介紹剎車片

剎車片在剎車系統中是最關鍵的安全零件，對剎車效果的好壞都起著決定性作用，好的剎車片是人和車（飛機）的保護神。今天，小編無死角的為大家揭開剎車材料的神秘面紗，讓你對它不再陌生！

一、剎車片的起源

1897 年，HerbertFrood 發明了第一塊剎車片(使用棉線作為增強纖維)，並用於馬車和早期的汽車，從此，世界著名的Ferodo 公司成立了。隨後在1909 年，該公司發明了世界上第一個固化石棉基剎車片；1968年，發明世界上第一個半金屬基剎車片，此後，摩擦材料開始向無石棉化發展。國內外開始研究各種石棉的替代纖維如鋼纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、碳纖維等在摩擦材料上的應用。

二、剎車片的分類

剎車材料的分類方法主要有兩種。一種是以使用機構來劃分。如汽車剎車材料、火車剎車材料和航空剎車材料等。該分類法簡單且易理解;一種是根據材料材質類型來劃分。這種分類方法較為科學。現代制動用剎車材料主要包括以下3大類:樹脂基剎車材料(石棉剎車材料、無石棉剎車材料、紙基剎車材料)、粉末冶金剎車材料、碳/碳複合剎車材料和陶瓷基剎車材料。

三、汽車剎車材料

1、汽車剎車材料種類按製造材料不同。可分為石棉片、半金屬片或低金屬片、NAO( 無石棉有機物)片、碳碳片和陶瓷片等。

1.1、石棉片

從最初開始石棉就已經被用作剎車片的加固材料，由於石棉纖維具有高強度和耐高溫的特性，因此可以滿足剎車片及離合器盤和襯墊的要求。這種纖維具有較強的抗張能力，甚至可以同高級鋼材相匹配，且可以承受316℃的高溫。更重要的是石棉相對廉價，它是從閃石礦石中提煉出來的，而此種礦石在很多國家已被大量發現。石棉摩擦材料主要以石棉纖維即水合硅酸鎂(3MgO·2SiO2·2H2O)作為增強纖維。經添加調節摩擦性能的填料。再用粘結劑在熱壓模內壓制成型而得到的一種有機基複合材料。

20世紀70年代以前。石棉型摩擦片在全球範圍內被廣泛應用。並長期佔據主導地位。但是,由於石棉的傳熱性能很差。不能迅速發散摩擦熱。會導致摩擦面熱衰退層變厚。增加材料的磨損。同時。石棉纖維在400℃ 以上析出結晶水。使摩擦性能顯著下降而急劇增加磨損當到達550℃以上時。結晶水已基本上喪失。完全失去增強效果。更重要的是。經醫學證明。石棉是對人體呼吸器官有嚴重損害的物質。1989年7月。美國環保署(EPA）宣佈將在1997年以前禁止所有石棉製品的進口、製造和加工。

1.2、半金屬片

它是在有機摩擦材料與傳統粉末冶金摩擦材料的基礎上發展起來的一種新型摩擦材料。它採用金屬纖維替代石棉纖維。是70年代初美國本迪斯公司開發的無石棉摩擦材料。

“半金屬”混合物型剎車片（Semi-met）主要是採用粗糙的鋼絲絨作為加固纖維和重要的混合物。從外觀上（細的纖維和微粒）可以很方便地將石棉型和無石棉有機物型剎車片（NAO）區分開來，另外它們還具有一定的磁性。

半金屬基摩擦材料具有如下主要特點：

(l) 摩擦係數以下非常穩定。不產生熱衰退。熱穩定性好；

(2) 耐磨性好。使用壽命是石棉摩擦材料的3-5倍；

(3) 在較高負荷下具有良好的摩擦性能摩擦係數穩定；

(4) 導熱性好。溫度梯度小。特別適合尺寸較小的盤式制動品；

(5) 制動噪音小。

美、歐、日等國家在60 年代開始大面積推廣使用。半金屬片的耐磨性能比石棉片提高25%以上，目前，在我國剎車片市場上占主導地位。而美國大部分汽車。尤其是轎車和客貨兩用車。半金屬製動器襯片已佔80 % 以上。

