CN103880456A - 陶瓷基摩擦材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有改善机械性能、断裂力学性能、热冲击稳定、化学性能稳定、摩擦性能优异和宽使用领域的陶瓷基陶瓷基摩擦材料及其制备方法。其原料组成为：无机高分子聚合粘结剂、增强材料、摩擦性能调节剂等材料组成。具有耐高温、高压和耐冲击、抗热衰减性能良好、功能独特、环保节能、质量轻、不伤对偶、寿命长和环境适应性强的高性能摩擦材料，使用寿命比现有产品提高2倍以上。

Description

陶瓷基摩擦材料及其制备方法

技术领域：

本发明涉及摩擦材料的制备方法，具体涉及陶瓷基摩擦材料及其制备方法。 

背景技术：

摩擦材料作为一种应用在动力机械上，依靠摩擦作用来执行制动和传动功能的部件材料。任何机械设备与运动的各种车辆都必须要有制动或传动装置。摩擦材料主要用于车辆和动力机械制动与传动，正从单一材料向复合材料发展，其质量的好坏直接影响机器的可靠性和操作人员的生命安全。随着科学技术的发展，人们对交通运输工具和动力机械的速度、负荷能力和安全性要求越来越高。如飞机、高速列车、重载货车、轿车、赛车、摩托车等重载、高速行驶、制动频繁的民用运载工具，以及使用环境恶劣的装甲车、坦克、直升机等，都对响应快、摩擦因数足够高而稳定、抗热衰减性能良好、质量轻、寿命长和环境适应性强的高性能摩擦材料提出了迫切的需求。 

作为一种高分子三元复合材料的摩擦材料，是物理与化学复合体。它是由粘结剂、增强材料和摩擦性能调节剂及其它三大类配合组成，经一系列工艺生产加工而制成的材料制品。摩擦材料的特点是具有良好的摩擦系数和耐摩损性能，同时具有一定的耐热性和机械强度，能满足车辆或机械的传动与制动的性能要求。它们被广泛应用在汽车、火车、飞机、石油钻机等各类工程机械设备上。同样也是自行车、洗衣机等民用品作为动力传递或制动减速不可缺少的材料。 

自世界上出现动力机械和机动车辆后，在其传动和制动机构中就开始使用了摩擦材料。初期的摩擦片系用棉花、棉布、皮革等作为基材，随着车辆速度和载重要求的提升，其制动温度也相应提高，这类摩擦材料已经不能满足动力机械和机动车辆使用要求。人们开始寻求耐热性好的、新的摩擦材料，石棉摩擦材料由此诞生。20世纪60年代，人们逐渐认识到石棉对人体健康有一定的危害性，因此又寻找能取代石棉的其它纤维材料来制造摩擦材料，即无石棉摩擦材料或非石棉摩擦材料。20世纪70年代，以钢纤维为主要代替材料的半金属材料在国外被首先采用。80年代-90年代初，半金属摩擦材料已占据了整个汽车用盘式片领域。20世纪90年代后期以来，NA0(少金属)摩擦材料在欧洲的出现又引导一个新的 趋势，随后由日本企业研制成功新型陶瓷材料制成刹车片并逐渐成为刹车片市场的新宠。 

传统的刹车片原材料的组成：一般分为粘结剂、增强纤维、摩擦性能调节剂、填料。而热衰和化学不稳定这是传统摩擦材料中重要组元有机粘结剂最难克服的重大隐患之一，这大大影响了传统摩擦材料的安全性和使用效果。 

在当前这个高速发展的时代，各行业的机械设备和交通运输更是处在领先发展的行业，这些机械设备与运动的各种车辆都的速度也越来越快，而传动与制动系统的性能优劣，关系到机械设备与运动的各种车辆传动与制动是否有效、可靠。故被称为“安全件”或“保安件”，是任何机械设备与运动的各种车辆最重要的零件之一。 

