制动摩擦材料研究现状

制动摩擦材料研究现状（共6篇）

篇1：制动摩擦材料研究现状

我国汽车制动材料的研究现状及发展趋势

汽车制动器衬片，俗称刹车片，是汽车制动系统中重要的安全部件。它将汽车运动的动能转化为热能和其他形式的能量，从而使汽车减速或停止。制动材料是以摩擦为主，兼有结构性能要求的多组分复合材料。随着我国汽车制造业的不断壮大，制动材料也得到了突飞猛进的发展。根据2005年中国刹车片市场调查报告，04年国内摩擦材料产量为19.4万吨，其中盘式和鼓式刹车片占85%以上。国内方面，近年来我国汽车保有量已经达到2570.97万辆，全国每年需求刹车片4亿块左右，市场潜力巨大[1]。另外，据中国摩擦与密封协会的统计，我国摩擦材料产量保持快速增长的势头，2005年产量30万吨，产值56.27亿元，出口交货值13.3亿元；2006年产量达到37.34吨，产值67.34亿元，出口交货值20.51亿元。预计在“十一五”末期，我国摩擦材料总产量将达到60万吨，总产值超过100亿元，其中出口交易值40亿元。随着各国汽车工业的发展和现代社会环保意识的提高，制动材料的运行条件越来越苛刻，人们对它的性能要求也越来越高，可简单将其概括为“三化”。

（1）无石棉，无污染化

自从1972年国际肿瘤医学会确认石棉及其高温挥发物属于致癌物后，各国家相继禁止使用石棉摩擦材料。我国于1999年10月1日开始实施国家标准《汽车制动系统结构、性能和试验方法》（GB12676-1999），其中明确规定“制动衬片应不含石棉”，并在标准实施起48个月后强制施行。随着人们生活水平的提高，汽车所造成的污染也越来越受到人们的重视，其中刹车片产生的污染也引起了人们的关注。就制动材料而言，对环境的污染主要来自制动过程中产生的噪音及磨屑中的重金属污染。为了控制噪音污染，我国于1996年通过了《中华人民共和国环境噪声污染防治法》，欧洲各国也对机动车辆的噪声释放做出了严格规定（图1，图2）。最近的环境研究显示重金属对环境构成极大的危害，关于重金属污染，在国内还没有被完全了解和关注[2]，而国外已有报道。欧盟为此已采取措施禁止或严格限制在汽车构件中使用重金属，不久前在斯德哥尔摩发表的一项研究表明，摩擦材料是铜污染最大的祸首之一。尽管与其它汽车部件相比其所含的铜量较低，但制动片却产生了环境中30%的铜污染。在美国加州，由于刹车片重金属造成的河流和海湾污染已经引起了相关部门的重视，其中很多金属如锑、铅、锌等被怀疑有致癌性。因此，制动材料的低金属及无金属化成为研究重点之一。汽车厂商及摩擦材料供货商正在寻找替代品。TRW（美国天合汽车集团）在环境及安全上的技术创新使其在提供无重金属制动片领域领先一步。通过深入的研究，TRW开发了矿物与陶瓷纤维的混合材料，不使用非环保材料，如紫铜、黄铜、锑铅等[3]。中国也将从TRW的这一成果中获益，一些环保制动产品将会逐步进入国内市场。

（2）高速化

随着高速公路的普及及火车的再次提速，车辆的行驶速度越来越快。汽车在刹车过程中，制动材料吸收的能量基本和车速的平方成正比。以轿车为例，当车速为100km/h时，制动的热负荷达1130.436KJ。另外，目前小轿车和轻型货车大多从鼓式向盘式制动器转变。该制动器的散热性、热稳定性和水稳定性好，且易于维修和保养。但同时其摩擦面积也只有鼓式的1/4~1/6，单位面积吸收的能量增加4~6倍，高速制动时，摩擦副表面的闪点温度可达1000℃，这就对制动材料的耐热性能提出了更高的要求。

（3）轻量化

从上世纪70年代开始，能源危机及石油的短缺日趋严重，汽车轻量化的问题被提上日程。当今世界能源紧缺，节能必将是摩擦材料发展的一个重要方向。因此，汽车工业相应的将汽车从较重的后轮驱动改为更小、更轻、更省油的前轮驱动，出现了更小、更轻的刹车片。也就是说在具有优良摩擦性能的同时，较低密度的刹车片将会更具优势。对高档汽车的刹车片而言，一般都要求其密度低于2.5g/cm3。

因此，为满足上述性能要求，开发高性能环保型制动材料已成为摩擦材料行业的当务之急。泛泛而谈，制动材料应满足多方面的性能要求：a具有适中且稳定的摩擦系数。通常，不同厂商对摩擦系数要求各不相同。用在亚洲车型上的有机摩擦材料的摩擦系数值（μ）为0.30~0.35，在美国常用的半金属摩擦材料（μ）为0.35~0.40。而在欧洲，对速度及温度要求显著不同。所用的无石棉有机材料（NAO）摩擦摩擦系数的要求值达0.40~0.45；b高的耐磨性，即较长的使用寿命；c具有良好的导热性、较大的热容量和一定的高温机械强度；d对对偶无攻击性；e无噪声、低成本且对环境无污染等[4-5]。汽车制动材料的发展历程

1.1 鼓式制动器与石棉型刹车片占主导地位

20世纪70年代中期以前是摩擦材料发展的第一时期，汽车制动材料多采用石棉作为增强体。它是以石棉为骨架，其他添加剂和树脂复合而成，石棉在摩擦材料中的含量一般为30%～60%。由于石棉摩擦材料具有成本低、密度小、摩擦系数高、来源丰富等一系列优点，能满足摩擦材料的使用要求，因而获得了广泛的应用，长期占据统治地位[6-7]。

1.2汽车制动器向盘式制动器与非石棉摩擦材料过渡时期 70年代至80年代中期，随着汽车工业的飞速发展，石棉摩擦材料已不能适应现代汽车和社会发展的需要，同时由于石棉摩擦材料的致癌性，各国强烈要求禁止使用石棉摩擦材料。目前，国内外都在大力开展无石棉摩擦材料的研究，先后研制开发了十几种代替石棉制成的摩擦材料。归纳起来主要有以下几种：半金属摩擦材料，有机纤维摩擦材料，玻璃纤维摩擦材料，片状材料增强摩擦材料等[8]。

1.3盘式制动器与新型摩擦材料大发展并得到大规模应用阶段

20世纪80年代中期以来，汽车工业向高速、重载、舒适、环保、轻量化方向发展，制动系统得到不断的改进和完善。许多国家都致力于改进和开发新型无石棉摩擦材料，一大批新型制动材料相继涌现。最具代表性的有粉末冶金摩擦材料，新型混杂纤维摩擦材料，C/C复合材料及新型的陶瓷基摩擦材料。

（1）粉末冶金摩擦材料

粉末冶金摩擦材料又称烧结金属摩擦材料，是以金属及其合金为基体，添加摩擦组元和润滑组元，通过压制成型，然后在高温中烧结而成。采用粉末冶金技术生产摩擦材料时，不但在性能上有突出的优点，特别是在组分的设计上极具灵活性。法国、瑞典、加拿大等国的高速列车均使用这种闸瓦，且取得不错的效果。但其对对偶的磨损偏大，成本与有机摩擦材料相比偏高，尚有待进一步改进[9]。

（2）新型混杂纤维摩擦材料

目前世界上已极少采用单一纤维作为制动材料的增强纤维，混杂纤维增强是摩擦材料的发展方向。所谓新型混杂纤维摩擦材料是指采用两种或两种以上的纤维增强同一种树脂基体的摩擦复合材料。采用混杂技术时，一般都采用性能和价格互补的两种纤维。郭洪涛[10]研究认为炭纤维与芳纶浆粕的混杂表现出很好的摩擦学性能，芳纶纤维在材料摩擦过程中容易在对偶的界面上形成转移膜，摩擦曲线波动幅度比单一炭纤维增强的试样普遍要小，即加入了芳纶浆粕改善了摩擦系数的平稳性，证明了混杂的优异效应。中国专利[11]利用一种价格极为低廉的叶蜡作为填料，采用硅酸铝纤维、钢纤维混杂增强制得一种新型混杂纤维摩擦材料。通过实验测得该种材料在不同温度下摩擦系数稳定、磨损率小、制动效果好，具有很大的市场竞争优势。欧洲专利[12]涉及三种纤维混杂：10~15%的 aramid纤维，5~20%的棉花纤维，2~15%的炭纤维，所研制的摩擦材料比传统材料具有更佳的摩擦磨损性能。

（3）C/C复合材料

C/C复合材料，即炭纤维增强炭基体复合材料。自从1958年问世以来，由于其具有比重小（约为铁的1/5）、强度高（抗拉强度>2GP）、热膨胀系数小、耐高温等优点，在军工、航空、航天等方面取得了长足的发展。其在民用领域方面的应用也日益扩大，很多民用飞机（如波音系列：Boeing747、Boeing757等，空客系列：A330、A340等）和高档赛车（Ferrari F2005、Renault R25、Toyota TF105等）已开始装备C/C刹车副。目前国内中南大学、西北工业大学、中科院金属所、航天集团第四院43所、621所等几家单位的研究在国内居于领先水平。中南大学以博云新材料股份有限公司为依托，C/C刹车副已全面实现产业化、国产化[13-15]。由于C/C复合材料采用化学气相沉积（CVD），液相浸渍炭化的生产工艺，生产周期较长，因此成本较高，价格昂贵（一副C/C刹车盘价格高达上万元），这也制约了其在更广阔领域特别是汽车领域的应用。

