剎車摩擦材料的演變發(fā)展

1、一、摩擦材料的演變發(fā)展摩擦材料的演變發(fā)展，經(jīng)歷了100多年的歷史。1897年英國人Aerbertfrood發(fā)明了制動(dòng)片，用于馬車和早期的汽車，并建立了世界上第一個(gè)生產(chǎn)摩擦材料的Ferodo公司；隨后在1909年該公司發(fā)明了世界上第一個(gè)固化石綿基剎車片，1968年發(fā)明了世界上第一個(gè)半金屬基剎車片。鼓式制動(dòng)器是最早形式的汽車制動(dòng)器，在盤式制動(dòng)器出現(xiàn)以前，廣泛用于各類汽車。20世紀(jì)50年代早期，美國的Bendix公司用于汽車的盤式制動(dòng)器獲得了專利，盤式制動(dòng)器開始大量使用。1942年我國石禮耕先生研制的離合器片標(biāo)志著中國摩擦材料的誕生。在1999 年法蘭克福國際汽車交易會(huì)（IAA）上，碳陶剎車盤首次被

2、揭開了神秘的面紗。高科技材料的使用徹底顛覆了傳統(tǒng)的剎車盤技術(shù)：與傳統(tǒng)的灰鑄鐵剎車盤相比，碳陶剎車盤的重量減輕了大約50%，非懸掛質(zhì)量減輕了近20 千克。碳陶剎車盤更顯著的優(yōu)點(diǎn)還有：剎車反應(yīng)速度提高且制動(dòng)衰減降低、熱穩(wěn)定性高、無熱振動(dòng)、踏板感覺極為舒適、操控性能提升、抗磨損性高等等。因此，碳陶剎車盤的使用壽命更長，而且?guī)缀醪粫?huì)產(chǎn)生灰塵。最初，保時(shí)捷公司于2001 年將碳陶剎車盤作為配套設(shè)備裝配在911 GT2 型跑車上。此后，其他知名品牌汽車也陸續(xù)開始通過采用這一創(chuàng)新型剎車技術(shù)來提高車輛安全性并改善踏板舒適度。其中包括汽車制造商生產(chǎn)的奧迪、賓利、布加迪和蘭博基尼等跑車與豪華汽車。二、剎車系統(tǒng)介紹

3、：由剎車系統(tǒng)功能分類：制動(dòng)系統(tǒng)分為兩套獨(dú)立的制動(dòng)裝置即：行車制動(dòng)裝置（腳制動(dòng)）、駐車制動(dòng)裝置（手制動(dòng)）三、剎車片性能要求：性能指標(biāo) ：剎車片的性能指標(biāo)很多，同一個(gè)剎車片在不同溫度、不同車速、不同制動(dòng)壓力等情況下的性能有很大不同，主要的性能有以下幾點(diǎn)：1、制動(dòng)性能：是指在正常制動(dòng)狀態(tài)（也就是制動(dòng)溫度比較低的情況）下，剎車片的制動(dòng)能力（摩擦系數(shù)）。剎車片的摩擦系數(shù)不是越高越好，而是要在綜合性能方面取得平衡，以符合整車的設(shè)計(jì)要求。2、衰退性能 ：在山路下坡之類的路況下，制動(dòng)器連續(xù)制動(dòng)，溫度迅速上升，剎車盤可能會(huì)達(dá)到四、五百甚至七百以上的高溫。剎車片的制動(dòng)能力會(huì)變差，制動(dòng)距離增加。這種現(xiàn)象叫“衰退”，

4、我們當(dāng)然希望衰退率越小越好。優(yōu)質(zhì)剎車片的衰退率很小，有些甚至不衰退；而某些偽劣產(chǎn)品衰退嚴(yán)重，高溫時(shí)幾乎喪失制動(dòng)能力。舉個(gè)例子：某外觀極好的雜牌剎車片，在衰退試驗(yàn)中以最高制動(dòng)壓力將車速從100km/h制動(dòng)到停止，用時(shí)104秒，制動(dòng)距離473米，最后竟起火燃燒！3、恢復(fù)性能：經(jīng)過高溫衰退的剎車片，當(dāng)溫度下降時(shí)，是否能盡快恢復(fù)原有的制動(dòng)性能？這也是衡量剎車片好壞的重要指標(biāo)。4、磨耗：是指剎車片使用時(shí)的磨損情況里。剎車效果情況取決于摩擦材料的*和工藝，比如碳纖維剎車片可以用上幾十萬公里無需更換。除了剎車片本身的磨損，還要考慮剎車盤的磨損。在制動(dòng)過程中，優(yōu)質(zhì)的剎車片會(huì)在剎車盤摩擦表面生成一層保護(hù)膜，減少

