摩擦材料是典型的复合材料，通常由粘结材料（橡胶或树脂）、增强材料（有机或无机纤维）和填料（以矿物粉体为主）组成，其中矿物材料既可发挥增强功能，也可起填料作用，且占比最大，对摩擦材料使用效能的影响也最显著，是摩擦工程领域重点关注的对象。
石英、长石、滑石、云母、萤石、硅藻土、重晶石、蛭石、沸石、冰晶石等等非金属矿物是摩擦材料行业主要的增阻矿物材料，对摩擦材料的摩擦系数、磨损量、热稳定性、强度等具有显著影响。
1、常用的增阻矿物材料
矿物填料在摩擦材料中主要起调节摩擦系数、硬度、密度和密实度，同时改善制品的制动噪音，改变其外观特征并降低成本的作用。
摩擦材料中常用作填料的非金属矿物种类繁多，包括石英、长石、滑石、云母、蛭石、锆石、沸石、蛇纹石、重晶石、石墨、白云石、石膏、菱镁矿、刚玉、萤石、冰晶石等。此外，摩擦材料中也使用一些岩石填料，如陶土、硅藻土、石灰石、铝矾土等。
（1）重晶石
重晶石属于硫酸盐矿物，相对密度4.3-4.5g/cm3，是非金属矿物中密度最大的矿种，具低磨损性，化学性质稳定，在高温下具有非常低的质量损失和较低的热膨胀率，在500-1300℃范围内的质量损失率仅为0.5%，线性膨胀系数为20×10-6（1/℃）。
作为摩擦材料，重晶石的摩擦系数较高且稳定，磨耗小，摩擦噪音低；在高温下能形成稳定的摩擦界面，可以防止摩擦副表面擦伤，使摩擦副表面更光洁。
我国是重晶石生产大国，生产量约占全球总产量的1/3。2014年，全球约生产重晶石915万吨，其中约2.7%被用作矿物填料。
（2）萤石和冰晶石
萤石和冰晶石都属于氟化物矿物，虽然其硬度不高，但作为摩擦填料都具有良好的增阻效果。特别是冰晶石，其分别在570℃、730℃和990℃存在明显的相变或熔融吸热反应，作为摩擦材料具有提高制品高温稳定性的显著作用。萤石熔体的粘度较低，对其他颗粒填料具有胶结作用，也可以提高摩擦材料的高温耐磨性。
我国是萤石生产、消费与出口大国，每年的萤石生产量约400万吨、国内消费量约600万吨。
（3）锆石与刚玉
锆石属于岛状硅酸盐矿物，其线性热膨胀系数低至5.0×10-6（1/℃），且耐热震动，稳定性良好；锆石的抗压强度高，易与其他填料以及有机或无机粘合剂相容，其次圆形外表仅需少量的粘合剂即可达到高强胶结，并获得良好的光滑度。研究发现：锆石粒度和形貌会明显影响摩擦性能，表现在：细颗粒锆石的摩擦系数较粗颗粒大；在高温下，粗颗粒锆石的抗热震性；大颗粒锆石对摩擦副的磨损率大于小颗粒者。
刚玉属于氧化物矿物，不仅硬度高，其耐磨性能也好，研磨硬度是石英的8.33倍；刚玉的抗折强度很高，热膨胀系数为5.4-6.2×10-6（1/℃），导热性能良好。
锆石和刚玉都属于硬质填料，少量添加即可产生良好的增阻效果，不仅摩擦系数高，且制动噪声低。
（4）蛭石
蛭石是一种具有层状结构的含水镁铝硅酸盐矿物，膨胀蛭石不燃烧；在约1000℃高温条件下使用，其性能不会改变；蛭石能经受多次冻融交替作用而不破坏，强度无明显下降；膨胀蛭石能在-30℃的低温下保持体积密度和强度不变，也不发生任何变形。
作为摩擦材料，膨胀蛭石有很好的吸音性能，可降低制动噪声和制品密度，常用于制备盘式刹车盘。
研究发现，在汽车制动片中添加蛭石，时速在20-40km/h时，摩擦系数随蛭石添加量增加而增大；时速在60-120km/h区间时，摩擦系数随蛭石添加量增加呈现出先增加后减少的变化。添加5%-10%蛭石时，摩擦系数增高；蛭石添加量超过10%时，摩擦系数随时速增大而降低。随蛭石添加量增加，磨损率出现先降低后增加的变化。时速高于100km/h后，磨损率变化显著。蛭石添加量在5%左右时，摩擦系数相对稳定，磨损率也较低。
（5）沸石
沸石是一族具有架状结构的含水的碱或碱土金属铝硅酸盐矿物，在摩擦材料中添加沸石，可以充分吸收高温下树脂热分解释放的气态或液态水分子、摩擦产生的热量以及噪声，具有显著降低热衰退以及摩擦噪声的作用。
（6）硅藻土
硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，作为摩擦材料的填料，硅藻土的吸水、吸热特点突出，可有效降低摩擦噪音和制品的热衰退。
增阻（增摩）矿物（岩石）原料种类繁多，除上述重点介绍的几种外，其他还包括长石类矿物、铝矾土、石灰岩、白云岩等。长石类矿物摩擦系数较高（0.6左右），增阻效果显著，但需合理控制添加量和粒度，否则制品的制动噪音较高。石灰岩和白云岩作为增阻原料的最大优势是其价格较便宜、来源广泛。
2、增阻矿物材料的发展方向
目前，使用的增阻（增摩）矿物中，萤石、冰晶石等在高温工况下具有良好的摩擦学表现，但它们在高温下分解会释放Cl2或SO2等对环境有一定污染的气体，性能优异、环保、经济价值好的增阻（增摩）矿物原料将是是未来发展的方向。
随着我国逐步进入汽车社会以及工业化程度的提高，对高性能增阻（增摩）矿物原料的需求会逐渐增加，要求也会越来越高。这对矿物摩擦材料加工产业既是机遇，同时也是挑战，未来该产业领域应该高度关注以下三个方面的问题。
（1）围绕提高传统矿物增阻材料性能和使用效能的目标，加快表面改性、粒度精准控制等新技术的研发以及装备的技术配套与升级。
（2）深化矿物摩擦增阻材料成分-结构-性能-使用效能内在关系及其综合效益的分析研究，不断发掘新的矿物增阻原料，最大程度地满足摩擦材料领域对新材料的多样化需求。
（3）积极研发综合功能好、增阻效果突出、环境友好的新材料及其加工技术，真正实现这一产业的绿色发展。
资料来源：摩擦材料中增阻矿物原料的作用及其机理
编辑整理：中国粉体技术网
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