1.復(fù)合型剎車(chē)片

    為了滿(mǎn)足未來(lái)高速鐵路的制動(dòng)技術(shù)要求，國(guó)內(nèi)外科研工作者都在努力研制開(kāi)發(fā)高性能剎車(chē)片材料，以滿(mǎn)足市場(chǎng)要求。其中C/C復(fù)合材料是近幾年開(kāi)發(fā)出來(lái)的新型制動(dòng)材料，是一種C纖維增強(qiáng)、以C為基體的新型結(jié)構(gòu)材料，它具有質(zhì)量輕、模量高、比強(qiáng)度大、熱膨脹系數(shù)低、耐高溫、耐熱沖擊、耐腐蝕、吸震性好等一系列的優(yōu)良性能，C/C復(fù)合材料的這些獨(dú)特性能使之能同時(shí)完成剎車(chē)副的三項(xiàng)功能，即提高摩擦、傳遞機(jī)械載荷、吸收動(dòng)能。

    從碳纖維增強(qiáng)體的結(jié)構(gòu)來(lái)看，其可以分為三種，第一種為單層氈，其由于短纖維未能形成完整的纖維增強(qiáng)體，導(dǎo)致材料力學(xué)性能低，所以該種結(jié)構(gòu)所制，備的剎車(chē)片主要用于早期的實(shí)驗(yàn)機(jī)型；第二種為整體氈，其碳布層結(jié)構(gòu)所制的材料因其層剪切強(qiáng)度低，垂直導(dǎo)熱率低等因素的影響，其應(yīng)用的剎車(chē)片也是早期機(jī)型；第三種結(jié)構(gòu)為針刺氈結(jié)構(gòu)，非常合適CVD工藝增密，并且所制的材料具有良好的力學(xué)、熱學(xué)和摩擦磨損性能，已經(jīng)成為目前C/C復(fù)合材料增強(qiáng)體的基本結(jié)構(gòu)，并取得不斷改進(jìn)。

    C/C復(fù)合材料制動(dòng)剎車(chē)片由于成本高，主要用于飛機(jī)制動(dòng)器，但是隨著近年來(lái)高速鐵路的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外科技工作者開(kāi)始研制開(kāi)發(fā)用于高速鐵路的C/C復(fù)合材料制動(dòng)剎車(chē)片。德國(guó)KnoorBremse公司研制的一種碳纖維復(fù)合材料制動(dòng)器，實(shí)驗(yàn)證明，該制動(dòng)器在時(shí)速高達(dá)250km/h下質(zhì)量尚好。在該公司試驗(yàn)臺(tái)以250km/h試驗(yàn)時(shí)，其吸收的制動(dòng)能高達(dá)100MJ。法國(guó)碳工業(yè)公司制造的碳纖維復(fù)合材料的比熱容是鋼的2倍，線(xiàn)脹系數(shù)和彈性模量都比較小，具有優(yōu)異的耐高溫性能。它能在1000℃的高溫下工作，件重僅為鋼的1/4，目前已經(jīng)在TGV-A上得到應(yīng)用。日本新干線(xiàn)270km/h電動(dòng)車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)也采用了碳纖維增強(qiáng)材料。由此可見(jiàn)，碳纖維復(fù)合材料是一種國(guó)際上重點(diǎn)開(kāi)發(fā)的剎車(chē)片材料，我國(guó)在C/C復(fù)合材料制動(dòng)剎車(chē)片的研發(fā)上也已經(jīng)起步。

2.合成剎車(chē)片

    合成摩擦材料是將金屬粉末、酚醛樹(shù)脂和摩擦調(diào)節(jié)劑等經(jīng)充分混煉后加熱壓制而成，它將材料與制品工序合二為一。所用摩擦調(diào)節(jié)劑，一般是采用腰果殼油制成的顆粒。按形狀與制動(dòng)方式的不同，又分為合成剎車(chē)片和合成閘片。合成剎車(chē)片與閘片的配方與工藝相同，改變其配比工藝，可獲得不同的摩擦系數(shù)。我國(guó)目前研制的合成剎車(chē)片分低摩擦系數(shù)合成剎車(chē)片和高摩擦系數(shù)合成剎車(chē)片。

    合成摩擦材料具有如下明顯的特色：可通過(guò)改變材質(zhì)配方和工藝在一定范圍內(nèi)可調(diào)整其物理機(jī)械性能，耐磨性好，使用壽命可達(dá)鑄鐵剎車(chē)片/閘片的四倍以上，制動(dòng)時(shí)無(wú)火花，重量輕，高速區(qū)摩擦系數(shù)大且不隨列車(chē)速度的改變而變化。合成摩擦材料也存在如下幾個(gè)不足之處：一是導(dǎo)熱性差，制動(dòng)量熱量難以散發(fā)，因而車(chē)輪產(chǎn)生溫升，甚至導(dǎo)致熱裂。其次是在濕潤(rùn)狀態(tài)下，摩擦系數(shù)大為下降，受天氣影響大，在雨雪天氣制動(dòng)能力下降。此外，這類(lèi)剎車(chē)片與車(chē)輪踏面反復(fù)磨合后，使二者間的粘性降低；有機(jī)合成摩擦材料的使用溫度一般不能超過(guò)250℃。當(dāng)制動(dòng)處溫度達(dá)250℃時(shí)，其磨損率急劇增加。溫度較高時(shí)，由于其組分的改變，摩擦系數(shù)也將改變。有機(jī)合成摩擦材料推薦使用在時(shí)速160～200km的列車(chē)上。

3.高磨合成剎車(chē)片

    高摩合成剎車(chē)片研究工作開(kāi)展最早的有英國(guó)、美國(guó)和前蘇聯(lián)。1907年，英國(guó)飛洛多公司用棉毛混紡條層壓成剎車(chē)片，并用于倫敦地鐵。以后逐漸改進(jìn)，至50年代己改用以石棉等為增強(qiáng)材料和酚醛樹(shù)脂為黏合劑的合成剎車(chē)片。美國(guó)早在1924年就開(kāi)始研制以層壓木為非金屬摩擦材料，并應(yīng)用于鐵路車(chē)輛制動(dòng)。1954年以后，“Cobra” 牌號(hào)合成剎車(chē)片作為商品形式在鐵路上大量使用，其主要成分為合成橡膠、石棉等，摩擦系數(shù)在每小時(shí)140公里速度時(shí)為0.26，耐磨性為鑄鐵剎車(chē)片的5倍。蘇聯(lián)在合成剎車(chē)片的研究上開(kāi)始也很早，在地下鐵道中早就使用層壓木的塑料剎車(chē)片。不過(guò)新的合成剎車(chē)片的材質(zhì)研究是從1956年開(kāi)始。曾用三種類(lèi)型的黏合劑，分別為酚醛樹(shù)脂、合成橡膠、酚醛樹(shù)脂和合成橡膠混合物。試驗(yàn)結(jié)果表明：采用合成橡膠為黏合劑的高摩合成剎車(chē)片的制動(dòng)性能優(yōu)異。已廣泛應(yīng)用于快速旅客列車(chē)上。