自世界上出現(xiàn)動(dòng)力機(jī)械和機(jī)動(dòng)車輛后，在其傳動(dòng)和制動(dòng)機(jī)構(gòu)中就使用摩擦片。理想的剎車片材料應(yīng)具有較好的穩(wěn)定性、摩擦系數(shù)變化小、磨損小，提高制動(dòng)可靠性，延長剎車片使用壽命的優(yōu)點(diǎn)。隨著石棉摩擦片禁令的發(fā)布，新型無石棉剎車片材料的研制，改善摩擦材料性能的研究勢(shì)在必行。煤炭產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要產(chǎn)業(yè)，在煤炭生產(chǎn)過程中對(duì)產(chǎn)煤機(jī)器的使用性能和穩(wěn)定性能有很高的要求，而礦山機(jī)械用剎車片作為礦山機(jī)械的一個(gè)重要部件，在煤炭生產(chǎn)和環(huán)境安全方面發(fā)揮著重要的作用。本文通過對(duì)比國內(nèi)外礦山用先進(jìn)剎車片材料的制造方法和材料組織及性能等，在總結(jié)國外先進(jìn)礦山用剎車片材料生產(chǎn)方法的基礎(chǔ)上，提出了我國先進(jìn)礦山用剎車片材料的發(fā)展方向，并用國內(nèi)自主研發(fā)出銅粉末冶金材料替代德國進(jìn)口剎車片用于煤礦開采。

1.國內(nèi)外礦山用剎車片材料生產(chǎn)現(xiàn)狀

礦山用剎車片一般由鋼板、黏結(jié)隔熱層和摩擦塊構(gòu)成。鋼板經(jīng)過涂裝來防銹，涂裝過程用爐溫跟 蹤儀來檢測(cè)涂裝過程溫度分布來保證質(zhì)量。黏結(jié)隔 熱層要求有很高的黏結(jié)力，保證在使用過程中不脫落。摩擦塊在使用過程有較高的摩擦因數(shù)(一般要求 0.33)，同時(shí)要求不打火。摩擦塊材料是剎車片的核心技術(shù)，以單軌調(diào)運(yùn)剎車片為例，我國的制備材料以銅合金為主，制備方法為冶煉加焊接成型方法， 有部分企業(yè)采用粉末冶金的方法進(jìn)行生產(chǎn)，在使用性能上各有優(yōu)缺點(diǎn)。我國某企業(yè)粉末冶金剎車片與德國生產(chǎn)的剎車片進(jìn)行對(duì)比可以看出，在黏結(jié)隔熱層和摩擦塊方面還存在一定差距。在黏結(jié)隔熱層方面國內(nèi)采用焊接方法，增加了生產(chǎn)流程并增高了生產(chǎn)成本，而國外則通過對(duì)摩擦材料和黏結(jié)隔熱層的系統(tǒng)改進(jìn)免去了焊接生產(chǎn)流程，同時(shí)也降低了成本。在使用性能方面，德國生產(chǎn)的剎車片由于摩擦塊材料的先進(jìn)配比和燒結(jié)工藝的成熟，同樣優(yōu)于國內(nèi)某企業(yè)。但從總體來說，我國的剎車片已經(jīng)從原來污染環(huán)境的石棉材料發(fā)展為耐火顆粒和金屬顆粒燒結(jié)而成的環(huán)境保護(hù)材料。近年來我國的剎車片生產(chǎn)技術(shù)也取得了重大的發(fā)展，特別是粉末冶金技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)材料的發(fā)展起到了革命性的改進(jìn)，但粉末冶金技術(shù)在剎車片生產(chǎn)中的應(yīng)用還有待提高。

2.技術(shù)分析

剎車片分類及發(fā)展方向。根據(jù)剎車片生產(chǎn)材料，可以分為：半金屬、 少金屬、石棉和陶瓷材料四類。在使用性能方面產(chǎn) 品要求集摩擦性能穩(wěn)定、柔韌性好，耐磨、使用壽 命長等特點(diǎn)。在國外先進(jìn)剎車片生產(chǎn)國家中，德國的產(chǎn)品處于國際先進(jìn)水平，其產(chǎn)品集性能穩(wěn)定、柔 韌性好、耐磨、使用壽命長等為一體，引領(lǐng)剎車片制造業(yè)的發(fā)展。因此，國內(nèi)產(chǎn)品以德國先進(jìn)剎車片為發(fā)展方向，多生產(chǎn)無石棉橡膠銅絲制動(dòng)，除了具有石棉制動(dòng)帶的優(yōu)點(diǎn)外，還具有對(duì)人體無害，對(duì)環(huán) 境無污染的特點(diǎn)，已經(jīng)在環(huán)保、性能等方面取得了很大的進(jìn)步。對(duì)標(biāo)是技術(shù)改進(jìn)和革新的高效方法， 通過對(duì)比德國先進(jìn)剎車片可在一定程度上提高我的制造技術(shù)。不過正如日本質(zhì)量管理專家大野奈一參觀完美國氣勢(shì)宏偉的大工業(yè)化生產(chǎn)工廠后所得出的感想一樣，“我要用一半的資源來達(dá)到與美國同樣的氣魄和生產(chǎn)力”。回國后他創(chuàng)辦了豐田生產(chǎn)式方式，并在短短的幾十年內(nèi)趕上并超越美國。我國的剎車片的生產(chǎn)技術(shù)要想達(dá)到或趕超國際先進(jìn)水平， 也同樣需要豐田式生產(chǎn)精神，需要用“少金屬”來戰(zhàn)勝“半金屬”，用加入陶瓷材料的粉末冶金技術(shù)來戰(zhàn)勝傳統(tǒng)的冶煉加鑄鍛焊成型工藝方式（見圖1）。現(xiàn)在的工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)需要的是用低成本和高質(zhì)量來戰(zhàn)勝高成本，用豐田式生產(chǎn)方式來達(dá)到與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手同性能甚至優(yōu)于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手性能的產(chǎn)品，從而大大提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

