解析汽車剎車片中的陶瓷基摩擦材料

韓樂(lè)

摘要：隨著人們對(duì)剎車片的性能要求越來(lái)越高，很多的摩擦材料都在不斷的發(fā)展過(guò)程中被另外一種剎車材料所替代，而陶瓷基摩擦材料憑借其自身的優(yōu)良性質(zhì)而受到了人們的廣泛關(guān)注。文章主要研究了汽車剎車片中的陶瓷基摩擦材料的性能。通過(guò)研究可以看出，當(dāng)鈦酸鉀晶須增加時(shí)，陶瓷基摩擦材料的密度、硬度和抗壓能力都會(huì)有所提升;當(dāng)鈦酸鉀晶體的含量適中時(shí)，陶瓷基摩擦材料性能最佳;鈦酸鉀晶須使摩擦材料的各種性能都比較穩(wěn)定，是一種實(shí)用性很強(qiáng)的晶須。鈦基晶須具有很好的性能，各方面都很優(yōu)秀，不僅具有良好的化學(xué)性質(zhì)，而且非常的不易腐蝕，也很少產(chǎn)生磨損的現(xiàn)象，硬度適中，具有石棉不具備的性能，被世界公認(rèn)是石棉的代替者之一。

關(guān)鍵詞：汽車剎車片;陶瓷基;摩擦材料

中圖分類號(hào)：TQ173.71

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-5922（2019）08-0066-03

隨著經(jīng)濟(jì)科技的不斷發(fā)展，汽車工業(yè)也在不斷發(fā)展，汽車工業(yè)開(kāi)始追求高品質(zhì)、高質(zhì)量的汽車，也對(duì)汽車的制動(dòng)系統(tǒng)和速度要求更高。摩擦材料的選擇影響到汽車的安全性能，速度、駕駛?cè)藛T的安全等，是汽車制動(dòng)系統(tǒng)中的一項(xiàng)非常重要的組分。在汽車制造過(guò)程中，要選擇性能好、較穩(wěn)定、磨損率較低、摩擦系數(shù)高、使用時(shí)間較長(zhǎng)的摩擦材料。摩擦材料包括增強(qiáng)材料、基體材料、摩擦改性劑等，其中最重要的就是增強(qiáng)材料，這種材料不僅影響著汽車的性能，而且對(duì)于摩擦片的性能也有重要的影響。石棉本來(lái)是一種各方面很優(yōu)秀的材料，但是石棉對(duì)人體健康傷害很大，石棉中含有大量致癌物，長(zhǎng)期使用會(huì)對(duì)人體和環(huán)境造成很大傷害。之后，國(guó)外專門研究了石棉的性能，并取得了很大成就。

1 摩擦材料試樣的準(zhǔn)備

增強(qiáng)材料、粘合材料等其他填充材料共同組成了汽車剎車片中的陶瓷基摩擦材料。其中粘合材料起重要作用，粘合劑的作用就是將各種材料、纖維均勻的粘合在一起，之后經(jīng)過(guò)加熱、加壓等一系列加工，形成結(jié)構(gòu)細(xì)密，性能較好的陶瓷基摩擦材料。解析汽車剎車片中的陶瓷基摩擦材料，首先可以研究增強(qiáng)材料。選取性能良好、摩擦系數(shù)穩(wěn)定的粘合劑，通過(guò)研究觀察可得，增強(qiáng)材料的作用就是增強(qiáng)摩擦材料的各種性能，比如增強(qiáng)摩擦材料的韌性、抗壓能力等性能。鈦酸鉀晶須作為性能較好的一種增強(qiáng)材料，摩擦性能好、抗高溫、有基本的相容性。鈦酸鉀晶須含量的多少，也影響著摩擦材料的性能，鈦酸鉀晶須的含量過(guò)多性能反而不是最好的，過(guò)少也不好，所以鈦酸鉀晶須的含量必須適中。填充材料的主要作用就是對(duì)摩擦材料的各種性能進(jìn)行優(yōu)化，從而能夠提高材料的耐腐蝕性和耐高溫性等基本性能。能夠作為增強(qiáng)材料的物質(zhì)有很多，所以具有較多的選擇性。

2 性能測(cè)試

對(duì)于陶瓷基摩擦材料的性能測(cè)試，使用洛氏硬度計(jì)按照其中的方法來(lái)進(jìn)行測(cè)驗(yàn)研究材料的硬度;研究開(kāi)孔隙度時(shí)采用真空吸酒精法;摩擦材料的強(qiáng)度測(cè)試可以在強(qiáng)度測(cè)試機(jī)上進(jìn)行，選擇適當(dāng)?shù)某叽缭谶M(jìn)行測(cè)驗(yàn)。

