摩擦材料的发展.doc

-返回-技术行情 现代制动用刹车材料的应用研究和展望 在现代摩擦学的研究中,摩擦材料是指积极利用其摩擦特性,以提高摩擦磨损性能为目的,用于摩擦离合器与摩擦制动器的摩擦部分,实现动力的传递、阻断,运动物体的减速、停止等行为所用的材料。在描述术语中,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。 制动器是使运动中的机构或机器迅速减速、停止并保持停止状态的装置;有时也用于调节或限制机构或机器的运动速度。通常而言,应用于制动的刹车材料,其主要功能是通过摩擦,将动能转变为热能并将热量吸收或散发掉,从而逐步降低刹车材料所在部件和被它贴合部件(刹车材料所在部件和被它贴合部件构成摩擦副,全部摩擦副构成刹车副总体)之间的相对运动速度,直至停止运动,达到制动目的,其工作过程在力学上可简化为图1所示模型。 制动过程可以简单描述为通过对刹车材料部件施加压力p使之与对偶材料部件贴合从而使主动件转速降至0。在此过程中,假定Tf和Tr均为常数,为了达到制动目的,制动力矩Tf除了应能克服主动件的惯性阻力矩Tr以外,还应提供一减速力矩T以克服主动件的惯性力矩,T=Tf-Tr。制动初期,由于制动器的接合力矩不足以克服主动件的阻力矩,因而在这段时间内主动件仍保持原速,当Tf=Tr时,主动件开始减速,并过时间(t2-t1),速度逐渐降低为0。制动器所产生的摩擦力矩应等于或大于制动力矩,其大小取决于刹车副材料的摩擦因数、制动压力、几何形状与尺寸等。 要使刹车副完成上述制动过程,理想的刹车材料应具有以下性能:足够而稳定的摩擦因数;高的导热性与耐热性;高的耐磨性;良好的耐油、湿和腐蚀能力;足够的强度;在和被贴合的部件进行摩擦接触时产生很少或不产生噪声;在工作中不发生黏结或咬合;原材料来源充裕,价格性能比高,具有良好的工艺性能等。 要完全满足上述各点要求是困难的,但应依据工况条件,基本满足所需的摩擦因数及其在摩擦制动过程中允许的变化范围和刹车副预定寿命。 1.刹车材料的分类及发展 刹车材料的分类方法主要有两种,一种是以使用机构来划分,如汽车刹车材料、火车刹车材料和航空刹车材料等,该分类法简单且易理解,但存在材料的交叉;一种是根据材料材质类型来划分,这种分类方法较为科学。现代制动用刹车材料主要包括以下3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、碳/碳复合刹车材料和陶瓷基刹车材料。 1.1.1树脂基刹车材料 树脂基刹车材料是指采用树脂为黏结剂的刹车材料,根据其主体摩擦组元的种类不同,又包括石棉刹车材料、无石棉刹车材料、纸基刹车材料和碳基刹车材料等。石棉刹车材料是采用石棉纤维添加适量填料,以树脂为黏结剂,采用热压工艺制成的刹车材料。无石棉刹车材料是采用其他纤维如金属纤维、植物纤维和合成纤维等替代石棉材料制成的刹车材料。 而纸基刹车材料是以纸浆为基体,添加适量的填料,以树脂为黏结剂,采用造纸和热压工艺制造而成。从上述定义可以看出,不同树脂基刹车材料除基体组成不一致外,制造工艺基本相同,因此也决定其使用条件和性能具有相似性。 20世纪2080年代,石棉在刹车材料领域占据主导地位。由于石棉是致癌物质,被禁止在刹车材料中使用而导致了无石棉刹车材料的出现8。同时,石棉在400左右将失去结晶水,在550时全部失去结晶水,失去了增强效果,从而刹车材料的制动性能不稳定,出现明显的衰退现象,无法满足现代机械尤其是汽车的高速制动需求,也催生了无石棉刹车材料。无石棉刹车材料是在20世纪70年代由美国本迪克斯公司研制发展起来的,无石棉刹车材料除了绿色环保外,且在制动耐温性、稳定性方面获得较大的提高。在替代石棉纤维的过程中发展了半金属刹车材料(采用金属纤维替代石棉纤维,金属含量超过50%)、玻璃纤维增强刹车材料和芳纶纤维增强刹车材料等多种无石棉刹车材料,但到目前为止,尚缺乏一种比石棉综合性价比高的增强纤维,因此,对于无石棉刹车材料的研制仍是刹车材料的研究热点之一。 纸基刹车材料主要是因为借用了造纸工艺而得名。纸基刹车材料主要应用在重型机械的制动器中,在摩托车等运动机械中也逐步获得应用。但纸基摩擦材料的主要应用还是在高性能自动变速离合器中,优点是在低摩擦制动要求条件下的成本较低,同时,纸基刹车材料还具有基体柔软,不伤对偶的特点。应用在制动器中的纸基刹车材料分量约只占纸基摩擦材料总产量的10%左右。纸基刹车材料的研究主要集中在黏结剂的选择和摩擦组元、强化纤维的研究等方面。 1.1.2粉末冶金刹车材料 粉末冶金刹车材料以金属粉末为基体,添加适量的润滑组元和摩擦组分,采用粉末冶金工艺制造而成13-15。粉末冶金刹车材料采用高温烧结,促进了刹车材料组元的冶金结合,使刹车材料的使用温度得到大大提高,解决了树脂基刹车材料的高温摩擦因数低和磨损不稳定的问题,使刹车装置的设计和使用获得了较大的延伸。粉末冶金刹车材料已广泛应用在航空、船舶、高速列车、重载卡车、坦克以及其他高速高载荷运动部件的制动器中,并获得了较大的市场份额。