（4）新型陶瓷基摩擦材料

由于无石棉有机制动材料存在耐热性问题，半金属摩擦材料又存在密度较大、攻击对偶、产生噪音等不足，而尽管C/C复合材料能解决上述问题，但其成本较高。陶瓷摩擦材料具有密度适中、耐高温、耐腐蚀、价格适宜等优点，已被广泛的应用于制动领域。一般来说，陶瓷基摩擦材料中陶瓷的体积分数至少占到45%以上，有的甚至达到80%~90%。常用的性能优良的陶瓷有：SiC、B4C、Si3N4、Al2O3、AlN等[16]。德国斯图加特大学和德国航天研究所等单位对C/C-SiC复合材料应用于摩擦领域进行了研究，并成功应用于保时捷高档轿车上[17]。Pinggen Rao[18]对低温烧结高纯Al2O3陶瓷的性能进行了探讨，L.E sposito等对低纯Al2O3陶瓷的摩擦磨损性能进行了研究[19]。目前在国外，添加陶瓷纤维作为增强材料，利用改性树脂和橡胶为粘合剂，以多种人工合成的有机和无机材料作为摩擦性能调节剂制成的一种非金属摩擦材料，也叫做陶瓷基摩擦材料。其特点是：1）无噪音。陶瓷配方不但很好的消除了行车制动噪音，而且通过对静摩擦系数和动摩擦系数的平衡，解决了半金属和少金属配方很难克服的低频噪音。2）无落灰，抗腐蚀能力强。陶瓷配方中没有金属成分的加入，很好的解决了金属纤维锈蚀的问题。对油酸不敏感，且其具有优异的摩擦粉尘性能，一般行车一千公里以内不会有明显的轮毂落灰现象。3）使用寿命长。陶瓷摩擦材料采用大量的有机和无机材料，材料之间有良好的亲和性能，并在制动过程中可以形成较好的摩擦膜和转移层，具有很好的润滑效果，大大提高了材料的使用寿命，与半金属相比，其使用寿命可提高1.5倍以上。4）绿色环保，制动舒适。陶瓷材料优异的理化性能以及不含重金属的配方，使制动材料具有噪音低、粉尘少的特点，且对环境无污染，完全符合日益提高的环保要求。汽车制动材料需要解决的关键技术

近年来，国内外对汽车制动材料进行了广泛的研究，并取得了巨大的研究成果。但目前，汽车制动材料还需解决以下两项关键技术：

1）提高摩擦材料粘结剂的性能。粘结剂是摩擦材料组成的核心，它性能的好坏直接影响刹车片的性能。一般来说，粘结剂应具有长寿命、良好的稳定性和较好的耐热性能，其中耐热性是关键。目前，人们普遍采用物理和化学的方法对酚醛树脂进行改性，其耐热性能大幅度提高。但随着车速的提高，对摩擦材料的热衰退性能提出了更高的要求。目前摩擦材料粘结剂的研究，已不再局限于树脂和橡胶，而且拓展到了利用金属粉末或金属硫化物在高温下具有的特殊性能，减少树脂在摩擦材料中的使用比例，以弥补树脂及橡胶在高温下的不足。因此，尽管采用高性能树脂能提高摩擦材料的耐热性能，但其改善毕竟有限，我们应更多的关注和利用金属粉末及金属硫化物的性能或开发一些新型的无机粘结剂。同时，材料的热传导性虽然是影响耐热性的间接因素，却非常重要。因此，为了降低制动温度，提高耐热性能，我们也可以从提高制动材料的导热系数入手，加快散热速度，防止材料因温度过高导致性能下降。

2）随着现代环保意识的增强，人们对汽车产生的噪音的问题越来越关注。因此，减少刹车片诱发的制动噪音成为一个重要的研究课题。汽车刹车片噪音，涉及到制动器的总成结构，而不单是制动材料本身的问题。目前，科学界对噪音的产生及形成机理还没有统一的定论。一般认为，其原因不外乎三种[20]：一是刹车片与对偶不匹配，产生共振或伤盘；二是刹车片的摩擦稳定性差；三是刹车片与制动对偶随制动比压、温度、速率的变化，双方材质互为粘附。为解决此问题，一般可以添加一些润滑剂和增韧剂，积极开发轻质和性能优越的多孔填料，以降低制动噪音。汽车制动材料的发展趋势

汽车工业的快速发展造成了汽车摩擦材料研究的白热化。为了开发能满足当代汽车工艺要求的全新制动材料，当前汽车制动材料发展趋势可以从以下几个方面来看。

3.1 摩擦磨损理论的完善

汽车在制动时，即是发生在制动材料和金属刹车盘之间的摩擦过程。现代摩擦学往往把摩擦材料/金属刹车盘这一对摩擦副的相对运动过程，视为是摩擦学系统[21-22]。其基本思想是，把相对运动和相互作用的诸表面及参加作用的介质，抽象成由摩擦学元素构成的系统，然后依据系统学理论，把摩擦学系统归属于开式、离散、动态系统，研究摩擦过程中能量和材料的损失。与此同时，摩擦学系统的结构和功能，也随摩擦过程变化。可由图4所示系统模型来描述这一摩擦学系统[23]。

关于制动材料摩擦磨损机理的研究主要包括以下两方面:一方面是试图从理论上解释磨损机理，导致了不少磨损模型和假设的建立；另一方面是努力通过实验找到磨损的规律，使磨损机理的理论研究和实际应用结合起来，建立磨损的计算方法。迄今为止，关于制动材料摩擦磨损机理的研究很多，但由于制动材料中成分和组织以及材料性能的复杂性，还没有一个公认的理论能解释所有的摩擦磨损现象。目前己有的算式大部分是基于某一种磨损机理而建立的，或是根据特定的实验条件而建立的经验公式[24]。因此，关于其磨损机制的研究和磨损模型的建立还有待深入和完善[25]。一般来说，摩擦材料与金属对偶体系可反映5种磨损类型，即:磨粒磨损，粘着磨损，疲劳磨损，热磨损和宏观剪切磨损[26]。

另外，目前关于汽车制动材料的报导绝大多数仅局限于宏观层次上的研究，而很少从微观上进行分析。为了能对制动材料摩擦磨损机理有更好的认识，更现代化检测手段的运用显得十分必要。譬如，由于扫描电镜对非导电体的观测并不充分，而原子力显微镜提供了在原子、分子尺度上观察非导体表面形貌的有效手段，所以可以从更加微观的角度上对摩擦材料表面、磨屑以及对偶件的形貌特征和化学成分特征进行分析研究。同时，随着新材料和微电子技术的迅速发展，人们将微电子技术和微传感器技术用于摩擦材料，形成能够自动检测制动过程中摩擦系数、摩擦力、摩擦量及表面温度的功能摩擦材料，进而通过控制技术自动调节制动过程中的制动力和表面温度，这将有助于更深入的了解制动过程中的摩擦磨损现象。这些都是未来制动材料发展的重要方向。

3.2 材料的改性及配方的优化设计

汽车制动材料是以高分子化合物为粘结剂，以无机或有机类纤维为增强成分，以矿物粉体和有机粉体为摩擦性能调节剂制备而成的功能材料。其组成成分少则十几种，有时甚至添加了几十种不同的材料。根据各个组分在摩擦材料中所起的作用，一般将其分为增强纤维、有机粘结剂和填料。

3.2.1 原材料的改性研究

在原材料方面，对于增强纤维，由于单一纤维各有优缺点，且在不同方向上具有不同的力学和物理性能。因此，对纤维增强的摩擦材料而言，使用混杂纤维进行合理复合，使其充分发挥各自的优点，制成性能优良、成本较低的摩擦材料，必将成为摩擦材料的研究方向之一。对于树脂粘结剂，目前主要还是选用酚醛树脂，其最突出的优点是耐热性好，但在高温下会分解，使摩擦材料发生热衰退，摩擦磨损性能变差，因此酚醛树脂的改性也是其研究方向之一。对填料而言，在现代汽车制动材料中，有机粘结剂和增强纤维的用量正逐渐减少，以矿物为主的填料用量越来越多。各国都在积极研究开发一些轻质、多孔的无机填料，特别是当一些纳米粒子的填料加入时，产生了一种新型的摩擦材料，即纳米摩擦材料。

3.2.2 纳米摩擦材料

纳米复合材料的概念于20世纪80年代中期由Roy提出[27]。纳米复合材料具有优异的性能和广泛的应用价值，利用纳米粒子取代普通无机填料与聚合物基体复合，能大幅度提高聚合物材料的整体性能[28]。贺鹏等[29]将其作用归纳为以下几点：提高热性能，如热膨胀系数降低、导热系数大幅提高、阻燃性增强；改善力学性能，如同时增加强度和增加韧性、增强耐磨性、改进光电性能等。葛世荣等[30]人，制备了纳米SiO2和纳米TiO2填充PA1010尼龙复合材料，测试结果表明：填充纳米颗粒可以提高尼龙复合材料的力学性能，纳米SiO2和纳米TiO2作为填料可以提高PA1010的耐磨性，降低摩擦系数。其中纳米颗粒的最佳质量分数为10％。马世宁[31]等对纳米固体润滑干膜的摩擦学性能进行了研究，试验表明：添加纳米Al2O3粉末在摩擦系数略有增加的同时，耐磨性也得到了很好的改善。美国马里兰大学[32]材料系在实验室研制成功纳米Al2O3与橡胶的复合材料。这种材料与常规橡胶相比，耐磨性大大提高，介电常数也提高了将近一倍。

3.2.3 材料配方的优化设计

汽车制动材料一般采用模压成形法，因此材料的成分配方至关重要。目前在代表世界摩擦材料先进水平的欧洲和北美国家中，其摩擦材料先进的配方技术主要体现在：1）无石棉、无金属、无Kevlar等化学纤维和天然纤维、树脂含量低至5%~6%，并采用第二粘结剂。2）多体系复合材料的配方优化。多年以来，摩擦材料研究及应用的主导体系一直是以1维唯象的纤维为增强体、0维唯象的颗粒为填料和3维唯象有机基体组合而成的0-1-3型聚合物基复合材料体系。目前，国内外开展了多种新结构体系摩擦材料的研究，有研究者选用多种纤维、以2维唯象的层片为增强体，并与多种有机无机微粒和树脂混合制得0-1-2-3型复合体系摩擦材料。发现以相同的填充分数，可获得比单纯纤维和单纯粒子增强材料高的力学性能，并能同时兼顾强度和韧性、高温摩擦和磨损性能、综合性能优越。

