科创中国

行业领域

高端装备制造产业

需求背景

高性能SiC/ZrO2颗粒增强铝基复合材料主要用于制造汽车刹车盘，在车身结构轻量化设计中是替换传统钢铁的首选材料之一，虽然前期有一定的研究报道，甚至有部分研究已报道出SiC/Al复合材料在乘用车及轨道交通上有所应用，但没有得到大面积的推广使用，仍然存在制备技术上的难题及高温耐磨性的缺陷，本项目主要是通过开发高效新型熔铸一体成形技术，预处理增强颗粒的方式来解决SiC/ZrO2颗粒与铝合金浸润性差的技术难题，并摸清SiC/ZrO2/Al复合材料组织与性能相互协调机制，建立材料制备技术、组织与性能的关系模型，有效调控双相颗粒增强铝基复合材料的服役性能。

近年来，由于全球节能环保意识的觉醒，汽车的轻量化及新能源汽车已经成为世界汽车发展的潮流。有实验证明，若汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6%~8%（如图1为汽车减重、燃油率、CO2排放量的对比）。为了减轻汽车重量，越来越多的钢铁零部件改用轻质材料制造，例如镁、铝、工程塑料、陶瓷和各种复合材料。乘用车的制动系统通常采用前轮刹车盘，后轮刹车鼓。经过多年的研究及实践表明，刹车盘的制动效果更好，因此，汽车、摩托车、轨道交通等工具的前后轮都已采用刹车盘，并成为了主流模式。

需解决的主要技术难题

汽车轻量化与燃油率、CO2排放量的对比

纵观乘用车市场，目前刹车盘和与其配套的卡钳基本上都是由铸铁制造，由于铸铁相对较重，所以汽车行业一直希望能减轻制动系统的重量。到目前为止，已经有三种刹车盘的轻量化技术开始进行了有限的商业化应用（如图2所示），主要在一些高端车型、跑车及性能车方面，比如碳-碳刹车盘、陶瓷刹车盘、铝基复合材料刹车盘。由于多种原因，这三种技术并不适合乘用车方面并进行广泛的使用，因此有必要研发能被多数乘用车采用的轻质刹车盘。基于汽车轻量化结构设计需求，本项目开展高性能SiC/ZrO2颗粒增强铝基复合材料熔铸成形技术及组织性能协调机制的研究，

SiC/Al复合材料在不同领域的应用

SiC/ZrO2颗粒增强铝基复合材料是以A356铝合金为基体，通过添加硬质颗粒提高其耐磨性。自金属基复合材料问世以来，就以其高的比强度、比刚度及良好的热稳定性、耐磨性、尺寸稳定性及成分可设等优点得到了各行各业的广泛关注，成为材料研究与开发、汽车市场应用的热点。

期望实现的主要技术目标

为汽车轻质刹车盘结构设计及应用提供技术支持与研究思路。颗粒增强金属基复合材料在航空航天、汽车、仪器仪表等领域有着广泛的应用前景。

处理进度