專利名稱：一種c/c復(fù)合材料剎車片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及剎車片技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種C/C復(fù)合材料剎車片及其制備方法。背景技術(shù)：
剎車片也叫剎車皮，是最關(guān)鍵的安全零件，所有剎車效果的好壞都是剎車片起決定性作用。隨著社會(huì)的發(fā)展，人民生活水平的提高，賽車、高級(jí)轎車的速度也在不斷提高，對(duì)剎車片的高速高溫性能要求也越來越高，所以一種滿足高速高溫下摩擦系數(shù)穩(wěn)定、噪音低、舒適性好的剎車片亟待上市。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種噪音低、耐高溫、摩擦系數(shù)穩(wěn)定的C/C復(fù)合材料剎車片及其制備方法。本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種C/C復(fù)合材料剎車片，其特征在于剎車片的襯片材料包括以下重量百分比的組分短碳纖維50%-65%、石墨10%-25%、浙青5%-15%、銅粉5%_10%、鈦粉5%_10%。該C/C復(fù)合材料剎車片，其優(yōu)選的方案為剎車片的襯片材料包括以下重量百分比的組分短碳纖維50%-60%、石墨12%-20%、浙青8%-15%、銅粉6%_8%、鈦粉5%_8%。該剎車片襯片各材料的粒度分別為石墨200-220目、短碳纖維500-1000微米 (長(zhǎng)度)、浙青180-250目、銅粉200-250目、鈦粉180-200目。該剎車片襯片各材料的粒度優(yōu)選方案為石墨200目、短碳纖維700微米(長(zhǎng)度)、 浙青200目、銅粉220目、鈦粉200目。該C/C復(fù)合材料剎車片的制備方法，其特征在于包括如下步驟
(1)用熱壓燒結(jié)法制備剎車片襯片
(1-1)原料混配按配比稱取剎車片的粉末材料，放入研缽中混配均勻； (1-2)熱壓燒結(jié)成型將上述混合好的粉末原料裝入石墨模具，放入熱壓燒結(jié)爐中燒結(jié)熱壓成型，燒結(jié)溫度為1200°C，燒結(jié)時(shí)間為證；
(2)將襯片與背板結(jié)合將上述制備好的襯片與背板用改性酚醛樹脂燒結(jié)在一起后再鉚接加固即得。步驟(1-2)中熱壓燒結(jié)為在真空狀態(tài)下進(jìn)行。本發(fā)明C/C復(fù)合材料剎車片及其制備方法的有益效果是一方面是以熱壓燒結(jié)法制備C/C復(fù)合材料，集加壓與燒結(jié)于一體，工藝簡(jiǎn)單；另一方面是添加銅、鈦在燒結(jié)過程中合金化，降低燒結(jié)溫度，改善摩擦性能；添加鈦粉與C反應(yīng)生成的TiC提高摩擦系數(shù)；添加銅粉均勻散布在復(fù)合材料中，提高散熱速率；用石墨作為潤(rùn)滑組元，保護(hù)對(duì)偶、穩(wěn)定摩擦系數(shù)，由此生產(chǎn)的剎車片對(duì)對(duì)偶盤的磨損小，摩擦系數(shù)穩(wěn)定，異常磨損、噪音出現(xiàn)概率小、耐高溫、環(huán)保、制動(dòng)性能均能滿足高速性能剎車片(如賽車、高級(jí)轎車剎車片)的要求。具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供的剎車片材料是以石墨作為基體材料，短碳纖維作為增強(qiáng)材料，以銅、鈦?zhàn)鳛楹辖鸹牧?。在熱壓燒結(jié)過程中，在350°c時(shí)保溫40min，此時(shí)浙青碳化，其實(shí)質(zhì)上是浙青的熱解過程，需經(jīng)歷低分子化合物的揮發(fā)、聚合反應(yīng)、分子結(jié)構(gòu)的解理與重排(<400°C )、形核和長(zhǎng)大(>400°C)，以及隨后一些化學(xué)過程完成，最后才生成基體炭。