20世纪90年代中期，C/C-SiC复合材料开始应用于摩擦领域，成为最新一代高性能制动材料而引起研究者的广泛关注和重视，美、德、日等工业发达国家正逐步展开理论和应用研究。C/C-SiC陶瓷制动材料具有密度低(约2.0g/cm³)、耐摩性好、摩擦因数高、制动平稳、抗腐蚀、抗氧化、耐高温、环境适应性强(如湿态下摩擦因数不衰退)和寿命长等优点，以及成本略高于粉末冶金制动材料和远低于炭/炭制动材料的优势，必将在高速高能载交通工具和工程机械的摩擦机构上得到广泛应用。 

陶瓷摩擦复合材料(即炭纤维增强炭和碳化硅基体)最早在20世纪80年代作为热结构材料出现，具有密度低、抗氧化性能好、耐腐蚀、优异的高温力学性能和热物理性能、好的自润滑性能等优点，是一种能满足1650℃使用的新型高温结构材料和功能材料，目前C/C-SiC复合材料已应用于返回式飞船的面板、小翼、升降副翼和机身舱门，航天飞机的热防护系统，太空反射镜等部件。高速列车因高速高能载而成为摩擦制动材料发展的主要推动力，迄今为止，列车刹车闸片(闸瓦)材料从铸铁、合成材料、粉末冶金材料发展到了C/C和C/C-SiC复合材料。合成材料闸片一般用于小于200km/h的准高速列车上。粉末冶金材料闸片应用广泛，但存在密度较高(＞4.5g/cm³)、易于氧化锈蚀、寿命短和高速制动产生强噪音和易熔焊粘结等缺点。C/C复合材料具有密度低(约1.8g/cm³)、比热容大、耐热性良好，并且在高负荷下仍能保持优良的摩擦性能，使制动装置减轻等优点，在飞机摩擦副上得到广泛应用。但C/C复合材料的制备周期长、成本高、抗氧化性能 差，湿态下摩擦因数不稳定、对环境(干净、干燥)的要求较高，很难在使用环境差的交通工具上大规模使用。 

为了满足飞机、高速列车、重载卡车、高级轿车等安全行驶的需求，西方工业发达国家在20世纪90年代中期开始研制低密度、高耐摩性和高温稳定的炭纤维增韧陶瓷基刹车材料，德国斯图加特大学和德国航天研究所等单位的研究人员开始进行陶瓷基复合材料应用于摩擦领域的研究，并研制出陶瓷基刹车片应用于POrsche(保时捷)轿车中，美国橡树岭国家实验室与HOneywel1Advanced COmpOsites公司、HOneywell Aircraft Landing Systems公司、HOneywel1COmmercial Vehicle Systems公司合作，正在研制低成本的陶瓷基复合材料刹车片，替代用于重载汽车的铸铁和铸钢刹车片。法国TGV-NG高速列车和日本新干线已试用陶瓷基闸瓦，德国航空中心(German AerOspace Center，DLR)进一步发展了该工艺，并已制备出飞机刹车盘等产品。 

由于现在汽车制动系统主要使用的半金属摩擦材料和无石棉有机摩擦材料刹车片存在噪音、振动、摩损率高、使用寿命短等问题，而可替代的碳/碳复合摩擦材料虽然性能优异，但其成本较高，通常只是在飞机上使用。而陶瓷材料具有比重小、熔点高、硬度大、化学稳定性好和耐腐蚀等优点，已被广泛地使用在摩擦材料上。因此，开发摩擦性能稳定、摩损率低、使用寿命长、无噪音和振动的新型陶瓷摩擦材料已经成为现在摩擦材料研究的一个热门领域。 

1999年法兰克福国际汽车交易会(IAA)上，碳陶摩擦材料在民用领域首次被揭开了神秘的面纱。高科技材料的使用彻底颠覆了传统的刹车片技术：与传统的灰铸铁刹车片相比，碳陶刹车片摩擦材料的重量减轻了大约50％，非悬挂质量减轻了近20千克。碳陶刹车片摩擦材料更显著的优点还有：刹车反应速度提高且制动衰减降低、热稳定性高、无热振动、踏板感觉极为舒适、操控性能提升、抗摩损性高等等。因此，碳陶刹车片的使用寿命更长，而且几乎不会产生灰尘。最初，保时捷公司于2001年将碳陶刹车片作为配套设备装配在911GT2型跑车上。此后，其他知名品牌汽车也陆续开始通过采用这一创新型刹车技术来提高车辆安全性并改善踏板舒适度。其中包括汽车制造商生产的奥迪、宾利、布加迪和兰博基尼等跑车与豪华汽车。 

