[发明专利]一种铜基粉末弥散陶瓷及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种铜基粉末弥散陶瓷及其制备方法和应用，涉及陶瓷材料领域。

背景技术

随着社会进步速度和生活节奏加快，经济发展的广度和深度越来越大，人们对出行方式便捷性的要求越来越高，高速轨道交通适应和契合了社会这方面的需求，并且对其速度提高、安全保障可靠性的期望值越来越大，要求也越来越苛刻。而其中涉及到的最关键的核心问题之一就是高速轨道车辆的制动问题。

现有高速轨道车辆与传统铁路列车制动系统原理类似，但是结构上采用了更加合理的分布式制动执行单元（包括轮轴上的制动盘和刹车闸片）。当高速列车进站或遇突发事件紧急制动时，制动执行单元关键部件制动盘和刹车闸片执行刹车指令，刹车状态好坏取决于上述部件，尤其是刹车闸片。而刹车闸片性能取决于使用材质和制造工艺。

虽然高速轨道车辆制动闸片摩擦材料朝着碳碳（C/C），碳陶（C/SiC、Al₂O₃、或其他合金类等陶瓷材料），铝基等材质的制动闸片方向发展，但其相关技术还不是很成熟，成本过高。铜基粉末制动闸片是目前在用的成本和效益平衡性最好材质之一。

铜基粉末弥散陶瓷颗粒制动闸片摩擦材料采用粉末冶金技术制造，由于粉末冶金独有的优势是材料选择的自由度高，在铜基粉末弥散陶瓷颗粒制动闸片摩擦材料性能的综合调整上，有针对性的采选不同金属或非金属单质粉末，铜与其他金属的预合金粉末，金属或非金属氮化物粉末，金属或非金属碳化物粉末，金属或非金属氧化物粉末等材料进行选择添加，以期达到理想的材料配伍组合，同时要考虑配伍成分间的相互润湿性和热膨胀系数对比关系，成分在高温使用条件中的稳定性，以及材料成型难度、对烧结的带宽要求条件是否宽松等。当然，选择微米级或纳米级尺度的材料会在性能上有质的提升。另外，粉末冶金技术的另一好处是，烧结温度在低于组元成分温度时较少产生纯金属那样的成分偏析和各种缺陷，所以相关研究都是以围绕这种工艺而展开的。

铜基粉末弥散陶瓷颗粒制动闸片摩擦材料的组元从功能上界定主要包括以下三项：基体组元，耐磨组元，润滑组元。另外为改善烧结条件和铜基粉末制动闸片摩擦材料性能而添加的稀土等润湿、细化晶粒组元等。

由于高速轨道车辆速度越来越快，刹车闸片的工况越来越恶劣，对其综合品质要求主要体现在以下性能上：

（1）耐受冲击性，夹钳频繁开合对闸片持续的冲击，随时间推移，内应力会逐渐增加，导致脆性增加，掉角、掉块的可能性增加，所以要求其耐受冲击性能要好；

（2）抗摩擦磨损性好，寿命长；

（3）散热性及热恢复性好；

（4）耐低温性，高温性（瞬时温度达到1000℃以上）好；

（5）耐酸、碱、油、水等腐蚀性强；

（6）耐受高润滑条件（油，雾气，灰霾，沙尘，雨水，雪，浸水）性好，这些因素会导致摩擦系数降低；

（7）吸振性好；

（8）刚度适宜；

（9）硬度适宜，太大对对偶件（刹车盘）磨损大，太小会迟滞刹车副刹车反应效果；

（10）热膨胀系数低；

（11）比强度适宜；

（12）动能吸收与转化性强；

（13）摩擦系数稳定；

（14）耐老化；

（15）对对偶件（刹车盘）的磨损小；刹车盘无蓝斑，摩擦纹理均匀，无抛光镜面效应；

（16）噪音低；

（17）环境友好（无化学污染和放射性辐射）；

刹车闸片所有参数的性能要求越来越高，而且这些参数是互为影响和联动的关系。同时，突发事故采取的紧急制动，对闸片摩擦材料的性能要求更高，并且制动的环境条件是不以人的意志为转移的，那么普通工况（正常天气）条件下的频繁制动，一般很难确定闸片摩擦材料的关键性能，在闸片摩擦材料寿命期内的时间尺度上，也无从考证它的紧急制动效能。只有在突发事故时采取的紧急制动，才更能考验闸片摩擦材料的参数性能。所以选用性能更好的材质，研制开发高性能的铜基粉末弥散陶瓷颗粒制动闸片摩擦材料和制定先进的制造工艺就会具有更大的意义，同时还要在材料选择与成本的控制上进行综合平衡。

目前，已经有若干机构、公司公开了一些相关技术，虽然有的部分解决了掉块、掉角和偏摩问题，但是在刹车闸片最关键的使用寿命这一性能上还是不太理想，虽然单位制造成本可能低廉，但是由于使用寿命短，更换频繁，最后综合成本并没有降低，同时又损害了高速列车的出勤效率，无法实现高速轨道交通车辆对高速、高效、高安全性能的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种粉末弥散陶瓷。