1100°C保溫30min， 使C與Ti、Cu與Ti充分反映，生成的TiC與銅鈦化合物充當(dāng)過渡層，包裹在碳纖維或石墨周圍，使銅分布均勻，充分散落在復(fù)合材料中。加入銅是因?yàn)殂~具有相對(duì)較低的熔點(diǎn)，燒結(jié)過程中在合金Ti的作用下充分填充石墨與碳纖維的空隙，提高磨料的致密性，燒結(jié)的工藝性較好；銅具有高的導(dǎo)熱率，保證了在摩擦過程中很好的散熱；銅具有較好的塑性，易于壓制。加入鈦生成TiC除起過渡層的作用外，還因其具有高強(qiáng)度、高硬度，能增強(qiáng)剎車片的耐磨性能，提高摩擦系數(shù)。所述減磨材料主要為石墨，由于石墨具有層狀結(jié)構(gòu)，可以有效的降低摩擦系數(shù)，在摩擦過程中能夠起到良好的減磨作用，同時(shí)也會(huì)降低剎車片的磨損，保護(hù)對(duì)偶、穩(wěn)定摩擦系數(shù)。由此生產(chǎn)的剎車片對(duì)對(duì)偶盤的磨損小，摩擦系數(shù)穩(wěn)定，異常磨損、噪音出現(xiàn)概率小、環(huán)保、制動(dòng)性能均能滿足賽車高性能剎車片的要求。
本發(fā)明提供的C/C復(fù)合材料剎車片的制備方法，包括如下步驟 混料
通過自動(dòng)配料系統(tǒng)或手工操作將剎車片的摩擦表面所需的各種原材料按照配方配比， 倒入研缽中攪拌均勻。將攪拌均勻的摩擦材料放入石墨模具中，將模具再放入熱壓燒結(jié)爐， 在真空氣氛下燒結(jié)，加工出剎車片襯片。將上述制備好的襯片與背板用改性酚醛樹脂燒結(jié)在一起后再鉚接加固。熱壓燒結(jié)
模壓分稱料和燒結(jié)壓制兩步進(jìn)行。稱料依據(jù)壓制產(chǎn)品需要的各種原料和重量，在電子臺(tái)秤上稱量摩擦材料。稱量完的摩擦材料放到檢重秤上檢重，保證使用的摩擦材料在“標(biāo)準(zhǔn)值士 lg”的重量范圍內(nèi)。
壓制將裝有原料的模具放入熱壓燒結(jié)爐中，依據(jù)規(guī)定的壓制工藝系統(tǒng)壓力為20MPa， 350°C時(shí)保溫40min，1100°C保溫30min，在真空氣氛下燒結(jié)，燒結(jié)溫度最高為1200°C。磨削
使用組合磨床加工摩擦材料表面，使摩擦材料表面達(dá)到一定的厚度、平行度、平面度要求；使用開槽、磨斜機(jī)，通過開槽砂輪鋸片或杯形砂輪，加工摩擦材料的表面，加工出槽或斜表面清理
分拋光和噴砂兩步進(jìn)行。先在拋光機(jī)上，通過鋼絲輪，清理剎車片鋼背周邊的毛刺、溢料、飛邊等；再在噴砂機(jī)上，通過棕剛玉磨料，清理剎車片鋼背上面的污垢、銹蝕等，用以保證后序加工的質(zhì)量要求。噴涂
表面清理完的產(chǎn)品，根據(jù)客戶的要求，將不同顏色、不同亮度的粉末覆蓋在剎車片鋼背上面、側(cè)面和摩擦材料側(cè)面。產(chǎn)品通過烘干爐，經(jīng)過熔融、溜平、固化等狀態(tài)，達(dá)到一定的附著力要求。打碼
使用噴碼機(jī)和專用油墨，在鋼背表面、減震片表面或摩擦材料側(cè)面，噴印不同客戶的不同信息及產(chǎn)品的加工批號(hào)，以便于產(chǎn)品售出后的追溯。安裝附件在剎車片鋼背上安裝固定消音、報(bào)警裝置。包裝
將成品剎車片，使用封口機(jī)、熱收縮機(jī)，通過吸塑膜真空收縮后裝盒，或使用貼體包裝機(jī)，通過貼體膜將產(chǎn)品和紙板真空貼牢。以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所提供的C/C復(fù)合材料剎車片及其制備方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例1