目前国内有些生产厂家只是在摩擦材料中加了点陶瓷粉便自称陶瓷刹车片， 其实和真正的陶瓷刹车片还差得远。如中国专利200610136830.2中南大学的湖南博云新材料股份有限公司的一种大型飞机用粉末冶金航空刹车材料，组成刹车材料的各成分为：铁、石墨、海砂、锡、镍、SiC+Al₂O₃、二硫化钼、铜；中国专利02102985.7是用非晶态金属纤维、无硅碳基复合材料制成的一种新型环保摩擦制动材料，它在保持碳/碳复合材料优良性能的前提下，简化制造工艺，缩短生产周期，降低产品成本，它的结构特点是：非晶态金属纤维和无硅陶瓷粉末分布在碳或石墨基体上，它的组成：非晶态金属纤维+无硅陶瓷粉末+焦炭或沥青粉末+粘结剂。中国专利200410051611.5是一种轿车刹车盘及其制造方法，旨在提供一种耐摩、耐高温、质量轻的轿车刹车盘。该轿车刹车盘包括刹车碟和安装孔套，所述刹车碟是由氮化硅陶瓷材料制成的，氮化硅陶瓷材料具有很好的加工性能和独特的耐摩、耐腐蚀、耐高温性能，而且比重轻，与钢质材料相比更能满足刹车盘的安全性、耐摩性能指标；所述刹车盘的制造方法是，将氮化硅陶瓷粉及安装孔套装入预先作好的刹车盘模具中，用1800～2200kg/cm²的压力将其压制成型，再用1100～1300℃高温初次烧结后进行精加工，然后再用1700～1900℃的高温再次烧结即可制成符合技术要求的刹车盘。中国专利200810015886.1、200810138396.0、200810110827.2等也是一些加入陶瓷材料改善制动性能的刹车片制造方法。真正的陶瓷摩擦材料如陶瓷刹车片是有特制的盘，是要换片肯定也要换盘，陶瓷刹车片的优点是具有耐高温、高压、和耐冲击、化学性能相对不稳定的技术问题且不伤对偶，使用寿命比现有产品提高2倍以上。现在国内市场的自称陶瓷刹车片的基本没有这些特点。200910042780.5主要对以针刺炭纤维整体毡为预制体，采用化学气相渗透法和熔硅浸渗制造工业制动器用炭/陶制动衬片的制造方法； 

200910042779.2主要对以短切炭纤维、石墨粉、工业硅粉和粘结剂为原材料，采用温压-炭化-熔硅浸渗工艺制备的炭纤维增强炭-碳化硅双基体摩擦材料的制备方法；201210131411.5采用针刺的方法制备炭纤维全网胎，对其进行高温热处理后采用等温化学气相渗透法制得低密度炭纤维增强基体炭(C/C)复合材料，对低密度C/C复合材料进行机加工后在高温真空炉中进行定向熔渗制得C/C-SiC制动衬片。这些方法工艺复杂、成本高、性能并不稳定，很难产业化。 

随着科学技术和工业的迅速发展，依靠摩擦作用来执行制动和传动功能的部件材料在速度和重量在不断增加情况下，如现代先进飞机的着陆速度已超过 350km/h，起飞重量已达600t，一次着陆刹车装置吸收飞机的动能已达1000MJ～1300MJ。着陆刹车的20s内，刹车盘的摩擦表面温度瞬间达1300～1600℃，同时，在刹车盘表层出现高达600～800℃/mm的温度梯度，从而产生很高的热应力并于剧烈的热冲击状态。摩擦材料在刹车过程中刹车盘所承受的摩擦动力学、热力学和交变高应力等因素的复杂函数关系有的至今尚不清楚，这也是现代摩擦学的一个重要研究课题。在机轮的狭小空间内，设计具有热载能力和刹车功率极大且刹车性能稳定及散热良好的刹车装置，是一个难度很高的工程技术问题，为使刹车装置满足飞机的设计和使用要求，刹车盘摩擦副材料的性能是至关重要的。如航空高性能摩擦材料历来都被各国列入高新技术范畴，而刹车盘(片)又是飞机、汽车等机械使用过程中的主要消耗件和易损件，因此，对其研究及其工程化具有重大的技术价值和显著的经济及社会效益。 

