汽车陶瓷刹车片的研究现状与前景

汽车陶瓷刹车片的研究现状与前景
作者：夏明林明松
来源：《世界家苑·学术》2018年第11期
摘要：虽然汽车的使用为人们的生活提供了极大的便利，但是同时也酿成了很多的事故，严重威胁了人们的生命安全。

本文从汽车的刹车片材料入手，首先介绍了汽车刹车片材料的变革，之后着重分析了汽车陶瓷刹车片的研究现状，并对未来的市场前景做了一点预测，希望能够为相关的工作提供借鉴和参考。

关键词：汽车；刹车片；陶瓷；磨损；力学
引言：
众所周知，汽车的制定系统是汽车安全行驶的重要保障，尤其是刹车片的性能更是与人们的性命息息相关。

高温制动对刹车片材料的稳定性和可靠性提出了严峻的挑战，同时人们也不断加大对相关材料的研究，试图找到一种新型的刹车片材料，从而保证汽车的安全，在这种背景下，陶瓷刹车片应运而生。

1.汽车刹车片材料的发展历程
从汽车诞生之日起，对于刹车片材料的研发就一直在路上。

传统的刹车片材料主要成分是树脂，同时还有少量的石棉纤维，这种纤维会带有结晶水，如果温度过高，就会加剧刹车片的磨损程度，而且石棉加工过程中还会造成大量的污染，这种材料不提倡使用。

至于钢纤维以及石墨和金属粉组成的复合材料，主要是对树脂进行了改良，提高了耐磨性能，而且导热性能良好，是目前我国主要的刹车片材料。

但是这种材料容易发生腐蚀，密度比较大，在高温时容易与钢板发生脱离。

而无石棉有机摩擦材料主要是应用玻璃纤维，噪音小，制动效果好，而陶瓷刹车片就是这种新型材料中的典型代表[1]。

2.汽车陶瓷刹车片的研究现状
2.1陶瓷刹车片的材料特点
因为陶瓷刹车片的配方比较特别，主要使用多种轻质的填料，并且没有金属成分，以往的配方含有大量的纤维以及铁粉等。

和这些材料相比，陶瓷刹车片的开孔隙度更大，而且密度更小，在硬度方面，也比其他材料略低。

陶瓷纤维的熔点比较高，在高温条件下，能够保持很好的性能。

目前，世界各国都开始陶瓷纤维摩擦材料的研究工作，使得陶瓷刹车片的研究蔚为大观。

就我国而言，已经取得了无金属陶瓷刹车片摩擦材料的配方专利，主要包括改良后的酚醛树脂、陶瓷纤维、焦炭、石墨等，这些材料不容易发生腐蚀，能够适应恶劣的环境和条件。

而西方国家主要是使用陶瓷纤维、玄武岩以及铜丝编织物等作为原材料，制成陶瓷刹车片，摩擦系数也很稳定。

陶瓷刹车片表面孔隙较多，并且分布较广，这样就可以很好地减少外界压力与陶瓷材料接触的面积，从而降低硬度。

传统的刹车片也有一定的优点，比如在冲击强度方面，因为里面的有机物比较多，形成了高分子聚合物，加上橡胶本身弹性较好，当树脂材料受到冲击时，裂纹遇到橡胶就会被吸收，并且阻止进一步扩大，所以减轻了材料的损坏程度。

与之相比，陶瓷刹车片的柔韧性并不是十分理想，这就需要针对这一缺陷进行改进和优化，比如改变弹性模量，加入塑性分子，或者是制成金属陶瓷。

最新研究出了一种新型的陶瓷，其韧性很好，主要是增加了氧化锆成分，通过相变使得体积发生改变，从而形成微小的裂纹，提高挤压的内应力，从而使得陶瓷刹车片的性能更加完善[2]。

对于材料的磨损程度而言，陶瓷刹车片效果良好，因为陶瓷刹车片的配方中既含有无机的填料，又包括有机的填料，这些填料有很好的亲和性，能够在摩擦的过程中形成稳定的摩擦层，而且高温情况下轻易不会分解，能够保证基体结构的稳定。

而且值得一提的是，陶瓷刹车片的具有一定的自我清洁能力，在制动过程中能够进行修复和更新，保证表面稳定，与刹车盘保持紧密的贴合，而且不会产生树脂刹车片那样的碎屑和灰尘，同时几乎没有噪音[3]。

但是陶瓷刹车片相关的研究还远远没有结束，而且还不是十分成熟，特别是在磨损情况的研究上，还需要参照以往的经验，所以具体的性能变化情况还没有完全弄清楚，需要進一步完善，从而建立模型和进行仿真工作。

2.2陶瓷刹车片的制作工艺
陶瓷刹车片主要的制作工艺就是热压，而且目前已经由二步法升级为一步法，不再将原料热压成块，之后与钢背进行粘接，而是直接将原料倒入模具中，直接与钢背粘接，从而完成热压工作。

一步法的优点十分明显，混合料的填充可以随时调整，并且均匀填充到模具中，这样能够节省大量的时间，同时减少费用，但是操作起来有一定的难度。

虽然二步法操作相对简单，但是质量不好，效率很低，所以目前一步法已经完全替代了二步法。

现在来看，我国陶瓷刹车片的制作工艺主要是板式模压法，质量的稳定性没有对顶模压法好，所以正在不断改进和优化。

3.汽车陶瓷刹车片的市场前景
目前，三氧化二铝陶瓷的价格比较便宜，同时弹性系数比较好，物理和化学性质都极其稳定，已经得到了市场的认可和广泛的应用。

对于其未来的发展，还是需要不断提高摩擦性能，比如添加二氧化硅或者是三氧化二铬等化合物，测试干摩擦、边界摩擦以及半流体摩擦状态下的磨损程度，也可以在无润滑条件下对汽车陶瓷刹车片的力学性能进行测试。

对于陶瓷刹车片的制作工艺而言，未来的发展应该是不断更新和升级，目前还是一套固定的生产工艺：配比、混和、预压、热处理、加工、包装等，随着科技的进步，应用计算机以及人工智能等技术，能够减少生产中的误差，提高陶瓷刹车片的质量。

但是由于制作材料比较有限，而我国对于噪音方面的需求并不苛刻，很多消费者并不清楚陶瓷刹车片的优势，所以陶瓷刹车片还没有彻底打开市场。

虽然短期内不能替代和淘汰传统的刹车片，但是陶瓷刹车片的发展方向已经明确，并且发展潜力十足，随着人们环保意识的提高以及更加注重汽车的细节和舒适程度，陶瓷刹车片一定能够大有作为。

结论：
综上所述，汽车市场的不断发展，汽车刹车片的功能需要持续更新和升级，从而满足人们的需求。

汽车陶瓷刹车片的不断深入研究、推广和应用，可以提高汽车的制动效果，并且保证刹车的灵活和敏捷，凭借上述优点，汽车陶瓷刹车片将成为刹车片市场中的佼佼者。

参考文献
[1]钟厉，陈梦青.刹车片摩擦材料的研究现状与发展趋势[J].合成材料老化与应用，2017，46（06）：84-89.
[2]刘艳娥.刹车片金属陶瓷复合材料制备及摩擦特性研究[J].铸造技术，2018，39（06）：1329-1331.
[3]张芹，黄叶明.一种汽车刹车片的设计[J].内燃机与配件，2018（13）：21-23.
作者简介
林明松（1983.6—），男，汉族，（广西苍梧），专任教师，讲师，在职研究生，研究方向：汽车运用技术。

项目基金
广西交通职业技术学院科研项目（JZY2015KA04）
（作者单位：广西交通职业技术学院）。