泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料及其構件和製備的製作方法

2023-08-01 05:35:51

專利名稱：泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料及其構件和製備的製作方法
技術領域：
本發明涉及摩擦材料的製備技術，具體地說是一種具有雙連續相結構特徵的泡沫碳化矽/金屬複合摩擦材料及其構件和製備方法。
背景技術：
摩擦制動材料是飛機、軌道交通列車、履帶車輛和輪式車輛、艦船等現代交通工具的制動系統中用量最大的關鍵材料，主要包括C/C複合材料、鋼鐵材料(鑄鐵、鑄鋼、鍛鋼)、金屬基複合材料、粉末冶金材料和半金屬材料等等幾大類型，並以摩擦片、制動盤、軸瓦和閘片等構件形式加以使用。其中，半金屬制動材料主要用於輕型車輛的制動系統，而其它幾類主要用於重型交通工具的制動系統。隨著上述交通工具不斷向大功率、高速度、輕量化方向發展，其制動系統必須更加安全、可靠、耐用和輕型，因而對先進摩擦制動材料的需求變得更加急迫。
先進的摩擦制動材料應該能在不同的工況下保持穩定的摩擦性能，並同時具備低的磨損率、高的機械性能、優異的抗變形和抗破壞能力、以及低的質量密度。然而，現有的各類摩擦制動材料並不能很好地滿足這些要求。
例如，廣泛應用於飛機和裝甲車輛制動系統的粉末冶金摩擦片，包括鐵基和銅基粉末冶金摩擦片，存在制動壓力高、制動響應速度慢、磨耗大、易破損等主要問題；又如，近幾十年來在飛機(主要是民用飛機)上獲得成功應用的碳/碳複合摩擦材料，具有極其顯著的減重優勢，但依然存在吸潮導致摩擦係數低、在沙塵環境中磨粒磨損嚴重、以及製造成本高等問題，限制了其應用範圍的擴大；再如，以碳化矽陶瓷顆粒增強的鋁基複合材料為代表的陶瓷/金屬複合摩擦材料，具有減重、降噪和摩擦性能不受水影響的優點，並在理論上具有將金屬的摩擦作用與陶瓷的減磨作用有機結合的潛在優勢。但由於這種材料在結構本質上屬於1-3連接型複合材料，陶瓷顆粒與鋁基體之間缺乏強烈的相互約束作用。在高溫摩擦時，由於鋁基體的軟化甚至流變，陶瓷顆粒的增強作用減弱直至消失，反而變成磨料，造成嚴重的磨粒磨損；同時，摩擦係數快速增加，導致與對偶的粘著，出現「抱死」。換言之，陶瓷顆粒增強的金屬複合材料作為摩擦制動材料使用時存在摩擦係數隨工況變化顯著和高溫環境中磨粒磨損嚴重的問題。
近年來，出現的多孔陶瓷骨架增強整體增強的金屬基複合材料，因其特有的3-3型(三維摩擦組元和三維基體)連接結構，使陶瓷和金屬之間形成很強的相互約束作用。因而，作為一種新型的摩擦材料，這種材料除了在理論上具有將金屬的摩擦作用與陶瓷的減磨作用完美結合的優勢外，陶瓷與金屬之間的強約束作用完全有可能使這種材料能在不同的工況下保持穩定的摩擦性能和低的磨損率。已有的實驗室研究和制動臺架試驗結果不僅證實了上述推斷，而且還發現它能在很寬的工作壓力範圍顯現出高的制動響應速度。
泡沫陶瓷，一種特殊的多孔陶瓷材料，具有孔隙結構、尺寸和陶瓷體積分數容易調控的特點，不僅易於與金屬的複合，而且還能根據不同的應用對象，通過陶瓷相體積分數的調控，實現複合材料摩擦性能的設計。因此，具有雙連續相結構特徵的泡沫陶瓷/金屬複合材料在多孔陶瓷骨架增強的金屬基複合材料中最適宜作摩擦材料使用。
但是，已有的泡沫陶瓷/金屬複合材料由於材料自身特性和製備技術方面的原因，作為摩擦制動材料使用時，仍存在以下有待解決的問題第一，泡沫陶瓷強度低(抗壓強度一般小於5MPa)，與金屬形成複合材料後，基本不能起到承載作用。在較高面壓下摩擦時，泡沫陶瓷極易出現破壞，不能正常發揮複合材料的摩擦件功能；第二，泡沫陶瓷與金屬的熱膨脹係數差別很大，複合後材料內部產生很大的內應力，往往導致陶瓷骨架斷裂，從而在材料內部形成大量的宏觀和微觀缺陷，嚴重降低材料的力學性能和導熱性能；第三，真空熔滲複合工藝，泡沫陶瓷/金屬複合材料製備的基本方法，既不利於降低複合材料的製造成本，也不利於實際摩擦構件的短流程製造。
本發明將針對上述問題，基於先前發明的高強度碳化矽泡沫陶瓷製備技術，利用壓力擠壓鑄造方法，採取內應力控制措施，製造摩擦性能穩定、磨損率低、耐熱性能好、機械強度高、抗變形和破壞能力強的泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料及其構件，以滿足飛機、高速列車、裝甲車輛和其它重載車輛、以及艦船等交通工具對先進摩擦制動材料的需求。

發明內容
本發明的目的在於提供一種泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料及其構件和製備方法。用本發明提供的泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料具有耐熱性能好、摩擦性能優良、機械強度高、工藝性能好的特點。
定義1、泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料——由一定體積分數的泡沫碳化矽陶瓷與基體金屬通過合適的複合方法獲得的具有雙連續相結構特徵的、以摩擦性能為基本功能的複合材料。
2、泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料構件——由雙連續相複合材料摩擦層與金屬層(也稱金屬背)組合而成的、能同時發揮摩擦作用和承載或載荷(力或熱負荷)傳遞作用的構件。
3、基體金屬——特指與泡沫碳化矽複合形成泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料的金屬材料。它既可以與泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料構件中的金屬背同質，也可以不同質。
本發明的技術方案是泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料，按體積分數計，其成份由15％～60％的泡沫碳化矽陶瓷、85％～40％的金屬基體組成。金屬為鑄造性能較好的銅及其合金、鋁及其合金、鐵及其合金。
泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料構件，其雙連續相複合材料摩擦層與金屬層的厚度比可在1/100-10/1範圍變化。金屬層的材質既可是與雙連續相複合材料摩擦層中金屬相同的同質材料，也可不同的異質材料。當摩擦材料構件為摩擦片時，如金屬層為鋼，則可簡稱為鋼背，摩擦片則相應簡稱為鋼背摩擦片。
所述的泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料及其構件，其採用的泡沫碳化矽是一種陶瓷相與其中的孔隙存在三維互貫通關係的、在宏觀尺度上呈現三維網狀形貌的多孔陶瓷，孔隙的等效直徑為0.1mm～10mm，孔隙率為85％-40％，構成三維網的陶瓷筋既可是緻密的，也可是多孔的。陶瓷筋為緻密結構時，對應的泡沫碳化矽稱之為緻密泡沫碳化矽；陶瓷筋為多孔結構時，對應的泡沫碳化矽稱之為多孔泡沫碳化矽。
