中國粉體網(wǎng)訊 制動盤是制動系統(tǒng)的核心部件之一，通過制動盤與制動閘片間的摩擦接觸將動能轉(zhuǎn)化為熱能以實現(xiàn)緊急制動。制動過程中始終發(fā)生劇烈的摩擦作用，而制動盤的材料屬性和結(jié)構(gòu)特征都會影響熱量的傳輸路徑，所以制動盤在設(shè)計過程中需要綜合考慮材料、結(jié)構(gòu)、成形工藝等方面的問題。其中，材料是制動盤研究的重要內(nèi)容。
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目前國內(nèi)外開發(fā)的制動盤主要為鑄鐵、鑄鋼、鍛鋼、鋁基/銅基復(fù)合材料與以碳纖維或其織物為增強相（C/C）的復(fù)合材料制動盤。
鑄鐵、鑄鋼、鍛鋼制動盤
鑄鐵制動盤材料的發(fā)展可分為普通灰鑄鐵、鎳-鉻-鉬低合金鑄鐵和蠕墨鑄鐵3個階段。普通片狀石墨鑄鐵制動盤在使用過程中磨損較快，在地鐵上應(yīng)用較多。低合金鑄鐵中添加了鎳、鉻、鉬，提高了耐熱龜裂性和高溫耐磨性，但強度較低，熱疲勞性較差。蠕墨鑄鐵制動盤通過貝氏體等溫淬火處理強化鑄鐵基體，并添加變質(zhì)劑將使片層狀石墨轉(zhuǎn)變?yōu)槿湎x狀石墨，保持了鑄鐵的導(dǎo)熱性，提高了強度和抗熱龜裂性，但耐磨性還需要進一步提高。
鑄鋼制動盤具有可進行復(fù)雜散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計、制動過程中盤體降溫迅速等優(yōu)點，同時鑄鋼制動盤在經(jīng)過適當(dāng)?shù)暮辖鸹蜔崽幚碇�，具有較好的耐磨性、耐熱性和強韌性。目前，日本的新干線列車、法國的TGV系列高速列車、韓國高速列車KTX、德國的ICE系列車輛以及中國CRH2型和CRH3型高速列車均選用的是鑄鋼材質(zhì)的制動盤。
鍛鋼具有較高的強度和韌性，同時還具有較高的抗熱龜裂性，良好的耐磨性、耐熱疲勞性、常溫和高溫力學(xué)性能，使用壽命長。此外，鍛鋼制動盤制造工藝穩(wěn)定，質(zhì)量更容易控制，在國內(nèi)高速列車上得到了廣泛應(yīng)用。
金屬基復(fù)合材料制動盤
鋁基復(fù)合材料制動盤是以鋁合金作為基體，以纖維、晶須與顆粒為增強相的復(fù)合材料所制備的制動盤。其中，纖維與晶須增強鋁基復(fù)合材料存在生產(chǎn)成本高、制備中增強體易損傷且分布不均勻等缺點；顆粒增強鋁基復(fù)合材料有效克服了這些缺點，因而得到廣泛應(yīng)用。常見增強顆粒主要為碳化硅、氧化鋁、碳化硼、二硼化鈦與二氧化鋯等，其中碳化硅具有強度高、硬度高、彈性模量高與耐磨性能好等優(yōu)點，常被選用為鋁基復(fù)合材料的增強體。鋁基復(fù)合材料綜合鋁合金與陶瓷材料的優(yōu)勢，相對于鋁合金具有更佳的耐磨性、耐溫性、比強度和比剛度，而相對于陶瓷材料又具有更高的導(dǎo)熱性及韌性。鋁基復(fù)合材料密度小，與鑄鐵制動盤相比，鋁基復(fù)合材料制動盤質(zhì)量減輕約 50%，同時表現(xiàn)出優(yōu)良的比強度、比彈性模量、耐磨等綜合性能。
銅基復(fù)合制動盤材料是在銅或銅合金基體中加入摩擦組元和潤滑組元進行復(fù)合加工而成摩擦組元多為金屬或非金屬的氧化物或碳化物等，如Al2O3和SiC等，摩擦組元的加入不僅可以調(diào)節(jié)材料的摩擦磨損性能，也可以提升材料整體力學(xué)性能，滿足生產(chǎn)應(yīng)用需求。潤滑組元目前比較常用的是石墨和二硫化鉬，它的加入可以消弱摩擦組元加入而顯現(xiàn)出的較高摩擦因數(shù)，同時保持制動盤材料摩擦因數(shù)的穩(wěn)定。
