根據摩擦材料材質(zhì)或基體的不同，摩擦材料分為樹(shù)脂基摩擦材料、金屬基摩擦材料、炭/炭復合材料和陶瓷基摩擦材料四類(lèi)。
摩擦材料最主要的特點(diǎn)是能夠吸收動(dòng)能并轉化為熱能，進(jìn)一步將熱能傳入空氣中，材料本身無(wú)劇烈磨損，也不破環(huán)摩擦副，在反復使用過(guò)程中能保持一定的制動(dòng)和傳動(dòng)效率。
碳陶摩擦材料，源自航空航天器熱端部件用陶瓷基復合材料，是一種碳纖維增韌碳基和陶瓷基雙基體先進(jìn)復合材料，不僅繼承了炭/炭摩擦材料“三高一低”的優(yōu)點(diǎn)，即耐高溫(≥1650℃)、高比強、高耐磨、低密度，還因基體中引入了SiC，有效提高了材料的抗氧化性能和摩擦系數，顯著(zhù)改善了摩擦性能在各種外界環(huán)境介質(zhì)(潮氣、霉菌和油污等)中的穩定性，已成為輕量化、高制動(dòng)效能和全環(huán)境適用摩擦材料的一個(gè)重要研究方向，在飛機、高速列車(chē)、地鐵、賽車(chē)、汽車(chē)、工程機械等高速、高能載、苛刻環(huán)境制動(dòng)系統上具有廣泛的應用前景。
碳陶(C/C-SiC)摩擦材料，即炭纖維增強炭基和陶瓷基雙基體復合材料。與傳統金屬和半金屬制動(dòng)材料相比,C/C-SiC摩擦材料具有密度低、耐高溫、高強度、摩擦性能穩定、磨損量小、制動(dòng)比大和使用壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)；與炭/炭復合材料（C/C）相比，由于C/C-SiC摩擦材料中引入碳化硅陶瓷硬質(zhì)材料作為基體，不僅有效提高了材料的抗氧化性和摩擦系數，而且顯著(zhù)改善了摩擦性能對外界環(huán)境介質(zhì)(潮氣、霉菌和油污等)的穩定性。
C/C-SiC摩擦材料已經(jīng)成為輕量化、高制動(dòng)效能和全環(huán)境適用摩擦材料的一個(gè)主要研究方向，被公認為新一代剎車(chē)材料，在高速列車(chē)、賽車(chē)、高檔轎車(chē)等剎車(chē)系統上具有廣泛應用前景。圖1分別為SGL公司開(kāi)發(fā)的保時(shí)捷汽車(chē)用C/C-SiC制動(dòng)盤(pán)和中南大學(xué)開(kāi)發(fā)的高速列車(chē)C/C-SiC制動(dòng)盤(pán)。
圖1 C/C-SiC制動(dòng)盤(pán)
(a) SGL公司開(kāi)發(fā)的保時(shí)捷用C/C-SiC制動(dòng)盤(pán); (b)中南大學(xué)開(kāi)發(fā)的高速列車(chē)C/C-SiC制動(dòng)盤(pán)
20世紀90年代中期，C/C-SiC復合材料開(kāi)始應用于摩擦領(lǐng)域，成為最新一代高性能制動(dòng)材料引起科研工作者廣泛的關(guān)注和重視。德國斯圖加特大學(xué)和德國宇航局于1995年率先開(kāi)始采用連續碳纖維編織制備C/C-SiC摩擦材料的研究，并于2002年研制出了高檔轎車(chē)制動(dòng)系統用C/C-SiC摩擦材料制動(dòng)盤(pán)，應用于Porsche(保時(shí)捷)轎車(chē)后整車(chē)的非懸掛重量減輕了16.5kg，而有效摩擦力提高了25%。
SAB Wabco公司在1998年于英國伯明翰舉行的鐵路技術(shù)博覽會(huì )上展出了其采用碳陶摩擦材料制備的制動(dòng)盤(pán)和制動(dòng)墊片，并將該材料應用于法國TGV-NG高速列車(chē)，實(shí)踐證明其使用壽命可提高三到五倍，單個(gè)車(chē)廂減輕近1噸。我國在2001年由中南大學(xué)率先開(kāi)展C/C-SiC摩擦材料的研究，其后西北工業(yè)大學(xué)等也開(kāi)展了相關(guān)研究。
更輕的汽車(chē)剎車(chē)盤(pán)意味著(zhù)懸掛下重量的減輕。這令懸掛系統的反應更快，因而能夠提升車(chē)輛整體的操控水平，例如采用碳陶剎車(chē)盤(pán)的Mercedes-Benz的SLR Mclaren型車(chē)，其前輪剎車(chē)盤(pán)直徑為370mm但重量?jì)H為6.4kg，而采用普通剎車(chē)盤(pán)的CL-CLASS其前盤(pán)直徑為360mm但重量高達15.4kg。
另外，普通的剎車(chē)盤(pán)容易在全力制動(dòng)下因高熱產(chǎn)生熱衰退，而碳陶剎車(chē)盤(pán)能有效而穩定的抵抗熱衰退，其耐熱效果比普通剎車(chē)盤(pán)高出許多倍。還有，碳陶剎車(chē)盤(pán)在制動(dòng)最初階段就立刻能產(chǎn)生最大的剎車(chē)力，因此甚至無(wú)需剎車(chē)輔助增加系統，而整體制動(dòng)比傳統剎車(chē)系統更快、距離更短、為了抵抗高熱，在制動(dòng)活塞與剎車(chē)襯塊之間有陶瓷來(lái)隔熱，碳陶剎車(chē)盤(pán)有非凡的耐用性，如果正常使用是終生免更換的，而普通的鑄鐵剎車(chē)盤(pán)一般用上幾年就要更換。
資料來(lái)源：《碳陶摩擦材料的制備、性能與應用》。
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