碳纤维复合材料在汽车制动器重的可行性分析

  随着汽车工业的发展,人们对汽车舒适性和安全性的要求越来越高。为了保证行车安全,制动系统的性能及可靠性尤为重要。制动盘是制动系统的关键零件,要求具有一定的抗拉强度、耐磨性、耐热性和减振性。汽车制动时,由汽车的总质量和动力所形成的力矩能量总和通过制动片作用于制动盘,最终将动能转化为热能,其中70%~80%的热能通过制动盘吸收后扩散到空气中,因此制动盘的温度可高达500C-700C。在此高温条件下,制动盘容易变形,从而使制动产生抖动和异响等故障,可见制动盘材料的选用非常关键。

  在各种类型的摩擦材料中,碳纤维复合材料的性能是最好的。碳纤维复合材料是以碳纤维或碳纤维织物为增强体,以树脂、金属、陶瓷、水泥、碳质或橡胶等为基体形成的复合材料,包括碳纤维增强树脂基复合材料、碳纤维增强铝基复合材料、碳纤维增强碳基复合材料(碳/碳复合材料)、碳纤维增强陶瓷基复合材料(碳/陶复合材料)等。

  其中,碳/碳复合材料是以碳纤维及其织物为增强材料,以石墨化的树脂碳以及化学气相沉积碳为基体所形成的复合材料。碳/碳复合材料做为摩擦材料,具有密度低(<2.0 g/cm3)、强度高、比模量高、导热性好、膨胀系数低、摩擦性能好、抗热冲击性能好以及尺寸稳定性高等优点,能够耐受2000C的高温。而碳/陶复合材料是以碳纤维增强的碳化硅陶瓷基复合材料,这种新型复合材料具有密度低(一般<2.0 g/cm3)、耐高温(1000℃下仍具有很高的摩擦系数和低磨损率)、强度高、摩擦性能稳定、磨损量小和使用寿命长等优点。

  与碳/碳复合材料相比,碳/陶复合材料以碳化硅陶瓷这种硬质材料为基体,不仅有效提高了复合材料的抗氧化性和摩擦系数,而且显著提高了摩擦磨损性能对外界环境介质(潮气、霉菌和油污等)影响的稳定性。综合考虑两种材料的优、缺点,可根据需求选择碳/陶复合材料制动盘或者碳/碳复合材料制动衬片作为制动副,分析其在重型汽车上应用的可行性。