Keraamiliste piduriklotside uurimine ja arendus

Kaasaegsete autode üha nõudlikumate kiiruse, ohutuse ja mugavuse nõuete täitmiseks on vaja pidevalt pingutada pidurisüsteemide ja pidurimaterjalide arendamisega. Eriti kõrgel temperatuuril pidurdamisel on materjali stabiilsus ja ohutus üliolulised. See artikkel annab lühikese ülevaate keraamiliste piduriklotside uurimis- ja arendustegevusest, uurib autokeraamiliste piduriklotside ettevalmistusprotsessi ja peamisi tehnilisi probleeme ning nende tohutut turupotentsiaali. Selles tehakse ettepanek, et keraamilised piduriklotsid oleksid mootorsõidukite piduri hõõrdematerjalide arengusuund, mis on keraamiliste pidurimaterjalide väljatöötamisel väga oluline.

Peamiselt mootorsõidukite pidurisüsteemides kasutatavate poolmetallist hõõrdematerjalide ja asbestivabade hõõrdematerjalide müra, vibratsiooni, suure kulumise ja lühikese kasutusea tõttu võivad süsiniku/süsinik komposiithõõrdematerjalid, mida saab asendada, olla suurepärase jõudlusega, kuid nende kulud on suhteliselt kõrged ja neid kasutatakse tavaliselt ainult lennukitel. Keraamiliste materjalide eelisteks on väike erikaal, kõrge sulamistemperatuur, kõrge kõvadus, hea keemiline stabiilsus ja korrosioonikindlus ning neid on laialdaselt kasutatud hõõrdematerjalides. Seetõttu on uute keraamiliste hõõrdematerjalide väljatöötamine, millel on stabiilne hõõrdejõudlus, madal kulumismäär, pikk kasutusiga, müra ja vibratsioon, muutunud hõõrdematerjalide uurimise kuumaks valdkonnaks.

1. Piduriklotside materjali kasutamise ajalugu

Traditsiooniline piduriklotside materjal on valmistatud asbestkiuga täidetud fenoolvaigust, kus asbest on valmistatud silikaatmineraalidest ja sisaldab oma koostises teatud koguses kristalset vett. Kaasaegsete autode kiiruse suurenemine on toonud kaasa pidurikomponentide pinnatemperatuuri kuni 300-500 kraadini. Asbesti hõõrdematerjalidel on halb soojusjuhtivus ja kuumakindlus ning nad kaotavad kristallilise vee umbes 400 kraadi juures. 550 kraadi juures kaob kristalliline vesi täielikult ja tugevdav toime on põhimõtteliselt kadunud. Pärast asbesti dehüdratsiooni võib see põhjustada ebastabiilset hõõrdumist, töökihi materjali halvenemist, intensiivistunud kulumist ja ilmset "kuumalanguse" nähtust. Lisaks avaldab asbest töötlemise ja kasutamise käigus tolmule kantserogeenset toimet, mistõttu on lääne tööstusriikides asbestipõhised piduriklotsid keelatud ning ka Hiina on seda tüüpi materjalide kasutamist piiranud. On ilmselge, et asbesti orgaanilised hõõrdematerjalid ei sobi enam autotööstuse ja kaasaegse ühiskonna arendusvajadusteks ning asenduvad järk-järgult uute materjalidega.

Teise põlvkonna piduriklotside materjal on poolmetallist grafiitkomposiitmaterjal. Selle põhikomponendid on teraskiud, grafiit, metallipulber ja nende abimaterjalid, mis on seotud ja vormitud modifitseeritud fenoolvaiguga. See on oma nime saanud piduriklotside metallisisalduse järgi, mis moodustab poole kogukaalust. Sellised riigid nagu USA, Euroopa ja Jaapan hakkasid nende kasutamist laialdaselt propageerima 1960. aastatel. Poolmetallist lehtede kulumiskindlus on üle 25% kõrgem kui asbestilehtedel ning neil on ka eelised, nagu kõrge hõõrdetegur, hea soojusjuhtivus ning lihtne töötlemine ja vormimine. Seetõttu domineerib seda tüüpi materjal praegu Hiina piduriklotside turul.