但是粉末冶金刹车材料价格高,制造工艺复杂,制动噪声大和对对偶材料磨损大等缺点又制约了它不能在汽车尤其是轿车制动器上获得广泛应用。对于粉末冶金刹车材料的研究工作,除了基本性能的研究外,主要集中在针对其缺点方面的研究和改进工作。 1.1.3碳/碳复合刹车材料 碳/碳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16-18。碳/碳复合刹车材料最早是在20世纪70年代研制的,主要应用于飞机刹车片。在高温条件下由于其质量轻、能载高、耐高温能量强、使用寿命长等特点,一出现,便迅速得到推广应用。以飞机刹车为例:在波音747飞机上采用碳/碳复合刹车材料后,相对于金属刹车而言,质量下降81615kg;而热库是金属刹车的35倍,在2000下材料强度不发生任何变化,3000以下模量反而增加,因此可在2200下安全工作;同时,在该条件下工作时未见发生黏结和变形情况。碳/碳复合刹车材料在不同速度、比压和能载条件下摩擦因数变化小,磨损较稳定,在波音7572200型飞机的使用中寿命可达3000起落,是金属刹车材料的3倍以上。 作为新型刹车材料,碳/碳复合刹车材料自一出现,其研究就集中在降低产品成本的问题上。由于其单次刹车成本高,而使其发明时认为能全部占领高能制动市场的预计,依然未能实现,目前其他高性能刹车材料在高能制动领域依然占有主导地位。 1.1.4陶瓷基刹车材料 陶瓷基刹车材料是指添加相当数量具有陶瓷性能氧化物并总体体现一定陶瓷性能的刹车材料。 粉末冶金刹车材料也常称为金属陶瓷材料,但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碳/碳复合刹车材料的低密度和耐高温性能,同时克服了碳/碳复合刹车材料高温氧化的缺点。 目前,对于陶瓷基复合刹车材料的研究重点是采用借助部分粉末冶金工艺,获得具有低密度、耐高温、抗氧化、长寿命等优越综合性能的刹车材料,典型的有碳/碳/碳化硅陶瓷刹车材料,逐渐在高速列车、重载汽车、坦克等极端条件下获得应用。 2.刹车材料研制过程中存在的问题及解决办法 2.1.1大力推广绿色环保汽车刹车材料 石棉刹车材料从研制开始至今,历了近百年的历史,由于其良好的使用性能和低廉的成本、成熟的制造工艺等原因,尽管从1972年国际肿瘤医学会确认石棉及高温挥发物属于致癌物,但由于替代石棉的增强纤维存在混合和分散性差,易断裂、结团和价格高等原因,许多国家仍在使用石棉刹车材料。在我国,虽然有明确的法规要求放弃石棉刹车材料,但很大一部分制动器生产厂仍在选用石棉刹车材料,尤其是在低端的二级零配件市场,石棉刹车材料制品的销售量依然占据着很高的比重。随着科技的进步和人类对于生产环境要求的不断提高,在立法的基础上,应加大绿色环保刹车材料使用的宣传,并在适当的时候,强制性地执行相关法规,大力研制和推广新型绿色环保无石棉刹车材料,并全面替代石棉刹车材料。 2.1.2加大低成本碳/碳复合刹车材料的研制 如前所述,碳/碳复合刹车材料存在技术难度大、工艺复杂、制造周期长、制造成本高(价格在500010000元/kg)等问题,制约了其广泛使用的前景,开展低成本碳/碳复合刹车材料的研究势在必行。碳/碳复合刹车材料的成本主要体现在气相沉积过程和高温石墨化过程。文献21开展了快速气相沉积技术定向流动法化学气相沉积技术的研究,大大缩短了沉积时间。文献22研究了催化石墨化的研究工作,采用B4C作为催化剂,使石墨化温度降低、时间缩短,获得了降低成本的良好效果。中南大学采用多项研究成果,使碳/碳飞机刹车副的制造周期由原来的8个月缩短为3个月,成本得到有效的控制。 同时,借用粉末冶金技术,改变碳/碳坯体的制造工艺,使刹车材料的成本也得到大大降低,从而在除飞机以外的制动器上使用高性能碳/碳复合刹车材料成为可能。 2.1.3建立粉末冶金刹车材料数据库 粉末冶金刹车材料在当前的使用条件要求下,既具有较碳/碳复合刹车材料低得多的价格优势,又能满足高能制动的要求,是刹车材料中得到最广泛应用的材料种类之一。但是,长期以来,粉末冶金刹车材料的研制均采用“抓中药”、“炒菜”和“试行错误”的方法,不仅导致了资源、时间、人力和物力上的大量浪费。同时,由于研制基础和思维的差异,在粉末冶金刹车材料百花齐放的大好局面下,存在鱼龙混杂、质量参差不齐的混乱状态,制约了粉末冶金刹车材料的全面推广。 作者认为出现这种状态的主要原因是:缺乏粉末冶金刹车材料研制所必需的基础数据库,从而使设计人员无可依据的数据基础,研制人员进行着重复的研究工作。基础数据库的建立,涉及到多方面、多领域和多层面合作,需要大量的调查和基础研究工作。因此,需要国家在宏观实施上进行有效调控和济投入,相关学会和工业协会协调,粉末冶金刹车材料研制和生产单位大力支持,以便在较短时间内建立必要的基础数据库,并定期更新。该数据库的建立,不仅对粉末冶金刹车材料的研制和开发有指导作用,同时,也可辐射和推广到整个摩擦材料领域,其社会效益及对国民济的推动作用是不可估量的。 