发明内容

西安德谦科技研发的新型无机高分子聚合材料，其化学组成是以非碳元素通过共价键或离子键构成主链的无机高分子。其由尺度为纳米级的粒子堆积桥联聚合固化而成，它在较低温度下固结就能达到致密化，同时它的小尺寸效应、表面和界面效应，量子尺寸效应和量子遂道效应，使得它具有独特的性能，它的出现解决传统陶瓷的强化和增韧问题。具体地说无机高分子材料具有以下独特性能：1)粒径小、比表面积大和高的化学性粘结，提高产品性能；低温反应性固结；2)使材料的组成结构致密化、均匀化，改善材料组织的性能，提高使用的可靠性；3)可以从量子数量级上控制材料的成分和结构，有利于充分发挥无机高分子材料的潜在性能，使无机高分子材料的组织结构和性能的定向设计成为可能。 

针对有机类树脂刹车片的缺陷与不足，根据无机高分子聚合材料的特点，同时，参照摩擦材料企业、制动器企业和一些国外的先进标准，如：ISO的相关标准，北美的FMVSS系列、SAE系列标准；欧洲的Ak系列、ECE系列标准；日本的JASO系列、JISD系列标准；欧美发达国家及地区的法律法规；以及航空企业对摩擦材料试验方法及标准，结合现代机械车辆摩擦产品的性能要求，通过控制不同形态下多种相分的纳米效应，使无机陶瓷摩擦材料获得比其它摩擦材料更好的综合性能，特别是强度和韧性、耐高温摩擦与耐摩损等指标有了大幅度提高。利用无机高分子聚合物复合技术研制的新型制动摩擦材料----无机陶瓷基摩擦材料， 具有制动效能极佳、高温无衰变、无噪声、无落灰、不腐蚀轮毂、使用寿命长、环保等优点。与目前常用的刹车片相比，主要特点是： 

一、耐高温性好、抗热衰退性能稳定和良好的机械强度和物理性能。由于这类产品采用耐热性能好的无机粘结剂、增强纤维、摩擦性能调节剂等构成摩擦性能稳定的多元复合结构，通过严格的工艺和配方设计控制，生产出各种性能优异的摩阻材料，所以该材料除具有稳定的摩擦性能外，其耐高温技术指标也大大超过了国家标准规定值。 

利用独特的无机高分子聚合材料处理技术，以结构性性复合材料的设计理念，以及摩擦材料内部结构的特殊设计，使其具有良好的机械强度、稳定摩擦系数、高摩擦力矩和物理性能。表现出承受压力和剪切力都很优异的使用性能。 

二、耐摩性好，使用寿命长。采用了优化组合制成的摩擦材料，利用现代分析技术，对原材料的热特性相变性进行基础性的研究分析，根据研究，对原材料进行筛选、设计中采用热稳定性好，相变少的组元，提高了刹车片的耐高温性能。利用表面偶联技术，增加摩擦性能调节剂与无机高分子聚合材料基体的亲和性，设计相应宽领域摩擦系数的产品，并以足够高而稳定、抗热衰减性能良好、质量轻、寿命长和环境适应性强的高性能，能够确保高速和紧急制动安全的摩擦材料。 

三、对偶面(盘、鼓)损伤小。采用独有的多元润滑技术，解决了摩擦界面隔膜、积炭问题，既不产生高温热摩损，提高了刹车片耐摩性，又起到了润滑作用，减少了对偶面(盘、鼓)的摩损。 

