[发明专利]碳化硅泡沫陶瓷/铝合金复合材料制动盘及制备方法

权利要求书

1.一种碳化硅泡沫陶瓷/铝合金复合材料制动盘，其特征在于：所述制动盘（1）包括摩擦层（2）以及散热筋（4）；所述摩擦层（2）与制动块抵触的摩擦面上一体铸有碳化硅泡沫陶瓷骨架（3）；所述碳化硅泡沫陶瓷骨架（3）占碳化硅泡沫陶瓷/铝合金复合摩擦层材料的体积百分比为10~50 %；所述制动盘（1）中铸入的碳化硅泡沫陶瓷骨架（3）的厚度为5~15 mm；所述制动盘（1）非摩擦面的圆周方向上一体铸有若干散热筋（4）；所述散热筋（4）的形状为圆柱状、椭圆柱状、板条状、T字形、工字形中的一种或几种的组合；所述制动盘（1）的盘体有安装孔（7）；

所述的碳化硅泡沫陶瓷/铝合金复合材料制动盘的制备方法，包括如下步骤：

1）碳化硅泡沫陶瓷骨架（3）的制备，

2）步骤1）所制得的碳化硅泡沫陶瓷骨架的预处理，

3）制动盘铸造模具的制作，

4）低压铸造，

5）热处理，

6）精密加工；

所述步骤4）中的低压铸造具体为： Al/SiC_foam制动盘在钢模具温度为200~500℃，铝合金熔液温度为630~780℃时，将碳化硅泡沫陶瓷骨架（3）和砂芯放入钢模具的型腔中固定，然后开始低压铸造；升液阶段，加压时间0.5~12s；充型阶段，金属液面上升速度0.5~10 mm/s，铝合金熔液充型的速度为0.5~10 kg/s，充型时间1~20s，充型增压速度为0.004~0.030 MPa/s；增压阶段，在充型增压值基础上再增压0.010~0.035 MPa，保压时间3~60s；保压凝固阶段，时间为20~300s。

2.根据权利要求1所述的碳化硅泡沫陶瓷/铝合金复合材料制动盘，其特征在于：所述制动盘（1）的摩擦层（2）采用的金属材料的材质为ZLXXX、7XXX、6XXX、5XXX、4XXX、2XXX或1XXX系列铝合金；制动盘（1）的摩擦层（2）上铸有散热槽（5）、通风孔（6）。

3.根据权利要求1或2所述的碳化硅泡沫陶瓷/铝合金复合材料制动盘，其特征在于：所述散热筋（4）的具体规格如下：

当采用圆柱状散热筋时，其直径为5~25 mm；

当采用椭圆柱状散热筋时，其长轴长为10~30 mm，短轴长为5~20 mm；

当采用T字形或工字形散热筋时，T字形、工字形散热筋的长边长为20~40 mm，短边长为4~10 mm；

当采用板条状散热筋时，其为矩形的或弧线形条状，长边长为20~120 mm，短边长为3~30 mm。

4.根据权利要求1所述的碳化硅泡沫陶瓷/铝合金复合材料制动盘，其特征在于：所述碳化硅泡沫陶瓷骨架（3）的制备具体方法为：

采用模板注浆法、前驱体浸渍法、凝胶—注模法、发泡法或三维打印方法中的一种，先制备出泡沫陶瓷坯体，再采用无压烧结方法：烧结温度1950~2280℃，保温0.5~3h，制得气孔率为40~90%，网孔直径1~8 mm的碳化硅泡沫陶瓷片，然后将碳化硅泡沫陶瓷片切割成所需尺寸得到碳化硅泡沫陶瓷骨架（3）；碳化硅泡沫陶瓷骨架中碳化硅所占质量百分比70~99%，长度为10~400 mm，宽度为10~400 mm，厚度为3~15 mm。

5.根据权利要求4所述的碳化硅泡沫陶瓷/铝合金复合材料制动盘，其特征在于：所述步骤2）中碳化硅泡沫陶瓷骨架（3）的预处理采用如下四种方式进行：

①将碳化硅泡沫陶瓷骨架（3）置于800~950℃氧化气氛炉内，保温0.5~12h，进行氧化处理；

②或在碳化硅泡沫陶瓷骨架（3）的表面喷涂一层含有碳或石墨的浆料，所述碳选自下述原料中的一种：纳米碳管、石油焦、炭黑或导电炭浆，所述石墨为印刷用的油墨制成，经烘干获得厚度20~500 μm的碳或石墨层；

③或采用表面活性剂对碳化硅泡沫陶瓷骨架（3）进行表面活化处理，在陶瓷骨架的表面覆盖上氧化铬、氧化钇、稀土氧化物或碱土氧化物薄膜中的一种，厚度10~500 μm；或Ni、Cu、Ti和Cr中的一种金属薄膜，厚度为100～800 μm；

④或对碳化硅泡沫陶瓷骨架（3）不作任何的处理。

6.根据权利要求4所述碳化硅泡沫陶瓷/铝合金复合材料制动盘，其特征在于：制备泡沫陶瓷坯体的碳化硅浆料中添加有二硼化钛、Ti₃SiC₂、二硼化锆或二硅化钼。