都說中國材料差，殲20上一關鍵材料倒真的領先全球了

根據一些最近公開的報道和論文披露，中國已經在近幾年定型的戰機——包括殲20、殲10B、殲15上應用了新的碳陶複合材料剎車。這種基於碳-碳基礎上進行改性的新改進型材料，雖然是德國等西方國家在上世紀80-90年代率先展開研製的，但是至今主要應用在高檔汽車上，在飛機上實用化的，目前僅有中國一家。

圖：碳-碳剎車國內最早從70年代開始跟蹤研究，最後首先隨著殲10定型。殲10繼續沿用減速傘，主要是出於經濟性考慮

圖：國外的碳-陶剎車目前主要用在高級汽車上

在此前的文章《美軍戰機降落不像中俄需放減速傘：剎車材料好，有錢》中，筆者提到過：「現在中國的飛機碳-碳剎車已經實用化並批量生產裝備，繼續用減速傘就只是延續使用習慣和出於經濟性考量了」。

戰鬥機降落時是否需要放傘，一則是看剎車性能是否足夠——而材料則是最關鍵的一點；二則是取決於戰機運作能力的要求，以及使用成本之間的妥協。傳統的剎車材料分為三代，第一代主要是石棉塑料/鑄鐵，第二代主要是粉末合金鋼材，第三代則是碳-碳剎車。

圖：現代高性能汽車上的碳-碳剎車，就是航空制動技術向下游工業產品轉移的產物。注意用於強制通風散熱的孔道。

圖：F16制動以後，被燒紅的剎車盤，整個剎車系統區域的溫度接近700度

這幾代材料中，最關鍵的性能提升在於能在更承受更高的溫度而不會出現制動性能下降甚至全面喪失的情況；比如第一代材料做的剎車，其高溫區域溫度最高只能達到200-250度，到了碳-碳剎車時就達到700度了。

但是碳-碳剎車並非全無缺陷。首先是高溫下，碳-碳結構易於被氧化，在370度上就會開始發生。因此從上世紀80-90年代開始，利用高溫抗氧化的陶瓷材料對碳-碳材料進行改良，利用陶瓷阻斷碳的氧化過程，就成了一個很有潛力的發展方向——雖然最初它更多是應用於高超聲速飛行器的隔熱耐熱防護。

圖：X-38是美國90年代探索從空間站應急逃生到地面的驗證機

由於碳化硅陶瓷由於製取相對容易，而且它隨著溫度而膨脹收縮的特性又與碳-碳材料十分匹配，因此它成了一個非常熱門而且福有實用化潛力的發展方向。比如美國X-38飛行器的鼻錐就是用碳化硅陶瓷改性的碳-碳材料做的。

而在做剎車材料時，碳-碳材料的另一個缺點是靜摩擦係數不高，而且比較愛吸潮，一旦處於濕態摩擦係數就衰減嚴重，制動性能會有很明顯的下降。而在引入一定數量的碳化硅這樣的硬質材料作為基體的一部分以後，剎車對於包括水分、油分、黴菌等外界環境介質的敏感性急劇下降了。

圖：硅的殘留量是碳-陶剎車研製中最大的技術難題

碳-陶剎車在飛機上的實用化，主要是在引入碳化硅的過程中，對於硅的殘留量很難把握；因此在剎車表面溫度最高能達到1200度以上的情況下，有可能因為硅的融化導致摩擦性能不穩定——甚至摩擦失效、完全喪失制動能力。

圖：殲20的剎車就是碳-陶材料的

根據國內的報道，國內目前已經解決了硅殘留問題等重大技術難關。利用碳化硅改良碳-碳剎車的碳陶剎車，靜摩擦係數高1-2倍，濕態下的摩擦性能衰減只有原來的40%，使用壽命能達到原來1-2倍。而且由於碳沉積等工藝上的不同，新的碳陶剎車在性能更好的同時，更易於生產且更便宜。其生產周期只有原來的1/3，價格只有原來的2/3。