石墨和焦炭在摩擦材料产品的应用

上述的材料和沥青混合成形，经过一定时间的2600度高温焙烧石墨化而成。
人造石墨的微观形态
粒度在20微米以下时,其结构则主要呈片状
人造石墨的形态
石墨化焦 • 石墨化焦
• 含碳量 99%以上
• 现有的粒度
– 0~1英寸 – 100目到20目 – 5微米以上的细粉
人造石墨的性能
Carbo n 含碳 量
Carbon 含碳量
83.5 80.1
Size 粒度
-200 20X100
Pd 6500 psi (g/cc) 压制密度
1.81 1.83
Pd 32500 psi (g/cc) 压制密度
2.16 2.16
Expansion @ 6500 psi% 膨胀率
12.18 11.46
SA (M^2/g)表 面积
配方
• 半金属配方 金属纤维 金属粉末 摩擦粉 焦碳 石墨 酚醛树脂 重晶石 橡胶
• NAO 配方 各种有机纤维 摩擦粉 橡胶 石墨 焦碳 酚醛树脂 芳纶 云母 金属硫化物
• 陶瓷配方 酚醛树脂 芳纶 重晶石 陶瓷纤维 铜纤维 腰果壳 橡胶 二硫化钼 石墨 焦碳 硫化锑
石墨和焦炭在配套产品的应用
鳞片石墨
隐晶质石墨
晶质线状石墨
石油焦
冶金焦
碳素在售后产品的应用
售后产品
人造石墨 美国 欧盟 亚洲 美国 欧盟 亚洲 美国 欧盟 亚洲
半金属配方 75 % 50 % 60 % 25 % 50 % 40 % <5% <5% <5%
陶瓷配方 60 % 50 % 65 % 40 % 50 % 35 % <5% <5% <5%
润
滑
性
• 石墨在整个摩擦材料混合物质中的 主要作用是缓和摩擦力 • 摩擦材料的整体摩擦系数可以通过 控制润滑剂和非润滑类填料的量比 来进行调节。
石墨为何具有润滑性？
• 石墨具有润滑性能是因为它独特的晶体结构，使得石墨层 很容段落滑落而在接触表面形成具有润滑性的石墨薄模。 薄片结构的形成由于石墨晶体的结构之间微弱的连接而成。 • 润滑性是基解理的结果，而断裂是由于石墨各向异性导致。
石墨和焦炭在摩擦材料产品的应用
撰稿人：Nicholas T. Mares 报告人：张世忠 CFMSA 培训班2008.3
石墨和焦炭在摩擦材料产品的应用 • 本报告分五部分
– – – – – 基本的配方 在不同的配方和市场中石墨和焦炭的应用种类 石墨和焦炭在摩擦材料中的功能 石墨和焦炭材料的分类 几种有代表性的材料在盘式片的DEA测试
各向同性的形态
粒子极少或没有特殊的方向
高温摩擦性/润滑性
• • • • • • 在500ºC温度范围内，石墨具有良好的润滑性 当温度超过500ºC，润滑性能降低 润滑性能在500ºC以上降低的原因是水分挥发 温度较高时，可以在石墨中加入氟化钙，增加润滑性能 降低的润滑性是可恢复 配方中可以根据温度的不同加入不同的润滑剂来调节润滑 性能，如硫化钼和锑类化合物等
天然石墨——晶质脉状石墨 • 矿藏分布
– 只产于斯里兰 卡
• 含碳量
• 粒度
– 从1英寸到5微米不等
– 含碳量从80%到 99%以上
脉状石墨形态
斯里兰卡晶质脉状石墨——性能
Carbon 含碳量
93.55 98.77
Size 粒度
20x100 -200
Pd 6500 psi (g/cc) 压制密度
柔韧性在摩擦面中的重要作用
• 完美的基解理赋予石墨良好的润滑性能。 • 石墨的柔韧性，无论接触摩擦面的晶状结构方向如何， 都会起到润滑效果。
可弯曲性石墨与摩擦面
石墨和摩擦转移膜
• 石墨是一种柔软的物质。 • 当石墨在摩擦材料复合物的表面受到磨擦时， 石墨会附着在摩擦面而形成转移模。 • 石墨不会熔化，变软或者变黏。因此它不会在 摩擦面上形成黏结或结胶。
0.8 1.2
SV (g/in^3) 斯科特容积
12.7 12.73
Tamp. Vol. (cc/g) 振实体积
1.17 1.15
99.7
20X100
1.75
2.21
56
1.7
13.12
1.12
针状 普通 石墨化焦
99.8 99.9 99.8
-200 -200 -200
1.92 1.72 1.82
2.21 2.11 2.19
• 含碳量
– 原矿 • 75%~98%含碳量 – 深加工后 • 97~99.99%含碳量
天然鳞片石墨的形态
天然石墨是一种天然形成的矿物 分散的“化石碳”在特定的地质环境中经过高温和压 力作用而形成 不论颗粒大小, 鳞片石墨总是呈现各向异性的形态, 首选定向是其规律
粗颗粒鳞片石墨 标称100+um
天然鳞片石墨-主要性能
2.26 2.25 2.27
7.44 15.31 8.53
2.79 3.67 2.61
5.61 5.28 7.70
1.65 1.70 1.4
应用于摩擦领域的天然鳞片石墨的规格
.
