2021年10月15日-16日，由中国汽车工业协会、重庆两江新区管理委员会联合主办的“2021中国汽车供应链大会”在重庆举办，长安汽车、地平线作为官方合作伙伴全力支持本次大会。本届供应链大会主题为“补短铸长、融合创新——构建中国汽车供应链新生态”，共同探讨产业政策，交流分享技术，研判产业趋势，展示创新成果，旨在促进产业国内国际互动，凝聚产业链条上下齐心，共谋产业协同发展之路。其中，在10月16日上午举办的主题论坛“汽车材料新动态”上，中南大学教授、湖南世鑫新材料有限公司董事长肖鹏团队代表做了主题演讲。以下内容为现场演讲实录：

　　尊敬的余老师，各位与会代表大家上午好！本来这个报告是应该由我们肖老师来做，但因临时有事需赶回去处理。下面就由我来代肖老师作《乘用车碳陶复合材料制动盘的发展及产品标准与测试方法》的报告。
　　报告包括四个部分，第一部分是介绍碳陶复合材料，第二部分主要介绍乘用车碳陶制动盘，第三部分重点介绍乘用车碳陶制动盘的团体标准，第四部分则是介绍国内乘用车碳陶制动盘的发展现状。
　　大家看到的这组图片是两种典型碳陶复合材料的微观结构，碳陶复合材料是由增强体碳纤维和基体碳、陶瓷组成的先进材料。其在国民经济和国防建设中它的作用越来越大。2000℃时它的高温性能比室温强，并且耐烧制，是高超速飞行器等急需的热结构材料，也是航天载人火箭发动机首选耐烧蚀材料。由于具有抗强辐射、耐等离子冲刷、高导热、化学和物理稳定性好等特点，碳陶复合材料是超高温气冷堆、核聚变试验装置的先进结构材料，并广泛应用于热加工、化工、新能源等领域。
　　碳陶复合材料的另外一个特点就是密度低、耐高温、磨损性能优异。这些特点使其成为新一代高性能摩擦材料。国外上世纪90年代就开始了碳陶复合材料在摩擦领域的研究，目前已被用于保时捷、法拉利等高端汽车的刹车盘、刹车片、离合器以及高速电梯等多领域。国内呢，以中南大学、西北工业大学为代表的研究单位也对碳陶复合材料开展了系统且丰富的理论和应用，相关的成果已经被应/试用于国产飞机、高铁刹车盘、乘铁和地铁、港口机械等多领域。
　　接下来介绍一下乘用车碳陶制动盘。乘用车碳陶制动盘的特点是质量轻，它的密度低，小于2.4g/cm3，不到钢的四分之一。摩擦系数在0.3~0.6可调节，能满足不同车型的制动技术要求。耐温性可达1650℃。由于其耐磨损，因而使用寿命长，可以实现全生命周期使用。同时其对潮湿、低温、酸碱、风沙等不敏感的，摩擦系数保持率很高，具有很高的环境耐受性。
　　乘用车碳陶制动盘依据碳纤维状态可以分为两大类，分别是短纤盘和长纤盘。短纤盘国外居多，比较有代表性的是布雷博和西格里的CCM盘和CCB盘，其中CCB盘摩擦表面有一层耐磨的陶瓷涂层。长纤盘国内外均有，国外目前最顶级长纤盘是布雷博和西格里CCM-R盘，可以满足普通使用和赛道使用。国内长纤盘，包括两种，一种是不带耐磨涂层的C/C-SiC盘，另外一种是带耐磨涂层的P-C/C-SiC盘。
　　短纤盘的制备工艺主要是分为混料、模压成型、碳化、陶瓷化、去重装配。它的优点是制备周期比较短，仅需要一个月。因为是模压成型，所以原材料利用率非常高，综合成本比较低。但它的缺点也比较明显，即强度比较低，韧性比较差，在使用过程容易出现掉块、断裂和崩边的风险。
　　这是长纤盘的制备工艺。长纤盘的制备首先是将连续碳纤维用针刺法做成碳纤维预制件，然后用化学气相渗透法增碳做成碳碳多孔体，再通过熔融渗硅进行陶瓷化做成碳陶复合材料，最后经机加工成碳陶制动盘。特点是所制备出来的碳陶制动盘综合性能很好，缺点是制备周期比较长，整个工艺下来长达2个月，成本较高。
　　与短纤盘相比，长纤盘具有更高的强度，以及更好的导热性和耐磨性。这是市面上乘用车碳陶产品的性能对比，可以发现长纤盘各方面的优势很明显。
　　长纤盘另外一个特点是抗疲劳性能非常优异。经过100万次试验后，材料出现了疲劳强化，强度保持率达到106%。同时它抗石块击打性能也十分出色，经不同质量的石块从不同角度以不同速度击打后，盘的强度和性能依旧保持完好，可靠性高。
　　第三部分简单介绍一下乘用车碳陶制动盘的团体标准。为了规范和促进乘用车碳陶盘的发展，2020年湖南世鑫公司与北汽越野车联合牵头起草了乘用车碳陶制盘的团体标准。该标准主要针对的是长纤盘，涵盖了材料的要求，尺寸要求、性能要求和测试方法等。
