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碳陶复合材料助力中国高铁飞速发展

嘉峪检测网        2019-08-29 11:29

2018年,中国铁路运营里程首次突破13万公里,高铁总里程占世界2/3。从7万公里迈进10万公里,中国铁路耗时10年,而这一次3万公里的跨越仅用了5年,运量不断增加。2018年,全国铁路完成旅客发送量33.7亿人次,运量接近全球人口的一半。中国高铁飞速发展,时速不断提升,从最初的200公里/小时到现在的400公里/小时,这离不开复合材料的重要贡献。当列车时速达每小时350公里时,如果前方遇突发事故需紧急制动,那么轮毂盘面和刹车片的温度会在瞬间达七百摄氏度以上,这对列车的刹车片有极高的性能要求。

 

高速列车制动力主要有电制动力和摩擦力,而摩擦制动力是列车安全停车的最后保障。摩擦制动力依靠制动系统中的制动盘和刹车片之间的摩擦来实现,而制动系统中刹车片性能的好坏对列车制动效果有着非常大的影响。国内外刹车片材料的发展主要经历了金属材料、合金材料和粉末冶金材料等。

1、1897年英国人Aerbertfrood发明了制动片,用于马车和早期的汽车。

2、1909年出现了世界上第一个固化石绵基刹车片。

3、1968年世界上第一个半金属基刹车片问世。

4、20世纪50年代早期,盘式制动器开始大量使用。

5、1942年我国石礼耕先生研制的离合器片标志着中国摩擦材料的诞生。

6、1999 年某国际汽车交易会(IAA)上,碳陶刹车盘首次被揭开了神秘的面纱。

7、21世纪初,国内首副碳陶刹车盘首飞成功。

碳陶复合材料助力中国高铁飞速发展

图1 高性能刹车材料的发展史

金属基刹车片耐高温能力低,易生锈,材质坚硬,容易破损;而利用碳陶复合材料制作的刹车片则有制动力强,耐高温,热稳定性好,对偶磨损小等特点,性能远远优于金属基刹车片。

碳陶复合材料是由碳纤维的三维毡体或编织体作为增强骨架,碳化硅陶瓷作为连续基体的一类新型复合材料。其制备方法主要有化学气相渗透法、先驱体转化法以及反应熔体浸渗法。碳陶材料不仅具有高性能陶瓷的高强度、高模量、高硬度、耐冲击、抗氧化、耐高温、耐酸碱和所有化学物质腐蚀、热膨胀系数小、比重轻等优点,同时还完全克服了一般陶瓷材料的脆性大、功能单一等缺点,是世界上公认的理想的高温结构材料、摩擦材料以及深冷材料。

碳陶复合材料助力中国高铁飞速发展

图2 碳陶复合材料刹车片

碳陶刹车片结合了碳纤维和多晶碳化硅这两者的物理特性。C/SiC材料的拉断伸长率从0.1%到0.3%不等,这对于陶瓷材料而言是极高的数值。碳陶复合材料刹车片具有静摩擦系数高、湿态/盐雾下动静摩擦系数基本不衰减、强度高、生产周期短等优点,不但延长了刹车盘的使用寿命,并且避免了因负载而产生的所有问题,因此具有广阔的应用前景。

1. 可实现极低的事故率,给制动设备,人生安全多一份保障;

2. 具有极长的使用寿命,相对于粉末冶金材料,刹车片的寿命延长5倍;

3. 可大幅减重,用于舰载机,可增加挂弹量;

4. 可广泛应用于飞机、高档汽车、载重汽车以及低中高速列车。

 

由碳陶材料可以看出,复合材料在我国经济发展与建设中扮演着重要的角色,随着复合材料设计制造、试验技术的提升,以及更多优势的充分利用,其将发挥越来越重要的作用。

碳陶复合材料助力中国高铁飞速发展

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