高性能碳基刹车材料的制备方法【合作开发】

技术简介

碳基刹车材料是20世纪90年代发展起来的以高强度碳纤维为增强体，以热解碳、改性粉料等为基体的多相复合刹车材料，近年来发展的新一代高性能刹车材料，具有密度低（约2.0g/cm3）、摩擦因数高、制动平稳、抗腐蚀、抗氧化、耐高温以及使用寿命长等优点，该材料还具有较高的静摩擦系数以及在恶劣的环境下（潮气、霉菌和油污等）刹车性能具有更好的稳定性。

飞机刹车与汽车刹车有区别，如何把成熟的飞机碳基刹车应用于汽车刹车领域是关键，两者区别为：
（1）飞机刹车盘为通常为多对盘式刹车，即刹车盘与刹车盘对磨，而汽车刹车副为钳式刹车，即刹车盘与刹车闸片对磨，刹车闸片摩擦面积仅为刹车盘面积的20%左右；
（2）碳基飞机刹车盘为碳基刹车盘与碳基刹车盘对磨，对偶材料一致，而碳基汽车刹车副为碳基刹车盘与其他材质刹车闸片对磨，要求刹车盘的磨损远小于刹车闸片的磨损。
（3）两者工作方式不一样，飞机刹车通常为一脚刹停，而汽车刹车通常为点式刹车。
技术开发单位开展了CVI改性工艺研究；低成本碳基汽车刹车副制备工艺研究；新型防氧化涂层研究；摩擦对偶刹车闸片制备工艺研究；刹车盘和刹车片的结构设计；配套卡钳、油路及隔热方面研究；刹车盘测试方法研究。本项目采用两种工艺路线：一种为长纤维整体毡方案：长纤维整体毡+化学气相沉积+CVI改性制备刹车盘，具有优异摩擦性能和力学性能，但制备成本高和周期长，化学气相沉积可采用液相浸渍进行替换，可降低制造成本；另一种为短纤维方案：短纤维模压+碳化+CVI改性制备刹车盘，具有制造成本低和周期短，但力学性能差，且首次投入模具费用高，适合少品种大产量的情况。

技术指标

（1）碳基汽车刹车盘密度达到（1.8～2.0）g/cm3。
（2）碳基汽车刹车盘制造成本小于5000元/盘，制备周期小于3个月。
（3）碳基汽车刹车副动摩擦系数0.3～0.6，静摩擦系数0.3～0.5。
（4）碳基汽车刹车盘寿命大于20万公里，刹车闸片磨损小于0.35cm3/MJ。

技术特点

碳基刹车材料的制备方法主要是采用CVI（化学气相沉积）与CVI改性相结合的工艺路线，即前期对预制体（碳纤维整体针刺毡）进行CVI沉积，增密到一定密度后得到碳/碳毛坯再采用CVI改性工艺进行处理。技术开发单位研制的碳基刹车材料已通过大型电惯量模拟试验台（英国Vicks公司）进行了全面的性能考核，随后成功在多个军用机型上实现首飞。截止目前，有两个重点型号飞机碳基刹车盘已定型并实现批量生产，还有四个重点型号正在试飞，共交付上千件碳基刹车盘装机使用，外场反映其刹车性能稳定，受到了部队的好评。经过近十年的研制生产，技术开发单位对碳基刹车材料的微观结构、机械性能、热物理性能、防氧化性能和摩擦磨损性能进行了全面测试与分析，对其应用性能已有充分的掌握和了解，尤其在冲击韧性、防氧化性能、湿态（淡水、海水、盐雾）摩擦性能方面比碳/碳复合材料更具优越性，证明碳基刹车材料能够在苛刻的使用条件及环境中（大能量、潮湿、油污等）具有更好的刹车稳定性。

技术水平

国际先进

应用领域和范围

高档汽车、赛车、重载卡车等制动产品。

专利状态

已取得专利3项

技术状态

试生产、应用开发阶段

合作方式

合作开发

投入需求

500万元

转化周期

2.5年

预期效益

通过开展此项目使碳基刹车材料能够推广应用于汽车制动领域，如高档汽车改装市场、零备件和原车配套市场。通过自主研发国产高档汽车刹车副，能够打破目前汽车制动领域被国外产品垄断的局面，填补国内空白。随着高档汽车市场的逐年扩大，对高档汽车刹车副的需求将大大增加，市场前景将非常广阔。

本项目研制成功批量投产后，第1年预计占有国内外碳基汽车刹车副市场0.4%的市场份额，约1400盘，并以每年销售收入，第二年1680万元，第三年2016万元，三年累计可实现销售收入5096万元，按15%利润计算，三年可实现利润764万元。