四、生产成本低。通过对原材料的基础性研究和应用方向，设计出合理的配方，采用资源丰富、价格便宜的国产原材料，根据不同产品的需要，原料成本可以控制在较低的范围内。并通过简化生产工艺，成功地控制了摩阻材料的生产成本，使其大幅度降低，产品市场价格只相当于同类进口产品的30％，具有很强的国际国内市场竞争力。 

五、制动时无噪音。由于科学的选用材料，制作的摩擦材料硬度可调整至任何合适范围内，大大提高了刹车的性能，改善了踩刹车时的脚感和乘坐的舒适性。 

六、制品重量轻。采用性能优良的复合纤维制成的刹车片具有密度低的特点(＜2.0g/cm³)，而目前钢纤维刹车片的密度多在2.5g/cm³以上，这样组成等体积的片材意味着这种新型材料更加轻量化。 

完成上述发明任务的方案是：一种陶瓷基摩擦材料及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤： 

1).根据产品应用方向标准对应进行设计配方； 

2).对设计好的配方按配比进行称重原材料； 

3).将配方中的增强纤维、摩擦性能调节剂搅拌均匀； 

4).将配方中的无机高分子聚合材料、增强纤维、摩擦性能调节剂和其它等搅拌均匀形成拌合料； 

5).对拌合料加吹热风继续搅拌10-20分钟至拌合料结块； 

6).以每分钟150-300转的速度搅拌，利用离心力使拌合结块料分散成松散料； 

7).将松散料放入模具中，用压力机压制为成型的摩擦材料制品； 

8).对成型的摩擦材料制品进行加温，使其瓷化固结； 

9).对瓷化固结后的陶瓷摩擦材料制品进行加工、修整、检测； 

10).对陶瓷摩擦材料制品检测合格后形成成品。 

所述步骤8中的瓷化固结包括：低温瓷化固结，微波瓷化固结、以及饱和蒸汽瓷化固结。 

所述低温瓷化固结是按照生产摩擦材料制品的参考温控曲线进行，具体是： 

a.在50℃的环境中保温7～10小时； 

b.经1小时升温至70℃，保温10～30小时； 

c.经2小时加温至90℃，保温10～30小时； 

d.经2小时加温至95℃，保温10～30小时； 

e.经2小时加温至100℃，保温10～30小时； 

f.经2小时加温至120℃，保温10～30小时； 

g.经2小时加温至150℃，保温10～30小时； 

h.经2小时加温至180℃，保温10～30小时； 

i.使其自然降至室温。 

当材料量比例变大、摩擦材料制品密实度增大或加摩擦材料制品体积增大时，在各温度控制段的升温、保温时间相应加长。 

所述微波固结是将模压成型的摩擦材料置于微波环境下瓷化固结； 

所述饱和蒸汽固结将模压成型的摩擦材料置于饱和蒸汽环境下瓷化固结。 

所述步骤3中的摩擦性能调节剂为氧化铁(铁红和铁黑)、铜粉、碳化硅、刚玉、石墨、二硫化钼、硫化铁、二氧化钛、重晶石、冰晶石等。 

所述步骤3中的摩擦性能调节剂摩擦性能调节剂可以分为2类：(1)减摩材料：莫氏硬度一般小于2，它的加入可提高材料的耐摩性，减小噪音及降低摩擦系数。这类材料主要有：石墨、二硫化钼、铜等。(2)摩阻材料：莫氏硬度一般大于4，它的加入可以增加材料的摩擦系数。摩擦性能调节剂作为摩擦改性组元的加入主要是调节材料的热稳定性能以及其工作稳定性。加入铜粉，它的作用是可以在摩擦材料和对偶间形成转移膜，既能提高摩擦力矩和稳定摩擦系数，又能减小对对偶件的损伤，提高整个摩擦副的耐摩性能；二氧化钛，起到增加韧性、增强抗剪切能力的作用；冰晶石是起润滑作用，能够提高刹车片的工作稳定性、抗擦伤性、抗粘着性和耐摩性，减小制动噪音；重晶石充当它在高温下形成摩擦转移膜，可以稳定摩擦系数、降低摩损。硫化铁在较高温度下分解并形成金属氧化物，形成的摩擦转移膜能降摩损和稳定摩擦系数；铁红和铁黑多孔，可降低制动噪音和振动，还有着色作用。 

