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发布日期：2024-04-27 06:59    点击次数：146

出品｜新闻

导语：碳基复合材料一直是公认的耐高温摩擦材料的“扛把子”，中国制造从碳/碳到碳/陶被用来出产刹车盘和其他耐高温结构件，中国的C919、舰载机、歼击机和运载机等10多种先进飞机平庸应用国产刹车盘。

一、飞机这么的硕大无比，是何如刹车的？

可别小看这飞机的刹车盘，它却是飞机的关键部件之一，与飞机的“腹黑”发动机和“大脑”飞控相似，同等巨大。

和汽车其实旨趣相似，飞机着陆时，仅仅耐热性能要好许多，多数使用多片刹车系统机轮上的刹车提供了绝大部分延缓遵守，把飞机巨大的动能升沉为刹车盘的内能，当飞机在高速滑跑中遇到突发情况，需要中断升起时，蹙迫制动使刹车盘接收愈加严酷的考验，急剧升温到红热状态。

飞机刹车系统测试

飞机刹车系合股般接纳液压制动本领（787之外），由发动机为液压泵提供能源，液压泵将低压移动为高压，通过液压管路将压力传输给刹车作动器。刹车作动器鼓励压紧刹车盘，通过刹车盘间的摩擦，提供缺乏机轮滚动的力矩，以减小飞机滑跑速率。

这个听起来浅显，其实少量儿都不浅显。因为飞机着陆时速率很快，蕴含巨大能量，笔据能量守恒定律，飞机需要依靠反推安装和刹车安装去领受掉这个巨大能量（自然气动阻力也能帮少量忙），智商使飞机静止下来。刹车盘在摩擦流程中，把大部分飞活泼能升沉为热能，因此，刹车盘的责任温度至少在几百度。

不仅如斯，飞机刹车系统在蓄意时，还要商量许多运营中可能出现的无意情况，这对刹车盘建议了更高要求。比如飞机在跑说念高速滑跑准备升起时，遇到突发情景需要阻隔升起。又比如飞机升起不久发现系统故障需要复返，况且这个时间襟缝翼又无法所有灵通。这些无意情景一朝发生，那么刹车盘就需要领受比平日着陆情况大得多的能量。

二、飞机降落时，刹车盘要领受多大能量？

由于飞机有着更高的速率与分量对刹车盘的挑战最严酷，需要开展“最严酷着陆住手熟练”来考据刹车盘是否倨傲蓄意需求。

在这个熟练工况下，飞机比平日着陆情况更重（油箱险些是满的）、速率更快、气动阻力更小（襟缝翼不成所有灵通）、反推安装关闭，险些全靠刹车盘领受飞活泼能。

那么这种情况下，刹车盘要领受多大能量呢？按照飞机重78吨、以200节速率着陆来计较的话，这个能量大要是360兆焦。按照高中物理学到的常识，1焦耳能量不错把1N（牛顿）物体举起1米。假定这个1N的物体是颗小苹果，那么360兆焦的能量不错把3.6万吨苹果举起1米，或者把这颗小苹果举起36万公里——这差未几是地球到月球的距离。

这时的刹车盘由于领受了巨大的能量，温度急剧飞腾，能达到一千多度，高温使其呈现亮堂的橙色，看上去就像一颗滚热的火球。

制造飞机刹车盘的材料既需要扛得住摩擦又得耐得了高温，什么材料能倨傲这么的条款呢？谜底等于，碳/碳复合材料。

三、无意带来的惊喜：碳/碳复合材料

早先飞机使用的是粉末冶金的钢制刹车盘，存在分量大、高温性能差、寿命短的缺欠。与之比较，碳/碳复合材料刹车盘具有愈加优异的性能，且比钢制刹车盘减重40%（关于有多个机轮的大飞机，等于数百千克乃至上吨的减重遵守），因而获取平庸应用。

所谓碳/碳复合材料，是以碳纤维为骨架、碳为基体组成的复合材料。其中碳纤维的步地不错是连气儿纤维组成的立体框架，也不错是无序散播的短切纤维；碳基体由浸渍的树脂、沥青炭化得到，或由碳氢化物气体（如自然气、丙烷）热解千里积而来。

它的发现流程是个无意的惊喜。1958年，Chance vought航空公司在研究碳纤维/酚醛树脂复合材料时，发生了一些无理，使树脂基体未被氧化而发生了热解酿成基体碳，这是宇宙上初度发现碳/碳复合材料。

碳纤维/酚醛树脂复合材料是一种应用平庸的树脂基复合材料。碳纤维树脂基复合材料由于具有较高的比强度、比模量、较好的延展性、不凡的抗腐蚀性等特色，被平庸应用在航空航天等工业限制，其研究较早、“闻明度”较高，是以在许多东说念主的看法里，复合材料就等同于碳纤维树脂基复合材料。