摩擦磨損測(cè)試主要是在定速摩擦試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，一般使用的都是盤塊接觸的方法，選用對(duì)偶件為300mm的圓盤，材質(zhì)性能都比較穩(wěn)定。選定大小合適的摩擦面?？刂茍A盤旋轉(zhuǎn)的速度，施以選定的壓強(qiáng)，合適的溫度。之后根據(jù)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)機(jī)器上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)前后及過(guò)程中選取O.Olmm的螺旋測(cè)微器按照?qǐng)Dl所示，測(cè)試內(nèi)片和外片的厚度，并取實(shí)驗(yàn)的平均值來(lái)觀察剎車盤、制動(dòng)襯片的磨損程度。最后使用掃描鏡來(lái)觀察摩擦表面的變化。

3 結(jié)果與分析

3.1 陶瓷基摩擦材料的物理與力學(xué)性能

將新型陶瓷基摩擦材料和樹(shù)脂基剎車材料進(jìn)行對(duì)于，可以對(duì)比出二者的不同及各自的優(yōu)點(diǎn)。

陶瓷基摩擦材料作為一種新型汽車剎車片材料，具有很多優(yōu)勢(shì)性能。陶瓷基材料是由多種質(zhì)地輕薄的材料填充而成的，不含任何有害材料和任何重金屬材料，相對(duì)于那些含有金屬的剎車片制作材料，陶瓷基摩擦材料密度較低，孔隙較大。出現(xiàn)這種情況有幾方面的原因：首先，由于陶瓷基摩擦材料表面有很多孔隙，這樣陶瓷基摩擦材料本身承受外界壓強(qiáng)的面積就會(huì)減少，從而導(dǎo)致硬度不高硬度測(cè)試值低;其次，酚栓樹(shù)脂是由如亞甲基環(huán)繞堆砌而成，經(jīng)過(guò)高溫處理后固化，硬度比較大，相對(duì)于陶瓷基摩擦材料樹(shù)脂基中含有較多的重金屬，這就使樹(shù)脂基材料硬度較大。所以，在抗沖擊抗壓方面，樹(shù)脂基比陶瓷基材料強(qiáng)，樹(shù)脂基剎車片含義很多金屬和有機(jī)成分，尤其是其中還含有丁腈橡膠粉，這樣硬度較大的樹(shù)脂基剎車片中含有適當(dāng)?shù)娜彳浀南鹉z微粒，就形成了高分子合金。當(dāng)樹(shù)脂基和膠體合為一體時(shí)，由于橡膠粒子本身就具有良好的彈性，所以當(dāng)材料受到壓力沖擊時(shí)，橡膠粒子可以將產(chǎn)生的裂紋修復(fù)吸收掉，這就防止了裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)大，從而減少壓力對(duì)樹(shù)脂剎車片的破壞，這就是材料抗沖擊能力的提升;陶瓷基摩擦材料中含有的無(wú)機(jī)粘合劑雖然在高溫情況下粘合效果較好，但很硬柔韌度不好，因此通過(guò)沖擊試驗(yàn)，陶瓷基摩擦材料的抗沖擊能力和樹(shù)脂基本相一致。

3.2 陶瓷基摩擦材料的摩擦磨損性能

通過(guò)進(jìn)行定速研究，研究了陶瓷基摩擦材料的磨損性能。無(wú)論是摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性還是材料的耐磨損性，新型的陶瓷基摩擦材料都要優(yōu)于樹(shù)脂基剎車片。在溫度不斷升高的過(guò)程中，樹(shù)脂基的性能出現(xiàn)了很大的衰退，尤其是在熱量方面。磨損方面，樹(shù)脂基和陶瓷基摩擦材料沒(méi)有太大不同。在200℃高溫下，陶瓷基更具優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樘沾苫邆淞己玫母邷卣澈瞎δ埽@就提高了材料的耐磨損性。在更高的溫度下，陶瓷基就更具有優(yōu)勢(shì)，陶瓷基材料基本不會(huì)被破壞，而樹(shù)脂基就會(huì)受大很大磨損破壞，如圖2所示。