在汽车制动材料配方优化设计的过程中，大量的专利技术和应用研究用来完善和提高制动材料的摩擦磨损性能。曹献坤[33]等人对Kevlar增强纤维的摩擦材料配方进行了研究设计。应用正交试验设计方法，以摩擦制品的摩擦系数、磨损量和冲击强度为试验指标，由多因素方差分析进行配方优化，得材料配比（Wt％）为：Kevlar纤维1～5，膨胀蛭石片40～50，改性酚醛树脂16～19，石墨5～8，有机摩擦粉10～15，无机填料10～18。杨金生[34]等对半金属制动材料的成分配方进行了改性并获得较好的制动摩擦磨损效果。国外商用摩擦材料的配方设计，由于涉及到商业秘密很少公开，在摩擦磨损机理研究中，只会简单给出实验材料的配方。韩国的Ho Jang等[35]学者，对复合摩擦材料中的Sb2S3ZrSiO4在表面摩擦过程中的特性进行了研究，并给出了材料的配方。美国专利[36]利用10%的aramid纤维，5%的钛酸钾纤维，与10%酚醛树脂和其他调节剂，在一定工况下，形成5~100μm厚的有机薄层，极大的减少了制动噪音与震颤。M.H.Choa[37]对灰铸铁制动鼓在摩擦过程中，灰铸铁摩擦表面的微观形貌变化进行了研究，并比较了有钢纤维摩擦材料与无钢纤维摩擦材料对灰铸铁表面的影响特性。同时给出了两种试验用复合摩擦材料的配方，如表1所示。

表1：某复合摩擦材料的配方和物理特性表

3.3 制备工艺的改进及低成本化

目前汽车刹车片的市场主要以树脂基和半金属基复合摩擦材料为主，其制备技术已相对稳定和成熟，但由于树脂耐热性的问题，其摩擦性能还有待进一步提高。而对于一些金属和金属陶瓷基摩擦材料，虽 然各方面性能较佳，由于其价格高、制造工艺复杂、成本因素制约了其在中低档汽车上的推广应用。各个国家在制造工艺方面均做了大量的研究，采用了许多先进技术，如对金属纤维的软化处理，对非金属纤维的蓬松处理和浸渍处理，对硬质原料粉末的球化处理，喷涂、挤压、大气压力固结（CAP）技术，组合固结，Starmix混粉技术，快速多项移动成型（BOG）技术，以及后续加工和表面处理等，均是为了全面提高摩擦材料的综合性能[38]。4 结束语

当今世界，节能和环保是汽车工业的两大主题。因此，今后汽车制动材料的主要研究方向是更安全、更轻量化、更省燃油。这不仅需要新材料的开发，还需要采用新结构、新系统，从而大幅度提高制动材料的摩擦磨损性能，实现轻量化，达到节能的目的。

近几年来，随着我国汽车工业的突飞猛进，制动材料也取得了很大的发展。但跟国外相比，还有一定的差距。为开发新型的制动材料，我们应审时度势，随时跟踪国际市场，根据我国国情发展自己的汽车制动材料；在努力提高产品质量及批量稳定性的同时，开发新产品，满足不同车种和行驶条件的要求；改善树脂粘结剂质量并开发新型的无机粘结剂；采用新工艺、新型摩擦材料，为振兴我国汽车工业做出应有的贡献。(end)泽纡

篇2：制动摩擦材料研究现状

**同志，男，1954年出生，汉族，中共党员，自1970年入厂以来，他一直从事铁路客车、城铁客车、高速动车组牵引和制动的调试。

有铁路客车制动机安全性其可行性设想，填补了104型客车制动机产生电控紧急制动功能的国内空白。

篇3：制动摩擦材料研究现状

机械压力机作为一种最主要的锻压设备广泛应用于工业生产中, 其心脏部件———离合器与制动器的工作可靠性、安全性及动作灵敏性[1], 对于机械压力机的正常使用与维修至关重要, 而摩擦材料则是离合器与制动器最重要的零件之一, 因此, 提高摩擦材料的性能与使用寿命已成为亟待解决的问题。本文针对一种含有纳米粉的摩擦材料现状进行如下分析, 从而为提高我国机械压力机离合器与制动器的整体水平奠定坚实的基础。

摩擦材料是一种多元复合材料, 它是由粘结剂 (树脂与橡胶) 、增强纤维和摩擦性能调节剂三大类主要组分及其它配合剂经一系列制造加工工艺制成的[2]。根据材料的摩擦特性, 可分为低摩擦系数材料和高摩擦系数材料。低摩擦系数材料又称为减摩材料或润滑材料, 高摩擦系数材料简称为摩擦材料。通常摩擦材料是车辆和机械设备中的离合器总成及制动器中的关键安全零件, 在大多数情况下, 摩擦材料都是同各种金属对偶材料 (例如灰铸铁) 相摩擦的。故在传动和制动的过程中, 主要应满足以下技术要求:适宜而稳定的摩擦因数、良好的耐磨性、一定的机械强度和物理性能、低的制动噪声以及对偶面磨损较小。摩擦材料按工作功能分为传动与制动两大类, 摩擦材料按产品的材质可分为石棉摩擦材料、半金属摩擦材料、混合纤维型摩擦材料、粉末冶金摩擦材料及碳纤维摩擦材料[3]。石棉摩擦材料多用于增强材料。半金属材料的热稳定性能好, 耐磨性能好, 导热性能好, 对环境污染小。主要用于轿车和重型汽车的盘式制动片。石棉摩擦材料由于其高温摩擦性能差, 石棉纤维污染环境等缺点[4], 在国外发达国家已经明令禁止。混合纤维型摩擦材料作为增强材料, 充分发挥每一种纤维的优势, 弥补缺陷, 降低成本。主要用于轿车和轻、中型汽车制动片。粉末冶金摩擦材料的基体主要是铜和铁, 经混合、压型, 并在高温下烧结而成, 适用于较高温度下的制动与传动工况条件, 如飞机, 重载汽车、重型工程机械的制动和传动。粉末冶金摩擦材料的价格高, 制动噪声大, 对偶磨损较大[4]。半金属摩擦材料的摩擦性能较好, 但制动噪声大, 密度稍大, 成本较高。碳纤维摩擦材料具有高模量、导热好、耐热好等特点。由于其单位面积吸收功率高及密度小, 特别是和生产飞机制动片, 国外有些高档轿车的制动片也有使用[5]。碳纤维摩擦材料因价格昂贵, 故其应用范围受到一定的限制[6,7]。

目前含有纳米粉体的材料在表面工程中的应用的最大优势是能够制备出优于材料性能的表面功能薄层, 赋予零件耐高温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳、防辐射等性能[5]。其实际应用技术如纳米热喷涂技术、纳米电刷镀技术、纳米添加剂技术、纳米固体润滑干膜技术及纳米表面粘结技术[5], 而摩擦材料中含有纳米粉则会显著提高其性能, 因此本文对其进行论述。

1 纳米粉提高摩擦材料性能的机理

文献[8]在制备铜基纳米复合材料过程中, 纳米材料提高基体硬度的主要原因为:烧结过程中, 纳米材料对晶粒的长大有抑制作用, 起到细化晶粒的效果;另一方面, 基体中的纳米材料具有弥散强化作用, 可阻碍位错运动, 从而提高基体的承载能力, 增加基体的硬度。但随着纳米Si O2颗粒 (n-Si O2) 、碳纳米管CNTs含量的提高, 材料的孔隙也不断增加, 并成为影响材料性能的主要因素, 抵消了纳米颗粒对基体的强化作用, 使基体的硬度降低。随纳米材料含量的增加, 铜基体的密度逐渐降低, 其中CNTs/Cu的密度降低最多, Si O2/Cu与CNTs/Cu的硬度先增加后降低, Si Cw/Cu的硬度逐渐增大, 纳米Si C晶须 (n-Si Cw可显著提高基体的硬度。铜基体的动摩擦系数随纳米材料含量增加先降低后增加, 其中n-Si O2和CNTs具有减摩作用, n-Si C具有增摩作用。纳米材料提高了铜基体抗磨粒磨损和粘着磨损的能力。Si O2/Cu的磨损机制以转移层的剥落为主;Si Cw/Cu以碾压式疲劳磨损为主。

文献[9]在制备纳米碳管增强铝基复合材料过程中, 采用正交试验设计方法, 将碳纳米管的加入量、加入碳纳米管的温度、凝固速度和浇注温度作为4个影响复合材料组织性能的因素, 每个因素分别选取4个水平, 构成L16 (44) 正交试验表。正交实验结果表明, 碳纳米管的加入量对力学性能的影响最大, 加入碳纳米管时的温度的影响其次, 然后是凝固速度, 最后浇注温度的影响最小。碳纳米管CNTs可明显细化复合材料的组织, 碳纳米管CNTs可明显提高复合材料的抗拉强度和硬度, 随着碳纳米管CNTs的增加, 强度和硬度也逐渐增加, 复合材料的抗拉强度比基体最高可提高100%硬度比基体最高可增大110%, 但其加入量超过2%以后, 硬度和抗拉强度增加不明显。

文献[10]在纳米碳管/铝基复合材料的制备的研究结果表明, 当纳米碳管质量分数较低时, 复合材料的硬度随着纳米碳管含量增加而提高, 当纳米碳管质量分数大于2%时, 复合材料硬度反而下降。复合材料的摩擦系数随着纳米碳管含量的增加而降低, 由于纳米碳管的自润滑性能, 在载荷为3N时复合材料的摩擦系数小于载荷为1N时的摩擦系数。随着纳米碳管质量分数的增加, 复合材料的磨损率先减小而后增大, 在纳米碳管质量分数较低时, 复合材料的磨损机制为磨粒磨损和粘着磨损;含2%纳米碳管复合材料的磨损机制以剥层磨损和表面疲劳磨损为主。

