该方法制得的陶瓷基体材料。

本发明还涉及制备包含所述陶瓷基体材料的盘式制动衬块的方法。

现有技术

陶瓷基体材料广泛用于制造制动器的摩擦组件。

除了在摩擦系数和耐磨性方面的优良性能之外，陶瓷基体材料由于其耐熔性特征，因此与例如通过金属粉末烧结所获得的摩擦材料相比制动盘到液压制动系统的传热减少。

可以采用多种制造技术来制备陶瓷基体材料，例如粉末熔化和烧结技术。

最近流行的技术是基于通常由有机硅聚合物(含硅)组成的陶瓷聚合物前体的热解(聚合物热解)，所述有机硅聚合物例如是聚硅烷、聚碳硅烷、聚硅氮烷和聚硅氧烷。

该技术涉及一种如下方法：在受控或惰性气氛(例如氩气流)中在高于800℃的温度下加热含硅陶瓷前体和合适填料的混合物以实现从有机到无机聚合物结构的转化，从而形成碳氧化硅和/或碳化硅或氮化硅(SiC或Si₃N₄)。以上前体通常具有高陶瓷收率：超过50重量％的初始聚合物保持在最终材料中。

与其它技术相比，无论从严格操作角度还是从最终产品的特性来说，热解法都提供多种优点。

尤其是与熔化技术相比，热解技术允许更好地控制最终产品的形态和纯度以及在较低温度(800～1500℃)下工作的可能性。

美国专利US 6062351描述了通过聚合物热解来制造具有陶瓷基体的摩擦材料的一个方法实例。摩擦材料是由一种或多种有机陶瓷前体(carbosil-含硅树脂)、增强纤维(例如碳纤维、氧化铝纤维、氮化硅纤维或碳化硅纤维)和填料(例如碳化硅、石墨、氧化铝、富铝红柱石、二氧化硅、氧化钛、氮化硅或氮化硼的粉末)的混合物开始制备的。然后在模具中将混合物冷压。随后在模具本身内进行加热，以使陶瓷前体聚合和获得生坯。然后使生坯在800℃～1100℃的温度下在惰性气氛中进行热解。

根据专利US 6062351中所述方法的一种特定实施形式，热解操作循环设计：以约2℃/分钟的速率从环境温度加热到约150℃的第一阶段，随后是以0.4℃/分钟的速率到400℃的第二加热阶段。第三和第四加热阶段分别是以0.18℃/分钟的速率加热到760℃和以0.46℃/分钟的速率加热到870℃。然后将产物在870℃保温约4小时，随后以约1.2℃/分钟的速率冷却到环境温度。加热阶段共需约48小时，冷却阶段需约12小时。

用于制备具有陶瓷基体的摩擦材料的聚合物热解法的主要局限之一在于，必须以低的加热速率工作。这意味着工序长，因为仅热解阶段就可能需要几十个小时。为限制有害的热应力，低加热速率工作是必需的，所述热应力由于热解过程中挥发性有机物质的释放而促进材料收缩和微孔形成的自然现象，导致微裂纹形成和不能获得最终材料的风险。

在盘式制动衬块制造方法中，在热解阶段完成之后，陶瓷基体材料通常经过表面修整和磨削，然后胶合或机械连接(例如用螺栓或铆钉)到支撑板。

支撑板一般是能够经受制动过程中通常出现的压缩和弯曲应力的金属(钢)。

而且，热解技术与熔化技术的一个共同局限在于，不可能获得已经与金属支撑板直接结合的最终摩擦组件。热解温度(高于800℃)实际上会导致传统使用的金属支撑板发生不可接受的变形。

这必然导致摩擦组件与板只有在完成热解阶段之后结合。因此在制造循环中，必须设想板和摩擦组件组装的特定阶段，该阶段可以在摩擦组件磨削和表面修整之后进行。

发明内容

本发明的一个目的因而是通过提供一种基于聚合物热解而形成陶瓷基体摩擦材料的方法来消除上述公知技术的不足，该方法设想显著减少工作时间，同时制造在摩擦系数和耐磨性方面的性能至少与传统陶瓷基体摩擦材料相同的陶瓷基体摩擦材料。

本发明的另一目的是提供一种在摩擦系数值和耐磨性方面的性能优于传统陶瓷基体摩擦材料的陶瓷基体摩擦材料。

本发明的另一目的是提供一种制造盘式制动衬块的方法，该方法简化了陶瓷基体材料的摩擦组件与金属支撑板的结合。

附图说明

按照上述目的的本发明的技术特征可以从下面列出的权利要求书的内容中清楚地看到，而且其优点参照附图从其后的发明详述中甚至变得更清楚，这些附图仅通过例子代表本发明的一种或多种形式，并不起限制作用，其中：

-图1和图2分别示出根据本发明方法的第一和第二应用形式的图；