简介
①课题来源与背景; 碳/碳(C/C)复合材料航空刹车盘具有密度低、热导率高、热稳定性好、高温力学性能及摩擦磨损性能优异等特点,飞机刹车领域得到广泛应用。随着我国民航业的高速发展,各类民用飞机的数量逐年增多,飞机刹车副的需求量也在逐年增加。但世界上的飞机碳刹车盘市场大部分被美、英、法的五家公司(Honeywell、B·F·Goodrich、Messier-Bugatti、ABS、Dunlop)所垄断,且价格昂贵。国内在C/C复合材料刹车盘方面的研究起步较晚,与西方发达国家存在较大的差距,从而致使我国的C/C刹车盘基本依赖进口,每年需耗费的外汇就达数亿美元。为尽快满足我国民用飞机对碳刹车盘的需求,打破国外对我国刹车盘的技术垄断,公司自2008年与西北工业大学合作研制C/C刹车盘以来,经过两年多的艰苦攻关,研制出了A318/A319/A320系列飞机碳刹车盘,并通过了地面台架试验和装机飞行试验,获得由中国民航总局颁发的零部件制造人批准书。 为迎接广阔的市场容量所带来的高成长空间,迫切需要将已取得的研发成果应用于产业化生产中。国内在近年也对碳刹车盘的制备工艺进行了大量深入的研究,采用复合工艺及化学气相沉积工艺来制备碳盘,制品已在一些机型上得到应用,但仍存在制备周期长、湿态刹车性能需进一步提高等问题。特别是碳刹车盘制备工艺对其摩擦系数的影响及制动过程中摩擦系数的变化等仍有待进一步研究。本项目在研制过程中,通过工艺创新,通过调整产品制备过程中的工艺参数,一定程度上缓解了前驱体气体对材料性能的影响问题,同时通过改进机械加工方法,基本解决沉积过程中因预制体表面易产生结壳而影响沉积速率的问题。
②技术原理及性能指标; 本项目通过工艺创新,在保证产品摩擦系数的前提下,有效提高了预制体的沉积速率,缩短了沉积周期,主要有以下三点创新:1 通过测量前驱体气体和沉积尾气的化学组成,有效调控前驱体气体的迁移、裂解、聚合等行为,从而充分提高沉积速率;2 探明树脂的浸渍量及其碳化过程对碳刹车盘摩擦系数的影响规律;3 根据黏着摩擦理论,通过调节各种工艺参数,提高并稳定碳刹车盘的摩擦系数。 项目完成时产品达到的各项技术指标:密度g/cm3≥1.75;摩擦系数0.22~0.30;平均每盘每次单面磨损量0.0015~0.0017mm/次·面;使用寿命1200~1500次。
③技术的创造性与先进性1)粗糙层热解碳或高织构热解碳的宏观控制技术2)基体碳中树脂碳最优化比例的控制技术3)创新突破点:通过化学气相沉积工艺制备出的碳盘,其基体强度比液相浸渍工艺的碳基体强度大,因此,本项目采用CVD工艺对材料进行增密。
④技术的成熟程度,适用范围和安全性; 项目在积累大量工艺数据和研制经验的基础上,通过对不同磨损状态进口刹车盘的摸底试验,对自主研制的不同工艺状态的刹车盘进行对比试验和技术攻关、地面试验、飞行试验,成功研制出A318/A319/A320系列飞机碳刹车盘。通过地面台架试验结果、飞行数据及飞行员感受这三方面应用实践表明,本单位前期研制的产品在刹车系统的匹配性及协调性、滑行刹车的机动性与操纵性、刹车力矩和热学、力学性能等方面,完全可以与国外产品相媲美。
⑤应用情况及存在的问题; 本项目产品碳刹车盘应用于飞机刹车制动系统,是影响飞机起落安全系数的易耗及关键部件,并逐步取代金属刹车副,成为最先进的摩擦材料,具有广阔的应用前景。碳/碳复合材料航空刹车盘具有质量轻、热导率高、热稳定性好、高温力学性能及摩擦磨损性能优异、使用寿命长、维修方便等突出特点,在航空领域得到广泛应用。
⑥历年获奖情况;本项目产品于2011年获广东省科学技术二等奖;2012年汕头市科学技术一等奖,并获得高新技术产品称号。