文献[11]在纳米粉末橡胶在各种摩擦材料中的应用结果表明, 纳米粉末橡胶可明显改善摩擦材料的抗冲击性能, 制品的摩擦系数随温度变化平稳, 制品的磨耗也较低。表明纳米级粉末橡胶在摩擦材料中均有理想的应用效果, 是一种适合摩擦材料领域的新型橡胶改性剂。

文献[12]研究了纳米颗粒改性摩擦材料的问题, 利用树脂溶液的流动性包覆纳米颗粒与增强纤维, 实现了纳米颗粒、纤维与树脂的均匀混合, 并在表面活性剂的作用下增强其结合强度, 可以减少纳米颗粒、增强纤维以及树脂用量, 降低生产成本;同时避免纳米颗粒与增强纤维在制动过程中被摩擦力拔出, 利于提高刹车片的摩擦性能与使用寿命, 特别是对于发挥纳米颗粒的改性作用, 提高摩擦材料的热衰退与热恢复性能具有重要意义。此类摩擦材料可广泛用于制备机动车刹车片、机床及电极的制动器、离合器衬片等。

2 用于摩擦材料的纳米粉的种类、化学成分及其制备工艺

制备铜基纳米复合材料过程中, 铜基复合材料中添加纳米Si O2颗粒 (n-Si O2) 、纳米Si C晶须 (n-Si Cw) 和碳纳米管 (CNTs) 材料。

文献[9]在制备纳米碳管增强铝基复合材料过程中, 首先要对碳纳米管 (CNTs) 进行球磨、纯化、镀镍处理;然后复合材料的熔炼、浇注都在真空条件下进行。

文献[10]在纳米碳管/铝基复合材料的制备中, 纳米碳管 (CNTs) 的制备采用阳极弧等离子体法, 以石墨棒为蒸发材料, 以一定比例的Fe、Co及Ni粉作为催化剂在惰性气体气氛中制备含有体积分数40%-50%的纳米碳管。将所制备的纳米碳管先用分析纯浓硝酸浸泡48h, 过滤后在HF中浸泡24h, 用蒸馏水充分过滤直至滤液的p H值为7, 以除去混杂在纳米碳管中的Fe、Co、Ni以及少量的无定型碳等杂质。

文献[12]在纳米颗粒改性摩擦材料的制备方法中, 纳米颗粒可以是纳米氧化铝、纳米硅灰石、纳米透灰石、纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米碳化硅中的一种或几种。

2.1 用于摩擦材料的纳米粉的大小、比例

文献[8]在制备铜基纳米复合材料, 基体中纳米材料的质量分数如表1所示。

文献[9]纳米碳管增强铝基复合材料的制备, 其最佳工艺参数为A3B3C1D2即碳纳米管的含量为2%、加入碳纳米管的温度为600℃, 采用金属型铸造, 浇注温度为680℃。在纳米碳管/铝基复合材料的制备中, 采用质量分数为2%的碳纳米管添加至复合材料中。

2.2 含纳米粉的摩擦材料的制造设备及制造工艺

文献[8]采用热压法制备铜基纳米复合材料, 热压烧结设备为TLZK2001型真空热压烧结机, 基体组元选用电解铜粉, 纯度99.8%, 平均粒径74μm。将混合均匀的粉末按量装入模具进行真空加压烧结, 烧结温度为850℃, 压力为20MPa, 试样尺寸规格为覬26mm×6.5mm。

文献[9]在制备纳米碳管增强铝基复合材料时, 在WDW3200型微机控制电子万能实验机上测定材料的σb, 在HB-3000型布氏硬度计上测定材料的布氏硬度。基体合金为铸铝101, 其成分为Al-7%Si-0.30%Mg, 密度为2.68g/cm3。采用金属原材料纯铝、纯镁和Al-Si二元合金 (含Si量12%) 制备而成。增强材料为多壁碳纳米管。

文献[10]采用粉末冶金法制备纳米碳管/铝基复合材料, 由于纳米碳管与金属粉末密度相差较大, 且纳米碳管的长径比达100-1000, 具有很高的表面自由能, 极易发生团聚, 难以在复合材料基体中均匀分散。制备过程中将纳米碳管采用了超声的分散方式于乙醇中, 然后加入纯度大于99.0%、平均粒径为0.07mm的铝粉研磨30min, 使铝粉与纳米碳管充分混合。将混合均匀的碳管和铝粉在压力280MPa下压制, 保压15min冷压成型, 在氖气保护下于400℃预烧1h, 随后升温至600℃保温2h, 随炉冷却至室温。复合材料试样尺寸为60mm×10mm×2mm, 含碳纳米管CNTs质量分数分别为0.5%、1.0%、2.0%及3.0%在MH-5-VM型显微硬度仪上测量复合材料试样的显微硬度, 载荷为1N, 保持15s, 用上海产TG328A型分析天平 (精度.01mg) 根据阿基米德原理测定复合材料密度[10]。

该纳米颗粒改性摩擦材料的制备流程如下[10]:

(1) 将5~15份树脂与0.05~5份树脂固化剂溶解于溶剂中, 同时加入0.05~5份表面活性剂, 搅拌均匀, 得树脂溶液;

(2) 将0.1~10份纳米颗粒放入溶剂中, 同时加入0.01~0.5份表面活性剂, 搅拌均匀, 得纳米颗粒的悬浮溶液;

(3) 将上述纳米颗粒的悬浮溶液加入到树脂溶液中, 搅拌均匀, 得悬浮分布有纳米颗粒的树脂溶液;

(4) 将20~50份增强纤维浸入到上述悬浮分布有纳米颗粒的树脂溶液中, 搅拌混合均匀, 得到分布有纳米颗粒、增强纤维的树脂溶液;

(5) 向上述分布有纳米颗粒、增强纤维的树脂溶液中加入30~70份摩擦性能调节剂及填料, 搅拌混合均匀, 然后在80~120℃的温度下干燥3~24小时;或者先将分布有纳米颗粒、增强纤维的树脂溶液在80~120℃的温度下干燥3~24小时, 再与30~70份摩擦性能调节剂及填料混合均匀, 得到摩擦材料, 上述份数均以重量为计算依据。

上述的树脂可以是酚醛树脂、硼改性酚醛树脂、三聚氰胺改性酚醛树脂和芳烷基改性酚醛树脂中的一种或几种。而树脂固化剂可以是六次甲基四胺、硫磺和乌洛托品中的一种或几种。而溶剂可以是无水乙醇、丙酮、二甲苯、醋酸乙酯、醋酸丁酯和水中的一种或几种。

上述所说的表面活性剂可以是硅烷偶联剂、十二烷基笨磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚丙烯酸钠、亚甲基双萘硫酸钠、油酸、聚乙二醇中的一种或几种。增强纤维可以是石棉、钢纤维、矿渣纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、陶瓷纤维和碳纤维中的一种或几种。摩擦性能调节剂及填料可以是二硫化钼、滑石、云母、氯化锡、石墨、重晶石、硅灰石、蛭石、轮胎粉、氧化铝和硅微粉中一种或几种[12]。

3 含有纳米粉的摩擦材料的现状

上世纪我国列车一直在低速状态下运行。从上世纪末的1997年开始, 经过十几年全国范围内的几次大提速, 目前已达到了300~350km/h。随着列车的不断高速化, 对其制动性能也提出了越来越严格的要求。这样, 一方面列车速度的提高, 对列车制动装置及其制动系统提出了更高要求;同时, 对制动材料的制备技术和性能也提出了更加严格的要求[6]。

为提高列车的制动刹车片的摩擦磨损性能, 通过纳米粒子的混入, 使摩擦材料组分的微观界面结构得到明显的改善, 能有效提高其热衰退与热恢复性能。通过控制不同形态多相组分的纳米效应, 能够使纳米摩擦材料获得比现有摩擦材料更好的综合性能, 特别是能在兼顾强度和韧性的同时, 提高其高温摩擦与磨损性能[7]。徐松波在申请号为200510041355.6的中国专利中, 公开了一种添加纳米改性树脂碳酸钙分体的刹车片配方及制备方法, 美国博格华纳公司在申请号为200510098049.6的中国专利中, 公开了一种纳米碳酸颗粒与二氧化硅颗粒等改性纳米粒子层的摩擦材料。用粉末冶金法分别制备了添加纳米Si O2颗粒 (n-Si O2) 、纳米Si C晶须 (n-Si Cw) 和纳米碳管 (CNTs) 的铜基摩擦材料, 通过球/盘式摩擦试验机考核了铜基体的摩擦磨损性能, 采用显微硬度计、扫描电子显微镜 (SEM) 等研究了铜基体的硬度、密度和摩擦磨损形貌。结果表明, 随纳米材料含量的增加, 铜基体密度逐渐降低, 纳米Si C晶须 (n-Si Cw) 可显著提高基体的硬度。铜基体的动摩擦系数随纳米材料含量增加先降低后增加, 其中纳米Si O2颗粒 (n-Si O2) 和纳米碳管 (CNTs) 具有减摩作用, 纳米Si C晶须 (n-Si Cw) 具有增摩作用。纳米材料提高了铜基体抗磨粒磨损和粘着磨损的能力。Si O2/Cu和CNTs/Cu的磨损以碾压式疲劳磨损为主, 以磨粒磨损和疲劳磨损为主[4]。

文献[9]采用正交试验方法研究了碳纳米管加入量、加入碳纳米管时的温度、凝固速度、浇注温度等工艺参数, 对用半固态复合铸造法制备纳米碳管增强铝基复合材料过程的影响, “并探讨了这些工艺参数对复合材料力学性能的作用。结果表明:碳纳米管 (CNTs) 能细化复合材料的晶粒组织”, 明显提高复合材料的抗拉强度、硬度。得出实验的最佳工艺参数为:碳纳米管的加入量为2%, 加入碳纳米管时的温度为600℃, 采用金属型铸造浇注温度为680℃时, 其综合性能最好;在4个工艺参数中, 纳米碳管 (CNTs) 的加入量对材料的力学性能影响最大。