但產品還存在以下缺點:

(l)鋼纖維易生鏽，鏽蝕後易粘著或易損傷對偶，且鏽蝕後產品強度降低、磨損加大;

(2)熱傳導率高，在高溫時易使制動系統產生氣阻導致摩擦片層與鋼板脫開:

(3)硬度較高，會損傷對偶材料，產生振顫和低頻制動噪音;

(4)密度大。

雖然“半金屬”存在不小的缺點，但是由於其生產穩定性好，價格低廉，仍然是汽車剎車片的首選材料。

1.3、NAO片

20 世紀80 年代初期，國際上出現了各種混雜纖維增強的無石棉製動襯片，即第三代無石棉有機物NAO 型剎車片。其目的是為了彌補鋼纖維單一增強半金屬製動材料的缺陷，所採用的纖維有植物纖維、芳綸纖維、玻璃纖維、陶瓷纖維、碳纖維、礦物質纖維等。由於多元纖維的應用，制動襯片中纖維在性能上互補，易於設計出綜合性能優異的制動襯片配方。NAO 片其主要優點是無論在低溫或高溫都保持良好的制動效果，減少磨損，降低噪音，延長剎車盤的使用壽命，代表目前摩擦材料的發展方向。所有世界著名品牌奔德士/菲羅多牌剎車片使用的摩擦材料都是第三代NAO 無石棉有機物材料，能在任何溫度下制動自如，保護駕駛員生命安全，並最大限度延長剎車盤壽命。

1.4、碳碳片

碳碳複合摩擦材料是用碳纖維增強碳基體的一類材料。它的摩擦性能十分優異。密度低(僅為鋼的)；能載水平高。具有比粉末冶金材料、鋼材高得多的熱容量；熱強度高；無變形、粘結的現象。工作溫度可達200℃ ；摩擦磨損性能良好。使用壽命長。在剎車過程中其摩擦係數穩定適中。碳碳複合材料片最早應用於軍用飛機上。後來被F1賽車採用，這也是碳碳材料在汽車剎車片上唯一的應用。

碳碳複合摩擦材料是熱穩定性、耐磨損性、導電性、比強度、比彈性率等諸多特性兼備的特殊材料。但是碳碳複合摩擦材料同時存在著以下一些缺點: 摩擦係數不穩定。受溼度的影響很大;

抗氧化性能差(在空氣中50 ℃ 以上發生嚴重氧化)。對環境( 乾燥、乾淨) 的要求較高；價格非常昂貴。用途限定在特殊領域範圍內。這也是限制碳碳材料難以廣泛推廣的主要原因。

1.5、陶瓷片

作為摩擦材料中的新品。陶瓷剎車片具有無噪聲、無落灰、不腐蝕輪轂、使用壽命長、環保等優點。陶瓷剎車片最初由日本剎車片企業於20世紀90年代研製成功。逐漸成為剎車片市場的新寵。

陶瓷基摩擦材料的典型代表是C/C-SiC 複合材料，即碳纖維增強碳化硅基體的C/SiC 複合材料。德國斯圖加特大學和德國航天研究所等單位的研究人員對C/C-SiC 複合材料應用於摩擦領域進行了研究，並研製出C/C-SiC 剎車片應用於保時捷轎車中，美國橡樹嶺國家實驗室與Honeywell Advnanced composites公司、HoneywellAireratf Lnading Systems 公司、Honeywell CommercialVehicle systems 公司合作，正在研製低成本的C/SiC 複合材料剎車片，替代用於載重汽車的鑄鐵和鑄鋼剎車片。