所述的緻密泡沫碳化矽按申請號為03134039.3(公開號CN1600742A)的專利所提供的方法製備。按重量分數計，其成份由90％～98％的碳化矽和10％～2％的矽組成；構成多邊形封閉環單元的陶瓷筋的相對緻密度≥99％，平均晶粒尺寸在50nm～10μm。
所述的多孔泡沫碳化矽的製備方法是在利用專利申請號為03134039.3的專利提供的方法製備出緻密泡沫碳化矽後，進一步進行高溫真空抽矽處理。工藝條件為溫度為1500℃～2250℃、真空度為20Pa～2×10-3Pa，保溫20min～2h，獲得多孔泡沫碳化矽，多孔泡沫碳化矽陶瓷筋的相對緻密度為95％～80％，孔隙的等效直徑為0.5-100μm，孔隙率為5％-20％。為了增加陶瓷筋中的微孔數量，可在專利申請號為03134039.3指出的一個組份的陶瓷料漿配方中添加矽粉。添加的矽粉佔料漿總重量的1％-40％，作為造孔劑。進而，按本發明製備方法獲得陶瓷筋中的微孔數量可調的多孔泡沫碳化矽陶瓷。
所述的泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料及其構件的製備方法是將製備好的碳化矽泡沫陶瓷預熱後放入模具中，在空氣條件下，利用擠壓鑄造的方法將液態基體金屬壓入碳化矽泡沫陶瓷的三維連通孔隙中並凝固。而後出模，冷至室溫，再按需要的尺寸進行機加工。如將泡沫碳化矽區域以外的金屬全部加工去除後，所得的材料即為泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料；如在一個方向保留一定厚度的金屬層，則所得的材料即為金屬背與泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料中基體金屬同質的泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料構件。
所述的泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料構件的製備方法是將製備好的碳化矽泡沫陶瓷與金屬背組合成預連接體，經預熱後放入模具中，在空氣條件下，利用擠壓鑄造的方法將液態基體金屬壓入碳化矽泡沫陶瓷的三維連通孔隙中並凝固，實現碳化矽泡沫陶瓷、基體金屬和金屬背的一步複合。出模後，冷至室溫，再按需要的尺寸進行機加工，即獲得泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料構件。摩擦材料構件可以根據使用制動系統的要求製造成平板狀、環狀、管狀、棒狀、軸瓦及其它異形結構。還可以先將泡沫碳化矽和泡沫碳化矽陶瓷與金屬背的預連接體製備成摩擦材料和構件的所要求的要求形狀和尺寸，複合後，通過加工去除多餘金屬，最終得到平板狀、環狀、管狀、棒狀、以及其它異形結構的複合摩擦材料及構件。
所述的泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料和所述的泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料構件的製備方法，泡沫碳化矽陶瓷、基體金屬、以及金屬背的複合是通過擠壓鑄造方法實現的，具體步驟如下(1)將泡沫碳化矽陶瓷或泡沫碳化矽陶瓷與金屬背的預連接體預熱到100℃～1200℃，基體金屬(銅、鋁、鐵或它們的合金)加熱到熔點以上50℃～400℃；(2)將預熱後的泡沫碳化矽陶瓷或泡沫碳化矽陶瓷與金屬背的預連接體放入模具中，倒入熔化的基體金屬，加以50～200MPa的壓力並保壓20秒～2分鐘，之後，卸壓、出模，完成泡沫碳化矽陶瓷、基體金屬、以及金屬背的複合。
本發明金屬背與泡沫碳化矽陶瓷的固定方式採用螺釘固定或卡裝的方式。模具內側面與泡沫碳化矽陶瓷或泡沫碳化矽陶瓷與金屬背的預連接體邊緣的距離為1～10mm，以利於保持基體金屬熔液在碳化矽泡沫陶瓷內部溫度的一致性，提高複合質量。
本發明所述的基體金屬選用
純銅或黃銅、青銅、白銅等銅合金，例如鉻青銅(0.1～1.5Cr)、鐵青銅(1～15Fe)、錫青銅、鋁青銅等；鉛黃銅、鐵黃銅、錳黃銅、矽黃銅等。
純鋁或鋁合金等，例如Al-Si、Al-Cu、Al-Mg、Al-Zn、Al-Cu-Mg、Al-Cu-Mg-Fe-Ni系列等。
鐵合金選用碳鋼、低合金耐磨鋼、鑄鐵、鑄鋼、軸承鋼等，例如BJ2、BJ2F、BJ5、45#鋼、60#鋼、T8、T12、ZG40CrMn2SiMo、HT10-26、HT25-47、KT30-8、KTZ50-4、QT60-2等。
本發明所述的金屬背選用65Mn鋼、不鏽鋼、45#鋼、耐熱鋼等鐵合金和高溫合金、銅合金以及鋁合金等。金屬背的結構可為板狀、管狀、棒狀及其它異形狀等結構，其上事先預留一定數量的鑽孔。
所述的泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料極其構件的製備方法，在碳化矽泡沫陶瓷網孔內添加陶瓷顆粒(包括SiC、Al2O3或SiO2等)，添加量為碳化矽泡沫陶瓷總重量的1％-30％，其中陶瓷顆粒利用粘接劑造顆粒，粘接劑採用樹脂或其他粘接劑(如矽酸乙脂、水玻璃等)，粘接劑的加入量為顆粒重量的2％-20％，製造的顆粒粒度為0.1-3mm；或者直接採用陶瓷顆粒以松裝的方式添加。其目的是一方面，減小碳化矽泡沫陶瓷和金屬基體的膨脹係數差異，消除複合過程中產生的裂紋，提高複合質量；另一方面，通過顆粒增強，使基體金屬的耐熱性提高，從而使雙連續相複合材料的耐熱性也得到相應提高。
所述的泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料及其構件的製備方法，在碳化矽泡沫陶瓷網孔內填入摩擦組元，摩擦組元包括一些耐熱性較高的合金元素(如鐵、鎳、鎢等)或潤滑組元(石墨、二硫化鉬等)，添加量為碳化矽陶瓷總重量的1％-30％，其中摩擦組元或潤滑組元利用粘接劑造顆粒，粘接劑採用樹脂或其他有機粘接劑，粘接劑的加入量為顆粒重量的2％-20％，製造的顆粒粒度為0.1-3mm；或者直接採用摩擦組元或潤滑組元以松裝的方式添加。以提高材料的耐熱性或降低摩擦表面的溫度，改善複合材料的摩擦性能，同時也起到降低基體金屬熱膨脹係數的作用。
添加鐵和石墨使雙連續相複合材料耐熱性提高的原因主要是，鐵的熱容量比銅大[Fe的比熱容為461J/(kg·℃)-1，Cu的比熱容為385J/(kg·℃)-1]，因而加入鐵粉在某種程度上提高了基體銅的耐熱性；更主要的是，加入石墨有高溫潤滑作用，使摩擦時表面溫升降低，從而起到保護基體(Cu、Al、Fe或它們的合金)的作用。
