[发明专利]一种制动盘及其制备方法

权利要求书

1.一种制动盘，用于机动车辆、轨道交通和飞行器的制动系统，该制动盘包括制动盘本体，所述的制动盘本体为铝合金制动盘本体，所述的铝合金制动盘本体的两个工作面上分别复合有一层耐磨层，其特征在于：所述的耐磨层为陶瓷-耐高温金属复合增强材料耐磨层，所述的陶瓷-耐高温金属复合增强材料耐磨层通过挤压铸造工艺与所述的铝合金制动盘本体冶金结合；所述的陶瓷-耐高温金属复合增强材料的组成包括质量比为(1～30)：(10～60)：(10～70)的陶瓷纤维材料、耐高温金属骨架材料和陶瓷颗粒材料；所述的陶瓷纤维材料包括氧化铝纤维、硅酸铝纤维、二氧化硅纤维、氧化锆纤维、碳化硅纤维、石墨纤维和碳纤维中的一种或多种，所述的耐高温金属骨架材料为泡沫金属或耐高温金属纤维，所述的耐高温金属纤维包括铁基合金纤维、镍基合金纤维、铜基合金纤维、不锈钢纤维、钢棉纤维、钛基合金纤维和钴基合金纤维中的一种或多种，所述的陶瓷颗粒材料包括粉煤灰颗粒、矿渣微粉颗粒、碳化硅颗粒、二氧化硅颗粒、氮化硼颗粒、锆英粉颗粒、棕刚玉颗粒、氧化锆颗粒、硅酸锆颗粒和氧化铬颗粒中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的一种制动盘，其特征在于：两层所述的耐磨层分别为一体设置的板状或由多块子板拼接而成的板状，两层所述的耐磨层经支撑筋上下相连，所述的支撑筋由所述的耐高温金属骨架材料制成，两层所述的耐磨层和所述的支撑筋通过挤压铸造工艺与所述的铝合金制动盘本体冶金结合。

3.根据权利要求2所述的一种制动盘，其特征在于：所述的支撑筋包括多个支撑单元，每个所述的支撑单元的上部和下部分别一体设置有若干个连接端，两层所述的耐磨层上开设有与所述的若干个连接端相适配的若干个插孔，一个所述的连接端插设在一个所述的插孔内，多个支撑单元沿两层所述的耐磨层的周向间隔设置。

4.根据权利要求2所述的一种制动盘，其特征在于：所述的铝合金制动盘本体为通风制动盘本体，所述的铝合金制动盘本体包括制动外盘和制动内盘，所述的制动外盘和所述的制动内盘通过连接筋相连，所述的制动外盘和所述的制动内盘的工作面上分别复合有一层所述的耐磨层。

5.根据权利要求1所述的一种制动盘，其特征在于：所述的陶瓷颗粒材料中混合有辅助增强颗粒，所述的辅助增强颗粒为石墨颗粒和/或钢渣颗粒。

6.根据权利要求5所述的一种制动盘，其特征在于：所述的钢渣颗粒为氧化铁颗粒、氧化锌颗粒、氧化钙颗粒、氧化镁颗粒、氧化铝颗粒和氧化钛颗粒中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的一种制动盘，其特征在于：所述的泡沫金属为泡沫铜、泡沫铁、泡沫镍或泡沫铁镍。

8.根据权利要求1所述的一种制动盘，其特征在于：所述的陶瓷纤维材料的直径为5～15μm、长度为0.8～2.8mm，所述的耐高温金属纤维的直径为0.01～2mm，所述的陶瓷颗粒材料的粒度为5～200μm、莫氏硬度为5～9，所述的泡沫金属的孔隙度为10～60ppi。

9.根据权利要求1所述的一种制动盘，其特征在于：所述的耐磨层的厚度为2～15mm。

10.权利要求1-9中任一项所述的制动盘的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)原料制备：按质量分数计，以(1～30)：(10～60)：(10～70)的质量比准备干燥的陶瓷纤维材料、耐高温金属骨架材料和陶瓷颗粒材料；

2)耐高温金属预制件骨架的制作：将泡沫金属用机械加工的手段，加工出与所述的耐磨层的形状大小相匹配的两片板料，得到耐高温金属预制件骨架，或者，将耐高温金属纤维均匀分两次平铺至与耐磨层的形状大小相适配的模具中并压实，得到两片耐高温金属预制件骨架；

3)陶瓷-耐高温金属复合增强材料耐磨层预制件的制作：将步骤2)中得到的耐高温金属预制件骨架置于预制件模具中，再按质量分数计，将步骤1)中准备的陶瓷纤维材料和陶瓷颗粒材料与低温粘合剂和高温粘合剂以(1～30)：(10～70)：(0.5～8)：(0.5～10)的质量比混合均匀，得到陶瓷浆料，其中，所述的低温粘合剂是浓度为3～20％的羧甲基纤维素水溶液，所述的高温粘合剂是浓度为10～60％的硅溶胶溶液；然后将得到的陶瓷浆料浇入所述的预制件模具中，经加压至20～30MPa、抽真空至1×10^-2Pa，去水、压制成陶瓷-耐高温金属复合增强材料耐磨层预制件半成品，再对该预制件半成品进行60～200℃/10～20h的烘干处理和700～1000℃/2.5～4h的烧结处理，得到陶瓷-耐高温金属复合增强材料耐磨层预制件成品；

4)将步骤3)中得到的陶瓷-耐高温金属复合增强材料耐磨层预制件成品置于挤压铸造模具的下模内，然后熔炼铝合金，再将熔融状态的铝合金液浇入与制动盘的形状尺寸相适配的挤压铸造模具的下模内，之后将挤压铸造模具的上模与下模合模，进行挤压铸造，挤压铸造的压力为50～150MPa，上模和下模的温度为100～250℃，合模后保压10～60秒后开模取件，得到制动盘毛坯；

5)将步骤4)中得到的制动盘毛坯固溶处理480～535℃，保温5～7小时，然后在水温60℃以上的水中进行淬火处理，最后时效处理150～180℃，保温4～8小时，得到制动盘半成品；

6)制动盘半成品的机械加工：按图纸要求对制动盘半成品进行机械加工后，制成制动盘成品。