圖1a和1b為我國自主研發(fā)的礦山用剎車片，圖1c和1d為德國進(jìn)口的礦山用剎車片

3.德國剎車片技術(shù)分析

正如日本技術(shù)在起初模仿美國后用高質(zhì)量再超越美國一樣，德國技術(shù)也在嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，用創(chuàng)新的生產(chǎn)方式使德國制造在世界生產(chǎn)中立于領(lǐng)先地位。下面以德國制造的剎車片為例來分析德國產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，圖2為德國剎車片取點(diǎn)后的掃描電鏡照片及成分分析。從圖中可以看出德國剎車片把銅與過渡金屬元素Co和W很好地結(jié)合起來生產(chǎn)一種新的剎車片材料，經(jīng)實(shí)踐證明不僅提高了摩擦塊的摩擦因數(shù)，而且減少了焊接程序，受到了國內(nèi)外 廣大顧客的青睞。德國剎車片的制造技術(shù)正是創(chuàng)新采用粉末冶金技術(shù)，在降低成本的同時(shí)制造出來高性能的產(chǎn)品。這種制造的理念對(duì)我國剎車片制造技術(shù)的發(fā)展有很大的借鑒意義。“低成本、高性能” 的基礎(chǔ)來源于創(chuàng)新和嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。第一次工業(yè)革命時(shí)期，德國用“低成本、高性能”的理念給北洋水師制造的鎮(zhèn)遠(yuǎn)艦、定遠(yuǎn)艦就超過了同期其他國家制造的戰(zhàn)艦質(zhì)量。當(dāng)今，德國的剎車片制造技術(shù)也同樣優(yōu)于同期其他國家的制造技術(shù)。中國制造正以德國制造為發(fā)展標(biāo)桿進(jìn)行趕超，需要在剎車片、軸承等機(jī)械制造行業(yè)方面，進(jìn)行創(chuàng)新，發(fā)展新技術(shù)。

圖2為德國進(jìn)口的礦山用剎車片的掃描電鏡照片（SEM）和成分分析（EDS）

4.粉末冶金技術(shù)分析

粉末冶金是一種以金屬粉末為原料，經(jīng)壓制和燒結(jié)制成各種制品的加工方法。粉末冶金工藝包含三個(gè)主要步驟：首先，主要組成材料被分解成許許多多的細(xì)小顆粒組成的粉末。然后將粉末裝入模具型腔施加一定的壓力，形成具有所需零件形狀和尺寸的壓坯。最后，對(duì)壓坯進(jìn)行燒結(jié)。粉末冶金零件生產(chǎn)工藝的本質(zhì)優(yōu)勢(shì)是，具有零件最終成形能力和材料利用率很高。 隨著世界人口的飛速增長和不可再生能源的不斷消耗，可持續(xù)發(fā)展成為當(dāng)今人類發(fā)展的首要問題，人類需要從生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展角度來進(jìn)行可持續(xù)發(fā)展，尤其是廢物的綜合利用和環(huán)境的可承受能力遭到了新的挑戰(zhàn)。而粉末冶金技術(shù)正是改變?nèi)祟惿姘l(fā)展環(huán)境 和促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)平衡發(fā)展的新技術(shù)，在材料利用率方面徹底地進(jìn)行了改進(jìn)，把很多以前的廢物材料變廢為寶，提高了人類的生產(chǎn)能力，降低了對(duì)環(huán)境的污染。 對(duì)此，國內(nèi)各高校和研發(fā)部門紛紛積極響應(yīng)，不同程度地提高了環(huán)境發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展的地位。但是我國環(huán)保部門在環(huán)境監(jiān)督和改進(jìn)治理方面還有很多欠缺，同時(shí)也有很多困難。在發(fā)展經(jīng)濟(jì)巨大壓力的前提下兼顧環(huán)境保護(hù)，這本身就是一個(gè)矛盾的問題。從辨證唯物主義的角度來看，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是解決環(huán)境問題更好的方法。正如材料降低晶粒粒度是惟一同時(shí)能提高強(qiáng)度和塑性途徑一樣，環(huán)境的治理和可持續(xù)發(fā)展 需要科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。粉末冶金技術(shù)的發(fā)展給我國的先進(jìn)材料發(fā)展帶來了新的方向和動(dòng)力，在我國制造業(yè)方面已取得了很多可喜的成績(jī)。在金屬材料、無機(jī)材 料等粉末冶金技術(shù)推動(dòng)下，燒結(jié)板材、陶瓷刀、陶瓷 零件等正不斷的出現(xiàn)。但要想徹底替代德國剎車片、 FAG軸承的制造技術(shù)，我們還需要在掌握德國制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新出屬于自己的中國制造技術(shù)（見圖3）。

圖3a和3b為我國自主研發(fā)的礦山用剎車片用于國內(nèi)某采礦企業(yè)

資料來源：

《礦山用先進(jìn)剎車片材料》趙子龍，侯俊峰，孫紫薇，梁偉，潘志忠。期刊：金屬世界

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