本發明具有如下有益效果1、本發明提出的泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料，泡沫陶瓷與基體金屬形成相互貫通的三維連通網絡關係，使陶瓷和金屬之間形成很強的相互約束，即緊約束關係。這種緊約束關係，一方面，使金屬的摩擦作用與陶瓷的耐磨作用完美結合；另一方面，為複合材料同時具備高的剛性、硬度、衝擊韌性和抗變形、抗流變能力，進而使複合材料具備穩定的摩擦性能和良好的耐熱性能提供了材料結構基礎。
2、本發明提出的泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料的摩擦性能可以通過調整基體金屬的組成、泡沫陶瓷的體積分數、陶瓷顆粒及摩擦組元的組成和數量等幾種參數進行設計，從而表現出很好的摩擦性能的可設計性。
3、本發明提出的泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料，所採用的控制材料內應力的兩種方法，能夠非常有效地降低三維雙連續複合材料由於陶瓷與金屬相之間明顯存在的熱膨脹係數差別所造成內應力(該內應力足以使陶瓷斷裂，從而在材料內部形成大量的裂紋)，避免複合材料內部出現內裂紋。其結果，一方面，顯著地提高了複合材料的機械強度和傳熱能力，保證材料使役的可靠性；另一方面，增強了緊約束關係給材料摩擦性能和耐熱性能所帶來的益處。當採用在泡沫陶瓷往孔中添加陶瓷顆粒或摩擦組元時，還能通過提高基體金屬的耐熱性達到進一步提高複合材料耐熱性的目的。
4、本發明提出的泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料及其構件，所採用的製備方法——空氣氣氛下的擠壓鑄造複合方法，高效、經濟，既可直接獲得泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料，也可一步完成幾何結構和尺寸與傳統摩擦構件相同的帶背複合摩擦材料構件的複合。這一特點，十分有利於新材料對傳統摩擦材料構件的直接替代。
5、本發明提出的泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料及其構件，具有很好的摩擦性能的可設計性和很高的穩定性、磨損率低、耐熱性能好、機械強度高、抗變形和破壞能力強、製造方法簡單、可製造異形構件等特點，因而可以作為新型高性能摩擦制動材料在以下幾個方面獲得廣泛應用(1)用於民用飛機和軍用飛機的剎車，具有剎車響應速度快、剎車平穩、磨損率低壽命長、制動性能受環境影響小、所需制動壓力低、以及低成本等優勢。
(2)替代傳統的粉末冶金剎車片，用於軍用履帶車輛和重型輪式運輸車輛的制動，提高剎車片的使用壽命和制動系統的整體效能。
(3)替代傳統的金屬或粉末冶金剎車片，用於民用重型履帶車輛(如吊車、推土機、清障車等)和重型輪式運輸車輛，提高制動片的使用壽命，減少故障率，提高安全性。
(4)替代陶瓷顆粒增強金屬基複合材料剎車片，用於高速列車、城市等軌道交通工具的制動，提高制動可靠性，延長使用壽命、降低制動噪音。
(5)替代傳統的粉末冶金制動材料和金屬摩擦制動材料，用於艦船制動系統，提高制動可靠性，延長使用壽命、降低制動噪音。
(6)替代傳動的半金屬摩擦剎車片，用於高級轎車制動系統，減小噪音，提高制動性能，延長使用壽命。
6、本發明中，摩擦層的組成與泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料的組成一致，而金屬層既可是與摩擦層中的金屬相同的材質，也可是不同的其它金屬材質。泡沫碳化矽陶瓷、基體金屬、以及金屬背的複合都是採用擠壓鑄造方法在空氣氣氛下一步完成。採取兩種能顯著減小複合材料內應力的措施，消除了雙連續相複合材料內部裂紋等缺陷。


圖1為泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料及其構件的製備工藝流程。
圖2a-c為泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料及其構件的複合過程示意圖；其中，圖2a為泡沫碳化矽陶瓷骨架；圖2b為複合摩擦材料及其構件複合過程示意圖，1為金屬合金溶液，2為泡沫碳化矽陶瓷；圖2c為複合摩擦材料及其構件。
圖3a-b為緻密泡沫碳化矽陶瓷形貌；其中，圖3a為宏觀形貌；圖3b為微觀形貌。
圖4a-b為多孔泡沫碳化矽陶瓷形貌；其中，圖4a為宏觀形貌；圖4b為微觀形貌。
圖5a-b為多孔泡沫碳化矽陶瓷與銅合金複合的形貌；其中，圖5a是宏觀形貌，圖5b是泡沫陶瓷骨架筋內部微觀形貌。
圖6為添加Al2O3顆粒的雙連續相複合材料的形貌。
圖7為添加鐵和石墨的雙連續相複合材料形貌圖。
圖8a-b為泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料及其構件；其中，圖8a為泡沫碳化矽陶瓷骨架；圖8b為複合摩擦材料構件—航空剎車片靜片。
圖9為泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合材料航空剎車片結構示意圖。
圖10a-b為泡沫碳化矽/陶瓷孔徑為2mm的泡沫碳化矽/銅雙連續相複合材料摩擦片與銅合金的摩擦係數、磨損率隨溫度的變化；其中，圖10a為摩擦係數隨溫度的變化；圖10b為磨損率隨溫度的變化。
圖11a-b為泡沫碳化矽陶瓷孔徑為1.4mm的泡沫碳化矽/銅雙連續相複合材料摩擦片與銅合金的摩擦係數、磨損率隨載荷的變化。其中，圖11a為摩擦係數隨載荷的變化；圖11b為磨損率隨載荷的變化。
圖12a-b為泡沫碳化矽/陶瓷孔徑為0.8mm的泡沫碳化矽/銅雙連續相複合材料摩擦片與銅合金的摩擦係數、磨損率隨速度的變化。其中，圖12a為摩擦係數隨速度的變化；圖12b為磨損率隨速度的變化。
圖10a-b、圖11a-b、圖12a-b中，Cu代表85Cu-6Sn-6Zn-3Pb合金，10％、20％、30％分別代表泡沫碳化矽/陶瓷骨架的體積分數。
圖13a-b添加SiC顆粒的泡沫碳化矽/銅雙連續相複合材料的形貌；其中，圖13a是宏觀形貌，圖13b是泡沫陶瓷骨架筋內部微觀形貌。
圖14泡沫碳化矽/鋁雙連續相複合摩擦材料表面形貌。
圖15泡沫碳化矽/鋁雙連續相複合摩擦材料、碳化矽顆粒增強的鋁複合材料摩擦係數、磨損率隨溫度變化曲線。
圖16a泡沫碳化矽/鋁雙連續相複合摩擦材料摩擦磨損表面形貌，圖16b碳化矽顆粒增強的鋁複合材料摩擦磨損表面形貌。
圖17a體積分數分別為10％、20％、30％的大小兩種孔徑的雙連續相複合材料摩擦片摩擦係數隨滑行距離的變化曲線(大孔2mm、小孔0.8mm)，圖17b大小兩種孔徑的雙連續相複合材料磨損率與泡沫陶瓷體積分數的關係。
圖18a體積分數分別為10％、20％、30％的大小兩種孔徑的雙連續相複合摩擦材料摩擦係數隨溫度的變化曲線，圖18b體積分數分別為10％、20％、30％的大小兩種孔徑的雙連續相複合摩擦材料的磨損率隨溫度升高的變化。
