什么样的刹车盘能够刹住时速几百公里、重几百吨的飞机？

【什么样的刹车盘能够刹住时速几百公里、重几百吨的飞机？】

飞机着陆时，机轮上的刹车（图1）提供了绝大部分减速效果，把飞机巨大的动能转化为刹车盘的内能（图2），使刹车盘的温度在短时间内升高到数百度。当飞机在高速滑跑中遭遇突发情况，需要中断起飞时，紧急制动使刹车盘经受更加严酷的考验，急剧升温到上千度的红热状态（图3，刹车系统测试）。

早先飞机使用的是粉末冶金的钢制刹车盘，存在重量大、高温性能差、寿命短的缺点。与之相比，碳/碳复合材料刹车盘具有更加优异的性能，且比钢制刹车盘减重40%（对于有多个机轮的大飞机，就是数百千克乃至上吨的减重效果），因而获得广泛应用。

所谓碳/碳复合材料，是以碳纤维为骨架、碳为基体构成的复合材料。其中碳纤维的形态可以是连续纤维构成的立体框架，也可以是无序分布的短切纤维；碳基体由浸渍的树脂、沥青炭化得到，或由碳氢化物气体（如天然气、丙烷）热解沉积而来。

以法国航空巨头——赛峰（Safran）公司生产碳刹车盘的过程为例，首先对层层平铺的碳纤维进行针刺（图4），使一部分纤维转到垂直方向，把各层连接起来，形成碳纤维毡；多层碳纤维毡堆叠、针刺得到多孔的碳纤维预制体（图5）；浸渍树脂炭化，并采用化学气相浸渗法沉积热解碳，填充碳纤维之间的孔隙，实现致密化（图6）；快速沉积在表面的碳形成硬皮，须通过机械加工去除，以利于后续的浸渗，并加工出刹车盘的形状（图7）；致密化和加工要反复多次进行，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（图8）；最后进行两三千度的高温热处理（图9），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。

刹车盘事关航空安全，有非常高的壁垒，法国赛峰、美国霍尼韦尔等巨头垄断了全球80%以上的飞机刹车盘市场。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年成功研制出第一代国产碳刹车盘。目前我国已有多家企业能够生产碳刹车盘，应用于歼10、ARJ21、C919等军民用飞机。

碳/陶复合材料是在碳/碳复合材料基础上发展出的更先进的刹车材料，在碳纤维骨架内复合热解碳和碳化硅陶瓷（由硅烷气体、聚碳硅烷或液态硅浸渗得到），具有更好的摩擦性能、更长的使用寿命，且在潮湿环境下的性能衰减少。2008 年，由西安制动与西北工业大学联合研制的碳/陶刹车盘实现国际上首次装机应用，并推广到舰载机、歼击机、预警机等多个机型，获2016年国家技术发明二等奖。
来源：材闻窗外事
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