C/C2SiC陶瓷制動(dòng)材料的發(fā)展
2018-09-25 / 管理員：遠(yuǎn)東
C/C2SiC復(fù)合材料是炭纖維增強(qiáng)炭和碳化硅基體的材料，最早在20世紀(jì)80年代作為熱結(jié)構(gòu)材料出現(xiàn)，具有密度低、抗氧化性能好、耐腐蝕、耐高溫的力學(xué)性能和熱物理性能、好的自潤滑性能等優(yōu)點(diǎn)，是一種能滿足1650℃使用的新型高溫結(jié)構(gòu)材料和功能材料,目前C/C2SiC復(fù)合材料已應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣、葉片、返回式飛船的面板、小翼、升降副翼和機(jī)身艙門，航天飛機(jī)的熱防護(hù)系統(tǒng)，太空反射鏡等部件。經(jīng)B777試驗(yàn)驗(yàn)證，復(fù)合材料葉片10年內(nèi)只更換過3次。
高速列車等機(jī)械因高速高能載，對制動(dòng)裝置有很高的要求，由于制動(dòng)的需求，使高速列車等機(jī)械成為摩擦制動(dòng)材料發(fā)展的主要推動(dòng)力。迄今為止,列車剎車閘片材料從鑄鐵、合成材料、粉末冶金材料發(fā)展到了C/C和C/C2SiC復(fù)合材料。合成材料閘片一般用于小于200km/h 的準(zhǔn)高速列車上。粉末冶金材料閘片應(yīng)用廣泛，但存在密度較高(>4.5g/cm3)、易于氧化銹蝕、壽命短和高速制動(dòng)產(chǎn)生強(qiáng)噪音和易熔焊粘結(jié)等缺點(diǎn)。C/C復(fù)合材料具有密度低、比熱容大、耐熱性良好、并且在高負(fù)荷下仍能保持優(yōu)良的摩擦性能, 使制動(dòng)裝置減輕等優(yōu)點(diǎn)，在飛機(jī)剎車副上得到廣泛應(yīng)用。其缺點(diǎn)就在于C/C復(fù)合材料的制備周期長、成本高、抗氧化性能差, 濕態(tài)下摩擦因數(shù)不穩(wěn)定、對環(huán)境( 干凈、干燥) 的要求較高，很難在使用環(huán)境差的交通工具上大規(guī)模使用。
為了滿足高速列車、重載卡車、高級轎車等安全行駛的需求, 西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家在20 世紀(jì)90 年代中期開始研制低密度、高耐磨性和高溫穩(wěn)定的炭纖維增韌陶瓷基剎車材料 , 德國斯圖加特大學(xué)和德國航天研究所等單位的研究人員開始進(jìn)行C/ C2SiC復(fù)合材料應(yīng)用于摩擦領(lǐng)域的研究, 并研制出C/ C2SiC 剎車片應(yīng)用于Por sche (保時(shí)捷)轎車中，美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室與Honeywell Ad2vanced Composites 公司、Honeywell Aircraf tLanding Systems 公司、Honeywell CommercialVehicle Systems 公司合作，正在研制低成本的C/SiC 復(fù)合材料剎車片，替代用于重載汽車的鑄鐵和鑄鋼剎車片。法國TGVNG高速列車和日本新干線已試用C/C2SiC閘瓦。
作為摩擦材料，C/C2SiC復(fù)合材料的制備技術(shù)還處于深入研究和完備階段。目前列車采用的不同制動(dòng)材料的相對特性指標(biāo)列于表1。由表可知, C/C2SiC 復(fù)合材料作為制動(dòng)材料具有優(yōu)異的性價(jià)比，代表了當(dāng)前制動(dòng)材料的最高水平。
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高速列車等機(jī)械因高速高能載，對制動(dòng)裝置有很高的要求，由于制動(dòng)的需求，使高速列車等機(jī)械成為摩擦制動(dòng)材料發(fā)展的主要推動(dòng)力。迄今為止,列車剎車閘片材料從鑄鐵、合成材料、粉末冶金材料發(fā)展到了C/C和C/C2SiC復(fù)合材料。合成材料閘片一般用于小于200km/h 的準(zhǔn)高速列車上。粉末冶金材料閘片應(yīng)用廣泛，但存在密度較高(>4.5g/cm3)、易于氧化銹蝕、壽命短和高速制動(dòng)產(chǎn)生強(qiáng)噪音和易熔焊粘結(jié)等缺點(diǎn)。C/C復(fù)合材料具有密度低、比熱容大、耐熱性良好、并且在高負(fù)荷下仍能保持優(yōu)良的摩擦性能, 使制動(dòng)裝置減輕等優(yōu)點(diǎn)，在飛機(jī)剎車副上得到廣泛應(yīng)用。其缺點(diǎn)就在于C/C復(fù)合材料的制備周期長、成本高、抗氧化性能差, 濕態(tài)下摩擦因數(shù)不穩(wěn)定、對環(huán)境( 干凈、干燥) 的要求較高，很難在使用環(huán)境差的交通工具上大規(guī)模使用。
為了滿足高速列車、重載卡車、高級轎車等安全行駛的需求, 西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家在20 世紀(jì)90 年代中期開始研制低密度、高耐磨性和高溫穩(wěn)定的炭纖維增韌陶瓷基剎車材料 , 德國斯圖加特大學(xué)和德國航天研究所等單位的研究人員開始進(jìn)行C/ C2SiC復(fù)合材料應(yīng)用于摩擦領(lǐng)域的研究, 并研制出C/ C2SiC 剎車片應(yīng)用于Por sche (保時(shí)捷)轎車中，美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室與Honeywell Ad2vanced Composites 公司、Honeywell Aircraf tLanding Systems 公司、Honeywell CommercialVehicle Systems 公司合作，正在研制低成本的C/SiC 復(fù)合材料剎車片，替代用于重載汽車的鑄鐵和鑄鋼剎車片。法國TGVNG高速列車和日本新干線已試用C/C2SiC閘瓦。
作為摩擦材料，C/C2SiC復(fù)合材料的制備技術(shù)還處于深入研究和完備階段。目前列車采用的不同制動(dòng)材料的相對特性指標(biāo)列于表1。由表可知, C/C2SiC 復(fù)合材料作為制動(dòng)材料具有優(yōu)異的性價(jià)比，代表了當(dāng)前制動(dòng)材料的最高水平。
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