具體實施例方式
本發明涉及的高強度泡沫碳化矽陶瓷的特徵和製備方法與專利申請03134039.3中提供的方法一致。
本發明泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料及其構件，按體積分數計，其成份由15％～60％的泡沫碳化矽陶瓷和85％～40％的金屬基體組成，其中泡沫碳化矽陶瓷的孔徑為0.1mm～10mm，孔隙率為85％～40％。金屬為純銅及其可常壓熔煉的合金、純鋁及其可常壓熔煉的合金、鐵及其可常壓熔煉的合金。
1、泡沫碳化矽/銅雙連續相複合摩擦材料構件的製備採用擠壓鑄造的方法將熔融的銅合金壓注到泡沫碳化矽陶瓷網孔內，經機加工到需要尺寸即獲得泡沫碳化矽/銅雙連續相複合摩擦材料構件，製備過程如圖1、圖2a-c。
(1)高強度緻密碳化矽泡沫陶瓷製備按專利申請號為03134039.3(公開號CN1600742A)提供的方法製備高強度緻密碳化矽泡沫陶瓷，如圖3a-b。
(2)多孔碳化矽泡沫陶瓷製備採用添加造孔劑(矽粉)的方法或高溫、真空除矽的方法製備多孔泡沫碳化矽/陶瓷，如圖4a-b、圖5a-b。
(3)金屬背的選擇金屬背選用65Mn鋼、不鏽鋼、45#鋼或耐熱鋼等鐵合金以及高溫合金、銅合金等材料。金屬背的結構可為板狀、管狀、棒狀及其它異形狀等結構，其上事先預留一定數量的鑽孔。
(4)泡沫碳化矽陶瓷與金屬背的連接採用卡裝或螺釘固定的方式將碳化矽泡沫陶瓷與金屬背連接在一起，金屬背尺寸與泡沫陶瓷骨架尺寸一致或大1～3mm。
(5)泡沫碳化矽陶瓷網孔內組分的添加在泡沫碳化矽陶瓷網孔內選擇性地添加粒度為1～50μm的陶瓷顆粒(包括SiC、Al2O3或SiO2等)，如圖6、圖13a-b，或摩擦組元耐熱性較高的合金元素(如鐵、鎳、鎢等)粒度為1～50μm，如圖7，或潤滑組元(石墨、二硫化鉬等)粒度為0.5～50μm，如圖7。
(3)碳化矽泡沫陶瓷骨架與金屬背的預熱與銅合金的熔化將泡沫碳化矽陶瓷骨架鋼背預熱到100℃～1200℃，銅合金加熱到熔點以上50℃～400℃，在熔煉過程中添加覆蓋劑並脫氧、打渣以提高熔煉合金的性能。
(4)複合在空氣條件下，將預熱後的陶瓷骨架金屬背放入模具(材質可以為45#鋼或耐熱鋼等)中，模具尺寸比鋼背尺寸大1～10mm，倒入熔化的銅合金，加壓50MPa～200MPa，保壓20秒～2分鐘，使熔融的銅合金充滿泡沫碳化矽陶瓷中的所有空隙、原位凝固並不出現縮孔，得到泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料構件。
(5)出模與機加工將泡沫碳化矽/銅雙連續相複合摩擦材料構件出模後機加工到需要的尺寸，即獲得泡沫碳化矽/銅雙連續相複合摩擦材料構件，如圖8a-b、9。複合摩擦材料構件的尺寸可以按照具體的應用需要來確定。
採用本發明製備的摩擦制動片工作溫度為室溫～800℃；制動或傳動力矩平穩、摩擦係數穩定、磨損率低(見圖10a-b、圖11a-b、圖12a-b)；力學性能為衝擊功在38.3～89.7kJ/m-2、壓縮強度在400～560MPa、彎曲強度在260～370MPa範圍內變化；碳化矽陶瓷泡沫的製備工藝完善可靠、複合是在空氣氣氛中一步完成、適合於大批量生產。
2、泡沫碳化矽/鋁雙連續相複合摩擦材料構件的製備與泡沫碳化矽/銅雙連續相複合摩擦材料構件的製備方法相同。鋁合金的熔化溫度較低，複合過程簡單。複合摩擦材料構件的形貌和摩擦性能如圖14-18。
3、泡沫碳化矽/鐵雙連續相複合摩擦材料構件的製備與泡沫碳化矽/銅雙連續相複合摩擦材料構件的製備方法相同。鐵合金的熔化溫度較高，對模具的高溫強度要求高一些。
下面通過實施例詳述本發明。
實施例1-21為泡沫碳化矽/銅雙連續相複合摩擦材料及其構件的製備。
實施例22-41為泡沫碳化矽/鋁雙連續相複合摩擦材料及其構件的製備。
實施例42-51為泡沫碳化矽/鐵雙連續相複合摩擦材料極其構件的製備。
實施例1先按專利申請號為03134039.3提供的方法製備泡沫碳化矽陶瓷骨架，尺寸如圖8a、圖9。其中泡沫碳化矽陶瓷的厚度為4mm，網孔(泡沫碳化矽陶瓷的孔徑)大小0.5mm，泡沫碳化矽陶瓷/金屬雙連續相複合材料中，泡沫碳化矽陶瓷體積分數是15％，利用四個中心孔用螺釘固定在相同尺寸的不鏽鋼網上，加熱到300℃後放入Φ100mm的模具內。
採用壓鑄法，將鐵黃銅Hfe59-1-1加熱到熔點溫度(901℃)200℃以上，除去覆蓋劑並脫氧、打渣後倒入模具中，採用壓力為50MPa，保壓時間20秒，壓入到泡沫碳化矽陶瓷骨架內，機加工到需要尺寸，即可獲得泡沫碳化矽/銅雙連續相複合摩擦材料構件——摩擦片(見圖8b)。該摩擦片具有耐熱性能好、摩擦性能優良、機械強度高、工藝性能好的特點。
實施例2與實施例1不同之處在於按實施例1製備泡沫碳化矽陶瓷，在溫度1800℃、真空2Pa、保溫時間1小時的條件下，將泡沫陶瓷骨架筋內部的殘餘矽抽掉，獲得多孔泡沫碳化矽陶瓷。多孔泡沫碳化矽陶瓷筋的相對緻密度為90％，孔隙的等效直徑為2μm，孔隙率為10％。
實施例3與實施例1不同之處在於採用添加造孔劑(矽粉)的方法製備多孔泡沫碳化矽陶瓷，在專利申請號為03134039.3提供的方法製備泡沫碳化矽陶瓷的陶瓷料漿中，按該申請中實施例1組份的配方中添加20g矽粉的方法製備多孔泡沫碳化矽陶瓷。多孔泡沫碳化矽陶瓷筋的相對緻密度為85％，孔隙的等效直徑為10μm，孔隙率為15％。
實施例4先按專利申請號為03134039.3提供的方法製備泡沫碳化矽陶瓷，尺寸為直徑為Φ90mm厚為5mm的圓片，網孔大小0.2mm，體積分數是20％，鋼背選用Φ97mm、厚4mm的65錳鋼片上，在鋼背上鑽間距10mm均勻分布的通孔，孔徑尺寸是與泡沫陶瓷接觸面孔徑為Φ4mm、背面的孔徑尺寸為Φ6mm，利用一個M4的螺釘將泡沫陶瓷固定在鋼背上，加熱到500℃後放入Φ100mm的模具內。
採用壓鑄法，將矽黃銅Hsi80-3加熱到熔點溫度(900℃)250℃以上，除去渣滓後，採用壓力為80MPa，保壓時間30秒，壓入到泡沫碳化矽陶瓷骨架內，機加工到需要尺寸，即可獲得泡沫碳化矽/銅雙連續相複合摩擦材料構件——摩擦片。
實施例5先按專利申請號為03134039.3提供的方法製備泡沫碳化矽陶瓷，尺寸為直徑為Φ200mm、厚為5mm的圓片，網孔大小1mm，體積分數是30％，用螺釘固定在直徑為Φ210mm的不鏽鋼網上，加熱到800℃後放入Φ220mm的模具內。
採用壓鑄法，將錫青銅QSn6-6-3加熱到熔點溫度(1019℃)200℃以上，除去渣滓後，採用壓力為100MPa，保壓時間40秒，壓入到泡沫碳化矽陶瓷骨架內，機加工到需要尺寸，即可獲得泡沫碳化矽/銅雙連續相複合摩擦材料構件——摩擦片。
實施例6先按專利申請號為03134039.3提供的方法製備泡沫碳化矽陶瓷，尺寸見圖8a、圖9、厚度為4mm，網孔大小1mm，體積分數是40％，利用四個中心孔用螺釘固定在相同尺寸的不鏽鋼網上，加熱到800℃後放入模具內。