C/C復(fù)合材料制動盤
碳/碳（C/C）復(fù)合材料是以碳纖維或石墨纖維為增強體的碳基復(fù)合材料，其全質(zhì)碳結(jié)構(gòu)不僅保留了纖維增強材料優(yōu)異的力學(xué)性能和靈活的結(jié)構(gòu)可設(shè)計性，還兼具碳素材料諸多優(yōu)點，如低密度、低的熱膨脹系數(shù)、高導(dǎo)熱導(dǎo)電性、優(yōu)異的耐熱沖擊、耐燒蝕及耐摩擦性等，尤為重要的是，該材料力學(xué)性能隨溫度升高不降反升。自1958年誕生以來，C/C復(fù)合材料在發(fā)展初期，由于生產(chǎn)周期長，價格昂貴，主要用于固體火箭發(fā)動機喉襯、航天飛機的機翼前緣、后緣和鼻帽錐等性能要求較高的航天等尖端技術(shù)領(lǐng)域。隨著炭纖維制備技術(shù)的快速發(fā)展、生產(chǎn)成本的持續(xù)降低，C/C復(fù)合材料已廣泛應(yīng)用于飛機、高速列車的剎車裝置、單晶爐用坩堝、熱壓模具等民用領(lǐng)域，而制動剎車系統(tǒng)的應(yīng)用占了較大份額。
C/C-SiC復(fù)合材料制動盤
碳陶（C/C-SiC）復(fù)合材料是在C/C復(fù)合材料基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型制動盤材料，該材料是以準(zhǔn)三維碳纖維整體針刺氈為骨架增強體，以沉積碳、SiC及殘余硅為基體的復(fù)合材料。與C/C復(fù)合材料相比，C/C-SiC復(fù)合材料基體中創(chuàng)新引入了SiC相，SiC的引入不僅延續(xù)了C/C復(fù)合材料密度小、剎車平穩(wěn)、熱容量大等特點，而且還較好地彌補了C/C復(fù)合材料濕態(tài)摩擦因數(shù)低、生產(chǎn)周期長、制備成本高等缺點；該復(fù)合材料因具有摩擦因數(shù)大、磨損率低、濕態(tài)摩擦因數(shù)衰減小、抗氧化性能好、環(huán)境適用強等優(yōu)點，而成為新一代高性能制動盤材料。2008年，由該材料制成的制動盤成功在國內(nèi)飛機上實現(xiàn)應(yīng)用，并逐步在多個機型上取得應(yīng)用，現(xiàn)逐步向高鐵、磁懸浮列車、汽車、賽車等多個制動領(lǐng)域擴展。
參考資料：
1、司麗娜等，《銅基復(fù)合制動材料摩擦磨損性能研究進展》
2、曲選輝等，《現(xiàn)代軌道交通剎車材料的發(fā)展與應(yīng)用》
3、周蕊等，《碳陶復(fù)合材料的摩擦磨損性能》
4、李賀軍等，《國內(nèi)C/C復(fù)合材料研究進展》
5、程皓等，《C/C復(fù)合材料在制動系統(tǒng)的應(yīng)用及發(fā)展》
6、朱世婷等，《高速列車制動盤用鋼現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢》
7、劉春軒等，《軌道交通制動盤用顆粒增強鋁基復(fù)合材料研究及進展》
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/長安）
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