賽峰起落架系統(tǒng)公司生產(chǎn)用于飛機(jī)剎車的碳/碳（C/C）盤。來源 | 賽峰集團(tuán)

本文匯編了賽峰集團(tuán)（法國巴黎）生產(chǎn)用于飛機(jī)的碳纖維增強(qiáng)碳（碳/碳）剎車盤的公開信息。今年早些時(shí)候，該公司發(fā)布了一段視頻，詳細(xì)介紹了其生產(chǎn)步驟。碳/碳（C/C）剎車盤仍是陶瓷基復(fù)合材料（CMC）應(yīng)用量最大的領(lǐng)域之一，但隨著工業(yè)和航空航天領(lǐng)域終端應(yīng)用需求的增加，這一情況正在發(fā)生變化。我曾參觀過位于意大利貝爾加莫附近的布雷博工廠，該工廠生產(chǎn)用于賽車的C/C剎車盤（還有一篇關(guān)于其用于民用汽車的CMC剎車盤生產(chǎn)的專欄文章），因此，我認(rèn)為研究賽峰集團(tuán)的生產(chǎn)基地、產(chǎn)量、加工工藝創(chuàng)新以及正在進(jìn)行的可持續(xù)性提升舉措會很有意思。

碳剎車盤比鋼剎車盤更輕、效率更高，耐用性是鋼剎車盤的兩到三倍，有助于運(yùn)營商降低燃油消耗、成本和二氧化碳排放。賽峰集團(tuán)報(bào)告稱，得益于C/C剎車盤，飛行過程中避免排放的二氧化碳量是剎車盤制造過程中產(chǎn)生的二氧化碳量的10倍，每年整個(gè)機(jī)隊(duì)可避免排放數(shù)百噸二氧化碳。

全球生產(chǎn)情況

飛機(jī)起落架上的每個(gè)機(jī)輪都配備一個(gè)剎車。碳剎車的常見配置是使用四個(gè)旋轉(zhuǎn)盤（轉(zhuǎn)子）和三個(gè)或四個(gè)固定盤（定子），在熱堆或熱包中交替排列。轉(zhuǎn)子與機(jī)輪的驅(qū)動(dòng)鍵嚙合，因此會隨機(jī)輪一起旋轉(zhuǎn)。定子包括一個(gè)朝外的端板和位于熱堆另一端的壓力板（見下文圖片）。

剎車時(shí)，來自剎車活塞的液壓油推動(dòng)壓力板，將轉(zhuǎn)子和定子壓向端板。由此產(chǎn)生的摩擦力將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，使機(jī)輪減速。著陸時(shí)，C/C轉(zhuǎn)子和定子的溫度可達(dá)700°C，但C/C剎車盤可輕松承受1000°C及以上的高溫。這種耐熱性使碳剎車盤能夠在不發(fā)生故障或性能退化（如剎車衰減）的情況下保持結(jié)構(gòu)完整性。

來源 | 飛機(jī)科學(xué)雜志《起落架如何工作——第一部分：剎車》

用于長壽命剎車的SepCarb IV

2018年4月，賽峰集團(tuán)與空客合作，在A320neo飛機(jī)上安裝了新的長壽命碳剎車盤。該產(chǎn)品——SepCarb IV剎車盤——是自15年前推出Sepcarb III以來首款投入使用的C/C剎車盤。這款新的“長壽命”剎車盤有兩大創(chuàng)新：SepCarb IV碳材料和Anoxy 360，這是一種保護(hù)剎車盤免受氧化的新系統(tǒng)。這些創(chuàng)新不僅在使用過程中帶來了改進(jìn)，還在制造過程中解決了當(dāng)時(shí)滿足A320neo產(chǎn)量增長速度的挑戰(zhàn)。