採用壓鑄法，將鉻青銅(0.8Cr)加熱到1380℃，除去覆蓋劑和脫氧、打渣後倒入模具內，採用壓力為120MPa，保壓時間2min，壓入到泡沫碳化矽陶瓷骨架內，機加工到需要尺寸，即可獲得泡沫碳化矽/銅雙連續相複合摩擦材料構件——摩擦片(圖8b、圖9)。
實施例7與實施例6不同之處在於先按專利申請號為03134039.3提供的方法製備泡沫碳化矽陶瓷，尺寸見圖8a、圖9，厚度為5mm，網孔大小0.5mm，體積分數是40％。鋼背採用45#鋼，在鋼背上鑽間距10mm均勻分布的通孔，孔徑尺寸是與泡沫陶瓷接觸面孔徑為Φ4mm、背面的孔徑尺寸為Φ6mm，利用一個M4mm的螺釘將泡沫陶瓷固定在45#鋼鋼背上，加熱到400℃後放入模具內。
採用壓鑄法，將鉻青銅(1.2Cr)加熱到1380℃，除去覆蓋劑並脫氧、打渣後中倒入模具內，採用壓力為100MPa，保壓時間1.5min，壓入到泡沫碳化矽陶瓷骨架內，機加工到需要尺寸，即可獲得泡沫碳化矽/銅雙連續相複合摩擦材料構件——摩擦片。
實施例8與實施例6不同之處在於先按專利申請號為03134039.3提供的方法分別製備泡沫碳化矽陶瓷，尺寸見圖8a、圖9，厚度為4mm，網孔大小2mm，體積分數是50％，利用一個中心孔用螺釘固定在具有均勻分布通孔的不鏽鋼背上，通孔的間距為10mm，孔徑尺寸是與泡沫陶瓷接觸面孔徑為Φ3mm、背面的孔徑尺寸為Φ6mm，利用一個M3的螺釘將泡沫陶瓷固定在不鏽鋼背上，加熱到800℃後放入模具內。
採用壓鑄法，將錫青銅QSn5-4-4加熱到1280℃，除去渣滓後，倒入模具內，採用壓力為120MPa，保壓時間30秒，壓入到泡沫碳化矽陶瓷骨架內，機加工到需要尺寸，即可獲得泡沫碳化矽/銅雙連續相複合摩擦材料構件——摩擦片。
實施例9與實施例7不同之處在於先按專利申請號為03134039.3提供的方法製備泡沫碳化矽陶瓷，在溫度1780℃、真空0.5Pa、保溫時間1小時的條件下，將泡沫陶瓷骨架筋內部的殘餘矽抽掉，獲得多孔泡沫碳化矽陶瓷，多孔泡沫碳化矽陶瓷筋的相對緻密度為95％，孔隙的等效直徑為15μm，孔隙率為5％。鋼背採用45#鋼，在鋼背上鑽間距15mm均勻分布的通孔，孔徑尺寸是與泡沫陶瓷接觸面孔徑為Φ4mm、背面的孔徑尺寸為Φ8mm，利用一個M4的螺釘將泡沫陶瓷固定在45#鋼鋼背上，加熱到400℃後放入模具內。
採用壓鑄法，將鉻青銅(1.2Cr)加熱到1400℃，除去覆蓋劑並脫氧、打渣後倒入模具內，採用壓力為100MPa，保壓時間1.5min，壓入到泡沫碳化矽陶瓷骨架內，機加工到需要尺寸，即可獲得泡沫碳化矽/銅雙連續相複合摩擦材料構件——摩擦片。
實施例10與實施例7不同之處在於採用添加造孔劑(矽粉)的方法製備多孔泡沫碳化矽陶瓷，在專利申請號為03134039.3提供的方法製備泡沫碳化矽陶瓷的陶瓷料漿中，按該申請中實施例2組份的配方中添加10g矽粉的方法製備多孔泡沫碳化矽陶瓷，多孔泡沫碳化矽陶瓷筋的相對緻密度為85％，孔隙的等效直徑為20μm，孔隙率為15％。鋼背採用45#鋼，在鋼背上鑽間距15mm均勻分布的通孔，孔徑尺寸是與泡沫陶瓷接觸面孔徑為Φ4mm、背面的孔徑尺寸為Φ6mm，利用一個M4的螺釘將泡沫陶瓷固定在45#鋼鋼背上，加熱到400℃後放入模具內。
採用壓鑄法，將鐵青銅(6Fe)加熱到1420℃，除去覆蓋劑和打渣劑後倒入模具內，採用壓力為120MPa，保壓時間1min，壓入到泡沫碳化矽陶瓷骨架內，機加工到需要尺寸，即可獲得泡沫碳化矽/銅雙連續相複合摩擦材料構件——摩擦片。
實施例11先按專利申請號為03134039.3提供的方法製備泡沫碳化矽陶瓷，泡沫碳化矽陶瓷骨架見圖8a、圖9，厚度為6mm，網孔大小1mm，體積分數是40％，加熱到800℃後放入模具內。
採用壓鑄法，將鉻青銅(0.8Cr)加熱到1380℃後，除去渣滓後倒入模具內，採用壓力為120MPa，保壓時間2min，壓入到泡沫碳化矽陶瓷骨架內，機加工到需要尺寸，其中在複合材料的金屬層留出2mm厚的銅做為銅背，即可獲得泡沫碳化矽/銅雙連續相複合摩擦材料構件——摩擦片(圖8b、圖9)。
實施例12先按專利申請號為03134039.3提供的方法製備泡沫碳化矽陶瓷。泡沫陶瓷的網孔大小0.5mm，體積分數是40％，外徑為Φ250mm、內徑為Φ200mm、高為400mm的半軸瓦兩塊。鋼背採用不鏽鋼，在鋼背上鑽間距10mm均勻分布的通孔，孔徑尺寸是與泡沫陶瓷接觸面孔徑為Φ4mm、背面的孔徑尺寸為Φ6mm，利用四個M4的螺釘將泡沫陶瓷固定在不鏽鋼鋼背上，加熱到400℃後放入外徑為Φ270mm、內徑為Φ180mm、高為600mm的模具內。
採用壓鑄法，將鉻青銅(1.2Cr)加熱到1380℃，除去覆蓋劑和打渣劑後中倒入模具內，採用壓力為100MPa，保壓時間1.5min，壓入到泡沫碳化矽陶瓷骨架內，機加工到需要尺寸，即可獲得泡沫碳化矽/銅雙連續相複合摩擦材料構件——剎車軸瓦。該剎車軸瓦具有耐熱性能好、摩擦性能優良、機械強度高、工藝性能好的特點。
實施例13與實施例2的不同之處在於銅合金選用鋁青銅QAl11-6-6。
實施例14與實施例3的不同之處在於採用壓力為80MPa。
實施例15與實施例6的不同之處在於銅合金選用鐵青銅(8Fe)。
實施例16與實施例5的不同之處在於保壓時間為0.5min。
實施例17
與實施例8的不同之處在於在泡沫碳化矽陶瓷的網孔內添加粒度為7μm的鐵粉和粒度為10μm的碳粉，添加量分別為泡沫碳化矽陶瓷總重量的5％和15％，以松裝方式直接添加。
實施例18與實施例6的不同之處在於銅選用99.9％的純銅加熱到1300℃後倒入模具內。
實施例19與實施例2的不同之處在於在泡沫碳化矽陶瓷的網孔內添加粒度為5μm的碳化矽微粉，添加量分別為泡沫碳化矽陶瓷總重量的10％，採用樹脂製造顆粒，樹脂的加入量為碳化矽微粉重量的10％，製造0.5mm的顆粒後松裝添加。
實施例20與實施例6的不同之處在於鋼背選用65Mn鋼。
實施例21與實施例6不同之處是泡沫碳化矽陶瓷骨架的孔徑分別為2mm(大孔)、1.4mm(中孔)、0.8mm(小孔)，基體材料選用85Cu-6Sn-6Zn-3Pb合金。在1200℃、120MPa條件壓鑄成泡沫碳化矽/銅雙連續相複合摩擦材料構件——摩擦片，對摩副選用Φ6mm的Si3N4陶瓷球。摩擦性能如圖10-12。
實施例22先按專利申請號為03134039.3提供的方法製備泡沫碳化矽陶瓷。其中泡沫碳化矽陶瓷的尺寸為外徑為Φ85mm、內徑為Φ75mm、厚為3mm的圓環，網孔(碳化矽泡沫陶瓷的孔徑)大小0.5mm，體積分數是15％，用螺釘固定在外徑為Φ97mm、內徑為Φ75mm、厚10mm的45#鋼環上，加熱到300℃後放入Φ100mm的模具內。
採用壓鑄法，將鑄造鋁合金ZL101加熱到熔點溫度150℃以上，除去覆蓋劑和打渣劑後倒入模具中，採用壓力為50MPa，保壓時間20秒，壓入到泡沫碳化矽陶瓷骨架內，機加工到需要尺寸，即可獲得泡沫碳化矽/鋁雙連續相複合摩擦材料構件——摩擦片。該摩擦片具有耐熱性能好、摩擦性能優良、機械強度高、工藝性能好的特點。