在高溫條件下，剎車片經(jīng)過(guò)摩擦，陶瓷基摩擦材料表面沒(méi)有受到磨損且表面光滑。這主要是因?yàn)樘沾苫Σ敛牧媳旧砗写罅康臒o(wú)機(jī)和有機(jī)材料，材料之間相互結(jié)合，當(dāng)摩擦?xí)r會(huì)迅速形成摩擦膜和轉(zhuǎn)移膜;此外，由于陶瓷基含有膠狀體，這種膠狀體，在高溫情況下不但不會(huì)融化，而且粘合效果會(huì)更好，可以將各種材料粘合在一起從而保證剎車片的安全性，所以陶瓷基摩擦材料具有耐高溫性且摩擦系數(shù)穩(wěn)定。而樹(shù)脂基剎車片在低溫時(shí)摩擦系數(shù)較穩(wěn)定，且不會(huì)對(duì)剎車片造成磨損，表面完整光滑;但在高溫情況下，樹(shù)脂基就會(huì)被分解，表面就會(huì)產(chǎn)生油狀物，使樹(shù)脂基剎車片產(chǎn)生混合摩擦，摩擦系數(shù)不穩(wěn)定材料受損。在高溫摩擦的條件下，樹(shù)脂的分解程度有很大的增加，而其所形成的焦油狀物質(zhì)也會(huì)附著在摩擦的表面，從而導(dǎo)致摩擦材料與對(duì)偶材料的干摩擦轉(zhuǎn)化為了邊界摩擦與半流體摩擦的混合摩擦，摩擦系數(shù)也因此而大幅度的降低，材料最終會(huì)出現(xiàn)熱衰退的問(wèn)題。樹(shù)脂因?yàn)榇罅康臒岱纸?，而?dǎo)致其粘結(jié)作用不強(qiáng)，使得材料摩擦的程度大大增加。當(dāng)有嚴(yán)重?zé)崴ネ藛?wèn)題產(chǎn)生時(shí)，摩擦材料的表面就會(huì)變得非常的不平整，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生很多不完整的碎片，對(duì)材料的性能造成了非常致命的影響。新型的陶瓷基摩擦材料具有非常良好的防磨損性能。

陶瓷基剎車片的摩擦穩(wěn)定性相對(duì)于樹(shù)脂基剎車片來(lái)說(shuō)具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)其也具有良好的熱穩(wěn)定性。相對(duì)于樹(shù)脂基剎車片來(lái)說(shuō)，陶瓷基剎車片對(duì)于制動(dòng)次數(shù)的增加所形成的表現(xiàn)并不明顯，所以其很少有磨損現(xiàn)象的發(fā)生。與此同時(shí)，陶瓷基也很少有噪音產(chǎn)生，整個(gè)制動(dòng)過(guò)程都顯示出非常平穩(wěn)的態(tài)勢(shì)。另外，陶瓷基剎車片具有良好的清潔能力，在制動(dòng)的過(guò)程中他就能夠?qū)ψ约旱墓ぷ鳝h(huán)境進(jìn)行更新，從而能夠使摩擦層更加的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)與剎車盤之間更好的結(jié)合。樹(shù)脂基摩擦片在制動(dòng)的過(guò)程中可能會(huì)對(duì)車盤產(chǎn)生一定的傷害，所以這就是為何樹(shù)脂基剎車片在制動(dòng)的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一定的噪音。陶瓷基剎車片在各方面都有著優(yōu)于樹(shù)脂基剎車片的優(yōu)勢(shì)，所以在今后的剎車片選擇中，陶瓷基剎車片不失為一種良好的選擇。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，陶瓷基摩擦材料具有非常良好的優(yōu)勢(shì)性，其在性能方面有遠(yuǎn)超于傳統(tǒng)剎車片的優(yōu)勢(shì)。剎車片的好壞往往能夠影響到汽車在運(yùn)行過(guò)程中的安全性，而剎車片的摩擦材料不僅僅要有良好的制動(dòng)性能，還需要能夠有較長(zhǎng)的使用壽命，有良好的環(huán)保性以及舒適性。摩擦材料的種類非常的多，而且還有很多的混合材料，能夠?qū)崿F(xiàn)性能上的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，但是很多的混合材料因?yàn)樾枰^高的成本，所以無(wú)法進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)與使用。也有一部分材料因?yàn)椴痪哂辛己玫沫h(huán)保性，所以也不能進(jìn)行大規(guī)模的使用。但是隨著研究的不斷深入，陶瓷基的摩擦材料因?yàn)榫哂泻芏嗟膬?yōu)良性質(zhì)而受到了人們的歡迎，特別是其具有良好的耐腐蝕性以及耐用性，而且在使用的過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生大量的噪音，所以能夠保證人們的行車舒適性。目前，陶瓷基的摩擦材料已經(jīng)運(yùn)用到了很多的領(lǐng)域當(dāng)中，并且其將會(huì)迎來(lái)更大的發(fā)展前景。

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