2、碳陶瓷複合材料剎車片優點：

1、與傳統的灰鑄鐵剎車片相比，碳陶剎車片的重量減輕了大約60%，非懸掛質量減輕了近23公斤；

2、制動摩擦係數上有非常高的提升，剎車反應速度提高且制動衰減降低；

3、碳陶材料的拉斷伸長率從0.1%到0.3%不等，這對於陶瓷材料而言是極高的數值；

4、陶瓷碟踏板感覺極為舒適，在制動最初階段就立刻能產生最大的剎車力，因此甚至無需剎車輔助增加系統，而整體制動比傳統剎車系統更快、距離更短；

5、為了抵抗高熱，在制動活塞與剎車襯塊之間有陶瓷來隔熱；

6、陶瓷剎車碟有非凡的耐用性，如果正常使用是終生免更換的，而普通的鑄鐵剎車碟一般用上幾年就要更換。

2、汽車剎車片品牌

2.1、博世

博世(BOSCH)集團是全球500強之一的著名跨國公司,由羅伯特博世先生於1886年在德國斯圖加特創辦。“博世”品牌代表了汽車安全系統的發展和前瞻性技術。博世分別於1978年和1995年在全球第一個把ABS(防抱死制動系統)和ESP(電子穩定程序)投放市場，從而確定了車輛制動技術上的領導地位。博世在售後市場具有完整的制動摩擦片系列，共有170多種配方和適用於全球不同地區的眾多車型。博世制動系統幾乎被全球所有的汽車製造商指定為原廠裝備。

2.2、優力

美國霍尼韋爾摩擦材料有限公司(HONEYWELL)是世界領先的摩擦材料生產商，旗下兩大品牌奔德士(Bendix)剎車片和優力(JURID)剎車片，在業內聲名赫赫。包括奔馳、寶馬和奧迪在內的世界主要汽車生產商選擇霍尼韋爾剎車片作為他們的原廠整車配套。目前國內的主機配套客戶有：本田、菱木、三菱、雪鐵龍、依維柯、戴姆勒-克萊斯勒和日產汽車等。

2.3、菲羅多

輝門公司集世界名牌於一身，其旗下菲羅多摩擦產品一直是世界方程式賽車的指定用品，產銷量世界第一，被稱作為“剎車片之父”。其旗下的冠軍火花塞、雨刮片等產品被全球500家車廠指定使用，其中包括“克萊斯勒”、“法拉利”、“大宇”等世界高級轎車廠家。銷售世界第一，是真正的銷售冠軍。菲羅多公司於1897年在英格蘭成立，1897年，製造出世界第一個剎車片。1995年，世界原廠裝車市場佔有率近50%，產量世界第一。

2.4、賽飛

賽飛(SAL-FER)剎車片產品O.E.品質，是世界領先的摩擦材料生產的高新科技企業，具備國際一流的科研機構-德國寶路客PRODUCO GmbH公司的中方合作伙伴，具有國際發明技術專利，與標緻等汽車公司OE配套生產，產品主要出口歐洲，東南亞，東歐，中東等國家和地區。

2.5、天和

天合汽車集團是汽車安全系統的先驅和領導者，世界十大汽車零部件供應商之一。是全球領先的汽車安全系統供應商，集團總部設在美國密歇根州利沃尼亞市，在全球25多個國家和地區擁有63,000多名員工，2005年銷售額達126億美元。

2.6、阿基波羅

阿基波羅剎車片產品被用於車輛的所有類型，包括乘用車、摩托車等各方面的機動車。阿基波羅剎車片在日本機動車市場佔有率達40%以上，具有較高的可信賴度和知名度。作為日本頂級的剎車片製造廠家。