2.1.4加强新型材料体系的开发 由于刹车材料的实际应用背景非常强,而且使用条件的差异也较大,因此,我国大多数研制和生产单位开展的研究工作大多以实用为目的,即针对某一需求而进行研究。而对于基础工作,由于投入大、短期效益差的原因,我国在基础研究方面均比较欠缺。主要体现在我国刹车材料的研制和生产主要跟踪国际技术,在某些材料研制和使用方面甚至落后于国际水平达数十年。而在新材料的开发方面,近些年虽有较大进展,但创新体系依然不强,研究水平不高。国内刹车材料生产量大,但高性能刹车材料依然需要进口,这种尴尬局面仍未得到有效的解决。目前国家通过自然科学基金等方式对刹车材料及其摩擦学特性的基础研究和创新体系研究方面提供了较大的支持,说明国家对创新刹车材料研制工作的重视。 2.1.5全面拓展传统刹车材料新的应用 多学科交叉已成为现代科学发展的趋势之一。传统刹车材料研究通常是为了满足机械设计要求,材料研究处于比较被动的地位。但是,现代机械的高速发展,材料的发展已无法满足制动需求。因此,有必要通过机械学科和材料学科的交叉、换位,在不降低机械性能水平的前提下,在机械设计中充分考虑现有材料性能的发掘和拓展。传统的高速列车制动技术认为,随着刹车速度的提高,树脂基刹车材料在耐温性方面已无法满足要求,需要开展新材料的研制工作。 但是,在新型高速牵引机车的设计中,研发人员摒弃了传统的轴装刹车系统,改用轮装刹车,不仅使刹车空间获得大大提高。同时,由于刹车系统的改进,在高速制动条件下,刹车系统温度从闸瓦/轴装闸片的400下降为轮装闸片的250。因此,树脂基刹车材料又重获使用,降低了刹车材料的研制成本和使用成本。 3.结束语 “有运动,就存在刹车的可能”、“没有刹车,就没有高速”已成为共识,现代制动用刹车材料的研制也正从无序的混乱中走向有序的科学指导。我国的刹车材料已具有相当的研制和生产水平,基本能满足现代制动要求。从发展的角度来看,创新研究是主旋律,基础研究是根本,节能环保是方向,低成本和高效制动是目标。 摩擦材料配方优化方法的最新研究 摩擦材料是由基体材料、增强体、填料等多元组份配合而成的复合材料。其性能不仅受组分材料性能的影响，同时也受制于组分的配比。因此，配方设计一直是提高复合材料性能的主要途径。先前，研制摩擦材料的方法，主要凭个人验，结合一些实验技巧来确定配方，存在着工作量大、周期长、试验费用高和偶然性大等一系列问题。目前，摩擦材料配方的设计与优化问题已引起国内外众多学者的重视，并提出了一些卓有成效的优化方法。 1、摩擦材料的相关性数学模型 1摩擦材料的组分较多，影响其性能的因数复杂并且各组分之间存在着相互作用，不了解其过程，摩擦材料的配方也不可能得到科学合理的设计和优化，这也是摩擦材料研究中的难题。设集合A=A1，A2，A3Ai为基体库，集合B=B1，B2，B3Bj为填料库，集合C=C1，C2，C3Cn为增强体库，则摩擦材料M可表示为ABC的组合，组分间就存在着AB、BC、AC和ABC多重相互作用。若集合P=P1，P2，P3Pn为性能库，如P1为摩擦系数，P2为磨损率，P3为强度等。摩擦材料配方和性能关系可表示如下： f:MixiP 其中xi为各组分的比例，Mixi。 2、摩擦材料配方优化方法的最新研究 长期以来，摩擦材料的原材料的选择一直依靠验，没有什么科学依据，通常选用正交试验法来决定材料的配方，它是根据正交性准则，考虑数据的均衡分散性和整体可比性，通过较少次的试验选出配料的具体较优组合。如曾泽斌采用正交试验找出片状蛭石摩擦材料的最佳配方2，华南理工大学的陈东用正交设计优化了半金属摩擦材料的配方3等。此法可缩短新材料的研制周期，具有试验点少、计算简便、易于分析等特点。但忽略了配方中各组分之间的相关性，不能建立数学模型供进一步分析，由于正交试验数等于水平数的平方，因而只适用于水平数不多的试验。为更好解决摩擦材料配方优化问题，国内外学者提出了一些新的方法。 2.1均匀设计+多元线形回归 南京理工大学车剑飞采用四因素五水平的均匀设计法设计了无石棉摩擦材料配方4，南理工的宋晔开发出了基于均匀设计和多元线形回归的FMDS系统5，试验表明工作量和试验费用显著减少，摩擦材料性能大幅度提高。与正交试验法相比，均匀设计法不再考虑数据的整齐可比性，而只考虑试验点在试验范围内均匀分散。这就可以从全面试验中挑选更少的点作为代表点进行试验，而由此得到的结果仍能反映体系的主要特征。均匀设计法通过一套精心设计的表来安排实验，每表还附有一个使用表，用来指示如何从均匀设计表中选择适当的列来设计实验，以使试验方案的均匀度最高。特别适用于多因素多水平试验，能有效减少试验数目。 但均匀设计得到的试验数据，由于不具备正交试验的整齐可比性，必须采用多元逐步回归分析的方法来进行数据处理。所以均匀设计法的使用，需要一定的数学基础。 采用多元逐步回归法建立回归方程，这可以转化成多元线性逐步回归。其基本思想是：从一个自变量开始，根据各自变量对因变量作用的显著程度，将显著变量逐个引入回归方程，同时将不显著变量剔出回归方程。每一步都进行检验，以保证方程中只包含显著变量。