5、剎車盤的磨損，而劣質(zhì)剎車片含有大量硬點(diǎn)和雜質(zhì)，會(huì)在剎車盤表面拉出許多溝槽，加速剎車片和剎車盤的磨損。5、噪音：在崇尚環(huán)保的今天，這也是一項(xiàng)重要指標(biāo)。其實(shí)引起制動(dòng)噪音的因素很多，剎車片只是其中之一。一般認(rèn)為，剎車片硬度太高的話，就容易產(chǎn)生噪音。6、其它 還有剪切強(qiáng)度、硬度、壓縮率、熱膨脹、吸水率、粘附性等等性能指標(biāo)。四、摩擦材料的發(fā)展趨勢：No.類型 (材料)制動(dòng)器應(yīng)用運(yùn)用特性歷史和使用區(qū)域1石棉摩擦材料盤/鼓(F/R)轎車/輕卡/卡車1.歐洲北美等已禁用1.中國AM市場仍在使用（50%）2半金屬摩擦材料盤/(F)轎車/ 輕卡/皮卡/火車/商用車/運(yùn)動(dòng)型車輛1.使用中存在一些問題,改進(jìn)型材料在一

6、些范圍內(nèi)使用.經(jīng)濟(jì)性,合適的性價(jià)比。2.盤片高的壽命，抗熱性，耐久性3.重負(fù)荷車輛和苛刻條件。1.有代表性區(qū)域在北美，主要在AM.2.在OE車型上已逐步被替代，但改進(jìn)型的材料仍使用在重負(fù)荷和特別要求苛刻的條件。3.通用型在中國AM市場仍在大量使用。3少金屬摩擦材料盤/盤/鼓(F/R/R)轎車/輕卡/商用車1.發(fā)展中的材料,廣泛的運(yùn)用。2.高的性價(jià)比.優(yōu)良的性能，卓越的解決抗衰退和高速性能的運(yùn)用。3.舒適的腳踏感。1.歐洲風(fēng)格的典型運(yùn)用在AM 和OE市場。特別在滿足OE高?*敵蛻系撓茫綈碌稀汲邸懟?2.同樣運(yùn)用在福特，通用在歐洲的車型。4有機(jī)摩擦材料（NAO）NAO-陶瓷摩擦材料盤/盤/鼓(F/

7、R/R)轎車/輕卡/卡車/商用車1.發(fā)展中的材料,廣泛的使用,2.少的積塵，盤/片長的壽命，優(yōu)化的性能,特別適用于解決NVH 噪音方案。1.日本材料的典型風(fēng)格和運(yùn)用，但在歐洲和北美突出解決NVH 問題和摩擦副粘附性問題。5粉末冶金摩擦材料疊盤/盤(F/R)賽車/飛機(jī)/火車/坦克/軍車/船舶/工程機(jī)械1.制動(dòng)和傳動(dòng)的高速高溫的穩(wěn)定性，速度大于250km/h,溫度高于600的條件和高的壽命1、銅基粉末冶金及陶瓷已替代鐵基。運(yùn)用在高性能制動(dòng)器。 2、中國引進(jìn)銅基粉末冶金運(yùn)用在時(shí)速250km/h以上高速列車上，已廣泛使用。6C-C 摩擦材料疊盤/盤(F/R)賽車/飛機(jī)1.高模量和強(qiáng)度，卓越的熱傳導(dǎo)和比