2.7、金麒麟

山東金麒麟集團有限公司是我國汽車剎車片製造行業規模最大、出口量最多的外向型、民營、國家級高新技術企業。本企業已形成年產2000萬套汽車剎車片的能力，可生產2000多個品種的無石棉轎車、輕型車、商用車和載重車剎車片以及各種工程機械類剎車片。產品出口到北美、南美、歐洲、澳洲、東南亞、非洲、中東及我國香港和臺灣等世界上60多個國家和地區，出口量佔總產量90%以上。

2.8、德科

AC德科(ACDelco)是全球最大的汽車零部件供應商，是美國通用汽車旗下的子公司。AC德科(ACDelco)成立迄今有80多年曆史。AC德科(ACDelco)為客戶提供性能卓越的剎車片、制動蹄片，以及剎車盤、剎車鼓。AC德科素以提供“全車全系列”的汽車配件產品而著稱，在全球售後服務市場，ACDelco/AC德科長期以來都是值得人們信賴的售後服務品牌。

2.10、住友

住友集團是日本的四大壟斷財閥之一，是由住友家族統治的財閥而發展起來的。早在20世紀30年代初，住友財閥以重工業和金融業為中心，擁有直系、旁系以及子公司共50家左右，為推進日本現代工業的形成與發展，作出了一定的貢獻。住友集團不斷髮展壯大，終崛起成為現代化的大型跨國企業集團。與三菱集團、三井集團並列為日本三大經濟集團。

四、火車剎車材料

早期的制動摩擦材料為鑄鐵材料，鑄鐵摩擦材料具有良好的強度和韌性，較高的抗熱龜裂性、良好的耐熱性和耐疲勞性，使用壽命長，但密度較大。鑄鐵材料在鐵路車輛上使用的歷史最長，應用也最廣，價格低廉，其摩擦係數一般在0.25-0.35，不受氣候影響，並且導熱性較好，對車輪損害小，可使摩擦面粗化，從而獲得較大的粘著力。但普通鑄鐵的摩擦係數小，且隨車速的提升而迅速下降，為此各國都做了許多改進，如在鑄鐵中加磷或少量合金，但又帶來脆性大、使用中容易出現裂紋的情況，需要用鋼瓦背來補強，且磨損較快，更換頻繁。隨列車速度的不斷提高，鑄鐵材料己經不適合高速列車的制動。

隨後，研究者開發了粉末冶金摩擦材料，又稱燒結金屬摩擦材料，是以金屬及其合金為基體，添加摩擦組元和潤滑組元，用粉末冶金技術製成的複合材料，是摩擦式離合器與制動器的關鍵組件。為了提高摩擦材料的摩擦因數和熱穩定性，在一些材料中的摩擦添加劑己達到相當多的比例，材料幾乎變成了金屬陶瓷，因此這些摩擦材料有時也稱作金屬陶瓷摩擦材料。粉末冶金摩擦材料具有足夠的強度，合適而穩定的摩擦因數，工作平穩可靠，耐磨及汙染少等優點，是現代摩擦材料家族中應用面最廣、量最大的材料。

在發展了粉末冶金摩擦材料之後，新型的有機合成摩擦材料的研究成為熱點。該材料是將金屬粉末，酚醛樹脂和摩擦調節劑等經充分混煉後加熱壓制而成，它將材料預製工藝合二為一，改變其配比工藝，可獲得不同的摩擦係數，摩擦係數在0.15-0.3.5之間，其壽命是鑄鐵摩擦材料的四倍，制動無火花、質量輕(為鑄鐵的1 /3 )。但合成材料導熱性差，制動時熱量難以散發，從而使車輪產生溫升，甚至熱裂。其次在溼潤狀態下和高溫狀態下摩擦係數大為降低，這些缺陷大大限制了有機合金摩擦材料在高速條件下的應用。一般在摩擦升溫不超過250℃的條件下使用有機合成摩擦材料，當超過2500C時，其磨損率急劇增加。此外，這種材料會把車輪踏面磨的光滑如鏡，使粘著係數降低。 由於高速列車制動時，制動盤及閘片的溫度很高(500℃以上，瞬時可達1000℃)，合成閘片難以承受，因此有機合成閘片僅適用於時速小於200Km/h的低速列車。