所述步骤3中的增强纤维为碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、植物纤维(木浆纤维、麻纤维)等。 

所述步骤4中的其它包括蜂蜜、红糖以及有机聚合物，并在使用时需先和材料混合均匀；所述有机聚合物为苯乙烯-丁二烯嵌段共聚体(SBS)、乙烯-醋酸乙烯共聚体(EVA)的热塑性有机化合物。 

说明书附图： 

图1为本发明陶瓷基摩擦材料制备方法的流程图。 

本发明具有以下优点： 

1.无机高分子材料可在远低于玻璃态、陶瓷基材料的较低的温度下(180℃)缩合形成(这一点与有机材料相同)具有均匀的主旨结构。无机高分子聚合材料与摩擦性能调节剂之间的浸润性好(这一点与有机材料相同)、表面活性大、界面能小，它们不但结合力强；并且，无机高分子粘合材料是低温缩合形成的致密结构，不但具有比玻璃态、陶瓷基的粘合强度高，化学性质稳定，而且韧性更好，满足高速陶瓷基摩擦材料高回转强度，负荷重或冲击力大的恶劣条件 下工作的条件。 

2.无机高分子材料与玻璃态、陶瓷基材料相比却是模量小韧性大，且无机高分子本身是个氧化物网络结构体系，化学性质稳定，在1000℃～1200℃之间不氧化、不分解，保证陶瓷基摩擦材料工况情况下不会产生热衰。 

3.无机高分子材料的元素结合力主要为离子键，共价键或离子价混合键。这些化学键的特点是高的键能、键强。因此，这一大类材料具有高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐摩损、高强度和良好的抗氧化等基本属性， 

4.适用广泛：无机高分子材料在固化后，形成以硅氧四面体和铝氧四面体以共价键和离子键相连的立体网络结构，其断裂能高达1500J/cm²，能够满足摩擦材料在高速旋转时，强大离心力作用下，摩擦材料不会产生破裂的强度要求。该发明即可以生产超软摩擦材料、普通摩擦材料，也可以生产特殊摩擦材料。 

5.无机高分子材料是由尺度为纳米级的粒子堆积聚合瓷化而成，它在较低温度下固结就能达到致密化，同时它的小尺寸效应、表面和界面效应，量子尺寸效应和量子遂道效应，使得它具有独特的性能，它的出现将有助于解决无机高分子材料的强化和增韧问题。具体地说无机高分子材料具有以下独特性能：1)粒径小、比表面积大和高的化学性能，可显著降低材料的烧结致密化温度，节约能源；2)使材料的组成结构致密化、均匀化，改善材料组织的性能，提高使用的可靠性；3)可以从量子数量级上控制材料的成分和结构，有利于充分发挥陶瓷材料的潜在性能，使无机高分子材料的组织结构和性能的定向设计成为可能。 

6.无机高分子材料成型后固结，颗粒大小决定了材料的微观结构和宏观性能。如材料颗粒分布堆积均匀，则固结时收缩一致且晶粒均匀长大，低温固结首先导致材料在结构上的变化，晶粒细小均匀呈等轴晶状，同时由于晶界液相的引入和独特的界面结构导致界面结合强化，材料的断裂也变为完全的沿晶断裂模式，使得材料的强度和韧性显著提高；所制备的材料缺陷小、强度高，反应固结具有比烧结产物致密度高、反应温度低、成形能力良好、低成本和高纯度等优点。而传统固相烧结过程中没有液相产生，需要较高的烧结温度，晶粒长大严重，烧结体颗粒粗大，均匀性差，断裂模式多为穿晶断裂；而且断裂韧性也较低。 

