中國(guó)粉體網(wǎng)訊 摩擦材料在運(yùn)動(dòng)機(jī)械和裝備中起傳動(dòng)、制動(dòng),、減速,、駐車等作用，廣泛應(yīng)用于汽車,、火車,、飛機(jī)、礦山,、冶金,、化工、電力,、工程機(jī)械等,，其中在汽車工業(yè)消耗量占80%以上。
摩擦材料是典型的復(fù)合材料,，通常由粘結(jié)組分(橡膠或樹脂材料),、增強(qiáng)組分(有機(jī)或無機(jī)纖維)和填料組分(以礦物粉體為主)組成，其中礦物類原料既可發(fā)揮增強(qiáng)功能,，也可起填料作用,，且占比最大，對(duì)摩擦材料的性能以及使用效能的影響也最顯著,，是摩擦工程領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象,。
按摩擦材料中礦物原料的作用，可分為礦物增強(qiáng)原料,、礦物增阻(增摩)原料和礦物減阻(減摩)原料,。
一,、摩擦材料中的礦物增強(qiáng)原料
摩擦材料中的增強(qiáng)材料主要賦予摩擦制品高的機(jī)械強(qiáng)度，使其能夠承受摩擦制品生產(chǎn)過程中機(jī)械加工所施加的負(fù)載力以及使用過程中由于制動(dòng)所產(chǎn)生的沖擊力,、剪切力,、壓應(yīng)力，避免發(fā)生斷裂和破損,。
摩擦材料對(duì)增強(qiáng)材料的基本要求包括：增強(qiáng)效果顯著,；耐熱性好；摩擦系數(shù)恰當(dāng)且穩(wěn)定,；硬度適中,；工藝可操作性好。用作增強(qiáng)材料的礦物通常是纖維狀礦物,，主要有纖維狀海泡石,、針柱狀硅灰石、纖水鎂石,、石棉等,。
海泡石
海泡石是一類富鎂的含水層鏈狀硅酸鹽礦物，有淋濾—熱液型和沉積型兩種成因,，前者多呈纖維狀,，后者多為細(xì)粒狀—片狀，用作摩擦增強(qiáng)材料的纖維狀海泡石屬于前者,。
海泡石具有較大的比表面積具有強(qiáng)吸附能力,，這使得其能與摩擦材料中的樹脂和填料產(chǎn)生很好的界面效應(yīng)，在混合攪拌過程中能很好的吸收粘結(jié)劑,，表現(xiàn)為良好的浸潤(rùn)性,，并能與填料均勻混合。此外海泡石的孔結(jié)構(gòu)可以將高聚物粘結(jié)劑受熱分解產(chǎn)生的小分子氣體聚集在孔道內(nèi),，而不是聚集在摩擦表面,，有利于減少摩擦材料的熱衰退。
硅灰石
硅灰石是一種具有鏈狀結(jié)構(gòu)的鈣硅酸鹽礦物,。硅灰石作為摩擦材料中的增強(qiáng)礦物,，由于其自身韌性較差，故增強(qiáng)作用不及其他纖維明顯,，但與其他纖維混合使用時(shí)增強(qiáng)效果更好,。
該礦物質(zhì)地堅(jiān)硬(硬度大)，在摩擦材料中的添加量通常不超過15%,，否則其產(chǎn)品使用過程中會(huì)產(chǎn)生較大噪音,。這種礦物還具有增摩作用，對(duì)摩擦材料的常溫和高溫摩擦系數(shù)都有提高，且制品的摩擦系數(shù)隨其添加量的增加而提高,。
水鎂石
水鎂石是具有層狀結(jié)構(gòu)的氫氧化物礦物,；纖水鎂石是水鎂石的纖維狀變種,。纖水鎂石是天然無機(jī)纖維中抗堿性最優(yōu)者,，但在草酸、檸檬酸,、乙酸,、Al(OH)3溶液中可以部分被溶解，在強(qiáng)酸中可全部溶解;在潮濕或多雨氣候下,，易受大氣中的CO2,、H2O侵蝕，故其制品的表面需有防水保護(hù)層進(jìn)行保護(hù),。纖水鎂石的許多物理性能與溫石棉類似,，作為摩擦材料中的增強(qiáng)和阻燃組分具有良好表現(xiàn)，添加量最多達(dá)40%,。
石棉
石棉是具有纖維結(jié)構(gòu),、可以劈分成極細(xì)而又柔韌的纖維狀含羥基的鎂硅酸礦物的總稱。作為摩擦增強(qiáng)材料的石棉有藍(lán)石棉(角閃石石棉)和溫石棉(纖蛇紋石石棉)兩類,，它們都是硅酸鹽礦物,，但前者屬于鏈狀結(jié)構(gòu)的閃石族，后者屬于層狀結(jié)構(gòu)的蛇紋石類,。
