中国粉体网讯 制动盘是制动系统的核心部件之一，通过制动盘与制动闸片间的摩擦接触将动能转化为热能以实现紧急制动。制动过程中始终发生剧烈的摩擦作用，而制动盘的材料属性和结构特征都会影响热量的传输路径，所以制动盘在设计过程中需要综合考虑材料、结构、成形工艺等方面的问题。其中，材料是制动盘研究的重要内容。
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目前国内外开发的制动盘主要为铸铁、铸钢、锻钢、铝基/铜基复合材料与以碳纤维或其织物为增强相（C/C）的复合材料制动盘。
铸铁、铸钢、锻钢制动盘
铸铁制动盘材料的发展可分为普通灰铸铁、镍-铬-钼低合金铸铁和蠕墨铸铁3个阶段。普通片状石墨铸铁制动盘在使用过程中磨损较快，在地铁上应用较多。低合金铸铁中添加了镍、铬、钼，提高了耐热龟裂性和高温耐磨性，但强度较低，热疲劳性较差。蠕墨铸铁制动盘通过贝氏体等温淬火处理强化铸铁基体，并添加变质剂将使片层状石墨转变为蠕虫状石墨，保持了铸铁的导热性，提高了强度和抗热龟裂性，但耐磨性还需要进一步提高。
铸钢制动盘具有可进行复杂散热结构设计、制动过程中盘体降温迅速等优点，同时铸钢制动盘在经过适当的合金化和热处理之后，具有较好的耐磨性、耐热性和强韧性。目前，日本的新干线列车、法国的TGV系列高速列车、韩国高速列车KTX、德国的ICE系列车辆以及中国CRH2型和CRH3型高速列车均选用的是铸钢材质的制动盘。
锻钢具有较高的强度和韧性，同时还具有较高的抗热龟裂性，良好的耐磨性、耐热疲劳性、常温和高温力学性能，使用寿命长。此外，锻钢制动盘制造工艺稳定，质量更容易控制，在国内高速列车上得到了广泛应用。
金属基复合材料制动盘
铝基复合材料制动盘是以铝合金作为基体，以纤维、晶须与颗粒为增强相的复合材料所制备的制动盘。其中，纤维与晶须增强铝基复合材料存在生产成本高、制备中增强体易损伤且分布不均匀等缺点；颗粒增强铝基复合材料有效克服了这些缺点，因而得到广泛应用。常见增强颗粒主要为碳化硅、氧化铝、碳化硼、二硼化钛与二氧化锆等，其中碳化硅具有强度高、硬度高、弹性模量高与耐磨性能好等优点，常被选用为铝基复合材料的增强体。铝基复合材料综合铝合金与陶瓷材料的优势，相对于铝合金具有更佳的耐磨性、耐温性、比强度和比刚度，而相对于陶瓷材料又具有更高的导热性及韧性。铝基复合材料密度小，与铸铁制动盘相比，铝基复合材料制动盘质量减轻约 50%，同时表现出优良的比强度、比弹性模量、耐磨等综合性能。
铜基复合制动盘材料是在铜或铜合金基体中加入摩擦组元和润滑组元进行复合加工而成摩擦组元多为金属或非金属的氧化物或碳化物等，如Al2O3和SiC等，摩擦组元的加入不仅可以调节材料的摩擦磨损性能，也可以提升材料整体力学性能，满足生产应用需求。润滑组元目前比较常用的是石墨和二硫化钼，它的加入可以消弱摩擦组元加入而显现出的较高摩擦因数，同时保持制动盘材料摩擦因数的稳定。
C/C复合材料制动盘
碳/碳（C/C）复合材料是以碳纤维或石墨纤维为增强体的碳基复合材料，其全质碳结构不仅保留了纤维增强材料优异的力学性能和灵活的结构可设计性，还兼具碳素材料诸多优点，如低密度、低的热膨胀系数、高导热导电性、优异的耐热冲击、耐烧蚀及耐摩擦性等，尤为重要的是，该材料力学性能随温度升高不降反升。自1958年诞生以来，C/C复合材料在发展初期，由于生产周期长，价格昂贵，主要用于固体火箭发动机喉衬、航天飞机的机翼前缘、后缘和鼻帽锥等性能要求较高的航天等尖端技术领域。随着炭纤维制备技术的快速发展、生产成本的持续降低，C/C复合材料已广泛应用于飞机、高速列车的刹车装置、单晶炉用坩埚、热压模具等民用领域，而制动刹车系统的应用占了较大份额。
C/C-SiC复合材料制动盘
碳陶（C/C-SiC）复合材料是在C/C复合材料基础上发展起来的一种新型制动盘材料，该材料是以准三维碳纤维整体针刺毡为骨架增强体，以沉积碳、SiC及残余硅为基体的复合材料。与C/C复合材料相比，C/C-SiC复合材料基体中创新引入了SiC相，SiC的引入不仅延续了C/C复合材料密度小、刹车平稳、热容量大等特点，而且还较好地弥补了C/C复合材料湿态摩擦因数低、生产周期长、制备成本高等缺点；该复合材料因具有摩擦因数大、磨损率低、湿态摩擦因数衰减小、抗氧化性能好、环境适用强等优点，而成为新一代高性能制动盘材料。2008年，由该材料制成的制动盘成功在国内飞机上实现应用，并逐步在多个机型上取得应用，现逐步向高铁、磁悬浮列车、汽车、赛车等多个制动领域扩展。
参考资料：
1、司丽娜等，《铜基复合制动材料摩擦磨损性能研究进展》
2、曲选辉等，《现代轨道交通刹车材料的发展与应用》
3、周蕊等，《碳陶复合材料的摩擦磨损性能》
4、李贺军等，《国内C/C复合材料研究进展》
5、程皓等，《C/C复合材料在制动系统的应用及发展》
6、朱世婷等，《高速列车制动盘用钢现状与发展趋势》
7、刘春轩等，《轨道交通制动盘用颗粒增强铝基复合材料研究及进展》
（中国粉体网编辑整理/长安）
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