热发散性高的优点，且为非金属，可大大延 长汽车刹车片的使用寿命，而且在刹车过程中产生的热量也很容易发散出去，不会造成大 量的热量聚留在刹车片上，造成刹车片制动性能降低，同时，在刹车过程中，纳米钻石烯表 面会有部分纳米钻石烯转化成石墨，石墨是很好的润滑剂，在保持了较强的摩擦系数的同 时，还可以减缓对刹车盘的磨损，延长了整套刹车装置的使用寿命。
[0020] 摩擦磨损测试根据GB5763-1998在JF150D型定速摩擦试验机上进行，采用盘-块接 触形式，对偶件为Φ300πιπι的圆盘，材质为灰铸铁。选用实施例1的刹车片为试验1组，市售普 通刹车片为试验2组，试样尺寸为25mm X 25mm X 6mm，25mm X 25mm面作为摩擦面。试验条件 为：圆盘转速为480r/min，压紧力为0.98MPa，总转数为5000 r/min，测试温度分别为100°C、 150°C、200°C、250°C、300°C、350°C，试验前后采用精度为0.0 Imm的螺旋测微器测量制动片 的厚度，取其算术平均值计算磨损率。
[0021] 表1刹车片磨损性能测试表
从上表中可以看出，无论是摩擦系数的稳定性还是材料的磨损率，试验1组均优于试验 2组。从200°C到350°C的升温过程中，试验2组产生了较大的热衰退，摩擦系数由200°C的 0.44降低到350°C的0.34，下降幅度到22.7%，而试验1组即实施例1的刹车片则由于散热性 好而摩擦系数较为稳定，而磨损率在不同温度条件下均优于普通市售刹车片，由于纳米钻 石烯耐磨性高，大幅地提高了汽车刹车片的耐磨性能。
[0022]根据汽车行业标准QC/T 564-2008在JF122制动惯性台架实验机上进行1:1台架实 验，速度分别取50、100、1301〇11/11，制动管路压力为2、4、6、8、1010^，以考察刹车片在不同速 度、不同压力下的摩擦系数的稳定性，选用实施例2的刹车片作为试验1组，普通市售刹车片 作为试验2组，两种刹车片的2效、3效试验曲线分别如图7、图8所示，从图中我们可以明显地 看出，试验1组的刹车片的效能曲线较试验2组的刹车片稳定，试验1组的刹车片摩擦系数的 稳定性明显高于试验2组的刹车片，表现出良好的速度和压力的相关性。
[0023]纳米钻石烯的性能测试如下： (I)XRD分析 图2是a:爆炸法纳米金刚石;b:本发明中纳米钻石稀;c:石墨;d:石墨稀的XRD谱图。 [0024]由图2的XRD谱图可知，通过X射线粉末衍射仪（Cu Ka射线，管电压40Kv，管电流 40πιΑ，λ=1.54056A)测试表明，本发明的纳米钻石烯在衍射角2Θ=43.93°和75.3°可以看到非 常明显地衍射峰，与典型的金刚石相衍射峰（111)、（220)相对应，可以证明本发明的新型纳 米钻石烯是具有金刚石物相结构的碳纳米片，同时从XRD谱图上可以看出本发明的新型纳 米钻石烯的衍射主峰（111)的衍射强度远大于爆炸法合成的纳米金刚石，说明本发明的钻 石烯结晶性远比爆炸法合成的纳米金刚石强。同时可以看出石墨烯和石墨在衍射角2Θ = 26.3°可以看见明显地衍射峰，与典型的石墨烯和石墨衍射峰(002)对应，与本发明的新型 纳米钻石烯出峰位置不同，这说明本发明的新型纳米钻石烯与石墨、石墨烯的物相构成是 不同的，碳纳米管的主衍射峰的出峰位置为26.4°，对应的晶面为(002)，这与本发明的钻石 烯也是不同的。根据谢乐公式D=，K为常数，β为半高宽，本发明的钻石烯晶粒大小是爆炸法 合成的纳米金刚石的5倍左右，这意味着本发明的钻石烯在碳原子结构上畸变很小，结晶性 良好，因为晶粒越小越容易产生晶格畸变，这对于扩大纳米金刚石的应用范围更为有利。
[0025] (2)ΤΕΜ 分析 图3是a:爆炸法纳米金刚石;b:本发明的新型纳米钻石稀;c:石墨;d:石墨稀的TEM分析 图。对应的1为局部放大图，2为对应的HRTEM图，1图左上角插图为对应的SAED图。
[0026] 由图3可以明显地看出本发明的纳米钻石烯的形貌区别于其它碳材料，而且是一 种多层片状结构，从1图左上角的SAED图我们可以看出，本发明的钻石烯是一种单晶结构， 而爆炸法制备的纳米金刚石是团聚的颗粒组成的，且为多晶结构，石墨和石墨烯均为片状 结构，这种片状结构与本发明的钻石稀不同，本发明的钻石稀的片长在200_500nm之间，石 墨和石墨稀的片长在IOwn以上，而且厚度也比石墨、石墨稀要厚。从SAED图我们也可以看 出，虽然都呈现单晶电子衍射，但石墨和石墨烯的SAED图是典型的六角晶系的SAED图，不同 于本发明制备的钻石烯，这说明本发明的钻石烯与石墨、石墨烯具有不同的晶体结构。 [0027] 从HRTEM图可以看出晶格间距均为0.2Inm，与金刚石相（I11)面晶格间距0.206nm 接近，这说明这种片状结构的产物都是沿着（111)面的，从图中我们还可以看出纳米钻石烯 分散性远比爆炸法制备的纳米金刚石要好，且比表面积大，更加容易在表面上吸附其它官 能团，从而实现对金刚石表面的功能化处理，扩大其应用范围。
