[发明专利]一种具有取向结构的高导热铜基刹车片的制备方法

说明书

本发明属于高铁制动系统领域，具体为一种具有取向结构的高导热铜基刹车片的制备方法。该方法以铜为基体，铁及其合金为基体强化组元，石墨等为润滑组元，三氧化二铝、二氧化硅等为摩擦组元。首先通过高分子溶液与石墨等粉体预混合成液体，然后通过纺丝的方法制备成纤维，将石墨等粉体分散开来，并利用纺丝液体流动取向实现石墨等粉体取向排列，然后通过含有铜盐的凝固液定型将取向结构固定下来。随后将石墨等粉体形成的纤维排布后与铜粉等基体材料混合，并采用复压复烧技术制备具有高密度高界面结合强度高取向结构的铜基刹车片。本发明方法提高铜基刹车片的导热系数，增强剪切强度，提高耐磨性和稳定摩擦系数，从而提高铜基刹车片的使用性能。

技术领域

本发明属于高铁制动系统领域，具体为一种具有取向结构的高导热铜基刹车片的制备方法，适用于高速重载车辆用的刹车制动摩擦材料。

背景技术：

高速列车的制动是通过摩擦副之间产生的摩擦力形成的制动力矩来完成的。在制动过程中，摩擦制动力矩将高速列车的动能转化为热能，从而导致刹车片摩擦表面温度高达700℃，目前采用具有良好的导热和耐热性的铜基粉末冶金摩擦材料，可以使之很好地适应于300km/h左右的高速列车。

石墨是一种各向异性的材料，沿长度方向导热系数最高达1000w/(mK)，远远大于铜的导热系数380w/(mK)，但是其垂直方向的导热系数只有约40w/(mK)。在常规刹车片的制备工艺下，石墨一般为平行于摩擦面排布无规分布于刹车片中，从而不能够很好地利用石墨的导热性。同时在剪应力的作用下平行排布的石墨容易脱落，从而影响摩擦面的完整性，影响摩擦磨损性能。CN105798311A中采用左右水平双向加压的方法将压坯中的鳞片石墨竖立起来，垂直于摩擦面，从而可以提高刹车片的导热性能，大大提高刹车片的实用性。CN109321775A中采用成束铜丝并热压烧结制备获得具有取向结构的铜基碳纳米管复合材料，其导热性能与纯铜相比没有下降。

CN109093108A中采用真空筛选的方法制备高定向石墨烯-碳纳米管混合铜基复合材料。

石墨与铜完全不浸润，两者之间的结合力比较差，导致界面产生缺陷，从而使得含有石墨的铜基刹车片导热系数比较差。CN108817727A采用热解法合成镀铜石墨烯，使得纳米铜粒子均匀地分散在石墨烯的表面，可以获得强结合力。

CN108251672A采用氧化铜或者氧化亚铜作为铜源，利用还原所得到的铜饱和蒸气压小在界面处形成蒸发-冷凝烧结机制，从而形成机械互锁扩散结合界面，提高界面结合强度。CN104862512A采用合金元素来提高铜基石墨烯复合材料的界面强度。

发明内容：

为了提高铜基刹车片的导热性能，本发明所要解决的技术问题是提出一种具有取向结构的高导热铜基刹车片的制备方法，通过铜基粉末冶金获得制动摩擦材料，同时在制备过程中可以大幅度提高铜与石墨之间的界面强度进一步提高铜基刹车片的导热性能，从而使之在高速制动时具有较低的摩擦面温度以及较好的机械性能稳定性以及摩擦性能稳定性。

为了达到以上的效果，本发明通过以下技术方案得以实现：

一种具有取向结构的高导热铜基刹车片的制备方法，铜基刹车片中石墨沿垂直于摩擦面方向取向分布，通过采用预制备表面含有铜离子的具有单向取向结构的石墨/高分子复合纤维，随后对石墨/高分子复合纤维进行排布实现铜基刹车片石墨的排布；取向的石墨表面铜离子还原形成纳米铜颗粒，并与铜基底熔融结合形成高结合力的石墨/铜界面。

所述的具有取向结构的高导热铜基刹车片的制备方法，通过纺丝方法制备获得具有单向取向的石墨/高分子复合纤维，将具有取向结构的石墨/高分子复合纤维排布，并与铜粉混合，采用复压复烧技术制备实现取向结构的刹车片。

所述的具有取向结构的高导热铜基刹车片的制备方法，该方法的具体制备步骤为：