Tootel on aga endiselt järgmised puudused: ① teraskiud on altid roostele, mis võivad pärast roostetamist toodet kergesti kleepuda või kahjustada ning toote tugevus väheneb ja kulumine suureneb pärast roostetamist; ② Kõrge soojusjuhtivus võib kergesti põhjustada kõrgetel temperatuuridel pidurisüsteemi õhutakistust, mille tulemuseks on hõõrdeplaadikihi eraldumine terasplaadist; ③ Kõrge kõvadus võib kahekordset materjali kahjustada, põhjustades vibratsiooni ja madala sagedusega pidurdusmüra; ④ Suur tihedus.

Kolmanda põlvkonna piduriklotside materjal on asbestivaba orgaaniline hõõrdumismaterjal (NAO). Tugevdusmaterjalina kasutatakse peamiselt klaaskiude, aromaatseid polüimiidkiude või muid kiude (nt süsinik ja keraamika). Selle peamine eelis on see, et see säilitab hea pidurdustõhususe nii madalal kui ka kõrgel temperatuuril, vähendab kulumist, müra ja pikendab piduriketaste kasutusiga. NAO tüüpi piduriklotside materjal on läbinud mitmeid muudatusi ja nüüd on NAO materjalid paljudes aspektides tõhusalt ületanud asbesti piduriklotside jõudlust, peamiselt hõõrdumise ja müra osas.

Keraamilised piduriklotsid on uus hõõrdematerjalide valik. Keraamilised piduriklotsid koosnevad keraamilistest kiududest, rauavabadest täiteainetest, liimidest ja vähesest kogusest metallist. Nende eelised on nagu müra puudumine, tolmu puudumine, rattarummude korrosiooni puudumine, pikk kasutusiga ja keskkonnakaitse.

2. 2 keraamilise piduriklotsi füüsikalised ja mehaanilised omadused

 

Uute keraamiliste piduriklotside ja vaigupõhiste piduriklotside füüsikaliste omaduste ja löögitugevuse võrdluse katsetulemused on toodud tabelis 1

Uues keraamilises koostises on kasutatud mitmesuguseid kergeid poorseid täiteaineid ning see ei sisalda metallkomponente (teraskiud, vaht, rauapulber, raskmetallid jne). Võrreldes poolmetallist valemiga on keraamilistel piduriklotsidel suur avatud poorsus ja madal tihedus. Samal ajal on keraamilistel hõõrdematerjalidel võrreldes vaigupõhiste hõõrdematerjalidega madalam kõvadus. See on peamiselt tingitud järgmistest põhjustest: esiteks on keraamilistel alustel piduriklotside pinnal palju poore, mis vähendab materjali enda efektiivset pinda, et taluda väliskoormust, mille tulemuseks on väiksemad väärtused kõvaduse testimisel; Teiseks on fenoolvaik tihedalt virnastatud jäikade aromaatsete tsüklitega, mis on ühendatud metüleeniga, ja pärast kõrgel temperatuuril kõvenemist on selle kõvadus suhteliselt kõrge; Vaigupõhises valemis (tavaline poolmetallivalem) on rohkem metallkomponente (teraskiud), mis suurendab ka vaigupõhise hõõrdematerjali üldist kõvadust. Löögitugevuse osas on vaigupõhistes piduriklotsides võrreldes keraamiliste piduriklotsidega suhteliselt suurem orgaaniliste komponentide sisaldus, eriti on lisatud nitriilkummipulbrit, mis hajutab sobiva koguse painduvaid kummiosakesi pideval jäigal ja kõval vaigul. maatriks, moodustades niinimetatud "kõrgmolekulaarse sulami". Kui vaigu kummimaatriks koosneb kummiosakestest, neelduvad kummiosakeste elastsuse tõttu pinge kontsentratsioonist tekkivad praod materjali kokkupõrkes, takistades pragude edasist laienemist ja aeglustades materjali kahjustumist. Makrotasandil väljendub see materjali löögitugevuse paranemisena; Kuigi keraamilistes valemites sisalduvatel anorgaanilistel sideainetel on hea kõrge temperatuuriga sidumisefekt, ei ole nende paindlikkus hea. Seda puudust saab aga saavutada, muutes keraamiliste piduriklotside materjali, püüdes muuta keraamiliste piduriklotside elastsusmoodulit. Griffithi mikropragude teooriat saab kasutada keraamilise materjali maatriksi plastosakeste või kiudude lisamiseks metallkeraamika või komposiitmaterjalide valmistamiseks, samuti võib see kunstlikult tekitada materjalis suurel hulgal ülipeeneid pragusid, kasutada energia neelamiseks ja pragude levimise vältimiseks. Hiljutine plastiline keraamika on tsirkooniumoksiidi lisamine alumiiniumoksiidile, mis kasutab tsirkooniumoksiidi faasimuutust, et tekitada ruumala muutusi ja moodustada maatriksis palju mikropragusid või olulisi sisemisi pingeid, parandades seeläbi materjali tugevust. Ülaltoodud meetodeid saab rakendada keraamiliste piduriklotside uurimisel ja täiustamisel, nii et keraamilistel piduriklotsidel pole mitte ainult ülikõrge kõvadus, vaid ka vaigupõhiste piduriklotside tugevus.