實施例23與實施例22的不同之處在於按實施例22製備泡沫碳化矽陶瓷，在溫度1800℃、真空2Pa、保溫時間1小時的條件下，將泡沫陶瓷骨架筋內部的殘餘矽抽掉，獲得多孔泡沫碳化矽陶瓷，多孔泡沫碳化矽陶瓷筋的相對緻密度為80％，孔隙的等效直徑為25μm，孔隙率為20％。
實施例24與實施例22的不同之處在於採用添加造孔劑(矽粉)的方法製備多孔泡沫碳化矽陶瓷，在專利申請號為03134039.3提供的方法製備泡沫碳化矽陶瓷的陶瓷料漿中，按該申請中實施例3組份的配方中添加20g矽粉的方法製備多孔泡沫碳化矽陶瓷，多孔泡沫碳化矽陶瓷筋的相對緻密度為88％，孔隙的等效直徑為20μm，孔隙率為12％。
實施例25與實施例22的不同之處在於按實施例22製備泡沫碳化矽陶瓷，在泡沫碳化矽陶瓷的網孔內添加粒度為7μm的碳化矽微粉，直至添滿為止。
實施例26與實施例22不同之處在於先按專利申請號為03134039.3提供的方法製備泡沫碳化矽陶瓷。其中泡沫碳化矽陶瓷的尺寸為外徑為Φ90、內徑為Φ75mm、厚為3mm的圓環，網孔大小0.2mm，體積分數是20％，用螺釘固定在外徑為Φ97mm、內徑為Φ75mm、厚10mm的45#鋼環上，鋼環均勻鑽Φ4mm的直孔，孔間距為5mm，加熱到500℃後放入Φ100mm的模具內。
採用壓鑄法，將防鏽鋁合金LF5加熱到熔點溫度200℃以上，除去渣滓後，採用壓力為80MPa，保壓時間30秒，壓入到泡沫碳化矽陶瓷骨架內，機加工到需要尺寸，即可獲得泡沫碳化矽/鋁雙連續相複合摩擦材料構件——摩擦片。
實施例27與實施例22不同之處在於先按專利申請號為03134039.3提供的方法製備泡沫碳化矽陶瓷。其中泡沫碳化矽陶瓷的尺寸為外徑為Φ200mm、內徑為Φ160mm、厚為3mm的圓環，網孔大小1mm，體積分數是30％，用螺釘固定在外徑為Φ210mm、內徑為Φ160mm、厚2mm的不鏽鋼網上，加熱到800℃後放入Φ220mm的模具內。
採用壓鑄法，將鑄造鋁合金ZL101加熱到熔點溫度200℃以上，除去渣滓後，採用壓力為100MPa，保壓時間40秒，壓入到泡沫碳化矽陶瓷骨架內，機加工到需要尺寸，即可獲得泡沫碳化矽/鋁雙連續相複合摩擦材料構件——摩擦片。
實施例28先按專利申請號為03134039.3提供的方法製備泡沫碳化矽陶瓷，其中泡沫碳化矽陶瓷的尺寸為Φ90×6mm的圓片，網孔大小1mm，體積分數是40％，利用四個中心孔用螺釘固定在相同尺寸的不鏽鋼網上，加熱到800℃後放入模具內。
採用壓鑄法，將鑄造鋁合金ZL109加熱到熔點溫度150℃以上，除去覆蓋劑和打渣劑後倒入模具內，採用壓力為120MPa，保壓時間2min，壓入到泡沫碳化矽陶瓷骨架內，機加工到需要尺寸，即可獲得泡沫碳化矽/鋁雙連續相複合摩擦材料構件——摩擦片(圖8b、圖9)。
實施例29與實施例28不同之處在於先按專利申請號為03134039.3提供的方法製備泡沫碳化矽陶瓷，尺寸如圖8a、圖9、厚度為4mm，網孔大小0.5mm，體積分數是40％。鋼背採用45#鋼，在鋼背上鑽間距10mm均勻分布的通孔，孔徑尺寸是與泡沫陶瓷接觸面孔徑為Φ4mm、背面的孔徑尺寸為Φ6mm，利用一個M4的螺釘將泡沫陶瓷固定在相同尺寸的45#鋼鋼背上，加熱到400℃後放入模具內。
採用壓鑄法，將防鏽鋁合金LF11加熱到熔點溫度150℃以上，除去覆蓋劑和打渣劑後中倒入模具內，採用壓力為100MPa，保壓時間1.5min，壓入到泡沫碳化矽陶瓷骨架內，機加工到需要尺寸，即可獲得泡沫碳化矽/鋁雙連續相複合摩擦材料構件——摩擦片。
實施例30與實施例28不同之處在於先按專利申請號為03134039.3提供的方法製備泡沫碳化矽陶瓷。利用一個中心孔用螺釘固定在具有均勻分布通孔的相同尺寸的不鏽鋼背上，通孔的間距為10mm，孔徑尺寸是與泡沫陶瓷接觸面孔徑為Φ3mm、背面的孔徑尺寸為Φ6mm，利用一個M3的螺釘將泡沫陶瓷固定在不鏽鋼背上，加熱到800℃後放入模具內。
採用壓鑄法，將防鏽鋁合金LF11加熱到熔點溫度150℃以上，除去渣滓後，倒入模具內，採用壓力為120MPa，保壓時間30Sec，壓入到泡沫碳化矽陶瓷骨架內，機加工到需要尺寸，即可獲得泡沫碳化矽/鋁雙連續相複合摩擦材料構件——摩擦片。
實施例31與實施例28不同之處在於先按專利申請號為03134039.3提供的方法製備泡沫碳化矽陶瓷，在溫度1780℃、真空0.5Pa、保溫時間1小時的條件下，將泡沫陶瓷骨架筋內部的殘餘矽抽掉，獲得多孔泡沫碳化矽陶瓷，多孔泡沫碳化矽陶瓷筋的相對緻密度為80％，孔隙的等效直徑為100μm，孔隙率為20％。鋼背採用45#鋼，在鋼背上鑽間距15mm均勻分布的通孔，孔徑尺寸是與泡沫陶瓷接觸面孔徑為Φ4mm、背面的孔徑尺寸為Φ8mm，利用一個M4的螺釘將泡沫陶瓷固定在相同尺寸的45#鋼鋼背上，加熱到400℃後放入模具內。
採用壓鑄法，將防鏽鋁合金LF8加熱到熔點溫度220℃以上，除去覆蓋劑和打渣劑後倒入模具內，採用壓力為100MPa，保壓時間1.5min，壓入到泡沫碳化矽陶瓷骨架內，機加工到需要尺寸，即可獲得泡沫碳化矽/鋁雙連續相複合摩擦材料構件——摩擦片。
實施例32與實施例28不同之處在於採用添加造孔劑(矽粉)的方法製備多孔泡沫碳化矽陶瓷，在專利申請號為03134039.3提供的方法製備泡沫碳化矽陶瓷的陶瓷料漿中，按該申請中實施例4組份的配方中添加10g矽粉的方法製備多孔泡沫碳化矽陶瓷，多孔泡沫碳化矽陶瓷筋的相對緻密度為92％，孔隙的等效直徑為30μm，孔隙率為8％。鋼背採用45#鋼，在鋼背上鑽間距15mm均勻分布的通孔，孔徑尺寸是與泡沫陶瓷接觸面孔徑為Φ4mm、背面的孔徑尺寸為Φ6mm，利用一個M4的螺釘將泡沫陶瓷固定在相同尺寸的45#鋼鋼背上，加熱到400℃後放入模具內。
採用壓鑄法，將鑄造鋁合金ZL101加熱到熔點溫度150℃以上，除去覆蓋劑和打渣劑後倒入模具內，採用壓力為120MPa，保壓時間1min，壓入到泡沫碳化矽陶瓷骨架內，機加工到需要尺寸，即可獲得泡沫碳化矽/鋁雙連續相複合摩擦材料構件——摩擦片。
實施例33先按專利申請號為03134039.3提供的方法製備泡沫碳化矽陶瓷，泡沫碳化矽陶瓷骨架尺寸為Φ150×5mm的圓片。網孔大小1mm，體積分數是60％，加熱到800℃後放入模具內。
採用壓鑄法，將鍛鋁合金LD5加熱到熔點180℃以上，除去渣滓後倒入模具內，採用壓力為120MPa，保壓時間2min，壓入到泡沫碳化矽陶瓷骨架內，機加工到需要尺寸，其中在複合材料的金屬層留出2mm厚的鋁作為鋁背，即可獲得泡沫碳化矽/鋁雙連續相複合摩擦材料構件——摩擦片。
實施例34與實施例29的不同之處在於在泡沫碳化矽陶瓷的網孔內添加粒度為10μm的碳粉，添加量為泡沫碳化矽陶瓷總重量的15％，採用酚醛或環氧樹脂粘結劑製造顆粒，粘結劑的加入量為碳化矽微粉重量的20％，製造0.2mm的顆粒松裝添加。