含碳量在80％到99％之间
• 经化学方法提纯,含碳量在98%以上. • 经过筛分的大鳞片,粒度从0.1到0.8mm之间。 • 从100微米到3微米的微细粉.
19.89 15.81
SV (g/in^3) 斯科特容积
6.29 16.22
Tamp. Vol. (cc/g) 振实体积
1.32 0.86
应用于摩擦领域的隐晶质石墨的规格 • 含碳量在75-85％ • 从0.5mm到100mm之间的粗颗粒 • 从100um到3um之间的微细粉 • 艾斯博瑞的优势还在于保证材料的高质量 • 保证粒度分布 • 保证纯度 • 包装
什么是“各向异性”？
• 各向异性是指石墨的一种首选定向的性能， 这主要是由化学键的位置决定的。不同的 化学键在组织结构中具有不同的位置，那 么在结构中所处的物理/化学环境就不同。 • 材料的的化学惰性、强度、硬度、光学等 性能也随着方向的不同而变化
各向异性的形态
各向异性形态
粒子显示了基本的方向
各向同性的形态
石墨的导热性
• 石墨是一种非金属的，耐高温的润滑材料，具有良 好的热传导性。 • 石墨能够有效地转移摩擦表面产生的热量 • 石墨热转移性能在非金属配方中尤其有效 • 即使摩擦性能暂时降低，导热性不会受影响
Asbury Graphite Mills, Inc. Founded 1895
热传导在摩擦材料中的作用
普通人造石墨
• 从电极得来
– 电极是由针状焦或者海绵状 焦和针状焦混合生成。原料 的粒度从 – ¼英寸到 + 50 目
• 含碳量
– 通常从98%到99%
Fra Baidu bibliotek
• 从特殊石墨得来
– 此种石墨是由各向异性的焦 炭的微粉制成。这种原料的 粒度可以达到3~5微米。
• 粒度 – 车床加工下来的原料在 是1英寸以下。然后根据 需要被进一步粉碎，碾 磨，筛分，来达到客户 的要求。
• 以上幻灯片主要解释了为什么 在摩擦配方中使用石墨和焦炭 材料。 • 以下幻灯片将向您说明各种不 同的石墨和焦炭材料分类。
人造石墨
• 原生人造石墨 • 普通人造石墨
原生人造石墨
• 是碳素材料经过2500度的高温处理石墨化而成 的。 • 不含沥青粘结剂 • 含碳量 通常为99%以上
• 粒度 从¼ 英寸到2微米不等
<5% <5% <5%
95 % 95 % 85 % 5% 5%
<5% 5% 5%
80 % 90 % 90% 20 % 10 %
5% 5% 5%
10 % 65 % 70% 0% 65 %
石油焦
冶金焦
石墨在摩擦材料配方中的作用
• • • • • • • • • 很好的黏着性，很好的成型性 能够帮助形成转移膜 提高润滑性能，大大减少对刹车盘的损耗 缓和摩擦力 具有抗高温性 具有高导热性能，热膨胀系数低 具有抗氧化性能 具有很好的稳定性，几乎不与任何物质发生反应 能有效减少噪音
99.87 99.99
类型1
针状 普通 石墨化焦
Size 粒度
20X100 20X100
Pd 6500 psi (g/cc) 压制密度
1.99 1.54
Pd 32500pound psi (g/cc) 压制密度
2.23 2.01
Expansion @ 6500 psi% 膨胀率
25.5 24
SA (M^2/g) 表面积
• 一种天然形成的层状分布矿物质。 • 它是在一定的地质条件下，由无烟煤的矿 层在热力与压力的共同作用下形成的。 • 并不是真正的非晶体，只是因为微晶体结 构无法用肉眼看到。 • 虽然所有的石墨都具有各向异性的特点, 但对于隐晶质石墨来说,直到将其磨到细 粉状态时,该特点才能显现出来.
