二维结构无序排列的陶瓷骨架增强轻金属复合材料制动盘的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及二维结构无序排列的陶瓷骨架增强轻金属复合材料制动盘，属于摩擦、制动领域。
【背景技术】
[0002]随着现代航天航空、高速铁路、公路交通及风力发电等领域的快速发展，对摩擦离合及制动系统的重量、安全、振动和噪声问题越来越关注。特别是在高速重载工况下，在不影响摩擦离合及制动性能的前提下，对摩擦离合及制动系统减重、减震、降噪、安全、舒适、耐磨的要求越来越高。一些功能与结构一体化的新型材料，因其显著的减震、降噪、质轻及卓越的摩擦、磨损性能吸引了国内外学者的关注。
[0003]传统的钢铁材料制动盘、碳碳复合材料制动盘、碳陶复合材料制动盘、陶瓷颗粒增强铝合金复合材料制动盘、泡沫陶瓷增强铝合金复合材料制动盘及在金属表面涂覆耐磨层以提高耐磨性的制动盘，虽各有其优缺点，但寻求一种整体性能良好的制动盘仍然成为业内研究的热点。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种二维结构无序排列的陶瓷骨架增强轻金属复合材料制动盘，可满足于包含但不局限于飞机、轨道交通车辆、公路交通车辆、船舶等运动机械设备的摩擦、制动需求。
[0005]为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下:
[0006]—种二维结构无序排列的陶瓷骨架增强轻金属复合材料制动盘，其关键技术点在于，其包括金属基体，所述金属基体设有一个或两个摩擦面层，所述摩擦面层为二维结构无序排列的陶瓷骨架增强轻金属复合材料摩擦面层。
[0007]作为本发明进一步的改进，选自任一如下结构:
[0008]A.所述金属基体设有一个摩擦面层，所述金属基体包括金属盘以及设置于所述金属盘一侧的各种已知形状的散热筋，所述摩擦面层和所述散热筋分别设置在所述金属盘两侧；
[0009]B.所述金属基体设有两个摩擦面层，所述金属基体包括金属盘，所述两个摩擦面层分别设置在所述金属盘两侧；
[0010]C.所述金属基体设有两个摩擦面层，所述金属基体包括两个金属盘以及连接所述两个金属盘的连接体，所述两个摩擦面层分别设置在所述金属盘的外侧，所述连接体为各种已知形状的散热筋。
[0011]上述B所述的结构即所谓通体盘结构制动盘，上述C所述的结构即所谓通风盘结构制动盘。
[0012]作为本发明进一步的改进，摩擦面层开设有通风槽和/或通风孔，所述通风槽沿摩擦面层的径向方向开设，所述通风槽在径向方向为直线或是曲线形状，所述通风孔沿摩擦面层的轴向方向开设，所述通风孔为通孔和/或非通孔。
[0013]作为本发明进一步的改进，所述摩擦面层包括一块或多块平面布设的厚度为l~9mm的二维结构无序排列的陶瓷骨架增强轻金属复合材料。
[0014]作为本发明进一步的改进，所述二维结构无序排列的陶瓷骨架增强轻金属复合材料包括二维结构无序排列的陶瓷骨架和填充于所述二维结构无序排列的陶瓷骨架内的轻金属，所述二维结构无序排列的陶瓷骨架是由陶瓷骨架空腔单元随机、无序排列而成。
[0015]所述陶瓷骨架空腔单元二维xy方向选自空心三角形、四角形、五角形、六角形、多边形、多边异形、圆形、曲线形等形状的一种或两种以上，所述陶瓷骨架空腔单元二维xy方向的面积为1~16 mm2，陶瓷骨架空腔单元z方向为贯穿通孔，z方向的高度为1~9 _。
[0016]作为本发明进一步的改进，所述二维结构无序排列的陶瓷骨架占复合材料摩擦面层面积的5~60 %，轻金属占制动盘复合材料摩擦面层面积的95~40 %。