这个过程反复进行，直到变量既不能被剔除，也不能被引入为止，最后得到所有变量都显著的回归方程。 根据配方变量的变化范围，采用穷举法逐个计算后，判断是否符合用户要求，直到搜索完所有点为止。 2.2混料回归+模糊优化 文献6中介绍采用混料回归试验建立了摩损率和摩擦材料各组元成份间的回归方程，并在此基础上，采用外点惩罚函数法求得最优解，为了避免对同一性能指标出现不同配方的现象，进一步运用了模糊数学理论对配方设计进行了筛选和优化，取得了较理想的配料方案。 清华大学的曹献坤采用Scheffe典型多项式回归模型进行新型摩擦材料的配方设计，对配方材料的冲击强度、摩擦系数、磨损率、密度和硬度进行模糊综合评价，用最小二乘法求得回归方程，并采用多变量约束函数的复合形法求得目标函数的最优点和最优值7。试验验证了方程的回归效果较好，为摩擦材料配方设计及优化探索了新途径。 2.3黄金分割法+灰色相关系数分析 摩擦材料的黄金分割优化法可分为三步： （1）首先选择1012个计算的配方进行摩擦性能测试，然后用灰色相关系数分析或统计分析得到原材料对摩擦性能贡献的敏感性序列，进而调整摩擦材料配方各组分的含量； （2）利用黄金分割序列（01618n）和组分体积分数的关系优化最佳的纤维组与填料组的匹配比例； （3）优化最佳的树脂基体含量，最终得到优化的摩擦材料配方。所以黄金分割优化法可实现摩擦材料配方的设计和计算。而验的摩擦材料配方设计采用“炒菜”式，组分体积分数的变化靠人为的加减计算，每次只变化一个组分的体积分数，最终不能确定是否得到了优化的配方。 灰色相关系数分析是灰色系统理论的重要内容之一，并被应用到摩擦材料配方研究。通过灰色相关系数分析可得到不同原材料组分对摩擦性能贡献的敏感性序列。对于摩擦系数，灰色相关度的数值越大，说明该组分对摩擦系数的贡献越大，该组分对提高摩擦材料的摩擦系数有利，因此可以增大该组分的含量。对于磨损率，灰色相关度的数值越大，说明该组分对磨损率的贡献也越大，但该组分对减小摩擦材料的磨损率不利，因此可以减少该组分的含量。 文献1中介绍，选择与钢纤维组合时有低磨损的氧化聚丙烯腈纤维、硅灰石、Sb2S3、Ca（OH）2、CaCO3、MgO为其它组分，用黄金分割灰色相关系数法优化摩擦性能，过22个配方实验，得到了摩擦系数为0.420、磨损率为1.98的半金属摩擦材料配方。 除了上述对摩擦材料配方优化方法以外，还有一些其它方法如化学计量学的应用8、遗传算法应用9和多因素判据优化10等等，都起到一定的优化作用。 3、摩擦材料配方优化技术的发展趋势 新型摩擦材料的诞生和良好摩擦性能研究是现代社会发展的迫切要求，众所周知摩擦材料的配方决定了摩擦材料的性能，所以摩擦材料配方的优化工作日趋重要。综合目前的研究技术，摩擦材料的优化工作未来的发展方向将会集中在如下方面： （1）融合多种优化方法。如将混料回归试验、灰色理论或者统计分析法和模糊优化合为一体，既可解决数学模型的建立问题又可考虑各组分之间的相关性，还可在几种相似优化方案中进行模糊评价，这样可扬长补短。 （2）引入新理论。如对组分数据处理方面可采用神网络技术和遗传算法结合的形式来处理。 （3）开发新的摩擦材料配方分析软件。运用高级编程语言开发出多功能的人机界面，集配方实验安排、回归分析、优化求解和综合评价于一体，取代传统的SPSS软件在这方面的应用。 结束语 重点介绍了目前关于摩擦材料配方优化方法的最新研究，深入探讨了摩擦材料配方优化技术未来的发展趋势，指出融合多种方法、开发新型分析系统将会是摩擦材料配方设计与优化的新途径。 石棉刹车片遭遇市场瓶颈 最近，网上流传这样一则消息，汽车刹车片标准首次加入环保指标，国家首个环保刹车片标准即将出台。然而，行业归口单位中国摩擦材料协会却并没有收到相关申报。对此，记者拨通了消息中提到的福建省霞浦县质检局的电话，多番努力下，终于找到相关负责人。据他介绍，该标准是当地几家汽车摩擦配件生产企业组成的联盟共同制定，属于企业标准。这位负责人说：“该标准通过引入新的技术指标，间接促使厂商减少石棉原料的使用，意在降低污染的同时达到提高产品性能的目的。” 关于石棉刹车片是否应该继续使用，已在行业内争论了很长时间。记者发现，这个争论目前仍在继续。据了解，在乘用车领域，已基本看不到石棉刹车片的影子，在商用车领域尤其是重型商用车上，仍然在大量使用石棉刹车片。“石棉刹车片成本低、重量轻，这是很多商用车企业仍在使用石棉刹车片的原因。”中国摩擦材料协会理事长王耀告诉记者。 温石棉具有相对优势 石棉是天然纤维状物质的集合体，为汽车、化工、电气设备等20多个工业行业所应用。石棉按成分和结构差异一般分成三类：角闪石石棉（蓝石棉）、温石棉和水镁石石棉。据了解，美国、欧盟各国等发出禁令，禁止石棉消费。理由是，石棉纤维被人吸入后能引起石棉肺、胸膜间皮瘤等疾病。 争论正是由此而起。有专家指出，石棉中的温石棉和其他两种石棉不一样，它产生的可吸入物被人体吸入后，可被自动清除，不会损害人的身体。一些专家认为，只要控制温石棉的粉尘密度和人员的吸入量，完全可以安全使用温石棉。