中國粉體網(wǎng)訊 剎車材料經歷了從石棉材料、半金屬材料、粉末冶金材料到碳碳復合材料和碳陶復合材料的發(fā)展。粉末冶金剎車材料存在高溫容易粘結、摩擦性能易衰退、高溫強度下降顯著、抗熱震能力差、使用壽命短等缺點；而C/C剎車材料存在靜態(tài)和濕態(tài)摩擦系數(shù)低（濕態(tài)相對干態(tài)衰減約50%）、熱庫體積大、抗氧化性能差、生產周期長及生產成本高等問題，制約了其進一步發(fā)展及應用。
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碳陶剎車材料是20世紀90年代發(fā)展起來的一種以高強度C纖維為增強體，以熱解C、SiC等為基體的多相復合剎車材料，是在C/C復合剎車材料的基礎上，引入具有優(yōu)異抗氧化性能的SiC陶瓷硬質材料作為基體的一種剎車材料，因此，又稱其為陶瓷剎車片。其既保持了C/C復合剎車材料密度低、耐高溫的優(yōu)點，又克服了C/C剎車材料靜摩擦系數(shù)低、濕態(tài)衰減大、摩擦壽命不足及環(huán)境適應性差等缺點，成為新一代剎車材料。
碳陶剎車片起源
碳陶剎車最初起源于航空技術，1969年法國宇航和英國飛機公司聯(lián)合打造的超音速客機協(xié)和式客機（theConcorde）首飛，這款飛機速度極快，從倫敦到紐約用時不到3小時，曾創(chuàng)下了航班飛行的最快紀錄。性能如此強悍的飛機自然擁有強勁的加速表現(xiàn)，它的平均起飛速度高達400km/h，進場速度當然也差不多這個數(shù)，要想在如此高速的情況下將一臺重達185噸的客機剎停需要有強大且耐高溫的剎車系統(tǒng)。于是他們找到了鄧祿普（Dunlop）為協(xié)和式客機開發(fā)出世界上首套航空用碳陶制動系統(tǒng)，這套剎車系統(tǒng)能將305km/h行駛的協(xié)和式客機在1600米的距離內剎停。
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顯然碳陶剎車技術在航空領域取得了不錯的成績，但當時車用的碟剎系統(tǒng)才剛開始在乘用車上流行，自然與價格昂貴的碳陶剎車無緣。
時間來到1976年，當時汽車設計大師戈登·穆雷正為布拉漢姆（Brabham）車隊的F1賽車減重工作發(fā)愁，他嘗試用碳陶材料制作剎車卡鉗，因為碳陶剎車碟的重量幾乎只有鋼質的一半，如果碳陶剎車能成功用到F1賽車上，將能大大提升車輛性能。
經過一番周折，最終他找到了一家名叫Hitco的材料公司，他們制作出整塊的碳陶剎車碟，并用鋁制鐘罩將其安裝上車輪，于是首套車載碳陶剎車系統(tǒng)被搭載到了布拉漢姆車隊本賽季的F1新車BT45上。雖然最終成績不咋地，但這并不妨礙碳陶剎車被一步步推廣到其它車隊，最終占領整個F1賽事成為主流剎車材料。
在此后很長一段時間里，碳陶剎車都停留在賽車場內，民用車之所以不搭載這種技術，除了造價過高外，更多可能是因為當時的民用車并不需要這種極端性能吧。直到1997年，有兩家零部件公司開始研究民用領域的碳陶剎車技術，他們分別是世界領先的碳制品制造商SGL與大家耳熟能詳?shù)腂rembo。
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SGL和保時捷在項目啟動后的第二年，也就是1999年，就在法蘭克福展覽會上發(fā)布了全球首款民用碳陶剎車碟，并在2000年將其搭載到保時捷最新的高性能跑車996 Turbo上。
2002年，Brembo拿出了量產產品，他們找來了法拉利站臺，并將自家首款碳陶剎車搭載到法拉利Enzo上，要知道Enzo可是用法拉利創(chuàng)始人名字命名的超跑，它能采用Brembo的新產品，也從側面說明這套剎車系統(tǒng)的性能強大。
即便碳陶剎車已經被民用了二十多年，它的造價依然因為復雜的制造工藝居高不下，以至于今天大家能見到的碳陶剎車系統(tǒng)多出現(xiàn)在少數(shù)高性能車上，但隨著新能源汽車的普及以及碳陶技術、成本控制的不斷推進，碳陶剎車片已經在新能源汽車賽道嶄露頭角。
2022年，特斯拉為旗下Model S Plaid車型提供全新碳陶剎車系統(tǒng)。這套系統(tǒng)所含制動零部件包括：碳陶制動盤、制動卡鉗、剎車片、鋁合金（合金鋼）合頭、緊固螺栓等，四個車輪各自配上一套碳陶剎車系統(tǒng)。特斯拉此番率先商用碳陶剎車系統(tǒng)，有人認為這將引領電動汽車的剎車升級。
碳陶“上車”優(yōu)勢與劣勢
有人形容碳陶剎車片是被電動汽車“吹”起來的新制動材料，此“吹”并非“吹捧”之意，而是碳陶剎車片趁電動車這陣東風起飛之意。
如果在傳統(tǒng)燃油車時代，就算再過上10年20年，或許碳陶剎車片依然是“奢侈品”。而在電動車時代，兩方面優(yōu)勢似乎讓陶瓷剎車片“上車”之路變得通順了很多。
首先是輕量化優(yōu)勢。在汽油車時代，根據(jù)歐洲汽車工業(yè)協(xié)會的研究，汽車質量每下降100公斤，百公里油耗可下降0.4L左右，碳排放大約可以減少1公斤。因此，汽車輕量化能夠有效降低碳排放。
