中國高鐵開出瞭中國速度，再一次讓全世界刮目相看。速度是提升瞭，但是大傢知道高鐵速度提升一倍，制動功率要提升幾倍嗎？——八倍！列車速度提高一倍，制動功率則需要增加 8 倍。
1 高鐵剎車片市場
高速列車制動力主要有電制動力和摩擦力，而摩擦制動力是列車安全停車的最後保障。摩擦制動力依靠制動系統中的制動盤和剎車片之間的摩擦來實現，而制動系統中剎車片性能的好壞對列車制動效果有著非常大的影響。國內外剎車片材料的發展主要經歷瞭金屬材料、合金材料和粉末冶金材料等。
國際上隻有德國、法國和日本等少數幾個國傢能夠生產高速列車制動閘片，其中德國克諾爾公司壟斷全球 80% 以上高鐵剎車片的市場。我國高鐵列車自開通以來，制動系統的剎車片長期依靠進口。進口剎車片普遍存在價格高、供貨周期長、備品備件供應不及時和售後服務差等問題。高鐵剎車片在 2012 年前處於技術保護期，一直全部引進國外產品，近幾年國內以天宜上佳和浦然為代表的民營企業逐步進入高鐵剎車片領域，其中天宜上佳在 2013 年 9 月拿到動車組 7 個車型 5 種型號剎車片 CRCC 鐵路產品認證證書，浦然在 2014 年拿到 CRCC 認證證書。2015 年，博深工具已完成瞭高速列車剎車閘片 1:1 制動摩擦磨耗性能試驗。
高鐵剎車片屬於耗材，一列動車組一年需更換剎車片 3-4 次，2015 年市場容量將達到約 75 億元。高鐵剎車片在 2012 年前處於技術保護期，一直全部引進國外產品，存在很大的進口替代空間。
2 剎車片國產化降低成本 75%
" 我們有紮實的基礎。" 張龍說，博深搞粉末冶金已有 20 多年歷史，專業人才多，技術實力強。
" 我們還有一個優勢，就是攻下瞭若幹技術難關，包括確保制動距離、合適的摩擦系數、如何耐超高溫等一系列難題。" 博深工具總體研發負責人劉英凱說，特別是在摩擦體的研發上，聚合瞭無數技術難點，用盡心血。
" 這是市場需求，更是民族尊嚴，也是我們下最大功夫攻克難關的根源。" 博深工具董事長陳懷榮說，國外企業的高鐵剎車片非常厲害，以前中國企業根本插不上手，這裡面較量的就是核心技術。沒核心技術，隻能長期買人傢的知識產權，受制於人。
因為不認輸、不怕輸、敢碰硬，也相信能拿得下，博深工具下足血本，先後投入 35 位高級科研人員、拿出 4000 多萬元資金，並且陸續拿到十幾項國傢發明專利。
如今，由於博深等中國企業高鐵剎車片的介入，國外產品價格被迫降價，已從每片 2.8 萬元人民幣降到 6000 元人民幣。
3 剎車片七百多攝氏度高溫不熔化
正常情況下，高鐵動車是采用電制動和空氣制動兩種方式聯合作用，當電制動失效時采用純空氣制動。純空氣制動就是靠制動盤和剎車片產生制動力，所用剎車片有三種材質：一種是鑄鐵材質，適用於時速在 160 公裡以下的列車；一種是有機合成材質，適用於時速在 250 公裡以下的列車；第三種是粉末冶金材質，適用於時速在 300 公裡以上的動車。
博深軌道交通總經理張龍說，當列車時速達每小時 350 公裡時，如果前方遇突發事故需緊急制動，那麼輪轂盤面和剎車片的溫度會在瞬間達七百攝氏度以上，但博深工具研發的剎車片不熔化、不變形、不掉塊，摩擦性不漂移，綜合性能可靠。
記者端起一個約重十幾斤的剎車閘片查看，發現鋼背上共有 18 個摩擦體。張龍說，這是粉末冶金材質，也是公司的核心產品。
其剎車的原理是：鋼背與搖桿、搖桿與摩擦體通過球面定位、傳力，摩擦體基體背部的帶槽柱體穿過搖桿和鋼背配合孔，通過緩沖彈簧連成一個整體，在制動時對輪轂盤面產生強大摩擦力，最終致使其停轉。
" 制動裝置是確保高鐵安全運行的核心技術和關鍵零部件。" 張龍說，制動裝置由制動器、制動閘片和制動盤等組成，其中的制動閘片要定期更換，卻長期被國外企業壟斷。
4 新型剎車片材料
1 復合型剎車片