文献[10]用粉末冶金法制备纳米碳管/铝基复合材料, 研究不同纳米碳管含量对复合材料硬度和稳态摩擦磨损行为的影响, 用扫描电子显微镜观察复合材料的磨损表面形貌, 并对其磨损机制进行探讨结果表明:随着纳米碳管质量分数的增加, 复合材料的硬度呈现先增大而后减小的趋势, 含质量分数为2%的纳米碳管复合材料硬度比铝增加约80%;复合材料的摩擦系数逐渐降低, 磨损率先减小而后增大;含质量分数为1%的纳米碳管复合材料磨损机制为磨粒磨损和粘着磨损, 而含质量分数为2%的纳米碳管复合材料以剥层磨损和疲劳磨损为主。

文献[11]将丁苯、丁腈两种纳米级粉末橡胶在离合器片和刹车片中取代传统的丁苯和丁腈橡胶。定速摩擦试验和台架试验结果均表明, 纳米级粉末橡胶可明显改善摩擦材料的抗冲击性能, 制品的摩擦系数随温度变化平稳, 制品的磨耗也较低。说明纳米级粉末橡胶在各种摩擦材料中均有理想的应用效果.是一种适合摩擦材料领域的新型橡胶改性剂。

摩擦材料中, 丁苯橡胶和丁腈橡胶是最为普遍的两种橡胶。纳米粉末橡胶技术是以橡胶乳液为原料, 采用高能射线辐照交联, 乳液经干燥后就可得到粒径与乳液粒子基本相同的全硫化粉末橡胶。依据此方法所得到的8种纳米粉末橡胶如表2所示。

文献[11]研究了VP-402纳米丁腈粉末橡胶在NAO型配方问题, 制备的改性“红旗”CA7220F型轿车刹车片在JF132台架试验机测试的试验数据可以看出:当汽车的速度为80km/h, 温度为60℃, 并且压力保持在在20~100bar时, 摩擦系数为0.38-0.41之间变化;当压力为60bar, 温度为60℃, 并且当速度保持在40~140km/h时, 摩擦系数为0.33-0.41之间变化;当压力为60bar, 温度为40℃, 摩擦系数随不同的刹车次数的变化如图1c所示, 摩擦系数在0.34-0.44之间变化。刹车片随温度的变化情况如图1d、e所示, 摩擦系数在高温区仍能保持很高的水平。整个实验中, A、B两组实验的变化曲线接近。A组的磨损为2.25g, B组的磨损为2.2g。摩擦系数稳定, 磨耗小, 实验数据达到了其设计要求[11]。

在鼓式制动片中采用的是VP-104纳米丁苯粉末橡胶, 它在载重车、客车鼓式刹车片中得到了大量的应用。表3、4分别表示了VP-104纳米丁苯粉末橡胶制备的鼓式刹车片的物理性能和摩擦性能。

图2所示为VP-104纳米丁苯粉末橡胶所制造的离合器面片在DMS-150型定速摩擦试验机上所测得的结果。

从图2可以看出, 在温度100~300℃范围内, 摩擦系数变化稳定, 尤其高摩擦系数最为理想。

在纳米材料应用于铜基摩擦材料基体的过程中, 随着纳米材料的含量增加, 其动摩擦因数先降后升。纳米Si C晶须 (n-Si Cw) 具有显著的增摩作用, 而纳米碳管 (CNTs) 和纳米Si O2颗粒 (n-Si O2) 对基体有减摩作用。当纳米Si O2颗粒 (n-Si O2) 质量分数增加, 摩擦系数开始增加。而当纳米Si O2颗粒 (nSi O2) 含量为0.3%时, 摩擦系数比纯铜降低了24%。这是由于纳米Si O2颗粒 (n-Si O2) 含量较低时, 纳米Si O2颗粒 (n-Si O2) 在基体中分散性较好, 对材料的弥散强化作用明显, 可稳定摩擦系数。同样, 纳米Si O2颗粒 (n-Si O2) 起到了"微轴承"的作用, 在摩擦副之间滚动, 从而起到了降低摩擦系数的作用。但是随着纳米Si O2颗粒 (n-Si O2) 的含量增加, 导致材料的空隙增多, 强度下降, 使得摩擦系数增大。上述纳米材料的含量与摩擦系数的关系如图3所示。

当纳米Si C晶须 (n-Si Cw) 的质量分数为0.75%时, 基体的动摩擦系数为0.154, 此时摩擦因数小于纯铜的动摩擦因数。但随着n-Si Cw的含量增加, 动摩擦系数增加。因为在摩擦过程中, 在摩擦表面形成晶须露头;与此同时, 少量剥落的纤维在外力作用下形成细小磨粒, 是表面变得粗糙。导致摩擦界面的相对运动阻力增大, 摩擦系数升高。因此, 集体的摩擦系数随着n-Si Cw的含量增加而增大。

在纳米碳管 (CNTs) 的质量分数为0.3%时, 基体的摩擦系数为最低, 这反映出CNTs具有良好的减摩润滑特性。当CNTs的质量分数增加时, 由于其团聚现象明显, 导师基体的致密度降低, 材料强度降低, 摩擦材料易脱落。不断有新界面参与摩擦, 摩擦系数显著升高。因此, CNTs/Cu的减摩效果好于Si Cw/Cu和Si O2/Cu的复合材料。

在碳纳米管增强铝基复合材料的过程中, 利用半固态复合铸造法制备碳纳米管率及复合材料可使得机体组织得到明显的细化, 初生α相细化, 并转变为非枝晶状, 甚至可转变为理想的球状。大量细小的纳米碳管 (CNTs) 存在于熔体中, 可起到阻碍晶粒长大的作用。纳米碳管 (CNTs) 也可作为铝合金结晶时的非均质结晶核心, 细化α-固溶体晶粒。

纳米碳管 (CNTs) 是决定碳纳米管增强铝基复合材料的关键要素, 复合材料的抗拉强度和硬度随增强体CNTs的增加而提高。其抗拉强度和硬度分别比基体合金提高了近100%和110%。但当纳米碳管 (CNTs) 的加入量大于2%时, 抗拉强度和硬度相反大幅下降。

对于纳米颗粒改性摩擦材料的方法, 通过表5可以看出, 用此方法制备出的摩擦材料系数随着温度的升高基本维持稳定, 表现出了良好的耐热性。其利用树脂溶液包覆纳米颗粒与增强纤维, 同时也利用表面活性剂增强树脂与纳米颗粒及增强纤维的结合强度, 能够充分发挥出纳米颗粒的改性作用, 从而提高了摩擦材料的热衰退与热恢复性能。

4 结论

(1) 随着纳米材料含量的增加, 铜基体摩擦材料的密度逐渐降低, 其中CNTs/Cu的密度降低最多。纳米Si C晶须 (n-Si Cw) 可明显提高基体的硬度, 其中Si Cw/Cu随着Si Cw的含量提高而逐渐增大。铜基的动摩擦因数随着纳米材料含量增加先降低后增加, 纳米Si O2颗粒 (n-Si O2) 和纳米碳管 (CNTs) 具有减摩作用, 纳米Si C晶须 (n-Si Cw) 具有增摩作用。纳米材料也提高了铜基体抗磨粒磨损和粘着磨损能力。

(2) 在碳纳米管增强铝基复合材料中, 纳米碳管 (CNTs) 可明显细化复合材料组织, 同时也可以提高复合材料的抗拉强度和硬度。其抗拉强度比基体最高可提高100%, 硬度比基体最高可提高110%。但当纳米碳管 (CNTs) 的加入量超过2%以后, 硬度和抗拉前度的增加不明显, 反而硬度下降。当碳纳米管的质量分数较低时, 复合材料的磨损机制为磨粒磨损和粘着磨损;含2%纳米碳管复合材料的磨损机制以剥层磨损和表面疲劳磨损为主。

(3) 纳米粉橡胶在摩擦材料的应用中, 需要有一定的剪切力帮助纳米粉末橡胶获得理想的分散。最佳的方法就是运用纳米粉末橡胶和部分无机填料在高速搅拌机内预混合, 使其借助高速剪切力和无机粒子与弹性的橡胶粒子的碰撞使纳米橡胶粉末与无机填料均与混合, 然后再与其余的其他组分在摩擦材料生产中的混合设备进行混合。这样的纳米粉末橡胶可明显改善摩擦材料的抗冲击性能, 其制品的磨损消耗也较低, 摩擦系数随温度变化平稳。

(4) 纳米颗粒改性摩擦材料是运用树脂溶液的流动性包覆纳米颗粒与增强纤维, 可实现纳米颗粒、纤维与树脂的均匀混合, 在表面活性剂的作用下增强其结合强度, 减少纳米颗粒、增强纤维和树脂的用量, 降低成本。此方法也可避免纳米颗粒与增强纤维在制动过程中被摩擦力拔出, 从而提高刹车片的摩擦性能和使用寿命。同时, 利用树脂溶液包覆纳米颗粒与增强纤维, 并且利用表面活性剂增强树脂与纳米颗粒及增强纤维的结合强度来充分发挥纳米颗粒的改性作用, 可提高摩擦材料的热衰退与热恢复性能。

摘要：简介了机械压力机离合器与制动器使用的摩擦材料的基本组成、分类及其各自的特点。分析了传统的摩擦材料的不足之处, 简介了含有纳米粉摩擦材料的现状, 并明确指出使用含有纳米粉的摩擦材料的优势。揭示了纳米粉改善摩擦材料性能的机理, 论述了用于摩擦材料的纳米粉的种类、化学成分、制备工艺及制取的设备, 并分析了纳米粉的大小、比例, 重点对含有纳米粉的摩擦材料的性能改善情况及在国内外的应用现状进行了分析。

关键词：离合器与制动器,摩擦材料,纳米粉,摩擦系数

参考文献

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篇4：制动摩擦材料研究现状

摘要：对鼓式制动器振动与噪声的研究进行了综述。探讨了通过改变摩擦材料和制动器结构来抑制噪声的方法。并提出了陶瓷金属功能梯度材料的发展在汽车制动系统上的应用，以及结合力学，汽车，自动化多个学科对整个制动器系统进行模拟彷真，建立专家系统。并在结构设计上综合考虑对尺寸参数的优化设计与对形状和拓扑优化。