實施例35
與實施例24的不同之處在於採用壓力為80MPa。
實施例36與實施例22的不同之處在於鋁合金選用鋁鋅合金ZL401。
實施例37與實施例28的不同之處在於鋁合金選用硬鋁合金LY12。
實施例38與實施例27的不同之處在於保壓時間為1min。
實施例17與實施例22的不同之處在於鋁合金選用鋁鎂合金ZL302。
實施例39與實施例28的不同之處在於鋁選用99.9％的純鋁加熱到800℃後倒入模具內。
實施例40與實施例24的不同之處在於在泡沫碳化矽陶瓷的網孔內添加粒度為5μm的碳化矽微粉，添加量為泡沫碳化矽陶瓷總重量的8％，採用了矽酸乙脂粘結劑製造顆粒，粘結劑的加入量為碳化矽微粉重量的2％，製造0.2mm的顆粒松裝添加。
實施例41與實施例28的不同之處在於鋼背選用65Mn鋼。
實施例42先按專利申請號為03134039.3提供的方法製備泡沫碳化矽陶瓷，其中泡沫碳化矽陶瓷的尺寸為外徑為Φ95mm、內徑為Φ75mm、厚為3mm的圓環，網孔(碳化矽泡沫陶瓷的孔徑)大小0.5mm，體積分數是15％，利用四個螺釘固定在相同尺寸的不鏽鋼網上加熱到300℃後放入Φ100mm的模具內。
採用壓鑄法，將45#鋼加熱到熔點溫度150℃以上，除去覆蓋劑和打渣劑後倒入模具中，採用壓力為50MPa，保壓時間20秒，壓入到泡沫碳化矽陶瓷骨架內，機加工到需要尺寸，在摩擦面的背面留出1mm的鋼背，即可獲得泡沫碳化矽/鐵雙連續相複合摩擦材料構件——摩擦片。
實施例43與實施例22的不同之處在於採用添加造孔劑(矽粉)的方法製備多孔泡沫碳化矽陶瓷，在專利申請號為03134039.3提供的方法製備泡沫碳化矽陶瓷的陶瓷料漿中，按該申請中實施例5組份的配方中添加15g矽粉的方法製備多孔泡沫碳化矽陶瓷，多孔泡沫碳化矽陶瓷筋的相對緻密度為83％，孔隙的等效直徑為30μm，孔隙率為17％。
實施例44與實施例22的不同之處在於按實施例22製備泡沫碳化矽陶瓷，在泡沫碳化矽陶瓷的網孔內添加粒度為7μm的碳化矽微粉，直至添滿為止。
實施例45與實施例22不同之處在於先按專利申請號為03134039.3提供的方法製備泡沫碳化矽陶瓷。其中泡沫碳化矽陶瓷的尺寸為外徑為Φ200mm、內徑為Φ160mm、厚為3mm的圓環，網孔大小1mm，體積分數是30％，用螺釘固定在外徑為Φ210mm、內徑為Φ160mm、厚2mm的不鏽鋼網上，加熱到800℃後放入Φ220mm的模具內。
採用壓鑄法，將BJ2碳鋼加熱到熔點溫度200℃以上，除去渣滓後，採用壓力為100MPa，保壓時間40秒，壓入到泡沫碳化矽陶瓷骨架內，機加工到需要尺寸，即可獲得泡沫碳化矽/鐵雙連續相複合摩擦材料構件——摩擦片。
實施例46先按專利申請號為03134039.3提供的方法製備泡沫碳化矽陶瓷，其中泡沫碳化矽陶瓷的尺寸為Φ90×6mm的圓片，網孔大小1mm，體積分數是40％，用螺釘固定在直徑為Φ100mm的不鏽鋼網上加熱到800℃後放入模具內。
採用壓鑄法，將鑄鐵HT15-33加熱到熔點溫度150℃以上，除去覆蓋劑和打渣劑後倒入模具內，採用壓力為120MPa，保壓時間2min，壓入到泡沫碳化矽陶瓷骨架內，機加工到需要尺寸，即可獲得泡沫碳化矽/鐵雙連續相複合摩擦材料構件——摩擦片。
實施例47與實施例46不同之處在於先按專利申請號為03134039.3提供的方法製備泡沫碳化矽陶瓷，尺寸如圖8a、圖9、厚度為5mm，網孔大小2mm，體積分數是50％，加熱到800℃後放入模具內。
採用壓鑄法，將鑄鐵KTZ50-4加熱到熔點溫度250℃以上，除去渣滓後，倒入模具內，採用壓力為120MPa，保壓時間30Sec，壓入到泡沫碳化矽陶瓷骨架內，機加工到需要尺寸，與摩擦面相反的面留2mm的鑄鐵背。即可獲得泡沫碳化矽/鐵雙連續相複合摩擦材料構件——摩擦片。
實施例48與實施例47不同之處在於
先按專利申請號為03134039.3提供的方法製備泡沫碳化矽陶瓷，在溫度1780℃、真空0.5Pa、保溫時間1小時的條件下，將泡沫陶瓷骨架筋內部的殘餘矽抽掉，獲得多孔泡沫碳化矽陶瓷，多孔泡沫碳化矽陶瓷筋的相對緻密度為85％，孔隙的等效直徑為15μm，孔隙率為15％。
採用壓鑄法，將低合金耐磨鋼ZG40GrMn2SiMo加熱到熔點溫度220℃以上，除去覆蓋劑和打渣劑後倒入模具內，採用壓力為100MPa，保壓時間1.5min，壓入到泡沫碳化矽陶瓷骨架內，機加工到需要尺寸，即可獲得泡沫碳化矽/鐵雙連續相複合摩擦材料構件——摩擦片。
實施例49先按專利申請號為03134039.3提供的方法製備泡沫碳化矽陶瓷，網孔大小0.5mm，體積分數是40％，外徑為Φ250mm、內徑為Φ200mm、高為400mm的半軸瓦兩塊。加熱到400℃後放入外徑為Φ270mm、內徑為Φ180mm、高為600mm的模具內。
採用壓鑄法，將抗磨鑄鐵KmTBCr20Mo2Cu1加熱到熔點溫度300℃以上，除去覆蓋劑和打渣劑後中倒入模具內，採用壓力為100MPa，保壓時間1.5min，壓入到泡沫碳化矽陶瓷骨架內，機加工到需要尺寸，即可獲得泡沫碳化矽/鐵雙連續相複合摩擦材料構件——剎車軸瓦。
實施例50與實施例46不同之處在於鐵選用鑄鐵QT60-2。
實施例51與實施例46的不同之處在於在泡沫碳化矽陶瓷的網孔內添加粒度為5μm的碳化矽微粉，添加量為泡沫碳化矽陶瓷總重量的5％，採用水玻璃粘結劑製造顆粒，粘結劑的加入量為碳化矽微粉重量的5％，製造0.2mm的顆粒松裝添加。
權利要求
1.一種泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料，其特徵在於按體積分數計，其成份由15％～60％的泡沫碳化矽陶瓷和85％～40％的基體金屬組成。
2.按權利要求1所述的泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料，其特徵在於泡沫碳化矽是一種陶瓷相與其中的孔隙存在三維互貫通關係的、在宏觀尺度上呈現三維網狀形貌的多孔陶瓷，孔隙的等效直徑為0.1mm～10mm，孔隙率為85％-40％，構成三維網的陶瓷筋是緻密的或者是多孔的；陶瓷筋為緻密結構時，對應的泡沫碳化矽稱之為緻密泡沫碳化矽；陶瓷筋為多孔結構時，對應的泡沫碳化矽稱之為多孔泡沫碳化矽。
3.按權利要求1所述的泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料，其特徵在於基體金屬為純銅、純鋁、純鐵或它們的合金；銅合金選用純銅及其能在常壓熔煉的銅合金，包括含0.1～1.5wt％Cr的鉻青銅、含1～15wt％Fe的鐵青銅、錫青銅、鋁青銅、鉛黃銅、鐵黃銅、錳黃銅或矽黃銅；鋁合金選用純鋁及其能在常壓熔煉的鋁合金，包括Al-Si、Al-Cu、Al-Mg、Al-Zn、Al-Cu-Mg或Al-Cu-Mg-Fe-Ni系列；鐵合金選用碳鋼、低合金耐磨鋼、軸承鋼、鑄鐵或鑄鋼，包括BJ2、BJ2F、BJ5、45#鋼、60#鋼、T8、T12、ZG40CrMn2SiMo、HT10-26、HT25-47、KT30-8、KTZ50-4、QT60-2。
