“哪里有運動，哪里就有制動。”對于高速運動的飛機、軌道交通運輸工具和汽車等，要讓它安全平穩地由運動狀態達到理想靜止，除了要有一套匹配的動力控制系統外，剎車材料也是各種制動裝置和摩擦傳動系統中不可或缺的重要組成部分，它能夠直接影響到設備的正常運轉和使用者的人身安全，其作用在于將運動著的交通運輸工具剎車時的大部分動能，通過剎車材料的吸收與消散，轉換成熱能，從而起到制動的作用。試想一部交通運輸工具，如果剎車性能不好，你敢駕駛或者敢乘坐嗎？所以，在各類交通運輸工具剎車技術的研究方面，為了確保制動系統的可靠性，剎車材料應具有如下特性：摩擦穩定性高、耐磨性強、制動過程噪聲較小，且不產生劇烈抖動，具有適當的熱庫容量，良好的力學性能和足夠的機械強度。
       
     制造完成的碳/陶剎車材料

         

      

       碳陶剎車盤裝置
 

　　材料是航空制動技術的“王冠”

 

　　飛機剎車材料被譽為航空制動技術上的“王冠”，航空工業強國歷來注重航空剎車技術和材料的研究。航空剎車材料的研究大致經歷了有機粘結劑制動材料、粉末冶金剎車材料、碳∕碳復合制動材料和碳/陶復合制動材料四個階段。

 

　　早在1929年美國的Schwarzkopf就提出利用粉末冶金方法制造摩擦材料，1932年生產出片粉末剎車盤；蘇聯在衛國戰爭之前就已開始了粉末冶金剎車材料的研制，并列裝軍用飛機使用；國外碳/碳復合材料起源于20世紀50年代，20世紀60年代開始裝配飛機。

 

　　航空剎車料研究開始于20世紀50~60年代，并伴隨著共和國的成長一步一步發展壯大。航空工業制動（西安航空制動科技有限公司，代號“514”廠），自1955年創建以來，承擔著航空機輪剎車技術及剎車材料研制的使命，于20世紀60年代開始研制粉末冶金剎車材料，雖然相比航空大國研究起步較晚，但發展速度很快，鐵基和銅基粉末冶金剎車材料，在較短時間內裝配國產軍用飛機；20世紀70年代，瞄準國際前沿技術，打破西方技術封鎖，開始研制碳/碳復合材料，并于20世紀90年代在國產某型軍機上實現飛，填補了航空碳/碳剎車材料應用的空白；21世紀初開始研制碳/陶復合剎車材料，并于2008年飛成功，成為上個將該剎車材料應用于飛機上的，達到了的水平。
 

 

　　本文從航空工業制動剎車材料的研制發展歷程對航空剎車技術及剎車材料的應用發展進行簡要介紹。

 

　　一路前行的航空工業制動

 

　　有機粘結劑剎車材料是早期的航空剎車材料，其材質配方組成中通常含有30%~50%左右的鐵質金屬物（鋼纖維、還原鐵粉、泡沫鐵粉）。其特點：耐熱性好、單位面積吸收功率高、導熱系數大、能適用于汽車在高速、重負荷運行時的制動工況要求。但由于制動溫度較低、壽命較短，目前該類材料已不適用于飛機領域，現今主要應用于轎車和重型卡車制動系統中。

 

　　粉末冶金剎車材料是在有機粘結劑剎車材料退出飛機制動系統后，航空工業制動通過不懈努力，研發出粉末冶金剎車材料進行替代。粉末冶金剎車材料又稱為燒結金屬剎車材料，是以金屬及其合金為基體，添加制動組元和潤滑組元，用粉末冶金方法制成的“金屬陶瓷”材料，是摩擦式離合器與制動器的關鍵組件。主要分為鐵基和銅基，為充分利用兩者各自的性能優勢又發展了鐵銅基剎車材料。1962年，航空工業制動次將粉末冶金剎車材料應用于盤式制動裝置中，開啟了國內剎車材料應用的新時代；20世紀70~80年代，粉末冶金剎車材料共服役于11個機種、總計650架份，與此同時，還陸續向約旦、巴基斯坦、埃及和美國等9個出口粉末冶金剎車材料；進入新世紀，為實現某型飛機的國產化，制造的粉末冶金剎車材料做出了大量卓有成效的工作。

 

　　碳/碳復合剎車材料，即以碳纖維或其編織物為增強相，以化學氣相沉積的熱解碳或液相浸漬的樹脂碳為基體，組成的純碳相復合材料。碳/碳復合剎車材料的技術與應用水平，成為衡量一個現代航空工業制造技術水平的重要依據之一。與前幾代的剎車材料相比，碳/碳復合剎車材料的應用，對于制動系統而言具有革命性和里程碑式的意義。在飛機制動系統中，由碳/碳復合材料制成的剎車熱庫與原來的鋼剎車盤熱庫相比，熱容量提高了約2倍左右，質量減少20%~40%，使用壽命提高了1倍。

 

