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一、剎車片的起源

HerbertFrood 發(fā)明了第一塊剎車片(使用棉線作為增強(qiáng)纖維)，并用于馬車和早期的汽車，從此，世界著名的Ferodo 公司成立了。隨后在1909 年，發(fā)明了世界上第一個固化石棉基剎車片；1968年，發(fā)明世界上第一個半金屬基剎車片，此后，摩擦材料開始向無石棉化發(fā)展。國內(nèi)外開始研究各種石棉的替代纖維如鋼纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、碳纖維等在摩擦材料上的應(yīng)用。

二、剎車片的分類

剎車材料的分類方法主要有兩種。一種是以使用機(jī)構(gòu)來劃分。如汽車剎車材料、火車剎車材料和航空剎車材料等。該分類法簡單且易理解;一種是根據(jù)材料材質(zhì)類型來劃分。這種分類方法較為科學(xué)?，F(xiàn)代制動用剎車材料主要包括以下3大類:樹脂基剎車材料(石棉剎車材料、無石棉剎車材料、紙基剎車材料)、粉末冶金剎車材料、碳/碳復(fù)合剎車材料和陶瓷基剎車材料。

三、汽車剎車材料

1、汽車剎車材料種類按制造材料不同。可分為石棉片、半金屬片或低金屬片、NAO( 無石棉有機(jī)物)片、碳碳片和陶瓷片等。

1.1、石棉片

從最初開始石棉就已經(jīng)被用作剎車片的加固材料，由于石棉纖維具有高強(qiáng)度和耐高溫的特性，因此可以滿足剎車片及離合器盤和襯墊的要求。這種纖維具有較強(qiáng)的抗張能力，甚至可以同高級鋼材相匹配，且可以承受316℃的高溫。更重要的是石棉相對廉價，它是從閃石礦石中提煉出來的，而此種礦石在很多國家已被大量發(fā)現(xiàn)。石棉摩擦材料主要以石棉纖維即水合硅酸鎂(3MgO·2SiO2·2H2O)作為增強(qiáng)纖維。經(jīng)添加調(diào)節(jié)摩擦性能的填料。再用粘結(jié)劑在熱壓模內(nèi)壓制成型而得到的一種有機(jī)基復(fù)合材料。

20世紀(jì)70年代以前。石棉型摩擦片在全球范圍內(nèi)被廣泛應(yīng)用。并長期占據(jù)主導(dǎo)地位。但是,由于石棉的傳熱性能很差。不能迅速發(fā)散摩擦熱。會導(dǎo)致摩擦面熱衰退層變厚。增加材料的磨損。同時。石棉纖維在400℃ 以上析出結(jié)晶水。使摩擦性能顯著下降而急劇增加磨損當(dāng)?shù)竭_(dá)550℃以上時。結(jié)晶水已基本上喪失。完全失去增強(qiáng)效果。更重要的是。經(jīng)醫(yī)學(xué)證明。石棉是對人體呼吸器官有嚴(yán)重?fù)p害的物質(zhì)。1989年7月。美國環(huán)保署(EPA）宣布將在1997年以前禁止所有石棉制品的進(jìn)口、制造和加工。

1.2、半金屬片

它是在有機(jī)摩擦材料與傳統(tǒng)粉末冶金摩擦材料的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型摩擦材料。它采用金屬纖維替代石棉纖維。是70年代開發(fā)的無石棉摩擦材料。

“半金屬”混合物型剎車片（Semi-met）主要是采用粗糙的鋼絲絨作為加固纖維和重要的混合物。從外觀上（細(xì)的纖維和微粒）可以很方便地將石棉型和無石棉有機(jī)物型剎車片（NAO）區(qū)分開來，另外它們還具有一定的磁性。

半金屬基摩擦材料具有如下主要特點(diǎn)：

(l) 摩擦系數(shù)以下非常穩(wěn)定。不產(chǎn)生熱衰退。熱穩(wěn)定性好；

(2) 耐磨性好。使用壽命是石棉摩擦材料的3-5倍；

(3) 在較高負(fù)荷下具有良好的摩擦性能摩擦系數(shù)穩(wěn)定；

(4) 導(dǎo)熱性好。溫度梯度小。特別適合尺寸較小的盤式制動品；

(5) 制動噪音小。

美、歐、日等國家在60 年代開始大面積推廣使用。半金屬片的耐磨性能比石棉片提高25%以上，目前，在我國剎車片市場上占主導(dǎo)地位。而美國大部分汽車。尤其是轎車和客貨兩用車。半金屬制動器襯片已占80 % 以上。

但產(chǎn)品還存在以下缺點(diǎn):

(l)鋼纖維易生銹，銹蝕后易粘著或易損傷對偶，且銹蝕后產(chǎn)品強(qiáng)度降低、磨損加大;

(2)熱傳導(dǎo)率高，在高溫時易使制動系統(tǒng)產(chǎn)生氣阻導(dǎo)致摩擦片層與鋼板脫開:

(3)硬度較高，會損傷對偶材料，產(chǎn)生振顫和低頻制動噪音;

(4)密度大。

雖然“半金屬”存在不小的缺點(diǎn)，但是由于其生產(chǎn)穩(wěn)定性好，價格低廉，仍然是汽車剎車片的首選材料。

1.3、NAO片

20 世紀(jì)80 年代初期，國際上出現(xiàn)了各種混雜纖維增強(qiáng)的無石棉制動襯片，即第三代無石棉有機(jī)物NAO 型剎車片。其目的是為了彌補(bǔ)鋼纖維單一增強(qiáng)半金屬制動材料的缺陷，所采用的纖維有植物纖維、芳綸纖維、玻璃纖維、陶瓷纖維、碳纖維、礦物質(zhì)纖維等。由于多元纖維的應(yīng)用，制動襯片中纖維在性能上互補(bǔ)，易于設(shè)計出綜合性能優(yōu)異的制動襯片配方。NAO 片其主要優(yōu)點(diǎn)是無論在低溫或高溫都保持良好的制動效果，減少磨損，降低噪音，延長剎車盤的使用壽命，代表目前摩擦材料的發(fā)展方向。所有世界著名品牌奔德士/菲羅多牌剎車片使用的摩擦材料都是第三代NAO 無石棉有機(jī)物材料，能在任何溫度下制動自如，保護(hù)駕駛員生命安全，并最大限度延長剎車盤壽命。

1.4、碳碳片

碳碳復(fù)合摩擦材料是用碳纖維增強(qiáng)碳基體的一類材料。它的摩擦性能十分優(yōu)異。密度低(僅為鋼的)；能載水平高。具有比粉末冶金材料、鋼材高得多的熱容量；熱強(qiáng)度高；無變形、粘結(jié)的現(xiàn)象。工作溫度可達(dá)200℃ ；摩擦磨損性能良好。使用壽命長。在剎車過程中其摩擦系數(shù)穩(wěn)定適中。碳碳復(fù)合材料片最早應(yīng)用于軍用飛機(jī)上。后來被F1賽車采用，這也是碳碳材料在汽車剎車片上唯一的應(yīng)用。

碳碳復(fù)合摩擦材料是熱穩(wěn)定性、耐磨損性、導(dǎo)電性、比強(qiáng)度、比彈性率等諸多特性兼?zhèn)涞奶厥獠牧?。但是碳碳?fù)合摩擦材料同時存在著以下一些缺點(diǎn): 摩擦系數(shù)不穩(wěn)定。受濕度的影響很大;

抗氧化性能差(在空氣中50 ℃ 以上發(fā)生嚴(yán)重氧化)。對環(huán)境( 干燥、干凈) 的要求較高；價格非常昂貴。用途限定在特殊領(lǐng)域范圍內(nèi)。這也是限制碳碳材料難以廣泛推廣的主要原因。

1.5、陶瓷片

作為摩擦材料中的新品。陶瓷剎車片具有無噪聲、無落灰、不腐蝕輪轂、使用壽命長、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。陶瓷剎車片最初由日本剎車片企業(yè)于20世紀(jì)90年代研制成功。逐漸成為剎車片市場的新寵。

陶瓷基摩擦材料的典型代表是C/C-SiC 復(fù)合材料，即碳纖維增強(qiáng)碳化硅基體的C/SiC 復(fù)合材料。德國斯圖加特大學(xué)和德國航天研究所等單位的研究人員對C/C-SiC 復(fù)合材料應(yīng)用于摩擦領(lǐng)域進(jìn)行了研究，并研制出C/C-SiC 剎車片應(yīng)用于保時捷轎車中，美國橡樹嶺國家實驗室與Honeywell Advnanced composites公司、HoneywellAireratf Lnading Systems 公司、Honeywell CommercialVehicle systems 公司合作，正在研制低成本的C/SiC 復(fù)合材料剎車片，替代用于載重汽車的鑄鐵和鑄鋼剎車片。

2、碳陶瓷復(fù)合材料剎車片優(yōu)點(diǎn)：

1、與傳統(tǒng)的灰鑄鐵剎車片相比，碳陶剎車片的重量減輕了大約60%，非懸掛質(zhì)量減輕了近23公斤；

2、制動摩擦系數(shù)上有非常高的提升，剎車反應(yīng)速度提高且制動衰減降低；

3、碳陶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；

4、陶瓷碟踏板感覺極為舒適，在制動最初階段就立刻能產(chǎn)生最大的剎車力，因此甚至無需剎車輔助增加系統(tǒng)，而整體制動比傳統(tǒng)剎車系統(tǒng)更快、距離更短；

5、為了抵抗高熱，在制動活塞與剎車襯塊之間有陶瓷來隔熱；

6、陶瓷剎車碟有非凡的耐用性，如果正常使用是終生免更換的，而普通的鑄鐵剎車碟一般用上幾年就要更換。