分別取短碳纖維50g，石墨15g，浙青15g，銅粉10g，鈦粉10g，粒度分別為石墨200 目、短碳纖維700微米、浙青200目、銅粉220目、鈦粉200目，將稱量好的原料放入研缽中攪拌均勻，放入石墨模具中，最后放入熱壓燒結(jié)爐中在真空氣氛中熱壓燒結(jié)，壓力為20MPa， 350°C時(shí)保溫40min，1100°C保溫30min，燒結(jié)溫度最高為1200°C。燒結(jié)后的襯片用聚酰胺改性酚醛樹脂與背板燒結(jié)在一起，燒結(jié)溫度為150°C，最后再鉚接加固，得到剎車片。在溫度高于700°C時(shí)，熱衰退現(xiàn)象不明顯，制動(dòng)性能穩(wěn)定，噪音大于70db時(shí)小于7%，大于80db時(shí)為零；摩擦系數(shù)變化范圍小，0. 38 < μ <0. 42，磨損率為0. 38Χ104 mg/Nm。實(shí)施例2
分別取短碳纖維65g，石墨20g，浙青5g，銅粉5g，鈦粉5g，粒度分別為石墨220目、短碳纖維1000微米、浙青250目、銅粉250目、鈦粉190目，將稱量好的原料放入研缽中攪拌均勻，放入石墨模具中，最后放入熱壓燒結(jié)爐中在真空氣氛中熱壓燒結(jié)，壓力為20MPa，350°C 時(shí)保溫40min，110(TC保溫30min，燒結(jié)溫度最高為1200°C。燒結(jié)后的襯片用環(huán)氧改性酚醛樹脂與背板燒結(jié)在一起，燒結(jié)溫度為150°C，最后再鉚接加固，得到剎車片。在溫度高于 700°C時(shí)，熱衰退現(xiàn)象不明顯，制動(dòng)性能穩(wěn)定，噪音大于70db時(shí)小于6%，大于80db時(shí)為零； 摩擦系數(shù)變化范圍小，0. 39 < μ <0. 42，磨損率為0. 37Χ104 mg/Nm。實(shí)施例3
分別取短碳纖維63g，石墨10g，浙青12g，銅粉8g，鈦粉7g，粒度分別為石墨210目、短碳纖維500微米、浙青180目、銅粉200目、鈦粉180目，將稱量好的原料放入研缽中攪拌均勻，放入石墨模具中，最后放入熱壓燒結(jié)爐中在真空氣氛中熱壓燒結(jié)，壓力為20MPa，350°C 時(shí)保溫40min，1100°C保溫30min，燒結(jié)溫度最高為1200°C。燒結(jié)后的襯片用硼改性酚醛樹脂與背板燒結(jié)在一起，燒結(jié)溫度為150°C，最后再鉚接加固，得到剎車片。在溫度高于700°C 時(shí)，熱衰退現(xiàn)象不明顯，制動(dòng)性能穩(wěn)定，噪音大于70db時(shí)小于5%，大于80db時(shí)為零；摩擦系數(shù)變化范圍小，0.37< μ < 0. 41，磨損率為0. 37Χ104 mg/Nm。實(shí)施例4
分別取短碳纖維55g，石墨25g，浙青6g，銅粉6g，鈦粉8g，粒度分別為石墨200目、短碳纖維800微米、浙青220目、銅粉230目、鈦粉200目，將稱量好的原料放入研缽中攪拌均勻，放入石墨模具中，最后放入熱壓燒結(jié)爐中在真空氣氛中熱壓燒結(jié)，壓力為20MPa，350°C 時(shí)保溫40min，1100°C保溫30min，燒結(jié)溫度最高為1200°C。燒結(jié)后的襯片用二甲苯改性酚醛樹脂與背板燒結(jié)在一起，燒結(jié)溫度為150°C，最后再鉚接加固，得到剎車片。在溫度高于 700°C時(shí)，熱衰退現(xiàn)象不明顯，制動(dòng)性能穩(wěn)定，噪音大于70db時(shí)小于9%，大于80db時(shí)為零； 摩擦系數(shù)變化范圍小，0. 35 < μ < 0.44，磨損率為0.43 X IO4 mg/Nm。實(shí)施例5 本發(fā)明C/C復(fù)合材料，因具有一系列力學(xué)、熱學(xué)及摩擦磨損系能而成為替代金屬基復(fù)合材料的剎車材料，其主要特點(diǎn)如下
a)密度小，C/C復(fù)合材料的密度是金屬基復(fù)合材料密度的1/3到1/4；
b)熱穩(wěn)定性好，在溫度超過2000°C以上，C/C復(fù)合材料既不會(huì)熔融粘結(jié)，也不會(huì)翹曲變形，冷卻以后可繼續(xù)使用；而金屬基復(fù)合材料的溫度超過660°C以上就會(huì)產(chǎn)生翹曲變形，導(dǎo)致熔融粘結(jié)，因此采用C/C復(fù)合材料制作的剎車片既提高了剎車組件的設(shè)計(jì)裕度，也提高了剎車組件的使用安全性；