　　航空工業制動有著40多年的飛機碳/碳剎車材料研發和制造歷史，開創了碳基剎車材料研發與制備的先河，創造了該領域國內多項，打破了美、英、法三國的技術壟斷，使成為上第四個掌握碳基剎車材料制備技術的，由此剎車材料的歷史車輪駛入了碳材料時代。從1970年發現到1972年批準立項開始，中航工業制動就瞄準了這一尖端技術，突破西方航空強國的技術壁壘，潛心研究，航空報國，矢志不渝。1977年，研制出了套扇形片結構的航空用碳∕碳剎車盤；1987年，碳/碳剎車材料制備工藝和防氧化技術獲得成功；1993年，碳/碳復合剎車材料制備技術獲得發明；1994年，碳/碳復合剎車材料防氧化技術獲得發明；1998年，碳/碳復合剎車材料在某重點型號飛機上實現了飛；2003年，碳/碳復合剎車材料獲得個TSOA技術標準批準書，并伴隨“新舟”60飛機飛出國門。

 

　　在堅實履行國防裝備使命的同時，航空工業制動始終堅持“寓軍于民、軍民融合”的發展思路，長期致力于民用航空和非航空產業的拓展。目前，航空工業制動已將碳/碳復合剎車材料成功應用于40多種軍機型號以及“新舟”60、運12、空客320、波音757等十余種民航機輪剎車產品取得適航許可并批量裝機使用。同時公司擁有民航局CAAC及歐洲航空安全局EASA的維修認可證書，承擔著空客、波音、龐巴迪和“新舟”系列等二十多個機種、180多個件號的航空剎車產品維修業務。航空工業制動擁有民航總局頒發的波音757、波音737-800、空客318／319／320剎車盤PMA（碳剎車盤零部件制造人）證書，同時，制動公司的高性能碳基復合剎車材料在去年和今年分別獲得屆軍民兩用技術創新應用大賽銀獎和軍民兩用技術十大創新項目獎，該材料已應用于保時捷、法拉利等F1賽車和奧迪、奔馳等高端轎車領域，在航空剎車材料創新應用上實現了軍民融合發展的大跨越。

 

　　碳/陶復合剎車材料的創新研究與應用

 

　　碳/陶復合剎車材料是在碳/碳復合剎車材料的基礎上采用改性技術，引入了具有優異抗氧化及摩擦磨損性能的組元對其基體進行改性，是以碳纖維為增強體，以熱解碳、改性組元為基體的一種多相復合剎車材料，除承繼了碳/碳剎車材料的所有優點外，還能夠解決其制備周期長、成本高、靜力矩低等問題、濕態剎車性能衰減大，特別是耐海水、耐鹽霧腐蝕性強，抗熱震和抗沖擊能力強，還能實現澆水快速冷卻，由過去的50分鐘縮短至如今的5～10分鐘即可出動，節約時間10倍左右，對于軍機戰略意義非同凡響，該材料被譽為目前剎車材料性能的高水平。

 

　　2005年，航空工業制動作為國內從事碳材料研究和產業化的“元老”與陶瓷基復合材料研究的“新貴”（西北工業大學張立同院士研究團隊）進行強強結合，優勢互補，僅僅用三年時間就打通了由研發到產業化應用之路。2008年，碳/陶復合剎車材料在某型殲擊機上成功飛，使我國成為上將碳/陶復合剎車材料成功應用于飛機制動系統的。此后，我們的碳/陶復合剎車材料已成熟地服役于我國的艦載機、殲擊機和運輸機等十多個先進飛機上，為捍衛祖國主權貢獻著自己的力量。2017年1月9日，雙方“產學研”的種子結出了累累碩果，航空工業制動和西北工業大學聯合研發的“碳陶飛機剎車功能復合材料的研制與應用”技術榮獲2016年度技術發明二等獎。碳/陶復合剎車材料的研發和應用，不僅是一次技術的迭代升級，更是“產學研”結合的典范。我們通過持續攻關，不斷突破技術“瓶頸”，現已成功地掌握了碳/陶核心制造、工藝和加工技術，打造出了級的“頂級裝備”產品。作為“新型飛機剎車材料”的研制與應用技術，該材料彌補了我國制動系統適應性差的短板。

 

　　材料對社會和經濟的發展起著指導與推動作用，是社會現代化的基石，被譽為當代文明的“三大支柱”之一。一代新材料衍生出一代新技術，隨著科學技術的不斷發展，對于材料的功能性和結構性都提出了更為苛刻的要求。碳陶復合剎車材料作為一種新興的戰略性材料在飛機制動系統中的優勢十分明顯，隨著制備技術的逐步成熟穩定，碳/陶復合剎車材料將會具有更為廣闊的應用前景，創造出更大的社會價值和經濟價值。技術革新創新永無止境，根據應用一代、儲備一代、研發一代、探索一代的良性技術發展模式，繼碳陶復合剎車材料之后，航空工業制動已經開始研發適用于未來需要的新材料、新技術。例如：通過基體和涂層改性技術將鋯基、鉿基和硼基化合物引入到碳/碳多孔預制體內，制造出新一代高性能、低成本的新型剎車材料，使我國航空剎車材料技術水平始終處于領跑地位。