石棉良好的纖維柔韌性,、好的化學(xué)穩(wěn)定性以及優(yōu)良的力學(xué)和熱學(xué)性能，是其作為摩擦增強(qiáng)材料的關(guān)鍵,。此外,，石棉摩擦材料具有耐高溫、摩擦系數(shù)高,、硬度低,、強(qiáng)度高、價(jià)格便宜等特點(diǎn),。
二,、摩擦材料中的礦物增阻原料
增阻礦物原料大多具有較高的摩擦系數(shù)，同時(shí)具有較高的硬度(莫氏硬度在3～9)和剪切強(qiáng)度,，主要發(fā)揮提高制品摩擦阻力和強(qiáng)度的作用,。
作為摩擦材料，重晶石的摩擦系數(shù)較高且穩(wěn)定,，磨耗小,，摩擦噪音低；在高溫下能形成穩(wěn)定的摩擦界面，可以防止摩擦副表面擦傷,，使摩擦副表面更光潔,。
螢石和冰晶石
螢石和冰晶石礦物學(xué)特征
雖然螢石和冰晶石的硬度不高，但它們作為摩擦材料都具有良好的增阻效果,。特別是冰晶石,，它分別在570、730和990℃存在明顯的相變或熔融吸熱反應(yīng),，作為摩擦材料具有提高制品高溫穩(wěn)定性的顯著作用,。螢石熔體的粘度較低，對(duì)其他顆粒填料具有膠結(jié)作用,，也可以提高摩擦材料的高溫耐磨性,。
輝銻礦
輝銻礦屬于硫化物礦物，化學(xué)式：Sb2S3,；在摩擦材料中,，熔融后的Sb主要起粘結(jié)劑作用，可減少有機(jī)粘結(jié)劑用量,。在盤式剎車片中添加硫化銻,，可以降低樹脂用量以及摩擦系數(shù)的熱衰退，制品的高溫磨損率低,，硬度較低,，制動(dòng)噪聲低。
赤鐵礦,、磁鐵礦,、鉻鐵礦、鈦鐵礦和金紅石
赤鐵礦,、磁鐵礦,、鉻鐵礦、鈦鐵礦和金紅石的礦物學(xué)特征
這幾種礦物的硬度都處于中等水平,，它們具有提高摩擦制品摩擦性能的作用,，但其表現(xiàn)不盡相同。赤鐵礦利于摩擦制品耐高溫性的保持,，多用于重載汽車的鼓式剎車片,，添加量<5%。磁鐵礦可提高制品的摩擦性能,，并有著色作用,，多用于盤式剎車片，添加量一般在4%～12%,。鉻鐵礦具有較好的低溫和高溫增阻作用,。金紅石可以提高摩擦制品的抗高溫粘附能力和抗磨能力,。此外，這些礦物在自然界中廣泛分布,，選礦提純工藝成熟,，成本較低，也是它們作為摩擦材料的優(yōu)勢(shì),。
鋯石與剛玉
鋯石與剛玉礦物學(xué)特征
研究發(fā)現(xiàn),，鋯石粒度和形貌會(huì)明顯影響摩擦性能，表現(xiàn)在：細(xì)顆粒鋯石的摩擦系數(shù)較粗顆粒大,；在高溫下,，粗顆粒鋯石的抗熱震性,；大顆粒鋯石對(duì)摩擦副的磨損率大于小顆粒者,。剛玉屬于氧化物礦物，不僅硬度高,，其耐磨性能也好,。化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,，常溫下不溶于水,，不受酸堿腐蝕。
鋯石和剛玉都屬于硬質(zhì)填料,，少量添加即可產(chǎn)生良好的增阻效果,，不僅摩擦系數(shù)高，且制動(dòng)噪聲低,。
蛭石
蛭石是一種具有層狀結(jié)構(gòu)的含水鎂鋁硅酸鹽礦物,。作為摩擦材料，膨脹蛭石有很好的吸音性能,，可降低制動(dòng)噪聲,，可降低制品密度，常用于制備盤式剎車盤,。
沸石
沸石是一族具有架狀結(jié)構(gòu)的含水的堿或堿土金屬鋁硅酸鹽礦物,，化學(xué)成分變化大。在摩擦材料中添加沸石,，可以充分吸收高溫下樹脂熱分解釋放的氣態(tài)或液態(tài)水分子,、摩擦產(chǎn)生的熱量以及噪聲，具有顯著降低熱衰退以及摩擦噪聲的作用,。
硅藻土是一種生物成因的硅質(zhì)沉積巖,，主要由地質(zhì)演化歷史時(shí)期形成的硅藻遺體組成。作為摩擦材料的填料,，硅藻土可有效降低摩擦噪音和制品的熱衰退,。
增阻(增摩)礦物(巖石)原料種類繁多,，除上述重點(diǎn)介紹的幾種外，其他還包括長(zhǎng)石類礦物,、鋁礬土,、石灰?guī)r、白云巖等,。增阻(增摩)礦物(巖石)原料的表面改性技術(shù),，是提高其在樹脂、橡膠等高分子基體中均勻分散并與基體材料有效結(jié)合的關(guān)鍵,，也是該領(lǐng)域長(zhǎng)期面臨的技術(shù)問題和重點(diǎn)研發(fā)方向,。
三、摩擦材料中的礦物減阻原料