[0028] (3)MAS NMR分析 图4是a:本发明的纳米钻石稀、b:爆炸法纳米金刚石的MAS NMR分析。
[0029] 由图4可以看出本发明的纳米钻石烯为层状结构，爆炸法合成的纳米金刚石是由 两种不同的碳Cl和C2构成的，其中Cl碳的出峰位置与本发明的钻石烯不同，这说明这两种 纳米金刚石里面的碳原子排布存在着一定的差别。本发明的纳米钻石烯是具有sp3轨道杂 化碳和sp2轨道杂化碳两种不同的碳结构，同一片层的碳原子之间为sp3轨道杂化碳键连 接，层与层之间的碳原子之间为sp2杂化碳键连接，使层与层之间有许多电子空位，电子空 位方便电子自由出入，其中，如图5所示，sp3轨道杂化碳是立体结构的杂化碳，sp2轨道杂化 碳是平面结构的杂化碳这与爆炸法合成的纳米金刚石的碳结构是不同的。而石墨烯具有一 种二维晶体结构，它的晶格是由六个碳原子组成的六边形，碳原子之间的结合方式是sp2轨 道杂化，石墨是同层的六个碳原子组成的六边形，同层的碳原子之间的结合方式是sp2轨道 杂化形成化学键，而层与层之间是靠范德华力连接的，纳米管中的碳原子以sp2轨道杂化为 主，同时还存在着一定的弯曲，可形成一定的sp3杂化键，即在同一弯曲面内形成的化学键 同时具有sp2和sp3混合杂化状态，这些碳材料的碳原子排布均不同于本发明的纳米钻石 稀。
[0030] (4)Raman 光谱分析 图6是纳米钻石稀的Raman光谱图，（a)粒径250nm; (b)粒径200nm; (c)粒径IOOnm; (d)粒 径50nm。
[0031 ]从图6可以看出，合成的不同粒径的层状结构的钻石烯具有爆炸法合成的纳米金 刚石类似的Raman光谱图，但是与其不同的是，随着样品粒径的变化，Raman光谱图也发生着 规律性的变化，其两个主峰D峰和G峰的强度逐渐在减弱，这主要是由于样品本身的结构发 生了改变，sp2碳和sp3碳两种碳原子构成了一种特殊的二聚体结构，随着样品粒径的变化， 这种特殊的二聚体结构含量逐渐增大导致两个主衍射峰强度逐渐减弱。
【主权项】
1. 一种高耐磨高导热刹车片，包括基底钢板，基底钢板上设有摩擦块，其特征在于:所 述摩擦块包括与基底钢板相接的基底层，基底层上设有钻石烯摩擦层;钻石烯摩擦层由层 片状单晶结构的纳米钻石烯制成;纳米钻石烯同一片层的碳原子之间为SP3轨道杂化碳键 连接，层与层之间的碳原子之间为sp2杂化碳键连接;纳米钻石烯的晶格间距为0.21nm;纳 米钻石烯的平均粒径为R，20 < R < 500nm;纳米钻石烯的C含量为99~100%。2. 如权利要求1所述的高耐磨高导热刹车片，其特征在于:所述钻石烯摩擦层由平均粒 径为（10-20)nm、（ 100-250)nm、（350-500)nm的三种纳米钻石烯制成且三种纳米钻石烯的重 量比为（1-2):(3-4):(4-5)。3. 如权利要求2所述的高耐磨高导热刹车片，其特征在于:所述钻石烯摩擦层的厚度为 2_4cm〇4. 如权利要求1-3任一所述的高耐磨高导热刹车片的制备方法，其特征在于：1)选取平 均粒径分别为（10-20)nm、（100-250)nm、（350-500)nm的三种纳米钻石烯，重量比为（1-2): (3-4) : (4-5 )，混匀；2 )加入与步骤1)混匀后的纳米钻石烯的重量比为6%的硅酸钠水溶液， 搅拌30-60min; 3)压模成型后放入烘箱进行阶梯式烘烤，制得钻石烯摩擦层;4)将钻石烯摩 擦层粘接在基底层上，形成摩擦块，再将摩擦块粘接在基底钢板上，制得成品。5. 如权利要求4所述的高耐磨高导热刹车片的制备方法，其特征在于:步骤3)中阶梯式 烘烤步骤如下:a、从常温升温到60°C，保温30min; b、从60°C升温到80°C，保温30min; c、从80 °C升温到120°C，保温60min; d、从120°C升温到180°C，保温200min，降温到常温，完成烘烤工 艺;上述步骤中升温速率为2°C/min。
【专利摘要】本发明属于耐磨材料技术领域，具体公开了一种高耐磨高导热刹车片，包括基底钢板，基底钢板上设有摩擦块，摩擦块包括与基底钢板相接的基底层，基底层上设有钻石烯摩擦层；钻石烯摩擦层由层片状单晶结构的纳米钻石烯制成；纳米钻石烯同一片层的碳原子之间为sp3轨道杂化碳键连接，层与层之间的碳原子之间为sp2杂化碳键连接；纳米钻石烯的晶格间距为0.21nm；纳米钻石烯的平均粒径为R，20≤R≤500nm；纳米钻石烯的C含量为99～100%。本发明耐磨性高、导热良好且硬度高。
【IPC分类】F16D69/02, C04B14/36, C04B20/02, C04B28/26
【公开号】CN105508479
【申请号】CN201610068414
【发明人】武艳强, 邵静茹, 何本锋, 刘君丽, 郭留希, 赵清国, 刘永奇, 杨晋中, 张建华, 穆小娜
【申请人】郑州人造金刚石及制品工程技术研究中心有限公司
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2016年2月1日...