刹车片 （或刹车盘）在刹车系统中，是最关键的安全零件，对刹车效果的好坏都起着决定性作用，好的刹车片（或刹车盘）是人和车（飞机）的保护神。

一、刹车片的起源

1897 年，HerbertFrood 发明了第一块刹车片( 使用棉线作为增强纤维)，并用于马车和早期的汽车，从此，世界著名的Ferodo 公司成立了。随后在1909 年，该公司发明了世界上第一个固化石棉基刹车片；1968年，发明世界上第一个半金属基刹车片，此后，摩擦材料开始向无石棉化发展。国内外开始研究各种石棉的替代纤维如玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维、钢纤维等在摩擦材料上的应用。

二、刹车片的分类

刹车材料的分类方法主要有两种。一种是以使用机构来划分。如汽车刹车材料、火车刹车材料和航空刹车材料等。该分类法简单且易理解；另一种是根据材料材质类型来划分，这种分类方法较为科学。

现代制动用刹车材料主要包括以下三大类：树脂基刹车材料(石棉刹车材料、无石棉刹车材料、纸基刹车材料)、粉末冶金刹车材料、碳/碳复合刹车材料和陶瓷基刹车材料。

汽车刹车材料

汽车刹车材料种类按制造材料的不同，可分为石棉片、半金属片或低金属片、NAO( 无石棉有机物)片、碳碳片和陶瓷片等。

石棉片

从最初开始石棉就已经被用作刹车片的加固材料，由于石棉纤维具有高强度和耐高温的特性，因此可以满足刹车片及离合器盘和衬垫的要求。这种纤维具有较强的抗张能力，甚至可以同高级钢材相匹配，且可以承受316℃的高温。更重要的是石棉相对廉价，它是从闪石矿石中提炼出来的，而此种矿石在很多国家已被大量发现。

石棉摩擦材料主要以石棉纤维即水合硅酸镁(3MgO·2SiO2·2H2O)作为增强纤维。经添加调节摩擦性能的填料，再用粘结剂在热压模内压制成型而得到的一种有机基复合材料。

20世纪70年代以前。石棉型摩擦片在全球范围内被广泛应用。并长期占据主导地位。但是，由于石棉的传热性能很差。不能迅速发散摩擦热。会导致摩擦面热衰退层变厚以及增加材料的磨损。同时。石棉纤维在400℃ 以上析出结晶水。使摩擦性能显著下降而急剧增加磨损，当到达550℃以上时，结晶水已基本上丧失，完全失去增强效果。更重要的是，经医学证明，石棉是对人体呼吸器官有严重损害的物质。1989年7月。美国环保署(EPA）宣布将在1997年以前禁止所有石棉制品的进口、制造和加工。

半金属片

它是在有机摩擦材料与传统粉末冶金摩擦材料的基础上发展起来的一种新型摩擦材料。它采用金属纤维替代石棉纤维，是70年代初美国本迪斯公司开发的无石棉摩擦材料。

“半金属”混合物型刹车片（Semi-met）主要是采用粗糙的钢丝绒作为加固纤维和重要的混合物。从外观上（细的纤维和微粒）可以很方便地将石棉型和无石棉有机物型刹车片（NAO）区分开来，另外它们还具有一定的磁性。

半金属基摩擦材料具有如下主要特点:

(1) 摩擦系数以下非常稳定。不产生热衰退。热稳定性好；

(2) 耐磨性好。使用寿命是石棉摩擦材料的3-5倍；

(3) 在较高负荷下具有良好的摩擦性能摩擦系数稳定；

(4) 导热性好。温度梯度小。特别适合尺寸较小的盘式制动品；

(5) 制动噪音小。

美、欧、日等国家于60年代开始大面积推广使用。半金属片的耐磨性能比石棉片提高25%以上，目前已在我国刹车片市场上占主导地位。而美国大部分汽车，尤其是轿车和客货两用车，半金属制动器衬片已占80 % 以上。

但该产品还存在以下几个缺点: ①钢纤维易生锈，锈蚀后易粘着或易损伤对偶，且锈蚀后产品强度降低、磨损加大； ②热传导率高，在高温时易使制动系统产生气阻导致摩擦片层与钢板脱开；③硬度较高，会损伤对偶材料，产生振颤和低频制动噪音；④密度大。

虽然“半金属”存在不小的缺点，但是由于其生产稳定性好，价格低廉，仍然是汽车刹车片的首选材料。

NAO片

20 世纪80 年代初期，国际上出现了各种混杂纤维增强的无石棉制动衬片，即第三代无石棉有机物NAO型刹车片，其目的是为了弥补钢纤维单一增强半金属制动材料的缺陷。所采用的纤维有植物纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、钢纤维、陶瓷纤维、碳纤维、矿物质纤维等。由于多元纤维的应用，制动衬片中纤维在性能上互补，易于设计出综合性能优异的制动衬片配方。NAO 片其主要优点是无论在低温或高温都保持良好的制动效果，减少磨损，降低噪音，延长刹车盘的使用寿命，代表目前摩擦材料的发展方向。世界著名品牌奔德士/菲罗多牌刹车片使用的摩擦材料都是第三代NAO无石棉有机物材料，能在任何温度下制动自如，保护驾驶员生命安全，并最大限度延长刹车盘寿命。

碳碳片

碳碳复合摩擦材料是用碳纤维增强碳基体的一类材料。它的摩擦性能十分优异。密度低；能载水平高。具有比粉末冶金材料、钢材高得多的热容量；热强度高；无变形、粘结的现象。工作温度可达200℃ ；摩擦磨损性能良好。使用寿命长，在刹车过程中其摩擦系数稳定适中。碳碳复合材料片最早应用于军用飞机上，后来被F1赛车采用，这也是碳碳材料在汽车刹车片上唯一的应用。

碳碳复合摩擦材料是热稳定性、耐磨损性、导电性、比强度、比弹性率等诸多特性兼备的特殊材料，但是碳碳复合摩擦材料同时存在着以下一些缺点:摩擦系数不稳定；受湿度的影响很大；抗氧化性能差(在空气中50 ℃ 以上发生严重氧化)。对环境( 干燥、干净) 的要求较高；价格非常昂贵，用途限定在特殊领域范围内。这也是限制碳碳材料难以广泛推广的主要原因。

陶瓷片

作为摩擦材料中的新品。陶瓷刹车片具有无噪声、无落灰、不腐蚀轮毂、使用寿命长、环保等优点。陶瓷刹车片最初由日本刹车片企业于20世纪90年代研制成功，后逐渐成为刹车片市场的新宠。

陶瓷基摩擦材料的典型代表是C/C-SiC 复合材料，即碳纤维增强碳化硅基体的C/SiC 复合材料。德国斯图加特大学和德国航天研究所等单位的研究人员对C/C-SiC 复合材料应用于摩擦领域进行了研究，并研制出C/C-SiC 刹车片应用于保时捷轿车中，美国橡树岭国家实验室与Honeywell Advnanced composites公司、HoneywellAireratf Lnading Systems 公司、Honeywell CommercialVehicle systems 公司合作，正在研制低成本的C/SiC 复合材料刹车片，替代用于载重汽车的铸铁和铸钢刹车片。