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碳陶復合材料助力中國高鐵飛速發(fā)展

嘉峪檢測網(wǎng)        2019-08-29 11:29

2018年,中國鐵路運營里程首次突破13萬公里,高鐵總里程占世界2/3。從7萬公里邁進10萬公里,中國鐵路耗時10年,而這一次3萬公里的跨越僅用了5年,運量不斷增加。2018年,全國鐵路完成旅客發(fā)送量33.7億人次,運量接近全球人口的一半。中國高鐵飛速發(fā)展,時速不斷提升,從最初的200公里/小時到現(xiàn)在的400公里/小時,這離不開復合材料的重要貢獻。當列車時速達每小時350公里時,如果前方遇突發(fā)事故需緊急制動,那么輪轂盤面和剎車片的溫度會在瞬間達七百攝氏度以上,這對列車的剎車片有極高的性能要求。

 

高速列車制動力主要有電制動力和摩擦力,而摩擦制動力是列車安全停車的最后保障。摩擦制動力依靠制動系統(tǒng)中的制動盤和剎車片之間的摩擦來實現(xiàn),而制動系統(tǒng)中剎車片性能的好壞對列車制動效果有著非常大的影響。國內(nèi)外剎車片材料的發(fā)展主要經(jīng)歷了金屬材料、合金材料和粉末冶金材料等。

1、1897年英國人Aerbertfrood發(fā)明了制動片,用于馬車和早期的汽車。

2、1909年出現(xiàn)了世界上第一個固化石綿基剎車片。

3、1968年世界上第一個半金屬基剎車片問世。

4、20世紀50年代早期,盤式制動器開始大量使用。

5、1942年我國石禮耕先生研制的離合器片標志著中國摩擦材料的誕生。

6、1999 年某國際汽車交易會(IAA)上,碳陶剎車盤首次被揭開了神秘的面紗。

7、21世紀初,國內(nèi)首副碳陶剎車盤首飛成功。

碳陶復合材料助力中國高鐵飛速發(fā)展

圖1 高性能剎車材料的發(fā)展史

金屬基剎車片耐高溫能力低,易生銹,材質(zhì)堅硬,容易破損;而利用碳陶復合材料制作的剎車片則有制動力強,耐高溫,熱穩(wěn)定性好,對偶磨損小等特點,性能遠遠優(yōu)于金屬基剎車片。

碳陶復合材料是由碳纖維的三維氈體或編織體作為增強骨架,碳化硅陶瓷作為連續(xù)基體的一類新型復合材料。其制備方法主要有化學氣相滲透法、先驅體轉化法以及反應熔體浸滲法。碳陶材料不僅具有高性能陶瓷的高強度、高模量、高硬度、耐沖擊、抗氧化、耐高溫、耐酸堿和所有化學物質(zhì)腐蝕、熱膨脹系數(shù)小、比重輕等優(yōu)點,同時還完全克服了一般陶瓷材料的脆性大、功能單一等缺點,是世界上公認的理想的高溫結構材料、摩擦材料以及深冷材料。

碳陶復合材料助力中國高鐵飛速發(fā)展

圖2 碳陶復合材料剎車片

碳陶剎車片結合了碳纖維和多晶碳化硅這兩者的物理特性。C/SiC材料的拉斷伸長率從0.1%到0.3%不等,這對于陶瓷材料而言是極高的數(shù)值。碳陶復合材料剎車片具有靜摩擦系數(shù)高、濕態(tài)/鹽霧下動靜摩擦系數(shù)基本不衰減、強度高、生產(chǎn)周期短等優(yōu)點,不但延長了剎車盤的使用壽命,并且避免了因負載而產(chǎn)生的所有問題,因此具有廣闊的應用前景。

1. 可實現(xiàn)極低的事故率,給制動設備,人生安全多一份保障;

2. 具有極長的使用壽命,相對于粉末冶金材料,剎車片的壽命延長5倍;

3. 可大幅減重,用于艦載機,可增加掛彈量;

4. 可廣泛應用于飛機、高檔汽車、載重汽車以及低中高速列車。

 

由碳陶材料可以看出,復合材料在我國經(jīng)濟發(fā)展與建設中扮演著重要的角色,隨著復合材料設計制造、試驗技術的提升,以及更多優(yōu)勢的充分利用,其將發(fā)揮越來越重要的作用。

碳陶復合材料助力中國高鐵飛速發(fā)展

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來源:Internet

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