8、熱，高的孔隙率。2.高速高溫的穩(wěn)定性，低溫在800 ，高溫在1000 以上的摩擦穩(wěn)定性。1、在90年代末已運(yùn)用在高性能制動(dòng)器，在世界范圍內(nèi)廣泛運(yùn)用在飛機(jī)，賽車。如美國：MD-11,Boeing767,777,F-22如法國：Airbus等。7陶瓷摩擦材料金屬陶瓷摩擦材料C-陶瓷摩擦材料盤/盤(F/R)賽/重型車輛/飛機(jī)/坦克1、高速高溫苛刻條件下的摩擦穩(wěn)定性， 使用溫度在800-1000 以上。 2、特定的摩擦副和吸收高的熱能 。 3、高的氣孔率1、新一代材料已運(yùn)用在高性能制動(dòng)器，歐美主要運(yùn)用在航天軍事，如大重型運(yùn)輸機(jī)，新型戰(zhàn)斗機(jī)等。2.C-陶材料將優(yōu)于C-C材料的未來發(fā)展。五、剎車材料分類剎

9、車材料是一類結(jié)構(gòu)-功能復(fù)合材料復(fù)合材料是按基體連續(xù)相進(jìn)行分類材料的特征性能主要由基體材料決定金屬基剎車材料基體連續(xù)相為金屬樹脂基剎車材料基體連續(xù)相為樹脂陶瓷剎車材料基體連續(xù)相為陶瓷炭/炭剎車材料基體連續(xù)相為沉積炭六、粉末冶金剎車材料制造工藝混料冷壓成型熱壓燒結(jié)機(jī)*防銹處理產(chǎn)品特性摩擦系數(shù)高而穩(wěn)定（0.30.4)耐磨性能優(yōu)良耐熱性能良艱（00800)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高材料硬度大制動(dòng)噪音高對偶件磨損大容易生銹七、陶瓷剎車材料制造工藝混料、造粒、干燥（關(guān)鍵材料預(yù)處理、鋼背預(yù)處理）熱成型壓制高溫?zé)崽幚斫M合機(jī)*表面及防銹處理陶瓷基剎車材料產(chǎn)品特性金屬、陶瓷纖維/陶瓷剎車材料-低金屬陶瓷剎車材料耐熱性能優(yōu)異（65

10、0）、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、剎車舒適性好、使用壽命長工藝性能較差陶瓷纖維/陶瓷剎車材料-非金屬陶瓷基剎車材料耐熱性能優(yōu)異（650）、制動(dòng)噪音低、剎車舒適性良好、剎車落灰少、使用壽命長工藝性能較差、成本較高八、炭/炭剎車材料制造工藝炭纖維針刺預(yù)制體基體炭增密（樹脂浸漬/固化-炭化、化學(xué)氣相滲透（CVI） ）高溫?zé)崽幚砜寡趸繉犹?炭剎車副組織結(jié)構(gòu)炭/炭復(fù)合材料是以炭纖維為增強(qiáng)體、炭為基體的一類先進(jìn)復(fù)合材料。九、制動(dòng)噪音研究影響因素制動(dòng)器結(jié)構(gòu)因素鼓式制動(dòng)器比蹄式制動(dòng)器更易產(chǎn)生制動(dòng)噪音剎車副特性因素制動(dòng)器剛度越大，產(chǎn)生噪音的可能性越少剎車片材料的硬度越高，較易產(chǎn)生制動(dòng)噪音制動(dòng)工況因素范圍廣泛500-17000

11、HZ隨著制動(dòng)壓力的升高而略有增加使用環(huán)境因素高溫比低溫產(chǎn)生噪音的可能性小潮濕環(huán)境比干燥環(huán)境產(chǎn)生噪音的可能性大噪音抑制調(diào)節(jié)彈性體含量、降低高硬度材料用量、增加材料孔隙度、增加成膜材料用量等剎車片開槽、倒角、加裝消音片、涂敷減振膠等修改制動(dòng)器部件，如制動(dòng)襯片和制動(dòng)蹄的幾何參數(shù)和形狀。調(diào)節(jié)剎車盤/鼓的微觀組織及成分前面兩種方法的結(jié)合，改變制動(dòng)器的振動(dòng)特性。如優(yōu)化制動(dòng)器部件的剛度、阻尼特性等。十、減少剎車黑灰剎車黑灰的主要成因在高溫、高能和氧氣不足下，發(fā)生3Fe+2O2Fe3O4,有磁性黑色的Fe3O4粘在剎車盤、鼓和鋼圈上石墨在高于450時(shí)快速氧化，脫落并粘在剎車盤、鼓和鋼圈上黑色的硫化銻在550時(shí)