关键词：鼓式制动器；噪声；摩擦材料；专家系统；功能梯度材料

1 制动器振动与噪声的分类和性质

制动噪声的频率范围非常广，在不同的车型和不同的制动情况下噪声的频率也不相同。可以从几十赫兹到上万赫兹。其分類方法也各不相同，有按频率范围划分的，有按人的感觉划分的。根据制动器部件振动频率的频段可分为低频振颤噪声（约几十到几百赫兹）和中高频尖叫噪声（约几百到十几千赫兹）。这样划分的主要依据是：在低频范围鼓式制动器的各主要部件都以刚体形态参加振动，在中高频范围则主要涉及部件弹性模态，是更为复杂的情况。按照人的感觉我们可以把噪声分为尖叫、发啃、挤压等六类。我们通常所说的制动尖叫就属于高频噪声，而制动发啃属于低频噪声。

2、制动器振动与噪声的国内外研究进展

整个五十年代，人们都在认为引起制动尖叫的根本原因是摩擦材料本身的特性。当时著名的stick-slip现象就是把制动尖叫归结为当静摩擦系数大于动摩擦系数或者摩擦系数随相对滑动速度的变化率rvf??<0时制动系统的自激振动在1961年制动尖叫的机理又有了重大发展，就是R.T.Spurr首次使用Sprag-slip现象来解释制动尖叫的形成，它表明不论摩擦材料特性如何，仅由于摩擦付的几何特性匹配不当便会导致制动尖叫。1969年BARBER发现当两个紧压的弹性体发生相对滑动时，摩擦产生的热量进入摩擦付导致了材料热弹性的变化，从而引起摩擦面接触应力分布的改变，这些变化对摩擦材料的摩擦特性影响巨大，使摩擦面上的接触压力变的不均匀，最终使系统趋于不稳定，整个过程称为TEI（thermoelastic instability）。TEI思想的不断发展，就 是当今世界的热门话题——HOT SPOT现象。

进入七十年代后，制动器尖叫依赖于振动理论，有限元方法和电子计算机技术的应用的研究又有了新的发展，主要特点是从简化模型的研究逐步进入对实际制动器结构的研究。

1980年Felske用纯实验方法研究了鼓式制动器的制动尖叫，通过激光全息技术观察了尖叫时制动器各部件的振型，发现底板在尖叫时表现出强烈的振动模态。因此，Felske改进了底板结构并进行了试验验证，得到结论：增加底板刚度可以抑制尖叫，制动鼓本身的模态对尖叫没有实质性的影响。最后作者提出质疑，对仅研究摩擦付特性能否解决实际的尖叫问题表示怀疑。

进入80年代，国内也开始大力展开对制动器噪声的研究并取得了很大的突破。1988年陈世雄和陈小悦分别对鼓式制动器的制动尖叫和制动发啃进行了研究。

通过采用有限元计算和实验分析相结合的方法分析了制动尖叫对于接触形态的敏感性以及阻尼对制动尖叫的影响。陈小悦通过对制动器自激振动的研究提出了自激振动发生与否取决于由制动作用耦合的只动系统闭环稳定性的理论，并根据这一理论建立了鼓式制动器低频振动的数学模型。通过对制动器进行实验及谱分析，并建立了动力学模型证明摩擦耦合激振力才是引起制动尖叫的关键，弹性耦合激振力并不是主要因素。

1997年制动鼓的径向振动导致噪声，加入阻尼减振，增强制动鼓刚度及减小制动蹄刚度可达到降低噪声的目的也被首次提出。敏度分析方法来确定影响噪声发生的子结构关键模态参数，推导了噪声模态特征值实部关于子结构特征值特征向量的灵敏度计算公式，并从能量溃入的角度推导了其关于子结构模态参数的灵敏度。

3 制动器材料与结构的优化设计

3.1 材料的优化设计对噪声的抑制作用

通过研究摩擦材料来分析制动噪声产生机理的最初的模型就是stick-slip现象，这也是在早期解决制动噪声问题的典型模型，它主要是立足于摩擦材料的固有性质。

从五十年代至今，制动器材料上的研究取得了飞速发展。摩擦材料也取得了质的飞跃。在20世纪20-80年代，石棉有机摩擦材料几乎是统一天下，但随着现代汽车速度的提高，使制动器表面温度可达300-500c。因为石棉导热性和耐热性能差 所以逐步被新材料取代。针对本文，这种摩擦材料也产生很刺耳的高频噪声，即我们常说的制动尖叫。

70年代初，美国本迪斯公司开发了无石棉摩擦材料，它是以纤维或金属粉代替石棉纤维。这种材料大大降低了制动噪音。但在低速行驶制动的情况下，易产生低频噪声，即我们常说的发啃。现在国内厂家也在批量生产钢纤维。使用这种纤维的半金属摩擦衬片在国产奥迪，桑塔纳，夏利等多种车型中使用。

近20年来研究绝大部分集中在非石棉有机摩擦材料方面。在代替石棉的纤维中，除了钢纤维外，比较常见的还有玻璃纤维和碳纤维，芳纶纤维以及这些纤维的混杂纤维等。

目前，无论是钢纤维还是碳纤维等制作的摩擦材料都面临着热衰退和热磨损问题。为此开始用粉末冶金生产的铁基，铜基金属陶瓷摩擦材料。这种摩擦材料虽然一定程度上解决了热衰退和热磨损问题。但它也有着很多的缺点，其中不可回避的问题之一就是制动噪声大。

虽然半个多世纪来人们都在致力于解决制动噪声问题。但仅仅通过改变摩擦材料都未能达到这一目的。

3.2 结构的改变对噪声的抑制作用

在人们仍然热衷于通过改变摩擦材料的来抑制噪声的时候，就有人开始尝试用改变制动器的结构来抑制制动噪声的方法。在那之后国内外均开始了通过优化结构来抑制制动噪声的研究，但迄今为止尚无令大家意见统一的定论。通常对某一款车型适用的方法换到其他车上却有可能全部失效。人们采用了理论，实验，计算等多种方法都没能解决这一问题。国内的研究在开始阶段大多数都把噪声产生的原因归结为蹄与鼓之间参数匹配不正确上造成。朱新潮等指出制动器所有部件的结构参数对制动高频噪声均有重要影响，并通过对计算结果的归纳表明：对制动器起决定作用的是鼓子结构和包含有底版、蹄、分泵及油路操作系统在内的PSPO子结构系统的参数匹配或极点配置。

目前国内外针对结构动态特性修改进行优化和设计的方法大概有两个方向，一是基于尺寸参数的优化设计方法，其关键是特征值与特征向量对结构尺寸参数的灵敏度。另一类是形状和拓扑优化的方法，这种方法虽然目前也得到了广泛的重视和研究，但仍然为能在工程上得到广泛的应用。目前较重要的理论用Homogenizationhe Density Function、Continuum Formulati- ons Evolutionary Structural Optimiz- ation

4 关于功能梯度材料（FGM）在摩擦材料上应用的探讨

篇5：电子机械制动系统发展现状论文

每一个制动执行机构都有自己的动力控制单元，而动力控制单元所需的控制信号，如制动执行机构应该产生的力矩，由中心控制模块来提供。控制单元同样也从执行机构获得反馈回来的信号，如电机转子转角，实际产生的力矩，制动钳块和制动盘的触点压力等。中心模块通过不同的传感器，如制动力传感器、踏板位移传感器、轮速传感器等获取自己所需的变量参数，识别驾驶员的意图，经过处理后发送给每一个车轮，以此来控制制动效果。

而驾驶员的意图来自于制动踏板单元，它包括制动踏板，踏板位移传感器，踏板力传感器踏板力模拟机构。其中踏板位移传感器和力传感器并不是必须同时存在的。

由图1可以看出系统中分为前轴和后轴2套制动回路AB每一套回路都有自己的中心控制模块和动力源，此处为蓄电池Batl和Bat22个中心控制模块4相对独立工作，同时也通过双向的信号线互相通信，在这种结构下，可以做到当其中某一套制动线路失灵或出现故障时，另外一套线路可以照常工作，保证制动的安全性。图中带有箭头的代表数据传输线，箭头表示了数据传输方向。

3EMB的典型结构

电子机械制动系统中的执行机构是与制动盘直接相连的部分，是EMB与液压制动系统差别最大的部分，也是EMB中机械零件的集中部分。一个典型的执行机构应该：

(1)结构紧凑，体积小巧;

(2)有提供驱动力的力矩电机;

(3)具有把圆周运动转化为直线运动的机构;

(4)具有力的放大机构;

(5)为保证更可靠的性能，最好在内部设有力或位移等传感器。

现在己经有BoschSiemens和ContinentalTeves这3家公司取得了各自的研宄成果，并申请了一系列的专利。其中ContinentalTeves公司己经有了比较成型的试验品。

3.1Bosch公司的现阶段科研成果

德国Bosch公司于10月23日在美国专利局申请了第一篇关于EMB的专利，至今共申请了12项相关专利，最近的专利是于03月25日新发布的“ELEC-TROMAGNETI：WHEELBRAKEDEVCE”图2为此专利中描述的工作时，动力由电机输入端5输入给内部的两个行星轮系10和12然后传递给螺纹心轴19再经螺纹心轴19螺母17和螺纹滚柱18组成的类似行星齿轮机构转化为螺母17的直线运动。螺母17推动制动钳块22将制动力施加在制动盘21上。摩擦盘8与行星轮系12的太阳轮15通过一个杯形弹簧16固接在一起，摩擦盘2与行星轮系12的行星齿圏26以同样的方式固接。在两个行星轮系1012之间有两套电磁离合器7和11当两个电磁离合器通电时，摩擦盘2和8分别与母体11和7结合，同步运动。不通电时，摩擦盘受制动环限制无法转动。此执行机构有如下4种工作方式：