4.按權利要求1所述的泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料的製備方法，其特徵在於在空氣條件下複合，通過擠壓鑄造方式將液態基體金屬壓入碳化矽泡沫陶瓷的三維連通孔隙中並凝固，從而實現泡沫碳化矽陶瓷、基體金屬的複合；具體步驟如下(1)將泡沫碳化矽陶瓷預熱到100℃～1200℃，基體金屬加熱到熔點以上50℃～400℃；(2)將預熱後的泡沫碳化矽陶瓷放入模具中，倒入熔化的基體金屬，加以50～200MPa的壓力並保壓20秒～2分鐘，之後，卸壓、出模，完成泡沫碳化矽陶瓷、基體金屬的複合。
5.按權利要求4所述的泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料的製備方法，其特徵在於模具內側面與泡沫碳化矽陶瓷邊緣的距離為1～10mm。
6.按權利要求4所述的泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料的製備方法，通過料漿配製、浸掛、熱壓緻密化、熱解、填充碳骨架中心孔、滲矽，製備緻密泡沫碳化矽，其特徵在於在製備出緻密泡沫碳化矽後，進一步進行高溫真空抽矽處理工藝條件為溫度為1500℃～2250℃、真空度為20Pa～2×10-3Pa，保溫20min～2h，獲得多孔泡沫碳化矽。
7.按照權利要求4所述的泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料的製備方法是，其特徵在於在料漿配製中添加佔料漿總重量的1％-40％矽粉，作為造孔劑。
8.按權利要求4所述的泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料的製備方法，其特徵在於在泡沫碳化矽陶瓷網孔內填入陶瓷顆粒，包括SiC、Al2O3或SiO2，添加量為泡沫碳化矽陶瓷總重量的1％-30％，其中陶瓷顆粒利用粘接劑造顆粒，粘接劑採用樹脂或其他有機粘接劑，粘接劑的加入量為顆粒重量的2％-20％，製造的顆粒粒度為0.1-3mm；或者直接採用陶瓷顆粒以松裝的方式添加。
9.按權利要求4所述的泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料的製備方法，其特徵在於在碳化矽泡沫陶瓷網孔內填入摩擦組元，摩擦組元包括一些耐熱性較高的合金元素鐵、鎳、鎢，或者潤滑組元石墨、二硫化鉬，添加量為泡沫碳化矽陶瓷總重量的1％-30％，其中摩擦組元或潤滑組元利用粘接劑造顆粒，粘接劑採用樹脂或其他有機粘接劑，粘接劑的加入量為顆粒重量的2％-20％，製造的顆粒粒度為0.1-3mm；或者直接採用摩擦組元或潤滑組元以松裝的方式添加。
10.按權利要求4所述的泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料的製備方法，其特徵在於先將泡沫碳化矽製備成摩擦材料所要求的形狀和尺寸，複合後，通過加工去除多餘金屬，最終得到平板狀、環狀、管狀、棒狀、以及其它異形結構的複合摩擦材料。
11.按照權利要求1所述的泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料的構件，其特徵在於該構件由所述泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料摩擦層與金屬層組成，摩擦層與金屬層的厚度比可在1/100-10/1範圍變化；金屬層的材質採用與雙連續相複合材料摩擦層中金屬相同的同質材料或不同的異質材料。
12.按權利要求11所述的泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料構件，其特徵在於金屬層選用65Mn鋼、不鏽鋼、45#鋼或耐熱鋼鐵合金以及高溫合金、銅合金或鋁合金；金屬層的結構為板狀、管狀、棒狀或其它異形狀結構，其上事先預留鑽孔。
13.按權利要求11所述的泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料構件的製備方法，其特徵在於在空氣條件下複合，通過擠壓鑄造方式將液態基體金屬壓入碳化矽泡沫陶瓷的三維連通孔隙中並凝固，從而實現泡沫碳化矽陶瓷、基體金屬、以及金屬層的複合；具體步驟如下(1)將泡沫碳化矽陶瓷與金屬層的預連接體預熱到100℃～1200℃，基體金屬加熱到熔點以上50℃～400℃；(2)將預熱後的泡沫碳化矽陶瓷與金屬層的預連接體放入模具中，倒入熔化的基體金屬，加以50～200MPa的壓力並保壓20秒～2分鐘，之後，卸壓、出模，完成泡沫碳化矽陶瓷、基體金屬、以及金屬層的複合。
14.按權利要求13所述的泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料構件的製備方法，其特徵在於金屬層與泡沫碳化矽陶瓷的固定方式採用螺釘固定或卡裝的方式。
15.按權利要求13所述的泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料構件的製備方法，其特徵在於模具內側面與泡沫碳化矽陶瓷與金屬層的預連接體邊緣的距離為1～10mm。
16.按權利要求13所述的泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料構件的製備方法，其特徵在於先將泡沫碳化矽陶瓷與金屬層的預連接體製備成構件的所要求的形狀和尺寸，複合後，通過加工去除多餘金屬，最終得到平板狀、環狀、管狀、棒狀、以及其它異形結構的複合摩擦材料及構件。
全文摘要
本發明涉及摩擦材料的製備技術，具體地說是一種具有雙連續相結構特徵的泡沫碳化矽/金屬複合摩擦材料及其構件和製備方法。泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料是由一定體積分數的泡沫碳化矽陶瓷與基體金屬通過合適的複合方法獲得的、具有雙連續相結構特徵的、以摩擦性能為基本功能的複合材料，其成份為15％～60％的泡沫碳化矽陶瓷和85％～40％的金屬基體組成。泡沫碳化矽/金屬雙連續相複合摩擦材料構件是由雙連續相複合材料摩擦層與金屬層(或稱金屬背)組合而成的、能同時發揮摩擦作用和承載或載荷(力或熱負荷)傳遞作用的構件。本發明可作為新型高性能摩擦制動材料在飛機、軌道交通列車、履帶車輛、輪式車輛、艦船等現代交通工具的制動系統中取得廣泛應用。
文檔編號C09K3/14GK1896171SQ20061004624
公開日2007年1月17日 申請日期2006年4月5日 優先權日2006年4月5日
發明者張勁松, 曹小明, 田衝, 劉強 申請人:中國科學院金屬研究所