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                  汽车陶瓷刹车片的研究现状与前景
                  编辑   浏览1112  时间2014-10-24

                  为适应现代汽车日益苛刻的高速安全舒适等要求必须不断努力发展制动系统及其刹车材料这里就陶瓷刹车片的研究与发展的概况以及汽车陶瓷刹车片的制备工艺和关键的技术问题以及巨大的市场潜力提出了陶瓷刹车片将是汽车制动摩擦材?#31995;?#21457;展趋势这对发展我国陶瓷刹车材料具有非常重要的意义

                  制动系统是汽车的关键部件之一而刹车片的综合性能直接影响到制动系?#36710;?#31283;定性和可靠性汽车高速化要求越来越高相应对制动摩擦材料以及结构也提出了更加苛刻的要求目前国内已应用的摩擦材?#29616;У?#26080;一能全面综合满足新的要求因此导致一些赛车进口车主要依靠进口来维?#37073;?#36825;一状况己?#29616;?#21046;约了汽车的制动性能乃至我国汽车业的高速发展因?#21496;?#24555;研制开发新型摩擦材料已成为摩擦材料业的当务之急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摩擦材料刹车片存在噪音振动磨损率高使用寿命短等问题而?#21830;?#20195;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?#21049;?#26009;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磨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

                  1 刹车片材?#36866;?#29992;沿革

                  传?#36710;?#21049;车片材料系用石棉纤维填充酚醛树脂制造其中石棉由硅酸盐矿物而制得其组成中含有一定数量的结晶水现代汽车速度的提高使制动部件表面温度高达300500档石棉摩擦材?#31995;?#28909;性和耐热性差在400左右将失去结晶水550时结晶水完全丧失已基本失去增强效果石棉脱水后会造成摩擦性不稳定工作层材料变质磨损加剧出现明显的热衰退现象加上石棉在加工使用中其粉尘具有致癌作用因此石棉基刹车片在西方工业国家已被禁用我国也已限制该类材?#31995;?#20351;用很明显石棉有机摩擦材料已不适应汽车工业和现代社会发展需求将逐步被新材料所取代

                  第二代刹车片材料系半金属石墨复合材料其主要成分是钢纤维石墨金属粉及其辅料用改性酚醛树脂粘结成型因刹车片中金属含量占总重的?#35805;?#32780;得名美欧日等国?#20197;?0年代开始大面积推广使用半金属片的耐磨性能比石棉片提高25%以上同时具有摩擦系数高导热性好加工成型容易等优点因此该类材料目前在我国刹车片市场上占主导地位但产品还存在以下缺点1.钢纤维易生锈锈蚀后易粘着或易损伤对偶且锈蚀后产?#38750;?#24230;降低磨损加大2.热传导率高在高温时易使制动系统产生气阻导致摩擦片层与钢板脱开3.硬度较高会损伤对偶材料产生振颤和低频制动噪音4.密度大

                  第三代刹车片材料系无石棉有机摩擦材料NAO主要使用玻璃纤维芳香族聚酰纤维或其它纤维碳陶瓷等来作为加固材料其主要优点是无论在低温还是高温?#24613;?#25345;?#24049;?#30340;制动效果减少磨损降低噪音延长刹车盘的使用寿命NAO型刹车片的材料已经历了?#22797;?#21464;革现在的NAO材料在诸多方面已经有效超过了石棉刹车片的性能这主要是在抗摩性能及噪音等方面陶瓷刹车片是摩擦材?#29616;?#30340;新?#20998;郑?#26368;初由日本刹车片企业于上世纪90年代研制成功陶瓷刹车片是由陶瓷纤维不含铁的填料物质胶黏剂和少量的金属所组成的具有无噪音无落灰不腐蚀轮毂使用寿命长环保等优点

                  2 国内外汽车陶瓷摩擦材?#31995;?#30740;究现状

                  陶瓷作为摩擦学构件的研究和应用已成为当前国际摩擦学研究的前沿课题目前陶瓷摩擦学研究主要集?#24615;Si3N4SiCZrO2Al2O3等少数?#38050;?#38518;瓷的添加上而国内外陶瓷摩擦材?#31995;?#30740;究主要有C/C-SiC复合摩擦材料和Al2O3基陶瓷摩擦材料

                  2.1 C/C-SiC复合摩擦材料

                  陶瓷基摩擦材?#31995;?#20856;型代表是C/C-SiC复合材料即碳纤维增?#21051;?#21270;硅基体的C/SiC复合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对C/C-SiC复合材料应用于摩擦领域进行了研究并研制出C/C-SiC刹车片应用于保时捷轿车中美国橡树岭国家实验室与Honeywell Advnanced composites公司Honeywell Aireratf Lnading Systems公司Honeywell Commercial Vehicle systems公司合作正在研制?#32479;?#26412;的C/SiC复合材料刹车片替代用于载重汽车的铸铁和铸钢刹车片

                  德国宇航院(DLR)的Walter Krekel?#28909;?#30740;究了C/C-SiC复合摩擦材?#31995;?#32467;构制备及摩擦磨损等性能他们先采用ZD碳布叠层的方法制备C/C-SiC摩阻材料这种材?#31995;?#29305;点是各向异性即力学性能热物理性能等在平行于碳布和垂直于碳布的?#36739;?#19978;差异很大由于成本太高及轴向热导率太低造成摩擦性能的不稳定发现它不适合用于制造刹车盘与刹车片通过选取合适的纤维含量进行改进Kreknel采用反应熔体浸渗法工艺成功制备了不同种的C/C-SiC刹车盘同时他们认为对于汽车应用来说采取碳布作为预制体是生产高性能刹车片的最佳选择采用短碳纤维预制体加之合适的模压工艺是以后大批?#21487;?#20135;C/C-SIC 刹车盘最?#26143;?#36884;的一?#22336;?#27861;

