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13500007683yl8cc永利肖鹏团队：乘用车碳陶复合材料制动盘的发展及产品标准与测试方法
2021年10月15日-16日，由中国汽车工业协会、重庆两江新区办理委员会结合主办的“2021中国汽车供应链大会”在重庆举办，长安汽车、地平线作为官方合作伙伴全力支撑本次大会。本届供应链大会主题为“补短铸长、融合立异——建立中国汽车供应链重生态”，配合切磋财产政策，交换分享手艺，研判财产趋向，展现立异功效，旨在推进财产国内国际互动，凝结财产链条上下齐心，共谋财产协同成长之路。此中，在10月16日上午举办的主题论坛“汽车材料新动态”上，中南大学传授、湖南世鑫新材料无限公司董事长肖鹏团队代表做了主题演讲。以下内容为现场演讲实录： 尊崇的余教员，列位与会代表大师上午好！本来这个演讲是该当由我们肖教员来做，但因姑且有事需赶归去处置。下面就由我来代肖教员作《乘用车碳陶复合材料制动盘的成长和产物尺度与测试方式》的演讲。 演讲包罗四个部门，第一部门是引见碳陶复合材料，第二部门次要引见乘用车碳陶制动盘，第三部门重点引见乘用车碳陶制动盘的集体尺度，第四部门则是引见国内乘用车碳陶制动盘的成长现状。 大师看到的这组图片是两种典型碳陶复合材料的微不雅布局，碳陶复合材料是由加强体碳纤维和基体碳、陶瓷构成的先辈材料。其在国民经济和国防扶植中它的感化越来越大。2000℃时它的高温机能比室温强，而且耐烧制，是崇高高贵速飞翔器等急需的热布局材料，也是航天载人火箭策动机首选耐烧蚀材料。因为具有抗强辐射、耐等离子冲刷、高导热、化学和物理不变性好等特点，碳陶复合材料是超高温气冷堆、核聚变试验安装的先辈布局材料，并普遍使用于热加工、化工、新能源等范畴。 碳陶复合材料的别的一个特点就是密度低、耐高温、磨损机能优异。这些特点使其成为新一代高机能摩擦材料。国外上世纪90年代就起头了碳陶复合材料在摩擦范畴的研究，目前已被用于保时捷、法拉利等高端汽车的刹车盘、刹车片、离合器以和高速电梯等多范畴。国内呢，以中南大学、西北工业大学为代表的研究单元也对碳陶复合材料开展了系统且丰硕的理论和使用，相关的功效曾经被应/试用于国产飞机、高铁刹车盘、乘铁和地铁、口岸机械等多范畴。 接下来引见一下乘用车碳陶制动盘。乘用车碳陶制动盘的特点是质量轻，它的密度低，小于2.4g/cm3，不到钢的四分之一。摩擦系数在0.3~0.6可调理，能满足分歧车型的制动手艺要求。耐温性可达1650℃。因为其耐磨损，因此利用寿命长，能够实现全生命周期利用。同时其对潮湿、低温、酸碱、风沙等不敏感的，摩擦系数连结率很高，具有很高的情况耐受性。 乘用车碳陶制动盘根据碳纤维形态能够分为两大类，别离是短纤盘和长纤盘。短纤盘国外居多，比力有代表性的是布雷博和西格里的CCM盘和CCB盘，此中CCB盘摩擦概况有一层耐磨的陶瓷涂层。长纤盘国表里均有，国外目前最顶级长纤盘是布雷博和西格里CCM-R盘，能够满足通俗利用和赛道利用。国内长纤盘，包罗两种，一种是不带耐磨涂层的C/C-SiC盘，别的一种是带耐磨涂层的P-C/C-SiC盘。 短纤盘的制备工艺次要是分为混料、模压成型、碳化、陶瓷化、去重拆卸。它的长处是制备周期比力短，仅需要一个月。由于是模压成型，所以原材料操纵率很是高，分析成本比力低。但它的错误谬误也比力较着，即强度比力低，韧性比力差，在利用过程容易呈现掉块、断裂和崩边的风险。 这是长纤盘的制备工艺。长纤盘的制备起首是将持续碳纤维用针刺法做成碳纤维预制件，然后用化学气相渗入法增碳做成碳碳多孔体，再通过熔融渗硅进行陶瓷化做成碳陶复合材料，最初经机加工成碳陶制动盘。特点是所制备出来的碳陶制动盘分析机能很好，错误谬误是制备周期比力长，整个工艺下来长达2个月，成本较高。 与短纤盘比拟，长纤盘具有更高的强度，以和更好的导热性和耐磨性。这是市道上乘用车碳陶产物的机能对比，能够发觉长纤盘各方面的劣势很较着。 长纤盘别的一个特点是抗委靡机能很是优异。颠末100万次试验后，材料呈现了委靡强化，强度连结率达到106%。同时它抗石块击打机能也十分超卓，经分歧质量的石块从分歧角度以分歧速度击打后，盘的强度和机能照旧连结无缺，靠得住性高。 