隨著碳/碳和碳陶材料研究的增多，目前還發展了碳纖維或碳陶的新型摩擦材料。由於碳纖維比重小(密度為1.5g/cm3，約為鐵的1/5 )。強度高、模量大、熱膨脹係數小、耐高溫碳複合材料是高速列車上推薦使用的較好的材質體系。自80年代以來，日本對C/C複合材料制動盤進行了大量的試驗室試驗，並在新幹線上進行了裝車運行考驗；同期，法國在下一代TGV高速動車組上進行了C/C複合材料制動盤的裝車試驗。目前，法國己在TGV高速列車上安裝了牌號為“Sepcagh ，SA3D”的碳/碳複合材料制動裝置，由於其比熱大，膨脹係數小，所以它們表現出了優良的綜合性能。但在不改變列車系統結構的情況下，材料的磨耗量大、在溼潤環境下摩擦係數小，而且碳纖維價格昂貴，製造週期長(約需3個月)，製備工藝複雜。

20世紀90年代中期，以C/C-SiC複合材料為代表的複合陶瓷材料開始應用於摩擦領域，成為最新一代高性能制動材料而引起研究者的廣泛關注和重視。法國TGV-NG高速列車和日本新幹線已試用C/C-SiC摩擦材料。C/C-SiC陶瓷制動材料具有密度低(約2.0g/cm3)、耐磨性好、摩擦因數高、制動平穩、抗腐蝕、抗氧化、耐高溫、環境適應性強(如溼態下摩擦因數不衰退)和壽命長等優點，以及成本略高於粉末冶金制動材料和遠低於碳/碳制動材料的優勢。但是目前能實現製備異型C/C-SiC摩擦材料的先驅體轉化法、化學氣相浸滲法、反應熔體浸滲法都存在製備工藝複雜、製備過程中會產生一定壞境有害物質等缺陷，其製備技術還處於深入研究和完備階段，目前還不能在高速高能載交通工具上得到廣泛應用。因此現在高速列車上廣泛使用的是粉末冶金剎車片。

五、飛機剎車材料

1、早期的飛機剎車材料

最初製造的是彎塊式剎車裝置。在彎塊外層鉚釘用石棉增強的有機摩擦材料。第二代產品是軟管式剎車裝置。其摩擦面積大大提高。剎車力矩可在更大範圍內調整。但摩擦材料的主體仍是石棉增強的有機材料。使用石棉摩擦材料雖然具有高而穩定的摩擦係數。但其導熱性差。摩擦時，表面及內部的溫度急劇升高。材料中所含的耐熱性能低的橡膠甲醛等粘結劑將碳化，喪失了摩擦性能的穩定性而迅速損壞。石棉摩擦材料的低導熱性導致剎車裝置金屬對偶體過熱，從而很快損壞。尤其是自20世紀50年代發現石棉是一種強致癌物質工業發達的國家對石棉的生產及其製品的使用, 制定了嚴格的標準, 儘量不採用石棉材料。在積極研究和開發石棉摩擦材料替代物的同時，對傳統的石棉摩擦材料的生產也進行了大量的研究和改進工作。隨著高速。重載制動的需要和日益增多的新型摩擦材料剎車裝置的問世。對摩擦制動材料的性能要求和安全標準要求越來越高了。在許多領域, 石棉摩擦材料已很難達到所需的制動效能和壽命標準。

2、粉末冶金

粉末冶金摩擦材料是伴隨著工業發展起來的一種新型摩擦材料。到20世紀60年代，飛速發展的現代技術對摩擦材料的要求越來越高，特別是航空摩擦材料的工作溫度要求提高了許多。此外，出於提高機輪的剎車效能的考慮，形成了多盤式剎車裝置。其核心部分就是熱庫，熱庫包括剎車動盤和靜盤，兩種盤件交替疊裝，可形成較大的摩擦表面，提高了剎車效率。剎車材料也形成了銅基和鐵基兩大類型摩擦材料。