四、飞机碳刹车盘是怎么造出来的

经过几十年的研究，当代工艺出产的碳/碳复合材料仍是具备高比强、高比模、耐高温、摩擦磨损性能优异等特色，随机很好地倨傲航空航天对材料在高温、高速条款下的空洞性能要求。因此，碳/碳复合材料仍是成为新一代航空航天材料发展的要点想法之一。

刹车盘事关航空安全，有格外高的壁垒，法国赛峰、好意思国霍尼韦尔等巨头把持了专家80%以上的飞机刹车盘商场。

以法国航空巨头——赛峰（Safran）公司出产碳刹车盘的流程为例，开端对层层平铺的碳纤维进行针刺。

碳纤维毡

使一部分纤维转到垂直想法，把各层聚拢起来，酿成碳纤维毡；多层碳纤维毡堆叠、针刺得到多孔的碳纤维预制体；浸渍树脂炭化，并接纳化学气相浸渗法千里积热解碳，填充碳纤维之间的孔隙，杀青密致化；

快速千里积在名义的碳酿成硬皮，须通过机械加工去除，以利于后续的浸渗，并加工出刹车盘的时局；

密致化和加工要反复屡次进行，直至达到所需的密度和尺寸，随后喷涂磷酸盐等抗氧化涂层；终末进行两三千度的高温热责罚，使无序的热解碳发生石墨化，提高刹车盘的热导率，改善摩擦性能。

四、C919大型客机用上国产复合材料刹车盘

从1972年起，中航工业西安航空制动科技有限公司（西安制动）在国内率先开展碳刹车材料研究，于1983年告捷研制出第一代国产碳刹车盘。当今我国已有多家企业随机出产碳刹车盘，应用于歼10、ARJ21、C919等军民用飞机。

2008 年，由西安制动与西北工业大学合股研制的碳/陶刹车盘杀青国际上初度装机应用，并抓行到舰载机、歼击机、预警机等多个机型，获2016年国度本领发明二等奖。

当今，C919大型客机刹车盘使用的等于国产碳基复合材料，其供应商同期也为波音757、空客320等机型提供刹车盘。

由于刹车盘属于耗材，大要一两千次起降就必须更换，使用海外入口刹车盘用度较高。在商场需求的拉动下，国内材料厂商纷繁启动研制民机碳刹车盘。

碳复合材料的涂层一直是国表里研究的要点。由于碳/碳复合材料在370度附近启动氧化，材料性能下落，因此，其在有氧环境下使用，必须在名义制备抗氧化涂层。涂层除了要有邃密的抗氧化性和抗烧蚀性外，还要与碳/碳复合材料具有较好的化学物理相容性和周边的膨大通盘。

C919刹车盘非摩擦面使用硼磷系涂层，在高温的责任环境下，不错有用延缓氧气在材料里面的扩散，提高材料使用寿命。一般的刹车盘可能在一千多个起降后就要更换，而C919的刹车盘经过疲钝熟练，解说不错达到两千个起降。

除了涂层，碳纤维预制体和增密工艺也对碳/碳复合材料的性能产生巨大影响。这方面，海外一般使用预氧化丝编织碳纤维预制体，它的优点是纤维柔韧性好、易成型，然而强度较低。而C919刹车盘使用的碳/碳复合材料，使用有机纤维编织碳纤维预制体，诚然编织难度大，然而酿成的预制体强度要高得多。同期，它还接纳化学气相渗入和液相浸渍复合的增密工艺，提高了材料的密度，使材料的高能刹车摩擦通盘大大提高。

跟着翱游器速率越来越快，其对耐高温材料的要求势必越来越高。动作耐高温材料界的“实力担当”，碳/碳复合材料的研究显著方兴未已。

当今，国内有机构研究出一种耐3000度超高温多元陶瓷碳/碳复合材料，将多元陶瓷与碳/碳复合材料和会，哄骗陶瓷高熔点、高强度、高耐磨等性情，进一步提高碳/碳复合材料的耐高温性能和力学性能，创造了烧蚀材料耐高温的宇宙新记载。

结语：制动一小步，中国本领跨越一大步。当今，国内碳/碳刹车企业已发展成为一个产业，10多家专科企业，百花都放。国产飞机刹车盘从“跟跑”到“领跑，背后是新材料从现实室到工业出产的逼迫立异，咱们肯定，改日国产碳复合材料会在耐高温摩擦材料“实力担当”的说念路上越走越远。

参考文件：

[1] 飞机刹车系统的防滑刹车（Anti-skid）旨趣

[2]《中国民航报》. 中国飞机刹车盘开端专家告捷启示录

[3] 高速制动场景催生碳碳/碳陶刹车材料需求