(1)电磁离合器7通电，11不通电。此时太阳轮6、15结合同步转动，齿圏26在制动盘24的作用下静止，两个太阳轮6、15旋转方向相同，传动比大，可提供迅速克服制动钳块22和制动盘21之间间隙。

(2)两个电磁离合器都通电。此时太阳轮615齿圏126都同步转动。由于太阳轮615转动半径相同，齿圏126转动半径也相同，而行星轮4的转动半径大于行星轮13因此行星轮架14转动方向仍然与太阳轮15相同，实现了减速增矩的功能。

(3)电磁离合器7不通电，11通电。此时齿圏1、26结合，同步转动，太阳轮15在制动环24的作用下静止，此时行星轮架14和齿圏26的旋转方向相反，在不需电机反转的情况下，即可使制动钳块22和制动盘21分离。此功能可用来调整制动间隙。

(4)两个电磁离合器都不通电。此时太阳轮15齿圏26在制动环24的作用下都不转动，行星轮架14亦无法转动，因此制动力矩始终施加在制动钳块22上，实现制动力保持，此种工作方式可用于驻车功能。

32Siemens公司的现阶段科研成果

德国Sifmens公司于07月24日在美国专利局8月13日发布的最新专利，先后一共申请了5项相关专利，图3为Sitmens公司研制的一种典型的带有机械磨损后，可以自动补偿制动盘和制动钳块间隙的EMB执行机构。

这种执行机构力矩电机内置，图中1转子与螺母相啮合，螺母和心轴固结在一起。当电机工作时，转子转动，使螺母和心轴做轴向运动，就把圆周运动转化为了直线运动。心轴轴向推动增力杠杆和压力盘。杠杆的末端插在制动器缸内的凹槽内，能够绕凹槽转动，在图中采用铰链表示。压力盘再把力传递给传动套筒，套筒和制动活塞之间通过螺纹传动，这个螺纹传动副是不自锁的。制动活塞推动浮动制动钳块，产生制动力矩。

橡胶密封环和弹簧的主要作用是制动后使制动活塞等零件回位。当活塞向右移动时，活塞使橡胶环产生弹性变形，产生了作用在制动活塞上的回位力。当制动结束后，在橡胶环的弹性形变力下，传动套筒和制动活塞被推回到制动前的位置上。

Siemens公司的EMB还具备间隙自动调整功能。当制动钳块磨损比较严重时，制动活塞的行程超出了橡胶环形变量时，二者发生相对滑动。制动卸载时，橡胶环带动活塞回位。由于活塞和橡胶环发生相对运动，因此活塞返回的行程一定小于制动前走过的行程，于是传动套筒和压力盘之间出现了空隙。传动套筒从制动活塞的内腔中被弹簧推出，直到与压力盘再次接触，退出的行程也就恰好等于磨损掉的厚度。

3.3ContinentalTeves公司的现阶段科研成果

ContinentalTeves公司于1905月29日在美国专利局申请了第一篇关于EMB的专利开始，到最近一次于月22日发布的最新专利先后一共申请了12项相关专利，图4为ContinentalTeves公司研制的最新成果--带有两级减速机构的EMB执行机构。

ContinentalTeves公司的执行机构也采用了电机内置的`结构，它还有一个特点就是模块化，整个机构分为3个独立的模块，分别为驱动部分，一级丝杠螺母减速部分和二级减速齿轮部分，3个模块在生产，安装，维修时可以独立进行，然后组装在一起工作。

在驱动模块中包含有一个力矩电机，1516分别是电机的转子和定子。一级丝杠螺母减速部分由螺旋螺母18螺旋心轴4和大量的钢珠17组成，这3者构成了一个球螺旋机构。二级减速齿轮由8、9、1213组成，这是一个行星轮系。当电机转子15转动时，其上的齿轮10带动二级减速齿轮部分的行星轮13转动，同时另一侧的齿轮12与齿圏8相啮合，这样力矩便通过旋转的行星轮架9传递给了一级减速机构中的螺母轴颈11当螺旋螺母18由二级减速齿轮驱动旋转时，通过球螺旋副螺旋心轴4产生向左的平动，推动压盘19和制动钳块2与制动盘1接触，产生制动力矩。

在驱动部分中还有一个棘轮机构5、6、7用于实现驻车功能。通过电磁铁5的通断电，可以使棘爪7绕销钉6转动，来控制电机转子15是否旋转。当电机转子15不转动时，可以保持住制动力，达到驻车的目的。

4几种执行机构的对比

文中所列的几种EMB是BoschSiemens和ContinentalTeves公司最新的专利中描述的，也是这几个公司目前公布的最先进的科研成果。

这几个公司的EMB结构框架是基本一样的，都是针对的盘式制动器开发的，都具有把圆周运动转化为直线运动的机构，具有减速增矩机构，具有行星齿轮机构，它们之间不同之处主要有以下几点：

(1)Bosch公司的EMB没有把力矩电机安装在机构内部，采用的是电机外置，而Siemens和ContinentilTeves公司采用的都是电机内置结构，把电机的定子和转子与其他零件接合在一起。这种布置方式能够使结构更紧凑，体积更小巧，但同时也增加了结构的复杂性，可以说各有利弊。

Bosch公司研制的EMB内部都含有电磁离合器，但是电磁离合器的作用不尽相同，经历了一个结构由复杂到简单，功能由简单到复杂的过程。Bosch公司以前申请。

(1)增加了许多附属机构。采用了两个电磁离合器和两个行星轮系后，工作方式变得更加清晰，功能更加多样。

(2)Simens公司的EMB采用了增力杠杆结构，如图3所示，增力杠杆的末端插在制动器缸内的凹槽内，能够绕凹槽转动。当心轴轴向移动推动增力杠杆和压力盘时，压力盘是不转动的由于心轴和压力盘在杠杆两侧的力臂不同压力盘的力臂短，从图3中看两个力臂之比大约是4:1这就使压力盘的压力大于心轴产生的轴向推力，起到了增力的作用。另外Simens公司的EMB还具备间隙自动调整功能。这种制动盘和制动垫块的间隙自动补偿方式是其特有的结构，完全是由执行机构本身的机械结构自动实现的。Simens公司的EMB内部还带有环形压电式力传感器和位移传感器用来测量心轴移动的轴向距离，工作性能更为可靠。

(3)这几家公司的EMB都采用了不同的间隙磨损调整方式。ContinentalTeves公司采用的是一种智能控制方式，通过内部的电子控制单元控制间隙大小，从可靠性来说能最恰当的调整磨损后制动盘和制动垫块的间隙，性能最可靠，Siemens公司采用的是完全的机械调整机构，可靠性次之，而Bosch公司的EMB并没有特殊设计的间隙调整机构，但因此也使制动器的结构相对简单。

5结束语

(1)力矩电机的设计。在制动时，当制动钳块和制动盘接触后，EMB中的力矩电机将工作在“憋死”这样的恶劣工作条件下。EMB不仅要求电机性能优越，反应迅速，可以提供足够大的力矩，而且必须结构紧凑，体积小巧，能够安装在狭小的制动空间内，还需要在冷、热、泥水、电磁干扰等恶劣环境下能够可靠工作。