第三部门简单引见一下乘用车碳陶制动盘的集体尺度。为了规范和推进乘用车碳陶盘的成长，2020年湖南世鑫公司与北汽越野车结合牵头草拟了乘用车碳陶制盘的集体尺度。该尺度次要针对的是长纤盘，涵盖了材料的要求，尺寸要求、机能要乞降测试方式等。 材料机能方面，碳陶盘与保守金属盘完全分歧，次要通过抗弯、抗压、层间剪切等焦点机能目标节制。 外不雅要求也与金属盘纷歧样，这一块尺度要求材料不克不及具有的分层，且环节部位上不克不及有肉眼可见的缺陷。 尺寸公役和形位公役方面，因为碳陶不易加工，其径向 DTV 要求与金属盘分歧，尺度中对其进行了分级，而其他要求与金属盘是一样的。机能要求方面，由于碳陶盘全体的强度比金属盘低，因而尺度中添加了静扭强度、振动耐久机能以和扭转委靡强度等方面的要求。尺度中相关的测试方式均采用国标、行标以和国际尺度。 第四部门引见一下国内乘用车碳陶制动盘的成长现状。目前国内碳陶制动盘次要以长纤盘为主，包含涂层盘和非涂层盘两类。国产碳陶盘制动乐音表示很是超卓，乐音节制最高能够达到3A级，对比发觉这方面国外碳陶盘不如国产碳陶盘。 轻量化方面国产碳陶盘可实现轻量化率跨越50%。静扭强度、扭转委靡以和振动耐久委靡等测试成果表白，国产碳陶盘强度很是好，靠得住性高。机能测试成果表白，国产碳陶盘的耐磨性和抗热衰机能表示都很是优异。 热变形、高负载、热委靡等测试成果表白，国产碳陶盘的耐热性也长短常优异，表示很是好。 对国产碳陶盘进行了2万公里从南跑到北的实车路试，最北达到了黑龙江的黑河。整个路试过程中国产碳陶盘的刹车很是活络，脚感很是好。盘片很是耐磨，整个路试跑下来盘的磨损仅为0.01毫米。总体系体例动机能方面表示很是超卓，没有呈现异响、发抖、制动力不足等主机厂比力担忧的问题。 乘用车碳陶制动盘目前所具有的问题就是高成本。高成本限制了乘用车碳陶盘的推广和使用，目前国产碳陶盘使用次要集中在改卸车这个范畴。实现碳陶盘的低成本制备建议能够从以下5个纬度动手。起首是原材料方面，碳陶盘原材料成本大部门源自碳纤维，这块我们能够通过优化碳纤维的商标和含量来实现原材料成本的降低。其次是制备工艺方面，长纤盘制备周期长次要受限于热工艺，热工艺这块又包含CVI增碳工艺和反映熔渗陶瓷化工艺，我们能够通过开辟多料柱限域CVI工艺和快速熔融工艺来实现出产周期的大幅度降低降低至一个月以内。智能化这一块，由于碳陶盘的加工分歧于保守金属盘，陶瓷组分的具有使其加工难度大和加工效率低。目前国内碳陶盘的机械加工多为非智能化出产，通过智能化在线检测和出产能够大幅度提高出产效率，进一步降低成本。新工艺上和新方式这一块也有良多工作能够做。当前长纤盘预制体是从方板上面切割下来，如许会构成两头和四个角五块余料，导致整个原材料的操纵率很是低。我们团队目前正在开辟近尺寸预制体成型工艺，该工艺能够间接制备出环形坯体和通风散热布局，如许就能够大大提高原材料的操纵率同时还能够削减制动盘的机械加工量，大幅度降低制备成本。第五个方面是能源价钱，由于制备碳陶盘热工艺所需的温度高且时间长，用电量长短常大的，所以若是可以或许争取到优惠的能源专项价钱，对于碳陶盘的成本降低长短常有帮忙。 因为时间问题，最初就快速引见一下我们团队所研制的碳陶产物和使用环境。2016年我们团队在湖南株洲成立了手艺公司湖南世鑫新材料无限公司。公司次要是处置汽车、高速列车、城轨、地铁以和坦克、军工热场用碳陶复合材料和其产物的研发，出产和发卖。 汽车范畴我们研制的碳陶盘笼盖乘用车、高机能车、越野车、军车等浩繁车型。 轨交范畴我们在国际上初次研发了时速140公里、160公里、200公里、350公里碳陶制动盘和时速600公里的磁轻薄撬，而且和中车主机厂以和德国克诺尔合作完成了相关的卸车验证工作。 军工范畴我们研制的高能载碳陶制动盘/片使用于某主战坦克和外贸坦克，其利用寿命是保守材料的4倍以上并能实现32°坡道驻车。 航空航天范畴我们团队研制的空间卫星用碳基产物使用于风云系列景象形象卫星，比拟保守金属件，单件减重7公斤，减重率达到40%。 湖南世鑫公司与国际出名的轨道交通企业克诺尔、法维莱告竣了合作计谋，是他们的焦点供应商。国内这一块我们的合作伙伴包罗比亚迪、北汽、吉利、小鹏、宇通等单元。 很是感激大师！ （注：本文按照现场速记拾掇，未经演讲嘉宾核阅）