[0017]作为本发明进一步的改进，所述二维结构无序排列的陶瓷骨架由选自碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、氧化物陶瓷和金属陶瓷任一种或两种以上的复相陶瓷、塞隆(Sialon)陶瓷制成。
[0018]作为本发明进一步的改进，所述二维结构无序排列的陶瓷骨架增强轻金属复合材料中的轻金属包括钛、镁、铝及其合金，以及添加其它材料增强的轻金属及其合金。所述的添加其他材料增强的轻金属选自添加石墨、纳米碳管或各种陶瓷颗粒增强的轻金属。
[0019]作为本发明进一步的改进，所述金属基体的材质可以是各种黑色金属、轻金属钛、镁、铝及其合金，以及添加其它材料增强的轻金属及其合金。所述的添加其他材料增强的轻金属选自添加石墨、纳米碳管或各种陶瓷颗粒增强的轻金属。
[0020]作为本发明进一步的改进，通过以下任一种方法制备:
[0021]方法一:将二维结构无序排列的陶瓷骨架放入模具，添加加热后的轻金属，经挤压、模锻、铸造等工艺中之一种或多种一次成型完成；
[0022]方法二:将二维结构无序排列的陶瓷骨架和金属网格放入模具，添加加热后的轻金属，经挤压、模锻、铸造等工艺中之一种或多种一次成型完成；
[0023]方法三:
[0024]a.先将二维结构无序排列的陶瓷骨架放入模具，添加加热后的轻金属，经挤压、模锻、铸造等工艺中之一种或多种制备成复合材料摩擦面层；
[0025]b.然后将加热后的金属基体材质物料，放入模具中，经挤压、模锻、铸造等工艺中之一种或多种制备成金属基体；
[0026]c.最后将复合材料摩擦面层和金属基体通过镶嵌、焊接、复合铸造、铆接等工艺中之一种或多种二次成型完成。
[0027]方法四:
[0028]a.先将二维结构无序排列的陶瓷骨架放入模具，添加加热后的轻金属，经挤压、模锻、铸造等工艺中之一种或多种制备成复合材料摩擦面层；
[0029]b.将金属网格放入模具中，加入加热后的金属基体材质物料，经挤压、模锻、铸造等工艺中之一种或多种制备成金属基体，
[0030]c.最后将复合材料摩擦面层和金属基体通过镶嵌、焊接、复合铸造、铆接等工艺中之一种或多种二次成型完成。
[0031]所述的金属网格选自边框厚度0.3-3 mm、高度0.5-30 mm，每平方厘米有1~30个网格的网格状金属。
[0032]与现有技术相比，本发明所取得的有益效果如下:
[0033]1.本发明充分发挥工业陶瓷高硬度、高耐磨、耐高温，及轻金属质轻、减重、强度高、韧性好的特点，通过适当工艺，将工业陶瓷制备成具有二维结构无序排列的陶瓷骨架，然后与轻金属复合，制备成兼具两者特性的新型制动盘。
[0034]2.本发明制动盘的摩擦面层是由前述二维结构无序排列的空心陶瓷骨架与填充于其间的轻金属或其合金复合而成。二维结构无序排列的陶瓷骨架在二维空间Xy平面无序排列，在Z轴方向则为贯穿的孔道，填充于其间的为柱状轻金属或其合金。因二维结构无序排列的陶瓷空心骨架素坯是经注浆、挤压、干压、等静压等成形方式得到，所以烧结后的陶瓷骨架具有侧壁光滑、内通道整齐、便于浇铸的液体金属流动、填充致密等优点，适宜于各种挤压、模锻、铸造工艺，且能降低复合材料的铸造缺陷，提升成品率和综合性能。
[0035]3.本发明涉及的复合材料制动盘可将金属的优良塑性、强度与二维结构无序排列的陶瓷骨架增强体承受载荷、抗摩擦磨损的能力结合起来，使其具有良好的减振，抗热衰退性和摩擦性能，能够长期承受很大的静载荷和循环载荷，在航空航天、轨道及公路交通运输、机械等领域的摩擦离合、制动具有很好的应用前景。
[0036]4.本发明提供的制动盘，与现有在用的合成闸片、粉末冶金闸片及其它如碳碳闸片、碳陶闸片等做成对偶进行摩擦制动时，摩擦系数稳定在0.2-0.5之间，可完全满足飞机、轨道交通车辆、公路交通车辆、各种运动机械等的使用要求