[发明专利]一种增强型铜基复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种增强型铜基复合材料及其制备方法和应用，具体说，是涉及一种以β-Si₃N₄晶须为增强体的增强型铜基复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着高速列车的飞速发展，列车的运行速度已经从传统的80km/h提升到200km/h以上，部分线路(如京沪高速铁路等)时速已经达到300km/h以上。为了在紧急情况下使列车能够安全制动，需要开发更高性能的闸片材料。传统的铸铁或者铸钢材料，由于导热差，易龟裂等，在工作环境下难以保证足够的安全性，所以，发展高性能制动材料是当前高铁技术发展的一个重要课题。从世界各国列车制动盘材料的发展历程来看，其主要经历了普通铸铁、铸钢、低合金铸铁、特种铸铁、特种铸钢、低合金锻钢以及复合材料等过程。只有通过发展新型高性能制动材料，才能满足高速列车的要求。

由于铜具有优良的导热性能，并且来源广泛，因此成为闸片材料的良好选择。而传统的纯铜和铜基合金材料由于强度和硬度低，易磨损等不足，难以满足高性能摩擦材料所具备的高摩擦系数、低磨损、高强度和高的工作温度的要求，直接用于机械系统难以达到良好的效果。因此，对传统铜基材料进一步改进，成为该材料发展的一个重要方向。

目前，铜基材料的增强主要以加入TiC、SiC等颗粒、碳纤维增强为主。陶瓷颗粒或碳纤维的加入，可以强化基体，减少摩擦过程中抵抗对偶微凸体的犁削磨损。当材料表面受到摩擦而产生裂纹时，金属相由于硬度较低因而容易磨损，而当裂纹扩展至陶瓷相时，由于陶瓷相具有很高的强度，因此裂纹沿着相界面产生偏折或者需要更大的作用力使陶瓷相破裂，以上情况可以有效提高材料的断裂功，减少表面材料的脱落，从而提高其抗磨损性能。同时，由于陶瓷相的加入，金属材料失去光滑的表面，提高了材料的摩擦系数。但由于铜材料的广泛应用很大程度上依赖其高热导的特性，因此需要选用高热导材料作为增强相，实现铜基复合材料的高导热性，才能满足该类材料应用于制作列车闸片的性能要求。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种以β-Si₃N₄晶须为增强体的增强型铜基复合材料及其制备方法和应用，实现该类材料制作列车闸片的应用要求。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种增强型铜基复合材料，是由β-Si₃N₄晶须为增强相、纯铜或铜基合金为基体相，经球磨混合均匀后进行热压烧结或无压烧结制备而得。

作为一种优选方案，所述复合材料中的β-Si₃N₄晶须所占的体积百分比为3～40%，基体相所占的体积百分比为97～60%。

作为进一步优选方案，所述复合材料中的β-Si₃N₄晶须所占的体积百分比为10～20%，基体相所占的体积百分比为90～80%。

作为进一步优选方案，所述的β-Si₃N₄晶须为长棒状，晶须直径为0.1～5μm，晶须长度为1～15μm，晶须的长径比为3～40。

作为进一步优选方案，所述的基体相为中位粒径在10～100μm的颗粒状纯铜或铜基合金粉末。

一种制备上述增强型铜基复合材料的方法，包括如下步骤：

a)按配比称取β-Si₃N₄晶须及纯铜或铜基合金粉末，球磨使混合均匀，制得复合物前驱体；

b)对上步制得的复合物前驱体进行热压烧结或无压烧结。

作为一种优选方案，步骤a)中所述的球磨为滚动球磨。

作为一种优选方案，步骤b)中所述的热压烧结的工艺如下：烧结温度为750～1000℃，烧结压力为10～40MPa，保温时间为0.5～2小时，烧结气氛为真空或Ar气气氛。

作为一种优选方案，步骤b)中所述的无压烧结的工艺如下：首先在15～30MPa压力下将步骤a)制得的前驱体预压成块，然后在100～300MPa压力下进行冷等静压处理，再在真空或Ar气气氛下、750～1000℃保温0.5～2小时。

上述增强型铜基复合材料的一种用途，是应用于制作闸片。