C/C复合刹车材料
通常将使用在制动器中的摩擦材料称为刹车材料,如汽车刹车材料、火车刹车材料及航空刹车材料等。刹车片作为汽车制动系统的关键元件,已有百余年的使用历史。
高性能刹车片材料的基本性能要求是:①合适的摩擦系数,刹车片摩擦系数必须适中,如果摩擦系数低于0.35,刹车时就会超过安全制动距离甚至刹车失灵,如果摩擦系数高于0.40,刹车易突然抱死,会出现翻车事故;②可靠的稳定性,汽车高速行驶或紧急制动时会产生瞬时高温,在高温状态下,刹车片摩擦系数会下降,这种刹车片抗热衰退性能的好坏决定了汽车制动的安全性;③合理的寿命,正常行驶的车辆,前制动器刹车片寿命为30000km,后制动器刹车片使用寿命为80000km;④满意的舒适性,舒适性是摩擦性能的直接体现,包括制动感觉、噪声粉尘异味等,现代制动用刹车材料主要包括以下四大类:树脂基刹车材料(石棉刹车材料无石棉刹车材料纸基刹车材料)、粉末冶金刹车材料、C/C复合刹车材料和陶瓷基刹车材料。其中C/C复合刹车材料和陶瓷基刹车材料是当前刹车材料领域研究的重点。C/C复合刹车材料是以碳纤维(或碳布)为基体采用反复致密化和碳化工艺获得的高性能刹车材料。在高温条件下因其质量轻(约为铁的1/5)、能载高、耐高温能量强、使用寿命长等特点,最早被用于飞机刹车片,现存问题是:①碳纤维价格较高,制造工艺复杂,导致其成本高;②摩擦因数变化大,易引起临近组件的温升过高;③制造周期长,为2~3个月。上述问题函需解决。通常所说的陶瓷基刹车材料主要是指非金属基陶瓷刹车材料,陶瓷基刹车材料结合了粉末冶金刹车材料的高温烧结和C/C复合刹车材料的低密度和耐高温性能,同时克服了C/C复合刹车材料高温氧化的缺点。采用借助部分粉末冶金工艺,获得具有低密度、耐高温、耐氧化、长寿命等优越综合性能的刹车材料,典型的有C/C-SiC陶瓷刹车材料,逐渐在高速列车、重载汽车坦克等极端条件下应用。目前C/C-SiC材料的制备工艺有泥浆浸渍热压法、化学气相渗透、聚合物浸渍裂解法( PIP)、液相硅浸渍法(LSI)和温压一原位反应法。肖鹏等率先研究碳纤维增强C/C-SiC材料模拟火车制动试验,发现该材料摩擦因数高,动摩擦因数为0.3 ~0.39 ,制动噪声低、无火花和耐氧化和耐蚀能力强。
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