摘要：本次研制开发了一种高寒地区高速列车制动闸片用冶金摩擦材料--碳纤维铜基纳米复合材料，它是一种以铜基碳纤维增强、以纳米为基体的新型结构材料，具有质量轻、模量高、比强度大、热膨胀系数低、耐高温、耐热冲击、耐腐蚀、吸震性好等一系列的优良性能。实验证明，该材料在时速高达 420km/h 下质量尚好。在试验台以 380/km/h 实验时，其吸收的制动能高达 100MJ，比热容是钢的 2 倍，线膨胀系数和弹性模量都比较小，具有优异的耐高温性能。它能在-50℃～1000℃的温度下工作，件重仅为钢的 1/4。在性能上可以等同甚至超越国外同类产品。
关键词：高速列车制动闸片；新型结构材料；超越国外同类产品
一、项目建设的指导思想
近10年来，世界材料产业的产值以每年约30%的速度增长。当前，微电子、光电子、新能源、化工新材料成了研究最活跃、发展最快、最为投资者所看好的新材料领域。材料创新已成为推动人类文明进步的重要动力之一，也促进了技术的发展和产业的升级。随着新材料和微电子技术的迅速发展，应用微电子技术和微传感器技术自动检测制动过程中摩擦材料的摩擦系数、摩擦力、摩擦量及表面温度，通过控制技术自动调节制动过程中的制动力和表面温度，提高制动的可靠性和安全性，这是未来摩擦材料发展的重要方向，也是世界火车制动材料发展对原材料提出的更高要求。
二、研制项目的技术基础及关键技术的突破
2.1主要研究内容及研究目标
研究内容：研制开发了一种高寒地区高速列车制动闸片用冶金摩擦材料--碳纤维铜基纳米复合材料，它是一种以铜基碳纤维增强、以纳米为基体的新型结构材料，具有质量轻、模量高、比强度大、热膨胀系数低、耐高温、耐热冲击、耐腐蚀、吸震性好等一系列的优良性能。相应技术已经申请国家发明专利。
研究目标：自主研制开发一种高寒地区高速列车制动闸片用冶金摩擦材料--碳纤维铜基纳米复合材料，生产适用于在高寒地区运行时速380公里的高速列车制动闸片，应用于高速列车动车组的制动闸片。
2.2项目的技术基础
我们公司始终专注高新摩擦材料系列化产品研发、生产，是国内从事高新摩擦材料的专业企业，公司产品始终处于行业领先地位。公司研发中心主要职能是从事摩擦材料新产品、新工艺、新技术的研究、试验与推广应用；新产品实施方案的调研、论证及工艺、装备、生产流程方案的确定和新产品实施工作；负责企业技术文件、技术标准的制定及执行监督工作，为生产一线提供技术支持和保障。
同时公司国内各大科研单位、大学院校等部分国内外研发机构建立了长期的研发合作机制，为公司的技术创新和技术进步奠定了坚实基础。
2.3生产工艺
对于粉末冶金生产线而言，其传统的粉末冶金生产工艺方法是必不可少的。粉末冶金摩擦材料具有独特的组织结构——连续的金属基体上镶嵌着起摩擦作用和起润滑作用的各种金属或非金属添加剂。确定一种恰到好处的金属基体十分重要，因为基体的类型实际上决定材料的摩擦性能水平。本项目为一种能满足《盘形制动装置技术条件》有关闸片性能要求的摩擦材料，其摩擦性能满足我国新一代高铁的制动需要，符合UIC机TB的要求，要求有较低的成本和较好的制动性能。生产工艺流程图如下页图：
2.4主要技术指标
高速列车制动闸片用冶金摩擦材料以 380/km/h 实验时，其吸收的制动能高达 100MJ，比热容是钢的 2 倍，线膨胀系数和弹性模量都比较小，具有优异的耐高温性能。它能在-50℃～1000℃的温度下工作，件重仅为钢的 1/4。
2.5技术创新点
本项目采用粉末冶金法制备金属陶瓷复合材料烧结体，以其优异的性能成为高速列车闸片较为理想的制动材料。具有瞬时摩擦系数不随列车速度和天气状况改变而变化的优点，其耐磨性和导热性都比较好，可以适应于制动温度为600~800℃，在高温状态下有良好的摩擦磨损性能。在国外的高速铁路（300 km/h）中得到了广泛应用，法国TGV、日本的新干线等高速列车上都采用了粉末冶金摩擦材料。我公司已开展了多年“高速列车粉末冶金制动闸片”的研究工作，并与国内的科研院所（如中南大学粉末冶金研究院、北京科技大学材料学院、大连交通大学等）进行充分的技术交流，利用“请进来，走出去”的方式整合国内的技术优势，利用我公司的软硬件设备，吸收国内的粉末冶金技术，研发了高性能的粉末冶金列车制动材料，以实现我国高速列车制动闸片的国产化。
2.6任务分工
本项目的实施以公司技术中心为承担。总经理负责项目的总规划和协调，负责按相关规定管理项目的进度，本人及技术中心负责完善高速列车粉末冶金制动闸片结构和外形的设计，负责研究和选定各速度段摩擦材料配方，负责探索和确定工艺方法、参数以及试验方法，负责完成或组织完成研发过程中的各种生产和试验，行政部负责对课题执行过程中的知识产权（含专利）进行保护和有效利用，质量部负责该项目的质量检测的设备和检测，负责与该项目有关的其它任务。
三、结束语
通过本项目的研发，建设粉末冶金摩擦材料生产线，生产200 ~ 250 km/h的动车组粉末冶金制动闸片、300~380km/h及以上动车组用粉末冶金闸片、以及风电主轴制动器用的制动块、粉末冶金离合器片等。解决我国高速列车制动摩擦材料关键技术产品需要进口的技术瓶颈，为我国高速列车提供关键材料和配套产品，替代进口件。
项目确定的技术目标
① 完成380km/h高速闸片外形结构形式的设计。
② 完成摩擦材料配方的研究。
③ 完成工艺方法的研究。
④ 其它技术指标均达到TJ/CL 307-2014《动车组闸片暂行技术条件》中标准。
参考文献：
[1]《碳纤维增强铜基复合材料的最新研究进展和应用》［TM］.上海：上海交通大学，2010.
[2]《短碳纤维增强铜合金复合材料的摩擦磨损机理研究》［TM］.哈尔滨：哈尔滨理工大学，2009.
论文作者:丁淑婧
论文发表刊物:《基层建设》2019年第7期
论文发表时间:2019/6/24
标签：制动闸论文; 摩擦论文; 材料论文; 粉末冶金论文; 列车论文; 碳纤维论文; 技术论文; 《基层建设》2019年第7期论文;