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碳纤维增强湿式摩擦材料制备技术及其工程化研究

获奖分类: 陕西省科学技术进步奖

获奖名称: 碳纤维增强湿式摩擦材料制备技术及其工程化研究

获奖年份: 2014

获奖级别: 一等奖

主要完成单位: 西北工业大学

主要完成人: 李贺军、付业伟、齐乐华、李克智、费杰、潘广镇、张翔

成果简介:

湿式摩擦材料是自动变速器、扭矩减震器等传动、制动和减震装置中的关键材料,在车辆、机械、航空和国防等领域均具有强烈需求。此前,高性能湿式摩擦材料的生产技术主要被国外公司垄断,国产化进程曲折而缓慢。本项目围绕高性能碳纤维增强湿式摩擦材料基础科学问题和关键应用技术开展研究,在高性能碳纤维增强湿式摩擦材料体系设计及优化、绿色制备关键设备及其相关工艺等方面取得重大突破。其主要发明内容和研究成果如下:

(1)将碳纤维引入湿式摩擦材料,突破了碳纤维均匀分散、纤维与基体界面结合、合成浆料流动性和均匀性、摩擦系数可设计性等关键难题。发明了短切碳纤维增强、柔性纤维与碳纤维协同增强、碳布增强、晶须改性增强以及类陶瓷、碳基等系列摩擦材料体系;典型失重点温度高于国际同类产品50-100℃,磨损率降低至5.1×10-8cm3/J(国标:10×10-8cm3/J),使我国湿式摩擦材料的技术水平跻身国际前列。

(2)首次提出碳纤维增强纸基摩擦材料的绿色制造理念,突破了预制体弱增强技术和废水循环利用等关键技术,将材料利用率从30%左右大幅度提升到85%以上,创建了碳纤维增强纸基摩擦材料绿色制备技术,实现了资源节约、环境友好和成本降低的有机统一。

(3)建立了湿式摩擦性能的综合评价体系,将能量梯度分析方法应用于湿式摩擦材料的性能评估中,获得了能量负荷许用值等表征失效的关键指标,实现了碳纤维增强湿式摩擦材料的结构调控。阐明了湿式制动过程中润滑油膜和粗糙峰机械接触的作用规律,揭示了湿式摩擦磨损机理,丰富了湿式摩擦学理论。

(4)发明及设计开发出自动抄片机、自动喷胶机、自动涂胶贴片机、新型湿式摩擦试验及测控平台等多台关键生产测控设备以及相应的自动抄片、涂胶和贴片技术,建立了集摩擦材料制备、污水处理和废料利用为一体的高效绿色生产线,实现了碳纤维增强湿式摩擦材料的批量化生产。

(5)突破了摩擦材料产品多元化的技术瓶颈,解决了高效贴片、弯环成型、薄壁管件成型等典型产品生产的关键技术难题,所制备的碳纤维增强湿式摩擦材料在汽车自动变速器、液力变矩器、扭矩管理器、摩托车离合器、军用飞机安全保护装置、直升机减震器和工程机械等领域获得应用。

本项目申请发明专利19项,获授权发明专利12项、软件著作权1项,在Wear、TribologyInternational、摩擦学学报等本领域著名期刊上发表学术论文50篇,被他人引用203篇次,形成了集基础理论、工艺设计、专利技术为一体的碳纤维增强湿式摩擦材料理论与应用体系,并且拥有从材料研究到产品研制和应用的全部自主知识产权。2010年通过国防科工局组织的鉴定,鉴定意见认为本项目“有重大创新,总体技术达到国际先进水平,在碳纤维增强高性能纸基摩擦材料研究领域处于国际领先水平”。


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