(2)制动执行机构的设计。执行机构中的机械零件较多，结构复杂，如何有效的传递扭矩，增大扭矩，并且保证体积小巧是一个难题。

篇6：材料--国内外研究现状

1.2.1国内研究现状近年来对我国大学生助学资助的研究逐渐增多，主要有以下几个方面:(l)对我国大学生资助政策的研究从资助政策的理论方面进行研究有:赵琦的《高校贫困生资助问题的政策学分析》从教育政策学的角度对高校贫困生资助问题进行了研究，他以托马斯B.史密斯的影响政策执行因素理论为基本依据，尝试从政策方案、执行机构、目标群体、环境等四方面，对影响高校贫困生资助政策执行的诸因素进行分析，通过探讨这些因素对于政策执行影响的结果，使我们在实际政策执行过程中，消除不利于政策执行的因素，以促使政策的顺利实施[3]。从实证方面进行调查研究的有:赵国健和乔锦忠的《高校贫困生及受资助情况调查分析与建议》通过对1999年秋教育部教育管理信息中心在全国范围进行的有关高校贫困生分布和高校贫困生受资助情况调查统计，受调查的大部分高校贫困生比例为10%一20%之间，平均为15.5%，贫困生的比例呈逐年上升之势，19%年和1997年贫困生比例分别比上年增加了15%和12.9%。并得出结论:奖学金对贫困生的资助作用有限，高等教育成本分担的有效途径是实行缴费加学生贷款的方法[4J。从系统地剖析目前大学生资助政策存在的问题并提出建议方面进行研究的著作有:李庆红和沈红的《我国大学生资助政策的优化与重构》中通过回顾我国大学生资助政策的形成与发展，提出了大学生资助政策中存在的问题，并认为现今我国大学生资助政策目标定位不清是问题的症结所在，进而提出大学生资助政策优化重构的建议:基于贫困生的特点和院校特征，大学生资助政策要贯彻“一个原则”和“两个区分”，并实现资助信息共享[5]。辜胜阻和李俊杰的《助学贷款制度与贫困生资助体系研究》中通过介绍我国高校贫困生不断增加，要求进一步完善助学贷款制度和贫困生资助体系，阐述了国家助学货款作为助学的主渠道，具有自身特点，但在制度上仍存在缺陷，必须完善相关制度设计，使其更符合我国国情。同时，要构建政府、高校、银行、社会资助贫困生的立体体系，发挥助学货款和高校资助体系的良好效用[6]。糜静的《资助高校贫困生的现状及对策建议》，她认为当前高校贫困生资助体系存在的问题主要有:高校在对贫困生的认定中出现偏差;学习优秀的学生与贫困生并不是一个对应度很高的群体;无息贷款还款机制不健全，学生自觉、按时还贷的意识不够，缺乏相应的制约机制，主要靠学校的政策强迫追还贷款，而且无息贷款的回收率低;高校内部能够提供的勤工助学岗位有限，难以满足贫困生的要求;困难补助与减免学费覆盖面小，金额相对较少，只能部分解决贫困生问题;国家助学贷款政策出台后，虽然社会反响强烈，但工作启动却不够理想，进展缓慢[7]。从资助政策中助学贷款专题方面进行研究的有:沈红和李文利在提交给联合国教科文组织亚太教育局(UNESCoBangkok)的课题报告《AReviewofthestudentLoansSchemeinChina》中，分析和研究了我国学生贷款的背景和历史发展、目的和意义、组织管理、公平性和有效性等，指出了我国学生贷款中存在的主要问题有:学生获得贷款的机会不平等，信用体系尚未建立，学生还贷意识较差，高校参与指导不够等，并提出了诸如设立担保基金、延长还贷期限、明确核销程序等政策建议。研究方法上除了描述分析以外还采用了模拟分析等方法。这是研究我国国家助学贷款的一份比较全面深入综合性的研究报告。沈红和张慧在《国家助学贷款:银行的风险与机遇》一文中认为开展国家助学贷款银行既有较大的风险又有较大的利益，银行要积极开展学生贷款工作，又要注意防范和化解风险[8]。尹洪斌的《从制度绩效看我国高等等学校助学贷款制度的选择和创新》中从制度经济学的角度对我国的国家助学贷款措施进行了梳理和回顾。他认为目前我国的助学贷款措施虽然取得了一定的成效，但是存在着绩效低、成本大、制度设计方案有缺陷等问题。他认为，在国家助学贷款的制度变迁过程中，要高度重视社会文化心理在制度创新中的作用，同时要进一步完善制度设计，克服路径依赖，寻找新的突破口，以实现制度的最佳绩效I9]。李萍在《国家助学贷款实施阻滞的原因与对策》一文中指出影响国家助学贷款政策顺利实施的主要原因是成本与收益预期失衡，责任混淆，缺少独立有效的监督以及各方利益的冲突。推动国家助学贷款政策实施的对策是完善助学贷款政策的方案，健全责任追究和监督机制，整合和兼顾各方利益【’0]。邹立柱在《高等教育“助学贷款”运作机制的设计》中对当前的国家助学贷款政策进行了批评，认为目前以商业银行为主的助学贷款不利于助学贷款的长远发展。他认为理想的助学贷款模式应该采用基金的模式。来源于财政注入和社会捐助的基金，既可以保证贷款本金的充裕，又可以避免银行的“惜贷”现象。如果能够做到管理的透明，也可以很好地解决资金的安全问题，如果建立了较完善的还款约束机制，还能够保证学生及时归还借于基金的贷款[1’]。赵观石的《我国高校国家助学贷款:问题、原因、对策》中认为完善国家助学贷款要有一个全局性的眼光，要从如下几个方面入手:加强对国家新的助学贷款措施的宣传力度，尤其是惩罚力度的宣传;确定全国统一的贫困生界定制度;完善高校贫困生资助体系，缓解国家助学贷款的压力;建立全国大学生诚信网;实行生源地贷款，帮助新生顺利入学等。只有这些措施的合力才能使国家助学贷款实现持续、健康的发展112](2)关于国外资助政策的研究张民选的《理想与抉择一大学生资助政策的国际比较》主要研究了大学生资助理念的演变，大学生资助的方法的变化趋势，认为学生贷款在学生资助体系中具有越来越重要的地位，对学生资助的模式进行了探讨，对学生贷款的运作技术进行了分析。最后在回顾我国大学生资助政策发展历程的基础上，提出了“吸引银行、社会保险机构和其他金融机构参与贷学金事业，解决本金来源’，、“通过社会保险机构回收资金”等建议，并暗示了我国大学生资助政策改革和完善所能抓住的机遇【’3】。对美国大学生助学政策进行研究的主要有:张民选的《美国大学生资助政策研究》主要总结了美国的学生资助理念，种类繁多的学生贷款计划等l’4]。高篙的《当代美国联邦政府大学生资助政策研究》阐述了自二战后美国联邦政府大学生资助政策诞生以来，经历了三次重大调整:资助理念由国家利益至上向满足个人需要、高等教育机会均等变化，运作机制由以基于市场机制的商业银行管理为主、学校管理为补充向联邦教育部宏观直接管理、商业银行管理、学校管理并行的多元格局的调整，资助方式由以传统的助学金和贷款项目为主向“以税抵费”和减免税收政策为主、其他方式为辅的方向的转变【‘5]。另外还有赵立卫的《美国大学生资助的“资助包”制度》中详细介绍了美国大学生资助体系的多元化【’“}，袁连生的《美国大学生资助需求公式及对中国的启示》中介绍了美国大学生资助需求公式(EFC)及其理论基础、基本结构和核心内容以及对中国的启示【’7]，张生、王敬波的《美国高校资助制度及其借鉴》中阐述了美国高校学生资助的基本理念及多层次的资助体系，及其对我国助学资助体系的借鉴意义等【‘8]。

国外研究现状

一书中，提出了著名的“成本分担”理论，为实施学生贷款提供了理论基础。成本分担理论认为高等教育成本应该由多方负担，包括政府(纳税人)、学生、家长、高校和捐赠人等，他们可以用过去的收入(如存款)、现在的收入和未来的收入来分担成本。学生贷款为学生用他们未来的收入承担现在接受的高等教育提供了可能。《高等教育成本分担》还专门论述了学生贷款的意义，即比助学金更能降低政府的开支、使成本与收益的分配更为公平、使高校对学生更负责任，学生更珍惜学习机会[24]。世界银行专家萨哈拉波罗斯(GPsachar叩oulos)长期致力于教育投资收益率研究，他在这方面有以下结论:①教育投资的社会收益率随着教育阶段的上升而下降;②高等教育的个人收益率大大高于社会收益率;③欠发达国家的人力资本投资收益远远高于物资资本投资收益。基于上述结论，他主张高等教育要进行成本补偿，让接受高等教育的人承担成本。但同时要对那些希望上大学而又缺少资金、无法完成学业的贫困学生进行资助，最好的办法就是向他们提供学生贷款，因为学生贷款“综合了商业活动中的所有优点”。公平理论认为，高等教育免费或“普遍的慷慨资助”无助于高等教育机会均等的目标的实现，而只会增加高收入阶层子女接受高等教育的机会，让他们占有过多的高等教育资源。学生贷款政策是既公平又有效率的高校学生资助形式。学生贷款的目标主要有以下几点:①为高等教育筹集更多的私人资本;②促进教育机会均等，消除或减轻经济困难对不利群体学生在入学、选择学校及专业方面的影响;③提高高校的管理效率及教育质量。(3)关于学生贷款有效运行机制方面的研究Ronald5.Fecs。和BenjaminF.King在其著作《学生经济资助项目的质量》中从效率的角度出发对美国大学生经济资助的运行程序、管理活动等进行了考察，并提出了相关的改进措施[25I。学生贷款研究专家伍德霍尔(woodhall)在《高等教育学生贷款》中，总结非洲国家的学生贷款的经验教训后提出学生贷款有效管理的几个要件:一是要有良好的组织管理结构;二是要有学生贷款的法律保障;三是要有选择资助目标的有效机制;四是要有有效的贷款回收机制;五是要进行广泛宣传，让人们理解和接受学生贷款的基本原则[26]。两位学生贷款专家从不同侧面提出了学生贷款成功运行的要诀，但有两点是共同的，即:贷款要瞄准贫困学生而不应面向全部学生，强调了学生贷款中的政府责任。约翰斯通指出，发展中国家的学生贷款要切实可行必须要满足以下几个基本条件:①要贷给经济上有需要的学生，这就必须进行家庭经济状况调查(means一testing);②政府要对学生贷款进行较多的补贴，这样对学生来说可以降低贷款成本，使贫困学生“敢借”、“愿还”;③政府要为学生贷款提供担保，降低贷款机构的风险，使商业银行敢将钱贷出去。两位专家都认为学生贷款在发展中国家也是可行的。国外的研究结论和研究方法有其本国的历史和经济文化背景，不一定适合我国的国情，但可以开阔我们的视野，有很多东西我们可以借鉴参考。

1.2.3简要评价综观国内外学者对大学生助学已有的研究，我们可以看到，研究者们已从不同的侧面和角度对大学生助学资助问题进行了研究，这些研究和措施对帮助贫困大学生顺利成才起到了十分积极的作用。但是从国内学者对大学生助学资助的研究情况看，笔者认为主要存在以下几方面问题:第一，对我国高校大学生资助政策研究的系统性不够，研究内容有不同程度的缺失，如多数学者都是从助学贷款方面进行研究，对奖学金、减免学费、特别困难学生补助等方面的研究很少;第二，对我国大学生资助政策的研究工作大多停留在经济资助层面，从立足于贫困大学生发展、成才层面的全面、系统、深入的研究不足;第三，对现行大学生资助政策运行中存在的问题研究有很多相似之处，研究的深度也不够，没有真正抓住问题的关键和实质。第四，对改革现行贫困生资助政策的研究不够深入，更多的是停留在理论的层面上，缺少实践和信息反馈的环节，政策建议的可操作性不强，研究成果一般只能提供理论参考;第五，缺乏对如何建立动态互补的大学生助学体系，使助学资助政策能够在实际运用中取得更好的效果方面进行研究。

综观国内外学者对大学生助学已有的研究，我们可以看到，研究者们已从不同的侧面和角度对大学生助学资助问题进行了研究，这些研究和措施对帮助贫困大学生顺利成才起到了十分积极的作用。教育作为一种社会现象，受经济、政治、文化等多种因素的制约，主客观条件的变化都会给教育带来不同程度的影响，因此，教育比较研究应随着现实的变化而不断地进行，不断地完善以指导和服务于教育实践和教育对象。同时，不同国家的贫困生资助模式都有着与其本国实际相结合的具体情况。我国应根据我国的实际，建立和健全符合我国国情的贫困生资助体系，进一步完善高等学校贫困生资助体系。在今后的研究中，应加强对外国大学生资助政策相关资料的收集，并加强对我国大学生资助政策的实证调研，使理论与实践更好的相结合。