摩擦材料中使用的減阻(減摩)礦物填料主要是具有層狀結(jié)構(gòu),、硬度較低的礦物,，如石墨、輝鉬礦(MoS2),、滑石,、蛇紋石和類水滑石等。其中,，石墨,、輝鉬礦、滑石已得到廣泛應(yīng)用,，而蛇紋石和類水滑石是極具應(yīng)用前景的礦物減摩材料,。
石墨
石墨是碳的結(jié)晶礦物之一。層狀結(jié)構(gòu),，結(jié)構(gòu)層由碳原子組成六方環(huán),，層內(nèi)碳原子之間以共價(jià)鍵結(jié)合(強(qiáng)鍵)，層之間以分子鍵為主(弱鍵),，這決定了其礦物呈片狀形態(tài)和較低的硬度等特點(diǎn),。
石墨的摩擦系數(shù)在潤(rùn)滑介質(zhì)中＜0.1，且鱗片越大,，摩擦系數(shù)越小,，潤(rùn)滑性能越好。將石墨與Sb2S3搭配用作剎車片材料,，摩擦穩(wěn)定性會(huì)明顯提高,。
滑石
滑石作為摩擦材料中的填料，能夠很好地吸附樹脂(與樹脂具有良好的結(jié)合能力),，可以提高塊狀摩擦材料的強(qiáng)度,，并具有明顯的減磨作用。但在970℃左右,，滑石發(fā)生分解反應(yīng),，生成3MgSiO4和SiO2混合體,，可以提高摩擦材料的強(qiáng)度和硬度，表現(xiàn)出良好的增強(qiáng),、增阻作用,。
輝鉬礦
輝鉬礦是層狀結(jié)構(gòu)硫化物礦物。常溫下,，輝鉬礦的剪切強(qiáng)度極低,，摩擦系數(shù)低(0.03～0.15)。溫度高于350℃(空氣中)時(shí),，輝鉬礦將發(fā)生如下氧化反應(yīng),，形成MoS3，并放出SO2氣體,，質(zhì)量損失率達(dá)20%,，且摩擦系數(shù)升高。在惰性氣體保護(hù)下或真空中,，輝鉬礦的摩擦系數(shù)開始明顯變大,。因此,，輝鉬礦常被用作高溫摩擦調(diào)節(jié)劑,，但其價(jià)格高，多用于高檔摩擦材料制品中,。
葉蛇紋石
葉蛇紋石是含羥基的層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物,。葉蛇紋石納米層狀結(jié)構(gòu)以及弱的層間結(jié)合力，使其表現(xiàn)出良好的潤(rùn)滑性能,。它在高溫下的相變產(chǎn)物(鎂橄欖石和頑輝石)具有高硬度和較高強(qiáng)度,。高溫相變產(chǎn)生SiO2也對(duì)提高摩擦材料的強(qiáng)度具有促進(jìn)作用。因此,，葉蛇紋石作為摩擦材料在低溫和高溫階段都有良好表現(xiàn),，是優(yōu)良的摩擦調(diào)節(jié)劑。同時(shí),，葉蛇紋石的硬度又明顯高于石墨,、滑石、輝鉬礦等,，其增強(qiáng),、減摩效果更好。
類水滑石
類水滑石,，又稱類水滑石化合物或?qū)訝铍p金屬氫氧化物,，是一種由帶正電荷的金屬氫氧化物層板和層間填充帶負(fù)電荷的陰離子構(gòu)成的層狀化合物，具有強(qiáng)的吸附能力和結(jié)構(gòu)記憶性能,，作為催化材料,、離子交換材料,、吸附材料和環(huán)境材料等具有顯著的應(yīng)用價(jià)值。
近年來,，類水滑石作為減摩材料的研究受到高度重視,，陸續(xù)開展了Mg-Al類水滑石、Co-Al類水滑石,、Cu-Mg-Al類水滑石以及Ni-Mg-Al類水滑石減摩材料制備工藝及其摩擦性能評(píng)價(jià),，發(fā)現(xiàn)它們可以顯著降低Fe基摩擦副的摩擦系數(shù)、磨損和表面溫度,。
小結(jié)
科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步促進(jìn)了汽車工業(yè)的飛速發(fā)展,，摩擦材料的工作條件越來越苛刻。摩擦材料正向少,、無纖維型方向發(fā)展,；高性能、環(huán)保型摩擦材料將會(huì)有廣闊的市場(chǎng)前景,。未來對(duì)摩擦材料中的礦物原料的需求會(huì)逐漸增加,，要求也會(huì)越來越高。這對(duì)礦物摩擦材料加工產(chǎn)業(yè)既是機(jī)遇,，同時(shí)也是挑戰(zhàn),。
