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摘要
碳纤维增强碳化硅复合材料(C/C-SiC)具有低密度、高耐热冲击性和良好的耐磨性等特点，是未来高速重载制动系统的理想摩擦材料。根据高速动车组的制动要求，开展了碳陶制动盘的材料和结构设计。通过化学气相渗透法和反应熔体浸渗法组合工艺制备了全尺寸碳陶制动盘，碳陶材料的强度性能较高、导热系数较高、热膨胀系数较低，力学性能与热物理性能协调关系较好。基于碳陶复合材料的正交各向异性特性，提出了一种适用于碳陶制动盘的有限元热分析模型，采用此模型对制动初速度350 km/h和400 km/h两种紧急制动工况开展了制动盘温度场仿真分析。进一步采用1∶1制动动力试验台对碳陶制动盘的摩擦学特性进行了研究，并对平均摩擦系数、瞬时摩擦系数、制动温升、闸片磨耗等试验数据进行了分析。仿真与试验结果表明：碳陶制动盘材料和结构设计可行，碳陶制动盘匹配粉末冶金闸片的摩擦磨损性能较好，不同制动条件下的平均摩擦系数是稳定的(0.25～0.45),制动初速度400 km/h紧急制动时盘面和闸片摩擦块最高温度均小于900℃。文章提出的设计思路及获得的试验数据可为碳陶制动盘的设计开发及应用评价提供参考。
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