制動閘片作為高速列車制動裝置上的關鍵部分，目 前主要依賴進口，這導致列車的使用成本過高，還會使 閘片供貨周期變長，不利于列車維護。因此，研發具有 自主產權的制動閘片是當前高速鐵路技術領域中的重 要方向。

鑄鐵基摩擦材料、粉末冶金磨擦材料以及碳/碳復 合摩擦材料等，都被用于制造列車制動閘片。粉末冶 金工藝制得的材料具有優良的綜合性能和經濟性，因而 被廣泛用于高速列車制動閘片的制造。銅基粉末冶金 摩擦材料，主 要 是 由 基 體、摩擦組元和潤滑組元組成。 基體主要決定了摩擦材料的力學性能，對材料的耐磨性 能、導熱性能產生主要的影響，常用的基體有銅基、鐵基 等;摩擦組元主要是為了彌補由于潤滑組元的添加而導 致的低摩擦因數并提高耐磨性;潤滑組元主要起潤滑作 用，以減少材料的磨損，提高材料的抗粘結能力。 我國的 石 墨 資 源 豐 富，儲 量 居 全 球 第 二 位。 石墨的抗剪切強度低，層與層之間容易滑移，具有很好 的潤滑性能。石墨因為自身獨特的結構、優良的性能以 及經濟性，可作為潤滑組元被廣泛應用于銅基粉末冶金 摩擦材料。本課題綜述了石墨作為潤滑組元所具有的 物理化學性質對材料不同性能的影響，以及含石墨的摩 擦材料制備工藝的改變對銅基粉末冶金摩擦材料性能 的影響。

石墨理化性質對摩擦材料性能的影響石墨作為潤滑組元通常分布在摩擦材料的表面和內部。在 摩 擦 材 料 中，C 在 Cu中的 溶 解 度 非 常 低，它們之間結合力 較 差，但 Cu具有良好的塑性變形能力，因此存在于材料內部的石墨會被擠出表面，被擠出的石墨與原本基體表面存在的石墨共同涂敷在摩擦表面，從而增加了摩擦表面的石墨覆蓋面積。粘附在摩擦表面的石墨顆粒受到剪切力作用，其內部容易在各層之間斷裂，從而起到潤滑作用，降低摩擦因數和磨損率。

1.1 石墨類型對材料性能的影響

張發廳、陳幫軍等研究了鱗片石墨和致密墨對銅基粉末冶金摩擦材料摩擦性能的影響，發現鱗片石墨比致密石墨有更加明顯的層狀結構，鱗片石墨表面積要大于致密石墨，當片狀的鱗片石墨分布在摩擦材料基體中時，對摩擦材料導熱性的影響比添加致密石墨要好;陳軍等比較了鱗片石墨和人造石墨對銅基粉末冶金摩擦材料性能的影響，發現人造石墨大多以游離狀態存在于材料中，削弱了基體的強度，因此采用鱗片石墨的摩擦材料的磨損率要低于采用人造石墨的摩擦材料;王曄[17]研究發現，與添加單一種類石墨相 比，在 含有鱗片石墨的試樣中繼續添加人造石墨，可提高摩擦材料的硬度、抗彎強度，但一定程度上會降低孔隙率。原因是鱗片石墨自身的片狀結構相較于其他形狀的表面積更大，相互之間接觸為面接觸，從而使得鱗片石墨之間孔隙減少。但是僅添加鱗片石墨會使得孔隙率過低，產生尖銳的噪音，所以在含有鱗片石墨的試樣中繼續添加人造石墨，既保證了摩擦材料的力學性能，又不會得到過低的孔隙率。WANGJX 等、KARZO V 等[19]研究了在銅基粉末冶金摩擦材料中添加膨脹石墨對摩擦磨損性能的影響，發現在摩擦材料中加入膨脹石墨后，試樣的摩擦因數和磨損率隨著膨脹石墨含量的增加呈現出先快速下降后平緩上升的趨勢。添加膨脹石墨試樣的摩擦因數和磨損率比添加鱗片石墨試樣的低，并且添加適量的膨脹石墨會使得試樣的抗彎強度得到提升。增加膨脹石墨的含量，摩擦材料在滑動摩擦時表面會形成富有石墨的機械混 合 層，會減小摩擦材料之間的直接接觸面積，摩擦因數隨之減小;但當機械混合層厚度達到一定時，材料會產生磨料磨損，摩擦因數又隨磨料磨損的加劇而升高。

