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先不說2297在高鐵剎車片上的前世、今生、后世,僅轉(zhuǎn)發(fā)高鐵剎車片前世今生的一些文章。見下文:
國外剎車片材料的發(fā)展 日本是高速鐵路發(fā)展為迅速的,日本東海道新干線在 1964 年 10 月 1 日正式開通了上條高速鐵路,列車運(yùn)行速度達(dá)到了 210km/h。目前,日 本高鐵穩(wěn)定運(yùn)行速度是 300km/h,隨著列車的高速化,其制動(dòng)系統(tǒng)中剎車片材料 的研究與應(yīng)用也進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)期。 日本高鐵的剎車片材料經(jīng)歷了由合成材料, 粉末冶金材料到碳纖維材料的過 程。合成材料在高鐵早期被廣泛使用,但是合成剎車片在 250℃高溫下,磨損迅 速增加的弱點(diǎn)使其只能在 180~200km/h 以下的高鐵上使用。隨著列車速度的 提升,合成剎車片已經(jīng)不能滿足其技術(shù)要求,隨后日本開始開發(fā)粉末冶金剎車材 料。由于粉末冶金剎車材料的使用溫度較高,當(dāng)制動(dòng)單元體積溫度達(dá)到 500℃以 上,閃點(diǎn)溫度達(dá)到 1000℃左右的時(shí)候,粉末冶金剎車片仍能保持良好的剎車性 能,適用溫度比合成材料提高,相應(yīng)的適用速度、沖擊韌性也較合成材料有了一 定的提高[4-5],因此粉末冶金剎車材料慢慢的替代了合成材料。
繼日本之后, 歐美各國也競(jìng)相發(fā)展高速鐵路, 其中法國的 TGA, 德國的 ICE, 和西班牙的 AVE 都是具代表性的高速鐵路。這些的高鐵目前所使用的制 動(dòng)閘片主要為粉末冶金剎車片。但是作為航空業(yè)潛在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的高速鐵路,人 們對(duì)其速度和效率的要求也在不斷提高, 在這種情形下, 有必要開發(fā)一種耐高溫、 質(zhì)量輕的新型剎車材料, 而目前各個(gè)發(fā)達(dá)不斷深入研究的碳纖維復(fù)合材料和 陶瓷復(fù)合材料是一種較為理想的高速鐵路剎車材料。 為了滿足未來高速鐵路的制動(dòng)技術(shù)要求, 國內(nèi)外科研工作者都在努力研制開 發(fā)高性能剎車片材料,以滿足市場(chǎng)要求。其中 C/C 復(fù)合材料是近幾年開發(fā)出來 的新型制動(dòng)材料,是一種 C 纖維增強(qiáng)、以 C 為基體的新型結(jié)構(gòu)材料,它具有質(zhì) 量輕、模量高、比強(qiáng)度大、熱膨脹系數(shù)低、耐高溫、耐熱沖擊、耐腐蝕、吸震性 好等一系列的優(yōu)良性能, C/C 復(fù)合材料的這些獨(dú)特性能使之能同時(shí)完成剎車 副的三項(xiàng)功能,即提高摩擦、傳遞機(jī)械載荷、吸收動(dòng)能。 從碳纖維增強(qiáng)體的結(jié)構(gòu)來看,其可以分為三種,種為單層氈,其由于短 纖維未能形成完整的纖維增強(qiáng)體,導(dǎo)致材料力學(xué)性能低,所以該種結(jié)構(gòu)所制,備 的剎車片主要用于早期的實(shí)驗(yàn)機(jī)型;第二種為整體氈,其碳布層結(jié)構(gòu)所制的材料 因其層剪切強(qiáng)度低, 垂直導(dǎo)熱率低等因素的影響, 其應(yīng)用的剎車片也是早期機(jī)型; 第三種結(jié)構(gòu)為針刺氈結(jié)構(gòu),非常合適 CVD 工藝增密,并且所制的材料具有良好 的力學(xué)、熱學(xué)和摩擦磨損性能,已經(jīng)成為目前 C/C 復(fù)合材料增強(qiáng)體的基本結(jié)構(gòu), 并取得不斷改進(jìn)。 C/C 復(fù)合材料制動(dòng)剎車片由于成本高,主要用于飛機(jī)制動(dòng)器,但是隨著近年 來高速鐵路的發(fā)展,國內(nèi)外科技工作者開始研制開發(fā)用于高速鐵路的 C/C 復(fù)合 材料制動(dòng)剎車片。德國 KnoorBremse 公司研制的一種碳纖維復(fù)合材料制動(dòng)器, 實(shí)驗(yàn)證明, 該制動(dòng)器在時(shí)速高達(dá) 250km/h 下質(zhì)量尚好。 在該公司試驗(yàn)臺(tái)以 250km/h 試驗(yàn)時(shí), 其吸收的制動(dòng)能高達(dá) 100MJ。 法國碳工業(yè)公司制造的碳纖維復(fù)合材料的 比熱容是鋼的 2 倍,線脹系數(shù)和彈性模量都比較小,具有優(yōu)異的耐高溫性能。它 能在 1000℃的高溫下工作,件重僅為鋼的 1/4,目前已經(jīng)在 TGV-A 上得到應(yīng)用。日本新干線 270km/h 電動(dòng)車制動(dòng)系統(tǒng)也采用了碳纖維增強(qiáng)材料[12]。由此可見, 碳纖維復(fù)合材料是一種國際上重點(diǎn)開發(fā)的剎車片材料,我國在 C/C 復(fù)合材料制 動(dòng)剎車片的研發(fā)上也已經(jīng)起步。
高速鐵路的不斷發(fā)展勢(shì)必會(huì)對(duì)會(huì)其制動(dòng)裝置中摩擦材料的性能提出更高的 要求,高鐵行駛速度的提升要求摩擦材料能夠在較寬的速度、溫度范圍內(nèi)具有穩(wěn) 定的摩擦性能。 國內(nèi)外對(duì)此進(jìn)行了廣泛的研究, 從鑄鐵摩擦材料、 合成摩擦材料、 粉末冶金摩擦材料到 C/C 復(fù)合摩擦材料以及高磨合成材料,其中 C/C 復(fù)合摩擦 材料能夠很好解決鑄鐵材料的銹蝕、摩擦性能低、摩擦噪音等問題,相對(duì)于粉末 冶金材料其在質(zhì)量和強(qiáng)度上有更大的優(yōu)勢(shì)。 從剎車材料發(fā)展現(xiàn)狀和近幾年的研發(fā)方向,可看出,剎車材料的主要研究方 向是開發(fā)集優(yōu)良導(dǎo)熱性、穩(wěn)定摩擦系數(shù)、耐高溫抗沖擊、耐磨減磨、質(zhì)量輕便的 碳系復(fù)合材料。可預(yù)見,通過不斷改進(jìn)碳系復(fù)合材料,它將會(huì)在高速鐵路上被廣泛應(yīng)用。
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