　　材料性能方面，碳陶盘与传统金属盘完全不同，主要通过抗弯、抗压、层间剪切等核心性能指标控制。
　　外观要求也与金属盘不一样，这一块标准要求材料不能存在的分层，且关键部位上不能有肉眼可见的缺陷。
　　尺寸公差和形位公差方面，由于碳陶不易加工，其径向 DTV 要求与金属盘不同，标准中对其进行了分级，而其他要求与金属盘是一样的。性能要求方面，因为碳陶盘整体的强度比金属盘低，因此标准中增加了静扭强度、振动耐久性能以及扭转疲劳强度等方面的要求。标准中相关的测试方法均采用国标、行标以及国际标准。
　　第四部分介绍一下国内乘用车碳陶制动盘的发展现状。目前国内碳陶制动盘主要以长纤盘为主，包含涂层盘和非涂层盘两类。国产碳陶盘制动噪音表现非常出色，噪音控制最高可以达到3A级，对比发现这方面国外碳陶盘不如国产碳陶盘。
　　轻量化方面国产碳陶盘可实现轻量化率超过50%。静扭强度、扭转疲劳以及振动耐久疲劳等测试结果表明，国产碳陶盘强度非常好，可靠性高。性能测试结果表明，国产碳陶盘的耐磨性和抗热衰性能表现都非常优异。
　　热变形、高负载、热疲劳等测试结果表明，国产碳陶盘的耐热性也是非常优异，表现非常好。
　　对国产碳陶盘进行了2万公里从南跑到北的实车路试，最北到达了黑龙江的黑河。整个路试过程中国产碳陶盘的刹车非常灵敏，脚感非常好。盘片非常耐磨，整个路试跑下来盘的磨损仅为0.01毫米。总体制动性能方面表现非常出色，没有出现异响、抖动、制动力不足等主机厂比较担心的问题。
　　乘用车碳陶制动盘目前所存在的问题就是高成本。高成本限制了乘用车碳陶盘的推广和应用，目前国产碳陶盘应用主要集中在改装车这个领域。实现碳陶盘的低成本制备建议可以从以下5个纬度着手。首先是原材料方面，碳陶盘原材料成本大部分源自碳纤维，这块我们可以通过优化碳纤维的牌号和含量来实现原材料成本的降低。其次是制备工艺方面，长纤盘制备周期长主要受限于热工艺，热工艺这块又包含CVI增碳工艺和反应熔渗陶瓷化工艺，我们可以通过开发多料柱限域CVI工艺和快速熔融工艺来实现生产周期的大幅度降低降低至一个月以内。智能化这一块，因为碳陶盘的加工不同于传统金属盘，陶瓷组分的存在使其加工难度大和加工效率低。目前国内碳陶盘的机械加工多为非智能化生产，通过智能化在线检测和生产可以大幅度提高生产效率，进一步降低成本。新工艺上和新方法这一块也有很多工作可以做。当前长纤盘预制体是从方板上面切割下来，这样会形成中间和四个角五块余料，导致整个原材料的利用率非常低。我们团队目前正在开发近尺寸预制体成型工艺，该工艺可以直接制备出环形坯体和通风散热结构，这样就可以大大提高原材料的利用率同时还可以减少制动盘的机械加工量，大幅度降低制备成本。第五个方面是能源价格，因为制备碳陶盘热工艺所需的温度高且时间长，用电量是非常大的，所以如果能够争取到优惠的能源专项价格，对于碳陶盘的成本降低是非常有帮助。
　　由于时间问题，最后就快速介绍一下我们团队所研制的碳陶产品和应用情况。2016年我们团队在湖南株洲成立了技术公司湖南世鑫新材料有限公司。公司主要是从事汽车、高速列车、城轨、地铁以及坦克、军工热场用碳陶复合材料及其产品的研发，生产和销售。
　　汽车领域我们研制的碳陶盘覆盖乘用车、高性能车、越野车、军车等众多车型。
　　轨交领域我们在国际上首次研发了时速140公里、160公里、200公里、350公里碳陶制动盘和时速600公里的磁浮滑撬，并且和中车主机厂以及德国克诺尔合作完成了相关的装车验证工作。
　　军工领域我们研制的高能载碳陶制动盘/片应用于某主战坦克和外贸坦克，其使用寿命是传统材料的4倍以上并能实现32°坡道驻车。
　　航空航天领域我们团队研制的空间卫星用碳基产品应用于风云系列气象卫星，相比传统金属件，单件减重7公斤，减重率达到40%。
　　湖南世鑫公司与国际知名的轨道交通企业克诺尔、法维莱达成了合作战略，是他们的核心供应商。国内这一块我们的合作伙伴包括比亚迪、北汽、吉利、小鹏、宇通等单位。
　　非常感谢大家！
　　（注：本文根据现场速记整理，未经演讲嘉宾审阅）