高鐵的核心技術之一剎車片
先不說2297在高鐵剎車片上的前世、今生、后世,僅轉發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展 日本是高速鐵路發展為迅速的,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,列車運行速度達到了 210km/h。目前,日 本高鐵穩定運行速度是 300km/h,隨著列車的高速化,其制動系統中剎車片材料 的研究與應用也進入了一個新時期。 日本高鐵的剎車片材料經歷了由合成材料, 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,合成剎車片已經不能滿足其技術要求,隨后日本開始開發粉末冶金剎車材 料。由于粉末冶金剎車材料的使用溫度較高,當制動單元體積溫度達到 500℃以 上,閃點溫度達到 1000℃左右的時候,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, 歐美各國也競相發展高速鐵路, 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 動閘片主要為粉末冶金剎車片。但是作為航空業潛在競爭對手的高速鐵路,人 們對其速度和效率的要求也在不斷提高, 在這種情形下, 有必要開發一種耐高溫、 質量輕的新型剎車材料, 而目前各個發達不斷深入研究的碳纖維復合材料和 陶瓷復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技術要求, 國內外科研工作者都在努力研制開 發高性能剎車片材料,以滿足市場要求。其中 C/C 復合材料是近幾年開發出來 的新型制動材料,是一種 C 纖維增強、以 C 為基體的新型結構材料,它具有質 量輕、模量高、比強度大、熱膨脹系數低、耐高溫、耐熱沖擊、耐腐蝕、吸震性 好等一系列的優良性能, C/C 復合材料的這些獨特性能使之能同時完成剎車 副的三項功能,即提高摩擦、傳遞機械載荷、吸收動能。 從碳纖維增強體的結構來看,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體,導致材料力學性能低,所以該種結構所制,備 的剎車片主要用于早期的實驗機型;第二種為整體氈,其碳布層結構所制的材料 因其層剪切強度低, 垂直導熱率低等因素的影響, 其應用的剎車片也是早期機型; 第三種結構為針刺氈結構,非常合適 CVD 工藝增密,并且所制的材料具有良好 的力學、熱學和摩擦磨損性能,已經成為目前 C/C 復合材料增強體的基本結構, 并取得不斷改進。 C/C 復合材料制動剎車片由于成本高,主要用于飛機制動器,但是隨著近年 來高速鐵路的發展,國內外科技工作者開始研制開發用于高速鐵路的 C/C 復合 材料制動剎車片。德國 KnoorBremse 公司研制的一種碳纖維復合材料制動器, 實驗證明, 該制動器在時速高達 250km/h 下質量尚好。 在該公司試驗臺以 250km/h 試驗時, 其吸收的制動能高達 100MJ。 法國碳工業公司制造的碳纖維復合材料的 比熱容是鋼的 2 倍,線脹系數和彈性模量都比較小,具有優異的耐高溫性能。它 能在 1000℃的高溫下工作,件重僅為鋼的 1/4,目前已經在 TGV-A 上得到應用。日本新干線 270km/h 電動車制動系統也采用了碳纖維增強材料[12]。由此可見, 碳纖維復合材料是一種國際上重點開發的剎車片材料,我國在 C/C 復合材料制 動剎車片的研發上也已經起步。
高速鐵路的不斷發展勢必會對會其制動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、溫度范圍內具有穩 定的摩擦性能。 國內外對此進行了廣泛的研究, 從鑄鐵摩擦材料、 合成摩擦材料、 粉末冶金摩擦材料到 C/C 復合摩擦材料以及高磨合成材料,其中 C/C 復合摩擦 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,相對于粉末 冶金材料其在質量和強度上有更大的優勢。 從剎車材料發展現狀和近幾年的研發方向,可看出,剎車材料的主要研究方 向是開發集優良導熱性、穩定摩擦系數、耐高溫抗沖擊、耐磨減磨、質量輕便的 碳系復合材料。可預見,通過不斷改進碳系復合材料,它將會在高速鐵路上被廣泛應用。