1.2 石墨粒度對材料性能的影響

目前，對石墨粒度的研究主要集中在兩個方面，一方面是對微米級石墨粉末的研究，另一方面是對納米級石墨粉末的研究。杜明在研究石墨粒度對摩擦材料性能的影響時發現，隨著石墨粒度的變大，在平行于壓制方向上石墨呈細長的帶狀分布，試樣的密度和硬度表現為先上升再下降，而試樣的摩擦因數和磨損率卻先下降后上升的趨勢。黎凱強等研究了不同粒度的鍍 Cu石墨粉 對 摩擦材料性能的影響，發現鍍 Cu石墨顆粒的粒度對材料的抗彎強度、電阻率及耐磨性等方面都有影響。石墨顆粒越大，材料的抗彎強度越好，電阻率也越大。當石墨含量超過一定值時，過多的石墨顆粒會導致材料的孔隙率增大，材料承受外力的有效橫截面積會減少，材料的強度降低。相反，石墨顆粒越大，則材料中的石墨會在摩擦過程中不斷向摩擦表面提供潤滑介質，在摩擦表面形成穩定的潤滑膜，因此磨損率降低、潤滑效果好。合適的粒度，既能填補基體上存在的孔隙，又能使覆蓋在石墨上的基體不易脫落，保持摩擦表面光滑平整，從而得到良好的摩擦磨損材料。此外，納米級石墨顆粒在摩擦學中的應用同樣受到了廣泛關注。VAROLT 等、CHEN T H研究了納米級石墨粉末對材料摩擦性能的影響。發現納米石墨顆粒在基體中的分布有兩種方式，一種是在晶界之間分布，另一種則是團聚分布在 Cu基體中。納米石墨顆粒的團聚率隨石墨顆粒含量的增加而增加，從而導致孔隙率增加，其燒結性能變壞，密度和硬度也會下降。但是，在基體材料中加入納米級的石墨顆粒，可提高摩擦材料的潤滑性能，使其摩擦表面變得更光滑，摩擦表面無明顯的犁溝和劃痕，耐磨性得到提高，降低了摩擦材料的磨損量。制備工藝對銅基摩擦材料性能的影響對于采用粉末冶金法制備的摩擦材料而言，主要的工藝為混料、壓 制 和 燒 結，而 粉 料 的 配 比、壓 制 時 的 壓力、燒結時的溫度等參數，最終都會影響到摩擦試樣的性能。

2.1 復壓、復燒對材料性能的影響

尹延國研究了含石墨材料加工工藝中壓制和燒結過程對粉末冶金摩擦材料的影響。第 1 次 壓 力 為300～500MPa，壓坯經300～400 ℃預氧化2h，然后在830～880℃下燒結2h，隨后以600～800MPa壓力，經750～820 ℃壓制 和 燒 結。經過復壓復燒工藝后，摩 擦材料沒有明 顯 的 孔 隙，并且石墨顆粒均勻分布在基體中。最后得到的摩擦材料，在致密度、硬度、壓潰強度等性能上都有大幅提高。摩擦材料中如果存在過多的孔隙，則會破壞材料基體的連續性，對材料進行二次壓制，可以減少摩擦材料中第1次壓制后存在的孔隙，有效地提升摩擦材料的致密度。摩擦材料中不同組分在進行燒結時，是一種不同顆粒間發生擴散和合金均勻化的過程，石墨和 Cu粉顆粒之間化學性質及物理性能差異較大，所以石墨的存在會阻礙基體銅粉之間的擴散和合金均勻化過程，導致燒結后的摩擦材料中石墨與其他成分結合不牢，而對摩擦材料進行二次燒結，則會加劇顆粒間的擴散運動，消除摩擦材料中的孔洞，使得石墨與其他成分之間結合得更加緊密牢固。

2.2 成型壓力對材料性能的影響

姜許等、劉建秀等研究了不同的成型壓力對摩擦材料性能的影響。發現隨著成型壓力不斷增大，摩擦材料內部顆粒會發生位移填充四周孔隙，摩擦材料的孔隙率隨之降低。原先無序分布、表面寬大的石墨顆粒會逐漸變得窄長，呈層狀分布垂直于壓制方向，Cu基體的連續性 也 隨 之 得 到 提 高。隨著壓制壓力增大，試樣的摩擦因數、硬度和密度先增加后減小然后再上升。

3 應用展望

目前，越來越多的研究者試圖用新方法改變石墨的形態，以達到改進材料性能的目的。高純度石墨、石墨烯、碳納米管等一系列石墨的衍生品不斷被研究，并試圖加入粉末冶金材料中。在材料制備過程中，精準控制石墨在基體中的分散與排列，消除團聚現象，使得材料性能更加均勻，是未來研究的重要方面。此外，改進燒結方式，增加石 墨 與 Cu基體 的 界 面 結 合 強 度，使 得 摩擦材料的物理性能更好也是研究熱點。伴隨著列車運行速度的提高，對制動閘片性能的要求也更高。越來越多的新材料作為潤滑組元應用于制備摩擦材料中，但益于石墨的諸多優點，在相當一段時期內它仍然是制動閘片中作為潤滑組元的主要材料。