c)比熱容大，該材料的比熱容是金屬基復(fù)合材料的2.5倍，具有優(yōu)異的吸熱功能，提高了剎車片的散熱效率，熱衰退性能優(yōu)異；
d)摩擦系數(shù)穩(wěn)定，磨損率低，使用壽命長(zhǎng)；
e)比強(qiáng)度高，尤其是高溫強(qiáng)度大約是鋼的2倍以上，與金屬基復(fù)合材料相比，該材料自身可作為結(jié)構(gòu)元件，不需要?jiǎng)e的材料制作骨架支撐結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化了剎車組件的結(jié)構(gòu)，提高了剎車組件的可靠性和可維修性。
權(quán)利要求
1.一種C/C復(fù)合材料剎車片，其特征在于剎車片的襯片材料包括以下重量百分比的組分短碳纖維50%-65%、石墨10%-25%、浙青5%-15%、銅粉5%_10%、鈦粉5%_10%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的C/C復(fù)合材料剎車片，其特征在于剎車片的襯片材料包括以下重量百分比的組分短碳纖維50%-60%、石墨12%-20%、浙青8%-15%、銅粉6%_8%、鈦粉 5%-8%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的C/C復(fù)合材料剎車片，其特征在于該剎車片襯片各材料的粒度分別為石墨200-220目、短碳纖維500-1000微米、浙青180-250目、銅粉200-250 目、鈦粉180-200目。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的C/C復(fù)合材料剎車片，其特征在于該剎車片襯片各材料的粒度分別為石墨200目、短碳纖維700微米、浙青200目、銅粉220目、鈦粉200目。
5.一種權(quán)利要求1所述的C/C復(fù)合材料剎車片的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)用熱壓燒結(jié)法制備剎車片襯片(1-1)原料混配按配比稱取剎車片的粉末材料，放入研缽中混配均勻； (1-2)熱壓燒結(jié)成型將上述混合好的粉末原料裝入石墨模具，放入熱壓燒結(jié)爐中燒結(jié)熱壓成型，燒結(jié)溫度為1200°C，燒結(jié)時(shí)間為證；(2)將襯片與背板結(jié)合將上述制備好的襯片與背板用改性酚醛樹脂燒結(jié)在一起后再鉚接加固即得。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的C/C復(fù)合材料剎車片的制備方法，其特征在于步驟(1-2)中熱壓燒結(jié)為在真空狀態(tài)下進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及剎車片技術(shù)領(lǐng)域，特別公開了一種C/C復(fù)合材料剎車片及其制備方法。該C/C復(fù)合材料剎車片，其特征在于剎車片的襯片材料包括以下重量百分比的組分短碳纖維50%-65%、石墨10%-25%、瀝青5%-15%、銅粉5%-10%、鈦粉5%-10%。本發(fā)明的有益效果是一方面是以熱壓燒結(jié)法制備C/C復(fù)合材料，集加壓與燒結(jié)于一體，工藝簡(jiǎn)單；另一方面是添加銅、鈦在燒結(jié)過程中合金化，降低燒結(jié)溫度，改善摩擦性能；添加鈦粉與C反應(yīng)生成的TiC提高摩擦系數(shù)；添加銅粉均勻散布在復(fù)合材料中，提高散熱速率；用石墨作為潤(rùn)滑組元，保護(hù)對(duì)偶、穩(wěn)定摩擦系數(shù)，由此生產(chǎn)的剎車片對(duì)對(duì)偶盤的磨損小，摩擦系數(shù)穩(wěn)定。
文檔編號(hào)B22F3/14GK102350498SQ201110282878
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者劉桂香, 孫鵬, 王春雨 申請(qǐng)人:山東金麒麟集團(tuán)有限公司