一位业内人士告诉记者，温石棉耐高温、强度高，是生产刹车片的天然材料，综合性价比考虑，温石棉刹车片具有相对优势。因此，在国内一些低价车和重型车领域，温石棉刹车片还具有一定的市场。目前，我国生产的石棉刹车片主要用温石棉作为增强材料，以酚醛树脂为摩擦性能调节剂，膜塑制成，用于载重汽车的制动系统。 由于国际上许多国家已禁止使用石棉制品，我国刹车片出口受到了严重阻。越来越多的企业为了适应国际市场，开始发展无石棉刹车片。 石棉刹车片遭遇市场瓶颈 作为国内刹车片行业的出口大户，山东金麒麟集团已研制出了第三代改进型低金属刹车片、NAO（无石棉有机物）型刹车片和高端陶瓷刹车片。该集团副总理胡加强告诉记者：“金麒麟从建厂伊始就引进北美技术，一开始开发了半金属型刹车片，所以没有遇到石棉刹车片厂家遇到的困境。”据他介绍，金麒麟集团可生产2000多个品种的轿车、轻型车、载重车用无石棉刹车片，产品出口到北美、南美、欧洲、澳洲等多个国家和地区，出口量占总产量的85%以上。 与之相对比，福建省霞浦县汽车摩擦配件行业则由于企业多生产石棉材质刹车片逐渐在市场竞争中处于弱势，市场份额不断被挤占。为了帮助当地企业突破发展瓶颈，霞浦县质检局牵头开展走访调研，引导当地企业成立了福建三沙汽摩配件联盟，并组织召开了联盟标准研讨会。福建霞浦正阳摩擦工业有限公司负责人告诉记者，由于他们企业研制无石棉刹车片取得了一定成绩，于是就由他们带头起草了相关企业标准，促使当地企业从石棉刹车片转向研究开发半金属刹车片及无石棉刹车片。 无石棉刹车片适应国际市场环境 “无石棉刹车片的成本确实要比石棉刹车片高出20%30%。尽管石棉刹车片成本低，但它在国际上没有市场。曾有一家企业出口一批半金属刹车片到美国，由于他们产品的辅料里含有石棉成分，被全部退回了。”胡加强告诉记者。 “石棉刹车片在国内尽管还存在一定市场空间，但对于出口型企业来说，国外许多国家对石棉制品已颁发禁令，石棉刹车片在国际市场举步维艰，因此企业为合国际市场需要，发展无石棉刹车片是符合市场规律的行为。”王耀说，“市场需要什么样的产品，企业就要生产什么样的产品，这就是市场济。” 据了解，国际上存在着几种不同的刹车片工艺技术，北美对半金属刹车片的研究和应用最成功，欧洲侧重少金属配方研究，日本则研究NAO（无石棉有机物）配方。业内人士告诉记者，少金属配方和NAO配方已成为引导摩擦材料发展的趋势。 目前，我国企业针对无石棉刹车片的研究力度在不断加大，产品相继打入国际市场。有业内人士指出，目前我国石棉刹车片在重型车刹车片市场中还占据着相当大的比例，但随着半金属配方、少金属配方的不断成熟以及NAO配方技术的不断进步，重型车刹车片市场也在不断被无石棉刹车片占领。 碳纤维复合制动盘研制有望获新发展 碳纤维制动盘与传统的制动盘相比，性能更加稳定，重量更小，目前主要用于航空航天领域，但其优越性能必将激发更多应用。近期，国外机构报告，碳纤维复合制动盘研制取得了实质性的进展。多家公司正在致力于降低碳纤维制动盘成本的研究。通过使用新技术利用生产废料制造碳纤维制动盘，既保证了优良的制动性能，又降低了成本，而且环保。这篇文章来源于纺织资源,请各位网友直接在浏览器中直接输入纺织资源查看。 美国辉门公司技术主管DavidHolme称：“该项目应用前景广阔。目前，无论是汽车工业还是铁路行业，为了环保，减少碳排放量，高性能、，轻量化已是行业发展的趋势。如果我们的产品能够达到或者超过目前最好的制动材料，而且价格合理，那么该产品的市场前景非常诱人。” 该项目被命名为Rebrake，包括研发碳纤维复合制动盘以及辉门公司研发相配套的摩擦材料。 该项目获得了英国国家科技战略委员会资金支持。Holme还表示，最近，该项目的小样试验已获得成功，项目组正在进行全尺寸样件的试制和相关性能的测试，接下来是样品的台架试验和装车试验。再过进一步的完善，计划在2010年初生产出目前性能最为优越的产品。 铜在粉末冶金中应用的重要性分析 近年来，粉末冶金学者更多关注具有“纳米”和“复合”特性的材料，而忽略了基础材料及其工艺在粉末冶金领域中不断扩大的作用。铜在粉末冶金领域中发挥了巨大的作用，将会继续促进其发展。本文主要阐述了铜粉在粉末冶金领域的应用及其工艺的发展，回顾了铜的发展历史、特性和应用。本文支持此观点：铜在粉末冶金的应用会持续增加，在热管理材料领域及传统的粉末冶金中，其应用前景看好。 本文主要阐述了铜粉在粉末冶金领域的应用及其工艺的发展，回顾了铜的发展历史、特性和应用。笔者认为铜在粉末冶金的应用会持续增加，在热管理材料领域及传统的粉末冶金中，其应用前景看好。 铜在粉末冶金中的应用 早在1万年前，铜作为独特金属就被发现和认识。起初它被用于珠宝和其它装饰品。天然的铜块或含铜矿石作为原料，加工非常简单，即原始冷加工。回溯到公元前8700年，就有用铜来做项链坠子。 铜具有优良的导热和导电性能，以及良好的抗腐蚀和机械性能。铜容易被加工成复杂的形状和细丝。建筑师常利用其亮红色和其被侵蚀后的铜绿，来作为建筑物、顶棚和户外装置的装饰。 铜易与其它元素形成合金，大量用来制造异型的锻件、铸造件和粉末冶金产品。