7.高质高能：无机合成，化学性质稳定、粘结性强、机械强度高、耐摩耐蚀、耐高温、热膨胀系数小。该材料，既具有无机材料的特性，也具有一定有机材料的特性。使用该材料生产的摩擦材料，不仅具有陶瓷摩擦材料和树脂摩擦材料的各自优点，也克服了它们各自的不足，打破了传统的陶瓷摩擦材料和树脂摩擦材料的界限。 

8.环保节能：无机高分子材料在摩擦材料的生产和使用过程中没有有毒害气体产生，其最高固化温度仅需180℃，一般固化为7天，相比C/C陶瓷复合材料极大的节约了能源，显著的提高了生产效率。 

9.由于该材料能低温固结，便可加入其它有机和无机材料进行改性，以满足对摩擦材料不同性能的更高要求。 

具体实施方式：

下面结合本发明做进一步说明： 

本发明所提供的陶瓷基摩擦材料的制备方法通过以下步骤实现摩擦材料的成型，具体如下： 

a.根据产品标准对产品的配方进行设计； 

b.对设计好的配方按配比进行称重； 

c.将配方中的无机高分子聚合材料、增强纤维、摩擦性能调节剂和其它搅拌均匀；摩擦性能调节剂与无机高分子聚合材料配合使用时，先对摩擦性能调节剂表面的酸性成分进行处理，其中摩擦性能调节剂为氧化铁(铁红和铁黑)、铜粉、碳化硅、刚玉、石墨、二硫化钼、硫化铁、二氧化钛、重晶石、冰晶石等。 

d.将配方中的无机高分子材料和助剂搅拌均匀，形成混合料；其中无机高分子材料在使用前要搅拌均匀；其它包括蜂蜜、红糖以及有机聚合物，并在使用时需先和材料混合均匀，助剂的蜂蜜、红糖为直链化合物，其作用是在高温摩擦时消除应力产生的微裂纹；有机聚合物为苯乙烯-丁二烯嵌段共聚体(SBS)、乙烯-醋酸乙烯共聚体(EVA)等热塑性有机化合物，其中有机高聚物的加入可以生产更具韧性的摩擦材料。 

e.将搅拌均匀的摩擦性能调节剂和其它在混料锅内搅拌均匀后加入材料和助剂的混合料，经搅拌后形成拌合料。在未加热风前充分搅拌，使材料充分浸 润、包裹摩擦性能调节剂，从而在宏观上大大表现出摩擦材料的整体性能的提高。 

f.对拌合料加吹热风并继续搅拌，热风温度及热风大小控制可以根据工业化生产量的大小及搅拌速度现场调整，直至拌合料结块后停止吹热风。 

g.以每分钟150-300转的速度搅拌，搅拌速度的大小根据无机高分子材料的用量多少及摩擦材料配方粒度大小在生产现场调整；利用离心力使拌合料分散成松散料； 

h.将松散料放入模具中用压力机压制成型为毛坯； 

i.对成型的摩擦材料毛坯进行加温瓷化固结，并对加温瓷化固结后的摩擦材料进行加工、修整、检测直至形成成品； 

j.其中固结包括低温瓷化固结，微波瓷化固结、以及饱和蒸汽瓷化固结。低温瓷化固结是按照生产摩擦材料的参考温控曲线进行，具体是：首先在50℃的环境中保温7～10小时；经1小时升温至70℃，保温10～30小时；经2小时加温至90℃，保温10～30小时；经2小时加温至95℃，保温10～30小时；经2小时加温至100℃，保温10～30小时；经2小时加温至120℃，保温10～30小时；经2小时加温至150℃，保温10～30小时；经2小时加温至180℃，保温10～30小时；使其自然降至室温。 

当摩擦材料的粒径变小或密实度增大；材料量变大或加工摩擦材料增重、增大时。在各温度控制段的升温、保温时间就应相应加长。 

微波固结是将模压成型的摩擦材料置于微波环境下瓷化固结，使用微波固结的方式不但能生产大气孔的高速摩擦材料，也可以生产普通摩擦材料，这些生产过程可以在8-24个小时内完成，并且节能效果显著。 