隐晶质石墨的性能
陶瓷配方 鼓式片 烧结式的
配套产品
人造石墨 美国 欧盟 亚洲 美国 欧盟 亚洲 美国 欧盟 亚洲 美国 欧盟 亚洲 美国 欧盟 亚洲 美国 欧盟 亚洲
半金属配方
85 % 65 % 70% 15 % 35 % 30% <5% <5% <5% <5% <5% <5% 90 % 95 % 95 % 10 % 5% 5% 65 % 60% 65% 35 % 40% 35% <5% <5% <5% <5% <5% <5% 95 % 95 % 85 % 5% 5% 5% 20 % 15 % 20 % 30 % 45 % 40 % 50 % 35 % 35 % <5% 5% 5% 80 % 90 % 90% 20 % 10 % 10 % 50% 40 % 45 % 45 % 55 % 50% <5% <5% <5% 5% 5% 5% 10 % 65 % 70% 0% 65 % 70%
天然石墨
• 鳞片石墨 （晶质石墨）
• 晶质脉状状石墨（斯里兰卡石墨）
• 无定形石墨（隐晶质石墨）
天然鳞片石墨
• 粒度
– 原矿及加工以后 • 80% + (50 / 80 / 100) • 80% - (80 / 100 / 325) – 深加工后 • 平均从50目到3微米不等
• 矿藏分布
– – – – – – 加拿大 中国 巴西 非洲 挪威 马达加斯加岛
Type 类型
A B C
Carbon 含碳量
96 96 96
Size 粒度
20X100 20X100 20X100
Pd 6500 psi (g/cc) 压制密度
2.17 2.14 2.13
Pd 32500 psi (g/cc) 压制密度
2.29 2.30 2.28
Expansion @ 6500 psi% 膨胀率
无热传导性的摩擦材料
/无石墨
迅速形成热点，高温敏感材 料的会局部分解而形成烧灼 点。
以石墨等作填料的热导性复合材料
石墨的热传倒性，热量容 易散发。不会形成灼烧点。
摩擦不均 摩擦不均
化学和热稳定性
• 石墨结构中碳原子结合的稳定性, 使石墨具有 极好的化学稳定性。 • 在正常的工作温度下，石墨与其他摩擦材料几 乎是不反应的。 • 即使在高温烧结的摩擦材料中，如烧结黄铜， 紫铜或青铜这类特殊摩擦材料，石墨也不会与 其发生反应。 • 这就是我们所说的石墨的化学惰性。
39 16.11 34
6.5 6.15 8.9
5.70 6.29 4.39
1.57 1.39 1.82
应用于摩擦材料的人造石墨规格
• 纯度一般在99%以上 • 颗粒状的粒度在9mm和0.2mm之间 • 粉末状的粒度从100㎛到2㎛
• 艾斯博瑞的优势还在于保证材料的高质量
• 保证粒度分布 • 保证纯度 • 包装
• 艾斯博瑞的优势还在于保证材料的高质量 • 保证粒度分布 • 保证纯度 • 包装
天然石墨——隐晶质石墨 • 矿藏分布
– 中国 – 韩国 – 墨西哥
• 粒度
– 原矿从块状到1/4英尺的颗粒. – 需要再加工处理成颗粒或粉末状，粒度从½英 寸到3微米不等。
• 含碳量 – 原矿含60%~85%的碳
”隐晶质”石墨
6.05 7.15 7.52
SA (M^2/g) 表面积
0.68 2.00 1.40
SV (g/in^3) 斯科特容积
9.93 7.48 7.90
Tamp. Vol. (cc/g) 振实体积
1.39 1.51 1.50
A B C
96 96 96
-200 -200 -200
2.05 2.07 2.07
鼓式片 10 % 10 % 20 % 35 % 50 % 40 % 55 % 40 % 35 %
烧结式 40 % 40 % 45 % 55 % 55 % 50% <5% <5% <5%
鳞片石墨
隐晶质石墨
晶质线状石墨
美国 欧盟 亚洲
美国 欧盟 亚洲 美国 欧盟
<5% <5% <5%
85 % 95 % 95 % 15 % 5%
2.20 2.04
Pd 32500 psi (g/cc) 压制密度
2.29 2.25
Expansion @ 6500 psi% 膨胀率