铜与镍形成合金具有抗海水腐蚀的优良性能。锡可以提高固溶体中铜的强度和抗腐蚀性能。锌和铜合金，即黄铜粉，被用于水管、锁件、阀门、管件。含有镍、锡、钛、铍及钴的铜合金强度相当于高强度钢，而且具有高的导电率和导热性能。铜及铜锌铝合金常被用于生产片状的金粉。通过调整锡镍成分，可以生成特定的颜色。 在粉末冶金领域，用纯铜粉生产电子和导热零部件。含有锡、锌、镍、或者铁的铜合金被广泛用于汽车、草地公园设备、工具和电子工业。铜粉最多使用在自润滑轴承上，另外是Fe-Cu预混合，化学工业领域的渗析和摩擦材料部件。 铜粉重要和特色的应用是粉末冶金领域。在此领域的材料不是通过熔炼和铸造得到的，例如：弥散强化Cu-Al2O3用来强化和制造焊接电极（用于汽车和其它工业领域），用于电子部件的热管理领域W-Cu和Mo-Cu，此类材料需要控制其孔隙率。自润滑轴承和过滤器是粉末冶金领域典型的应用。这些材料要求控制适当的孔隙率，以此含油量达到优良的润滑效果。 铜粉末通过金属注射成型工艺可以制造成复杂形状的电气和电子部件，这种产品具有良好的导电性和导热性。我们可以使用高纯铜粉，通过提高零件的最终密度来提高导电性和热导率。注射成型工艺可以提高铜粉的致密度，产品的导电率和热导率随之提高。 粉末冶金产品 铜粉末的首要应用是铜锡粉混合，来制造青铜件。在二十世纪二十年代早期，座落在美国新泽西州卡尔特莱特自治区的金属精练（USMR），开始生产电解铜粉。此工厂面积小，拥有大的阴极槽。在生产高峰期，粉末工厂每月铜粉大约455吨。在20世纪八十年代中期，熔炼和电解精炼企业被迫关闭，由于卡尔特莱特工厂关闭，尽管有些企业试图生产电解铜粉，美国再也没有电解铜粉产品生产。如今，电解铜粉产地有欧洲、日本、俄罗斯、印度和南韩。 电解铜粉颗粒具有树枝状的特性，通过调整工艺松装密度小于1克/立方厘米，生坯强度大于35MP。通过调整沉降工艺和粉末的后处理，松装密度可以提高。 在美国，通过水雾化和气雾化工艺加上氧化还原法可以生产铜粉，其形状为球形或不规则形状。雾化粉末的物理性质（比如：松装密度，流动性，颗粒尺寸及生坯强度）与工艺条件有关，比如：特定的添加剂，熔炼温度，雾化压力，还原温度和对粉末的后处理。通过氧化还原试的粉末中位径10微米，松装密度小于1.5克/立方厘米，生坯密度大于20MP。雾化后的粉末粒径和还原温度是决定粉末产品的关键因素。 雾化并氧化还原粉末的性质与电解铜粉在应用上基本一样，应用方面例外的是需要树枝状的粉末和非常低的松装密度。 加工自润滑铜锡基含油轴承（内部有孔隙）是粉末冶金独有的特性。此类轴承被烧结到一定的密度，孔隙含油率可以达到1030%。此类轴承需要定期润滑，以确保在设备寿命周期内安全运行。1920年自润滑轴承首次用在别克汽车业。在其它工业的使用是相当大的，改变了家用设备的产业。自润滑轴承的制造大约消耗了铜粉产量的55%。 Cu-Pb和Cu-Pb-Sn轴承用于汽车、涡轮、止推垫圈和工业泵设备上。钢背材料已代替了铸造和锻造青铜轴承，粉末覆盖在钢基体上，通过烧结和轧制达到一定的致密度，最终产品的孔隙率小于0.25%。 通过雾化生产黄铜粉和镍银合金粉，黄铜粉中锌含量在10%30%，有时铅被加入来提高机械性能。其在锁件、仪表指针和驾驶装备上得到了应用。由于黄铜漂亮的颜色，其被用于装饰性的金属奖牌。重2.6千克的黄铜粉末冶金部件最近被用于机器人胳膊部位。烧结密度为7.7克/立方厘米的烧结件其伸强度达到193MPa，伸长率达到14%。大量的粉末冶金件表明了粉末冶金工艺对铜基材料的使用非常有潜力和创造性的。 在2002年全世界铜粉末使用量估计在5.96.4万吨，北美使用量在2.2万吨，欧洲为1.8万吨，其它国家消耗量为4500吨。大约55%铜粉用于青铜件，13%同铁粉混合来生产粉末冶金部件，12%用于渗透烧结粉，10%用于黄铜，10%用于其它应用如：摩擦材料，化学，W-Cu和Mo-Cu重金属，涂层，油漆，糊剂和墨水。 在北美及全世界粉末生产公司过合并重组。20年前，北美主要有八家铜粉生产厂家，今天已减到4个，可能会进一步萎缩。 目前发展 粒径小于10微米的粉末适合于注射成形零件的生产。注射成形工艺可用于电气和电子工业生产复杂形状的部件，此种材料具有高的导电率和导热性。由于高纯材料的导电性与烧结密度相关，注射成形工艺可以使得部件的密度接近原始材料的密度，并且具有复杂的形状，提出了铜粉在热管理装置上的应用。除了电子产品中复杂全铜散热片和其它散热部件，文章还讨论了松散铜粉在电子部件冷却中的应用。Ullrich 文章研究了获得高的导电率和导热性的必要条件。分析了电导率在90%以上的部件对原材料、挤压压力和烧结温度的要求。 和铁粉增长一样，用于与铁粉预混合的铜粉期望会增加5%。铜粉增强了铁碳合金材料的性能，可以提高其密度、强度、抗疲劳性和机械性能。Engstrom（NorthAmericaHoganas）的论文讨论了在几种铁基粉末冶金件如何添加一定量的铜粉来提高其性能和微观结构。 铜粉在导热设备和具有高的导电和导热粉末冶金部件的应用很少被开发。