新能源車與燃油車相比，雖然沒有了發(fā)動機和變速箱，但是增加了電池組，重量相對于燃油車更重，因此，汽車輕量化對于節(jié)能與新能源汽車領域的發(fā)展更為關鍵。
碳陶剎車能有效降低懸掛系統(tǒng)以下重量，能更好的地適配新能源車，降低里程焦慮。傳統(tǒng)鑄鐵盤一個大概要10公斤以上，而碳陶剎車盤一個僅重6公斤左右。相當于50%的減重比例，4個剎車盤可以減重20公斤上下�；上沦|量相比簧上基本有5倍的減重效果。這就好比你背個鐵塊，和把鐵塊綁在腳上行走一個意思，負重感肯定是不一樣的。那么碳陶剎車盤帶來的20公斤減重，相當于車身減重100公斤的效果，這樣續(xù)航里程可以提升幾十公里。
另外，電動車相比燃油車有一個最大優(yōu)勢、也是最大賣點，就是加速性能強了不少。現(xiàn)在30萬的電動車，動不動零百加速就搞到4秒，都快趕上超跑了。這開的快也得剎得住才行，所以電動車對于制動性能的訴求是越來越高的，陶瓷剎車片能更好地滿足這方面的要求。
在實際使用中，制動過程實際上是摩擦力將動能轉化為熱能的過程，如制動器的熱量不能及時散出，將會影響其制動效果。當我們開著一臺一噸多重的車在上百公里時速下將速度降為零，這個時候制動系統(tǒng)需要將巨大的動能轉化為熱能。
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這時普通的剎車盤在全力制動下容易高熱而產生熱衰退，制動性能會大打折扣，而陶瓷剎車盤有很好的抗熱衰退性能，其耐熱性能要比普通制動盤高出許多倍。而且陶瓷制動盤在制動最初階段就能產生最大的制動力，整體制動要比傳統(tǒng)制動系統(tǒng)更快，制動距離更短。
當然，陶瓷剎車片的劣勢也非常明顯，那就是太貴了，這是由其工藝復雜、生產難度大、生產周期長等因素導致的。海外頭部碳陶制動盤生產企業(yè)主要客戶為高端跑車生產商，產品單價很高，以海外頭部企業(yè)布雷博為例，單個碳陶盤的產品價格超過10萬元人民幣。
因此，高昂的價格是陶瓷剎車片一直未能“落入尋常百姓家”的主要原因。
市場空間巨大，國產替代空間較大
早期由于工藝復雜、生產難度大、生產周期長等多個壁壘，導致碳陶剎車片成本居高不下，在特斯拉商用之前，碳陶剎車系統(tǒng)主要應用于航空航天、高速列車市場，汽車領域只有賽車和跑車，如保時捷、賓利、布加迪和蘭博基尼等高端車型配置了碳陶剎車系統(tǒng)。隨著國內新能源汽車的快速發(fā)展，行業(yè)規(guī)模擴大、技術升級、自動化水平提升和碳纖維價格下降，未來幾年成本有望大幅下降，碳陶盤的滲透率有望不斷提高。據(jù)相關機構預測，2025年國內市場有望達到78億元，2030年國內市場規(guī)模有望超過200億。這或許將是一個全新的市場，一旦突破將成為汽車安全的賣點，發(fā)展速度有望超出我們預期。
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同時，該行業(yè)屬于藍海市場，國產替代空間較大。受制于工藝復雜、生產難度大、生產周期長等多個壁壘，國內能夠量產碳陶盤的企業(yè)較少。碳陶復合材料剎車盤供應商主要包括意大利Brembo、英國SurfaceTransformsPlc、美國Fusionbrakes等，國內掌握高性能碳/陶復合材料剎車盤制備技術的企業(yè)較少，國產替代的空間較大。
我國的制動材料行業(yè)在國際中一直處于相對落后的地位，主要是因為以前國內汽車行業(yè)產量少、車型品種單一，使得汽車行業(yè)發(fā)展緩慢，導致制動系統(tǒng)并無太大的改進。近年來，我國汽車制動材料行業(yè)已取得了較大的發(fā)展，正著力發(fā)展新型制動材料，大部分制動材料生產企業(yè)科研能力、研發(fā)水平、生產設備和工藝都在不斷加強，使得制動材料產品質量逐漸提升，產品性能趨于穩(wěn)定。隨著國產企業(yè)在該領域技術不斷突破，以及新能源車“增配、高配、智能化”趨勢的不斷演進，國產新能源汽車碳陶盤的滲透率有望不斷提高。
2023年9月12日，中國粉體網(wǎng)將在合肥舉辦“第一屆電動車用陶瓷材料技術研討會”，為了讓大家進一步了解陶瓷剎車材料的“上車”情況，我們邀請來自山東道普安制動材料有限公司的劉汝強總經理作題為《碳陶制動盤在新能源汽車領域的應用與展望》報告，一起來聽一聽業(yè)內專家聊聊碳陶剎車片與新能源汽車的故事~~~
參考來源：
[1]從天空到陸地，從賽道到街道：碳陶剎車起源.跑車誌
[2]技術前沿：電動汽車碳陶剎車盤.招商證券
[3]碳陶剎車，百億市場爆發(fā)元年？.工業(yè)4點0
[4]豪車標配——碳陶剎車片，將“飛入尋常百姓家”.粉體網(wǎng)
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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