與早期的摩擦材料相比，粉末冶金摩擦材料有其自身的特點：

（1）在不同溫度，載荷和速度下，具有足夠的摩擦係數和良好的摩擦穩定性，不同溫度、壓力和滑動速度時摩擦係數足夠大而且穩定，以保證摩擦在給定的條件下正常工作；（2）良好的耐磨性；（3）足夠的力學強度；（4）良好的熱物理性能，高的導熱率，儘可能大的比熱，儘可能小的熱膨脹和良好的抗熱震性能；（5）良好的抗卡滯和抗粘著性能；良好的磨合性和工作平穩定等。

粉末冶金摩擦材料被廣泛應用於飛機剎車制動上，如波音飛機系列的737-200/300/400/500、B767-200、B747-SP等，麥道系列的MD82、MD83等，空中客車系列的A319/320、A321等。

但是粉末冶金剎車片存在剎車時熱應力大，易開裂，變形磨損增大，摩擦性能不穩定以及剎車偶粘結等缺點。為適應剎車盤越來越高的要求，新的剎車材料必然要出現。

六、剎車片的市場

從目前世界範圍的剎車片的技術工藝發展來看，對半金屬配方的研究和應用最成功的當屬北美；對少金屬配方研究和應用最成功的應屬歐洲；對NAO（無石棉有機物）配方的研究和應用最成功的應屬日本。但是縱觀整個世界剎車片產品的發展趨勢，雖然各種配方體系都有其應用的市場，但是少金屬配方和NAO配方成為引導摩擦材料發展的主要趨勢，現在N A O配方摩擦材料已經佔據了北美市場的60%以上，雖然少金屬摩擦材料還在佔據著剎車片材料市場的主體，但已經有相當多的汽車和售後市場對NAO配方材有了一定需求。

日本是NAO摩擦材料配方研製和應用最成功的國家，日本剎車片的出口品種也以無石棉化類型為主，歐美等國家目前對剎車片的消耗主要以此類型為主，NAO配方剎車片的使用佔據歐美市場60%以上的比例，因此，歐美市場成為日本剎車片出口的最大消耗市場，日本的出口額在全球排名第一。

目前，代表世界摩擦材料先進水平的歐洲和北美國家中，其摩擦材料主要以半金屬/金屬(鋼纖維、鐵粉等)材料為主的配方，此類配方絕大多數相當硬，摩擦係數高達FG或是更高的GG級，剎車雖然比較嗨，而當制動盤（剎車碟）材質與剎車片摩擦材料不匹配時，噪音比較大，而且相當容易劃傷制動盤，使制動盤過早地起坑、磨損；而代表日本、韓國摩擦材料先進水平的配方，主要是以半金屬陶瓷剎車片（紫銅+黃銅陶瓷剎車片）為主，此類剎車片摩擦係數多為FF級，日產系列的還有GG級跟HH級；與鋼纖維鐵粉剎車片相比，除了具有一流水平的摩擦係數及高耐磨性外，還具有剎車較舒適，制動噪音明顯減少、傷盤也明顯減低的優勢；而代表我國的剎車片摩擦材料行業比較雜，沒有一個主要的、總體研發方向，或者說是中國的汽車工業仍處理比較落後的一個階段，全自主產權的汽車生產商屈指可數，如奇瑞、中華（據說中華也只有一半擁有著自主產權）等，進而歐洲的半金屬鋼纖維剎車片、日韓的紫銅+黃銅陶瓷剎車片在中國都佔據著相當的領導地位。因此，我們都還需要長期地、動腦筋地去不斷開發新能材料，做創新的自己，為做剎車片的領跑者而努力。