為瞭滿足未來高速鐵路的制動技術要求，國內外科研工作者都在努力研制開發高性能剎車片材料，以滿足市場要求。其中 C/C 復合材料是近幾年開發出來的新型制動材料，是一種 C 纖維增強、以 C 為基體的新型結構材料，它具有質量輕、模量高、比強度大、熱膨脹系數低、耐高溫、耐熱沖擊、耐腐蝕、吸震性好等一系列的優良性能，C/C 復合材料的這些獨特性能使之能同時完成剎車副的三項功能，即提高摩擦、傳遞機械載荷、吸收動能。
從碳纖維增強體的結構來看，其可以分為三種，第一種為單層氈，其由於短纖維未能形成完整的纖維增強體，導致材料力學性能低，所以該種結構所制，備的剎車片主要用於早期的實驗機型；第二種為整體氈，其碳佈層結構所制的材料因其層剪切強度低，垂直導熱率低等因素的影響，其應用的剎車片也是早期機型；第三種結構為針刺氈結構，非常合適 CVD 工藝增密，並且所制的材料具有良好的力學、熱學和摩擦磨損性能，已經成為目前 C/C 復合材料增強體的基本結構，並取得不斷改進。
C/C 復合材料制動剎車片由於成本高，主要用於飛機制動器，但是隨著近年來高速鐵路的發展，國內外科技工作者開始研制開發用於高速鐵路的 C/C 復合材料制動剎車片。德國 KnoorBremse 公司研制的一種碳纖維復合材料制動器，實驗證明，該制動器在時速高達 250km/h 下質量尚好。在該公司試驗臺以 250km/h 試驗時，其吸收的制動能高達 100MJ。法國碳工業公司制造的碳纖維復合材料的比熱容是鋼的 2 倍，線脹系數和彈性模量都比較小，具有優異的耐高溫性能。它能在 1000 ℃的高溫下工作，件重僅為鋼的 1/4，目前已經在 TGV-A 上得到應用。日本新幹線 270km/h 電動車制動系統也采用瞭碳纖維增強材料。由此可見，碳纖維復合材料是一種國際上重點開發的剎車片材料，我國在 C/C 復合材料制動剎車片的研發上也已經起步。
2 合成剎車片
合成摩擦材料是將金屬粉末、酚醛樹脂和摩擦調節劑等經充分混煉後加熱壓制而成，它將材料與制品工序合二為一。所用摩擦調節劑，一般是采用腰果殼油制成的顆粒。按形狀與制動方式的不同，又分為合成剎車片和合成閘片。合成剎車片與閘片的配方與工藝相同，改變其配比工藝，可獲得不同的摩擦系數。我國目前研制的合成剎車片分低摩擦系數合成剎車片和高摩擦系數合成剎車片。
合成摩擦材料具有如下明顯的特色：可通過改變材質配方和工藝在一定范圍內可調整其物理機械性能，耐磨性好，使用壽命可達鑄鐵剎車片 / 閘片的四倍以上，制動時無火花，重量輕，高速區摩擦系數大且不隨列車速度的改變而變化。合成摩擦材料也存在如下幾個不足之處：一是導熱性差，制動量熱量難以散發，因而車輪產生溫升，甚至導致熱裂。其次是在濕潤狀態下，摩擦系數大為下降，受天氣影響大，在雨雪天氣制動能力下降。此外，這類剎車片與車輪踏面反復磨合後，使二者間的粘性降低；有機合成摩擦材料的使用溫度一般不能超過 250 ℃。當制動處溫度達 250 ℃時，其磨損率急劇增加。溫度較高時，由於其組分的改變，摩擦系數也將改變。有機合成摩擦材料推薦使用在時速 160～200km 的列車上。
3 高磨合成剎車片
高摩合成剎車片研究工作開展最早的有英國、美國和前蘇聯。1907 年，英國飛洛多公司用棉毛混紡條層壓成剎車片，並用於倫敦地鐵。以後逐漸改進，至 50 年代己改用以石棉等為增強材料和酚醛樹脂為黏合劑的合成剎車片。美國早在 1924 年就開始研制以層壓木為非金屬摩擦材料，並應用於鐵路車輛制動。1954 年以後，"Cobra" 牌號合成剎車片作為商品形式在鐵路上大量使用，其主要成分為合成橡膠、石棉等，摩擦系數在每小時 140 公裡速度時為 0.26，耐磨性為鑄鐵剎車片的 5 倍。蘇聯在合成剎車片的研究上開始也很早，在地下鐵道中早就使用層壓木的塑料剎車片。不過新的合成剎車片的材質研究是從 1956 年開始。曾用三種類型的黏合劑，分別為酚醛樹脂、合成橡膠、酚醛樹脂和合成橡膠混合物。試驗結果表明：采用合成橡膠為黏合劑的高摩合成剎車片的制動性能優異。已廣泛應用於快速旅客列車上。
-End-