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國外剎車片材料的發展 日本是高速鐵路發展為迅速的,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,列車運行速度達到了 210km/h。目前,日 本高鐵穩定運行速度是 300km/h,隨著列車的高速化,其制動系統中剎車片材料 的研究與應用也進入了一個新時期。 日本高鐵的剎車片材料經歷了由合成材料, 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,合成剎車片已經不能滿足其技術要求,隨后日本開始開發粉末冶金剎車材 料。由于粉末冶金剎車材料的使用溫度較高,當制動單元體積溫度達到 500℃以 上,閃點溫度達到 1000℃左右的時候,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, 歐美各國也競相發展高速鐵路, 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 動閘片主要為粉末冶金剎車片。但是作為航空業潛在競爭對手的高速鐵路,人 們對其速度和效率的要求也在不斷提高, 在這種情形下, 有必要開發一種耐高溫、 質量輕的新型剎車材料, 而目前各個發達不斷深入研究的碳纖維復合材料和 陶瓷復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技術要求, 國內外科研工作者都在努力研制開 發高性能剎車片材料,以滿足市場要求。其中 C/C 復合材料是近幾年開發出來 的新型制動材料,是一種 C 纖維增強、以 C 為基體的新型結構材料,它具有質 量輕、模量高、比強度大、熱膨脹系數低、耐高溫、耐熱沖擊、耐腐蝕、吸震性 好等一系列的優良性能, C/C 復合材料的這些獨特性能使之能同時完成剎車 副的三項功能,即提高摩擦、傳遞機械載荷、吸收動能。 從碳纖維增強體的結構來看,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體,導致材料力學性能低,所以該種結構所制,備 的剎車片主要用于早期的實驗機型;第二種為整體氈,其碳布層結構所制的材料 因其層剪切強度低, 垂直導熱率低等因素的影響, 其應用的剎車片也是早期機型; 第三種結構為針刺氈結構,非常合適 CVD 工藝增密,并且所制的材料具有良好 的力學、熱學和摩擦磨損性能,已經成為目前 C/C 復合材料增強體的基本結構, 并取得不斷改進。 C/C 復合材料制動剎車片由于成本高,主要用于飛機制動器,但是隨著近年 來高速鐵路的發展,國內外科技工作者開始研制開發用于高速鐵路的 C/C 復合 材料制動剎車片。德國 KnoorBremse 公司研制的一種碳纖維復合材料制動器, 實驗證明, 該制動器在時速高達 250km/h 下質量尚好。 在該公司試驗臺以 250km/h 試驗時, 其吸收的制動能高達 100MJ。 法國碳工業公司制造的碳纖維復合材料的 比熱容是鋼的 2 倍,線脹系數和彈性模量都比較小,具有優異的耐高溫性能。它 能在 1000℃的高溫下工作,件重僅為鋼的 1/4,目前已經在 TGV-A 上得到應用。日本新干線 270km/h 電動車制動系統也采用了碳纖維增強材料[12]。由此可見, 碳纖維復合材料是一種國際上重點開發的剎車片材料,我國在 C/C 復合材料制 動剎車片的研發上也已經起步。
高速鐵路的不斷發展勢必會對會其制動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、溫度范圍內具有穩 定的摩擦性能。 國內外對此進行了廣泛的研究, 從鑄鐵摩擦材料、 合成摩擦材料、 粉末冶金摩擦材料到 C/C 復合摩擦材料以及高磨合成材料,其中 C/C 復合摩擦 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,相對于粉末 冶金材料其在質量和強度上有更大的優勢。 從剎車材料發展現狀和近幾年的研發方向,可看出,剎車材料的主要研究方 向是開發集優良導熱性、穩定摩擦系數、耐高溫抗沖擊、耐磨減磨、質量輕便的 碳系復合材料。可預見,通過不斷改進碳系復合材料,它將會在高速鐵路上被廣泛應用。
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