饱和蒸汽固结是将模压成型的摩擦材料置于饱和蒸汽环境下瓷化固结，通过饱和蒸汽固结可生产高性能的陶瓷摩擦材料。 

使用无机高分子聚合材料生产摩擦材料时，最好是密度要大、摩擦性能调节剂适量。金属模压成型法具有装置简单，成型成本低廉的优点，由于它的加压方向是单向的，混合材料与金属模壁的摩擦力大，混合材料间传递压力不太均匀。故易造成成型的生坯密度不均而产生产品的组织结构不均匀，所以尽量要定压而不是定模，并把压力放大并作一定时间的保压。 

Claims (10)

1.一种陶瓷基摩擦材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤： 

1).根据产品标准对产品的配方进行设计； 

2).对设计好的配方按配比进行称重； 

3).将配方中的摩擦性能调节剂和纤维增强材料搅拌均匀； 

4).将配方中的无机高分子聚合材料、摩擦性能调节剂和纤维增强材料等搅拌均匀； 

5).将搅拌均匀的无机高分子聚合材料、摩擦性能调节剂、纤维增强材料和其它等在混料锅内搅拌均匀后加入其它的混合料，搅拌后形成拌合料； 

6).对拌合料加吹热风继续搅拌10～20分钟至拌合料结块后停止热风； 

7).以每分钟150-300转的速度搅拌，利用离心力使拌合料分散成松散料； 

8).将松散料放入模具中，用压力机压制为成型摩擦材料； 

9).对成型摩擦材料进行加温，使其瓷化固结； 

10).对瓷化固结后的摩擦材料进行加工、修整、检测； 

11).对摩擦材料检测合格后形成成品。 

2.根据权利要求1所述的陶瓷基摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述步骤9中的固结包括：低温热固结，微波固结(加入金属除外)、以及饱和蒸汽固结。 

3.根据权利要求2所述的陶瓷基摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述低温瓷化固结是按照生产摩擦材料的参考温控曲线进行，具体是： 

a.在50℃的环境中保温7～10小时； 

b.经1小时升温至70℃，保温10～30小时； 

c.经2小时加温至90℃，保温10～30小时； 

d.经2小时加温至95℃，保温10～30小时； 

e.经2小时加温至100℃，保温10～30小时； 

f.经2小时加温至120℃，保温10～30小时； 

g.经2小时加温至150℃，保温10～30小时； 

h.经2小时加温至180℃，保温10～30小时； 

i.使其自然降至室温。 

当摩擦材料的粒径变小或密实度增大；材料量变大或加工摩擦材料增重、增大时。在各温度控制段的升温、保温时间就应相应加长。 

4.根据权利要求2所述的陶瓷基摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述微波固结是将模压成型的摩擦材料置于微波环境下瓷化固结。 

5.根据权利要求2所述的陶瓷基摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述饱和蒸汽固结将模压成型的摩擦材料置于饱和蒸汽环境下瓷化固结。 

6.根据权利要求5所述的陶瓷基摩擦材料的制备方法， 

其特征在于：权利要求3中的摩擦性能调节剂与无机高分子聚合材料配合使用时，对摩擦材料调节剂表面的有残酸成分的；所述摩擦材料调节剂在摩擦材料生产过程中需经中和清洗。 

7.根据权利要求6所述的陶瓷基摩擦材料的制备方法， 

权利要求3中的摩擦性能调节剂为氧化铁(铁红和铁黑)、铜粉、碳化硅、刚玉、石墨、二硫化钼、硫化铁、二氧化钛、重晶石、冰晶石等。 

8.根据权利要求7所述的陶瓷基摩擦材料的制备方法， 

权利要求3中的增强纤维为碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、植物纤维(木浆纤维、麻纤维)等。 

9.根据权利要求8所述的陶瓷基摩擦材料的制备方法，其特征在于：权利要求4中的材料在使用前要搅拌均匀。 

10.根据权利要求9所述的陶瓷基摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述步骤5中的其它包括蜂蜜、红糖以及有机聚合物，并在使用时需先和材料混合均匀；所述有机聚合物为苯乙烯-丁二烯嵌段共聚体、乙烯-醋酸乙烯共聚体的热塑性有机化合物。 

Images