潜在的应用包括电气接触元件、短路器、电动部件（例如：滑动环、换向器和转子条）。已被用于电动部件领域的散热片和热交换器，将会延伸到到电子冷却系统。用于导电和导热部件的铜粉将达到产品的15%20%。 铜粉随着铁粉混合物及熔渗剂使用的增加而增加，每年铜粉的消耗量达到约25%，铜锡粉末用于自润滑轴承，用于锁件和纺织件的黄铜件，青铜合金粉末全世界继续消耗占50%60%。 生产管道工业的弯头和其他零部件已发展的相当成熟。由纯铜粉制造这样部件的济问题应该再次被回顾。 由于铜粉漂亮的颜色以及对大气抗腐蚀的优良性能，铜粉大量用于装饰性的目的，例如：家具、建筑物外层、墙和屋面材料。铜粉末冶金件在这样领域的应用也应得到考虑。现在，由铜粉和铜基合金粉末制造的比较高的压力和比较大的部件已能被用于此领域。 许多锻造和铸造的铜及铜合金件需要机械加工。铅常被加入此类产品中以增强铜的切削性能。铅合金轴承部件的处理正变得是个问题，许多国家正施加压力减少铅的含量。粉末冶金件几乎不需要切削加工，因此利用其固有制造工艺，用来代替许多含铅的锻铸造件。这些部件会涉及熔丝架、焊接电极、阀门、扣件和传输件。 铜粉前途是光明的。传统的应用，如：自润滑轴承、预混合粉、熔渗剂、黄铜和青铜合金、以及摩擦材料继续扮演着重要的角色，是铜粉消耗的主要领域。铜粉在导热和导电领域的应用将继续增长，这会扩大铜粉的使用。大部分粉末冶金工艺在生产高密度、高热导率部件方面是可行的，新的粉末冶金技术需要被人们认知和开发 利用粉末冶金工艺，生产高速切削粉末冶金合金件及装饰性部件需要被开发，只有由铜粉做成的部件可以满足其特性。 摩擦片摩擦系数高低对制动的影响？ 制动摩擦片的摩擦系数过高或过低都会影响汽车的制动性能。尤其是汽车在高速行驶中需紧急制动时，摩擦系数过低就会出现制动不灵敏，而摩擦系数过高就会出现轮胎抱死现象，进而造成车辆甩尾和打滑，对行车安全构成严重威胁。按照国家标准，制动摩擦片的适宜工作温度为100350。但许多劣质制动摩擦片在温度达到250时，其摩擦系数就会急剧下降，而此时制动就会完全失灵。一般来说，按照SAE标准，制动摩擦片生产厂商都会选用FF级额定系数，即摩擦额定系数0.350.45。 制动摩擦片的寿命与硬度的关系是怎样的？ 制动摩擦片的寿命与表面硬度并没有一定的关系。但如果表面硬度高时，制动摩擦片与制动盘的实际接触面积小，往往会影响使用寿命。而影响制动摩擦片寿命的主要因素包括硬度、强度、摩擦材料的磨损性等。一般情况下，前制动摩擦片的寿命为3万km，后制动摩擦片的使用寿命为12万km。 制动时为什么会产生抖动现象？ 往往是由于制动摩擦片或制动盘的变形造成的，这与制动摩擦片和制动盘的材质、加工精度及使用受热变形有关，其主要原因有制动盘厚薄不匀、制动鼓的圆度差、制动摩擦片的不均匀磨损，以及热变形和热斑等。 除此之外，制动卡钳的变形或安装不当，以及制动摩擦片的摩擦系数不稳定也会引起制动时抖动。另外，如果制动摩擦片在制动时产生的振动频率与悬挂系统产生共振时，也会产生抖动现象。 涉水后对制动性能的影响？ 由于涉水后制动摩擦片/蹄与制动盘/鼓之间有一层水膜，减小了摩擦力，会影响制动效果，而且制动鼓内的水也不容易散出。 对于盘式制动器来说，这种涉水对于制动效果带来的影响会低一些，因为盘式制动器的制动摩擦片接触面积小，而且是暴露在外，不会存留水滴。在车轮转动时由于离心力的作用，制动盘片上的水滴会很快散失，只要涉水后猛踩几脚制动就会去除残留的水层。 但对于鼓式制动器来说，在涉水后必须要边走边踩制动，即边踩油门边踩制动，连续几次后可将制动蹄与制动鼓之间的水份蒸发掉，进而恢复制动效果。 为什么制动时会产生噪声？ 制动时噪声的产生主要是由于悬挂系统相关部件的共振或相互干涉引起的。但也存在由于制动盘的材料使用不当或变形，制动摩擦片的硬度、孔隙率、摩擦特性和压缩特性不合格，制动摩擦片和制动盘受潮生锈（只需制动几次即可恢复），制动摩擦片配方中的金属丝太硬，制动摩擦片磨损程度报警，以及机械式制动摩擦片刮盘等原因引起的噪声或尖叫。 为什么新装的制动摩擦片有制动偏软的现象？ 在更换新的制动摩擦片后可能会出现制动偏软的现象，其可能有原因有：制动摩擦片安装不符标准，制动盘表面有污染而未清洁，制动管路存在故障或制动液不足，制动液压缸内排气不彻底，制动盘过度磨损且表面不平整，以及制动摩擦片质量不合格。 为什么会出现制动迟滞现象？ 出现制动迟滞的现象，可能原因有：制动器回位弹簧失灵，制动摩擦片与制动盘间隙不当或装配尺寸过紧，制动摩擦片热膨胀性能不合格，以及驻车制动回位不良。 制动时冒烟是为什么？ 制动摩擦片中含有20左右的有机物，温度过高时会发生分解并冒烟，并在摩擦片表面形成一层油状物质，影响制动效果。而发生这种现象可能的原因有：在下坡时频繁制动，引起温度过高而冒烟；制动摩擦片的配方中有机物含量不合格，超标。 制动摩擦片的背板为何会脱落？ 制动摩擦片的背板脱落有两种情况，一是背板与摩擦材料之间产生裂纹；二是摩擦材料自身产生裂纹。而可能的原因有：背板的前期处理工艺差，摩擦材料的稳定性差，压制工艺不合格，粘合剂质量差，使用温度过高，不正确的安装、撞击和敲打。 