3.Keraamiliste piduriklotside peamised tehnilised probleemid

Praegu on autokeraamiliste hõõrdematerjalide puhul vaja parandada mitmeid olulisi tehnilisi probleeme.

 

(1) Parandage hõõrdematerjalide liimide (vaigu ja kummi) toimivust ja kvaliteeti (nagu kõrge termilise lagunemise temperatuur, madal soojuskadu, madal vaba fenooli sisaldus, kõrge pehmenemistemperatuur, peenosakeste suurus, hea sitkus jne), ja arendada aktiivselt hõõrdematerjalide jaoks uut tüüpi vaike;

 

(2) Parandage hõõrdematerjalide soojusjuhtivust, et kiirendada hõõrdesoojuse ülekandmist ja vältida hõõrdematerjalide lagunemisest tingitud jõudluse halvenemist;

 

(3) Kergete ja suure jõudlusega poorsete täiteainete aktiivne väljatöötamine toote tiheduse ja pidurdusmüra vähendamiseks;

 

(4) Parandada peamiste protsessiseadmete taset, nagu purustamine, segamine, kuumpressimine ja kuumtöötlemine (tahkumine), täiustada protsessi toiminguid, kvaliteedikontrolli ja -kontrolli meetodeid ning tagada toote masstootmise kvaliteedi stabiilsus;

 

(5) Vähendage hõõrdklotside tekitatud pidurimüra;

 

(6) Ohutu pidurdamise tagamiseks parandage piduri hõõrdklotside nihketugevust ja survetugevust.

Uute keraamiliste autode piduriklotside füüsikaliste ja mehaaniliste omaduste uurimise ja analüüsi kaudu on näha, et keraamilistel piduriklotsidel on sellised omadused nagu stabiilne hõõrdetegur, hea temperatuuritaluvus, pikk kasutusiga, mugav pidurdamine, piduriklotside kahjustuste puudumine. topeltketas ja pidurdusmüra puudub. Lisaks on neil kõrge kuluefektiivsus ja lai kasutusvõimalused.

Kuigi keraamilised piduriklotsid ei asenda lühiajaliselt tõenäoliselt traditsioonilisi piduriklotsid, liiguvad kaasaegsed autod suure jõudlusega, suure kiiruse, ohutuse ja mugavuse poole. See eeldab, et pidurisüsteem kui autode oluline komponent peab olema ohutu ja töökindel. Samal ajal tuleb pidevalt arendada uusi pidurimaterjale, et need vastaksid rangematele nõuetele. Keraamilised piduriklotsid muutuvad tulevikus paratamatult arengutrendiks.

Uut tüüpi autokeraamiliste piduriklotside, eriti kõrge temperatuurikindlate, madala müratasemega, metallivabade ja kiududevabade piduriklotside uurimine ja edasiarendus muudab eeldatavasti olemasolevate piduriklotside kasutusolekut Hiinas ja sellel on väga suur mõju. oluline sotsiaalne ja majanduslik tähtsus.