                  2.2 氧化铝基摩擦材料

                  Al2O3陶瓷价格低廉, 具有高弹性模量, 较好的耐磨性, 化学稳定性, 高温稳定和力学稳定等性能是目前应用最广的结构陶瓷及功能陶?#21049;?#26009;近年来开发以Al2O3陶瓷为基体的摩擦材料己开?#23478;?#36215;人们的关注国外对于Al2O3陶瓷作为摩擦材?#31995;?#25705;擦性能已有研究L.Esposito?#28909;?#23545;低纯Al2O3陶瓷的摩擦和磨损性能进行了研究Scott L.McCOY提到Al2O3陶瓷由于它的来源低廉高硬度及简单的操作工艺而被最常选为制动材料

                  KPoser?#28909;?#22312;工业单晶Al2O3表面?#24230;TiN粒子研究了其在干摩擦条件下的性能V.Ucar和A.Miaroglu?#28909;˷直?#22312;Al2O3陶瓷中添加SiO2/Mno2和Cr2O3/SiO2对他们的摩擦性能进行研究Antonella Tucci则研究了滑动系统中摩擦表面的第二相和物?#39318;?#31227;国内?#36718;?#21018;陈晓虎刘苏?#28909;?#20808;后以Al2O3为基材通过添加不同种类的润滑组元研究了陶瓷基摩擦材?#31995;?#32452;织组成力学性能和摩擦磨损特性为开发适于重载高速下使用的新型陶瓷摩阻材料提供科学依据邓建新研究了Al2O3Al2O3/TiB2和Al2O3/TiB2/SiCW在25到900时与合金滑动摩擦时的摩擦磨损特性李雪源对增韧Al2O3陶瓷与钢在无润滑条件下对磨的摩擦学性能进行了研究

                  2.3 刹车片制备的工艺

                  对于模压产品国外发达国?#20063;?#29992;的基本工艺流程如下配料混料预压成型热压热处理机械加工表面处理印标包装配料基本实现计算机自动控制减少了人工配?#31995;?#35823;差热压大多采用大吨位压力机并采用计算机控制技术大大提高了产品质量和生产率

                  对于编织缠绕产品采用的基本工艺流程如下非石棉纤维橡胶混炼切片+溶剂胶料树脂+溶剂树脂浆液浸渍干燥编织缠绕热?#26500;?#21270;热处理机械加工清洗干燥印标包装这一工艺主要采用了自动控制的编织机浸喷处理装置烘干系?#24120;?#20197;及其它先进的辅助工装设备

                  2.4 无机高分子聚合物材料在汽车陶瓷摩擦材料?#31995;?#24212;用特点及解决的技术问题

                  无机高分子聚合物材料在刹车盘?#31995;?#24212;用特点是利用无机高分子聚合物的材料特点以陶瓷合金的角度切入到汽车陶瓷摩擦材?#31995;?#24212;用成功的解决了目前汽车陶瓷摩擦材料需要改进的几项关键技术问题

                  (1) 解决摩擦材料用粘结剂树脂及橡胶的性能与质量如热分解温度高热量损失小游离酚含量低软化点高粒度细韧性好等问题

                  (2) 提高摩擦材?#31995;?#28909;传导性以加快摩擦热的传递防止摩擦材?#31995;?#28909;衰导致的性能降低问题

                  (3) 解决了以减小制品密度降低制动噪声

                  (4) 提高粉碎混料热压及热处理固化等关键工艺设备水平完善工艺操作和质量检测及控制手段确保产品大批?#21487;?#20135;质量的稳定性

                  (5) 减少摩擦片诱发制动噪声

                  (6) 提高制动摩擦片安全制动的剪?#26143;?#24230;耐压强度等

                  3 我国汽车陶瓷刹车片的现状及发展前景

                  陶瓷刹车片具有无噪声不腐蚀轮毂耐用环保等优点日本和北美汽车市场现在使用非常广泛?#20998;?#26032;车型?#37096;?#22987;装配陶瓷刹车片国际市场对陶瓷摩擦材?#31995;?#35748;可加速了我国对陶瓷刹车片的研发目前国内主流刹车片企业还没有具备了中高端陶瓷刹车片的自主研发与生产能力还不能为国外一些大汽车制造商配套更不要?#21040;?#20837;国外中高端市场同时国内市场尚未得到很好的开发原因在于国内虽然有一些厂家也生产一些所谓的陶瓷摩擦材料仅仅是添加了一些陶瓷填料而不是一种真正意义?#31995;?#38518;瓷摩擦材料但价格高主机厂很难?#37038;ܡ?#20854;次国外对噪声环保要求较高陶瓷摩擦材料因其无噪声耐用环保等优点在国外备受青睐而国内在这些方面还没有这方面的要求消费者这方面的意识也比较欠缺国内汽车刹车片的发展还停留在注重制动效果与安全性的阶段没有发展到注重舒适性环保性的阶段陶瓷刹车片虽然短期内不太可能替代传统刹车片但现代汽车正朝着高性能高速度安全舒适等?#36739;?#21457;展这就要求作为汽车重要组?#21049;?#20998;的制动系统必须安全可靠同?#21271;?#39035;不断开发新的刹车材料以满足更严格的要求陶瓷刹车片必然成为今后的一个发展趋势

                  4 展 望

                  无机高分子聚合物材料在汽车陶瓷摩擦材?#31995;?#24212;用上特别是耐高温低噪音无金属无纤维刹车片的研究并进一步研制成功可望会改变我国现有刹车片的应用状况将具有非常重要的社会意义经济意义和?#24049;?#30340;发展前景同时其深入的理论研究将具有重大的科学意义和理论价值

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