制动摩擦片内槽的作用？ 制动摩擦片内槽的作用有排放气体，降低噪音并改变产品固有频率，排出磨屑，增强摩擦材料与背板的粘合程度。 国内首个环保型刹车片联盟标准即将出台 日前，从福建省宁德市质监局获悉，福建省霞浦县质监局在相应国家标准的基础上，牵头完成了联盟标准汽车用制动器衬片草案制定，首次在国内相关标准中加入环保指标。目前，起草单位正加紧对该标准的各项指标进行验证，同时征集业内专家意见，将于近日召开审定会，出台该项标准。 随着产业规模的不断扩大，国内外环保指标的日益严格，霞浦三沙汽摩配件产业在市场竞争中逐渐处于弱势。为帮助该产业突破发展瓶颈，赢得更大市场份额，霞浦县质监局主动深入企业开展走访调研，引导企业成立了福建三沙汽摩配件联盟。并针对国内市场多为含有致癌物质和严重性能缺陷的石棉刹车片这一实情，组织召开了联盟标准研讨会，决议通过采取引入新的技术指标形式，间接促使厂商减少石棉原料的使用，转而研究开发国际先进的半金属刹车片及轮式无石棉刹车片，在降低污染的同时达到提高产品性能的目的。 该项标准的实施将有效引导企业提高技术水平，推动科技成果向生产力的转化，促进产业结构优化升级，提升企业市场竞争力，从而带动整个产业的发展。 盘式制动摩擦块打滑的原因及处理方法 1、摩擦块材料变质。如：车辆在下山过程中，长时间或频繁地使用制动，摩擦块与制动盘滑动摩擦而产生高温，高温下材料中的有机聚合物发生分解。 2、制动盘一般为钢制，虽然有一定的金属硬度，但高温不会氧化，不仅硬度降低，而且冷却过快还会变形，造成制动盘快速磨损，盘的表面粗糙度降低，并产生很深的沟槽，即使更换新的摩擦片制动也不会好转，而且变形严重的情况下造成车轮动不平衡，车身抖动。 3、摩擦打滑情况下使用制动，温度会越来越高，势必导致制动分泵温度增高，橡胶件老化，这些都是影响制动的不良因素。 因此，对于车辆的液压制动系统，除了进行例行检查之外，还应特别注意摩擦材料的表面粗糙度，它对保证制动效果是非常重要的。 汽车刹车片更换周期及方法问题研究 汽车刹车片是指固定在与车轮旋转的制动鼓或制动盘上的摩擦材料，其中的摩擦衬片及摩擦衬块承受外来压力，产生摩擦作用从而达到车辆减速的目的。 按制动方式的不同刹车片可分为：鼓式制动刹车片和盘式制动刹车片两种，按材料的不同刹车片一般可分为石棉型、半金属型、NAO型（即无石棉有机物型）刹车片等三种。 随着现代科技的迅猛发展，像其它制动系统的部件一样，刹车片本身在近几年也在不断地发展和变化。传统制造工艺中，在刹车片上使用的摩擦材料是由多种粘合剂或添加剂组成的混合物，并在其中添入纤维以提高其强度，起加固作用。刹车片生产厂家在关于使用材料的公布上特别是新配方上往往是守口如瓶的，当然，一些成分配料如：云母、硅石、橡胶碎片等是公开的。而刹车片制动的最终效果、抗磨损能力、抗温能力及其它性能将取决于不同成分间的相对比例。 更换刹车片的原则。更换刹车片时，最好能使用高性能的刹车片，虽然其价格比济性的刹车片高一些，但其材料要好得多，使用寿命较长，当然安全性也要强得多，因此，一时的高技人肯定会换来更多的回报。 需要提醒车主的是：更换刹车片时要尽可能使用与旧刹车片具有相同的材质，当然如果能做到新的刹车片材料比原件的材料高一级别就更好。更换不同材质的刹车片时只有遵下述两条原则方可保证其安全性。尽量不要使用NAO材料的去替换半金属材料的刹车片。NAO材料的可替换石棉材料的刹车片。 更换刹车片的周期。刹车片的更换周期往往要依据车辆的运行情况、车辆的类型、车载重量、刹车片的类型等具体情况而定。例如，实际生活当中的情况往往是：一种刹车片在某一辆车上可使用50000或60000km，而在另一辆车上或许仅使用25000km就必须更换。车辆在道路上停和行的频率是个重要的因素，一般来讲，长期在城市道路上行驶的汽车其刹车片的更换周期明显比长期在高速公路上行驶的车辆短，在山路上行驶的比在平路上行驶的短，载货车又比轻车的更换周期短。因此，实际上没有哪个“权威”能说清刹车片到底能使用多长时间，只有一点可以确定要常检查刹车片的磨损情况。 更换刹车片的时机。通常在以下几种情况下，刹车片必须进行更换：当刹车片的厚度小于车辆制造商允许的最小维修标准时；当刹车片上的磨损指示片接触到制动盘时；刹车片被油或油脂污染时；刹车片发生异常磨损或锥型磨损时。 一般情况下，如果固定式制动钳上的刹车片两边厚度差达到15mm时，浮动式制动钳上的刹车片两边厚度差达到3.0mm时就需要进行更换了。当然，只通过简单的外表观察无法准确确定刹车片是否磨损，所以一般应该用尺子来测量刹车片的最薄处看是否在允许范围之内（通常应依据具体的车型维修手册）。 另外，刹车片最小使用厚度的测定还要依据许多因素，主要包括制动系统本身情况（制动钳或汽缸活塞的设计行程、调节器间隙、制动踏板间隙等），刹车片的类型（石棉型、半金属型、NAO型）；刹车片与制动蹄片的装配情况等等。例如：粘结式的连接方式通常采用高温处理，就刹车片的抗磨损性能而言要高于接式的，因为当钉式刹车片磨损到钉头露出时，钉将直