位于法國里昂郊外維勒班的賽峰集團(tuán)C/C剎車盤生產(chǎn)工廠開發(fā)了一種獨(dú)特的制造方法，可在擴(kuò)大工業(yè)規(guī)模的情況下生產(chǎn)SepCarb IV。該方法沒有將用溶劑浸漬碳纖維預(yù)制件，然后進(jìn)行浸漬后處理或干燥這兩個(gè)步驟分開進(jìn)行，而是將它們在同一設(shè)備中合并——省去了中間環(huán)節(jié)的處理，縮短了生產(chǎn)時(shí)間并降低了成本。

SepCarb IV還使用陶瓷顆粒來改善C/C剎車的磨損情況，使剎車使用量減少了30%。這不僅為飛機(jī)運(yùn)營商帶來了好處，還有助于進(jìn)一步滿足A320neo的產(chǎn)量增長速度。賽峰集團(tuán)還改進(jìn)了工藝，減少了熱處理過程中消耗的氮?dú)饬?，并消除了大氣排放，將工藝廢料以液體形式收集。

2019年，該工廠新增了第二臺浸漬機(jī)，并將該工藝推廣到其他工廠。

碳纖維（上）用于制造針刺預(yù)制件（中），然后對其進(jìn)行碳化并用碳基體浸漬，形成剎車盤（下）。

來源 | 賽峰集團(tuán)《碳剎車盤的誕生》

該公司生產(chǎn)C/C剎車盤的制造工藝主要包括四個(gè)步驟：

• 生產(chǎn)碳纖維預(yù)制件，包括對連續(xù)纖維層進(jìn)行針刺處理。
• 對預(yù)制件進(jìn)行高溫碳化，并通過化學(xué)氣相浸漬（CVI）使碳基體致密化。
• 對剎車盤進(jìn)行機(jī)械加工，并進(jìn)行包括尺寸檢查在內(nèi)的質(zhì)量保證檢測。
• 最后處理，包括噴涂和熱處理氧化防護(hù)涂層，然后將多個(gè)剎車盤組裝成一個(gè)C/C剎車裝置。

該公司目標(biāo)是使里昂工廠成為零排放工廠（范圍1和范圍2）。由于能源成本可占碳剎車盤制造成本的30%，賽峰集團(tuán)選擇里昂工廠是因?yàn)楫?dāng)?shù)赜械吞茧娏?yīng)。該工廠還將在化學(xué)氣相浸漬過程中使用生物甲烷作為碳基體前驅(qū)體。因此，該工廠的電力和天然氣消耗量將減少近30%，用水量將減少80%。此外，C/C生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的熱量將被回收，用于供應(yīng)供熱網(wǎng)絡(luò)。其中一些技術(shù)也將推廣到賽峰集團(tuán)的其他C/C剎車盤工廠。

賽峰集團(tuán)整體承諾到2030年將其活動(dòng)的碳排放量相較于2018年減少約50%。在2025年環(huán)境、社會和治理（ESG）報(bào)告中，該公司報(bào)告稱，2025年其所有業(yè)務(wù)的直接排放量相較于2018年減少了35%。

對于賽峰起落架系統(tǒng)公司，馬來西亞森德?lián)P工廠自2018年以來已將二氧化碳排放量減少了27%，包括重復(fù)利用碳盤生產(chǎn)過程中釋放的尾氣來發(fā)電，滿足該工廠20%的電力需求，并廣泛使用變頻驅(qū)動(dòng)器，根據(jù)機(jī)器的實(shí)際需求調(diào)整電動(dòng)機(jī)的速度（和功率使用）。該工廠還計(jì)劃實(shí)施新的電力管理系統(tǒng)，以控制和優(yōu)化工廠的公用設(shè)施消耗，包括電力、天然氣和水。根據(jù)2024年7月的一份通訊，森德?lián)P工廠與當(dāng)?shù)匾患姨柲馨l(fā)電企業(yè)簽署了一份為期21年的協(xié)議，該協(xié)議將于2026年啟動(dòng)，將為當(dāng)前的電力結(jié)構(gòu)再增加10%的可再生能源。這補(bǔ)充了2023年與當(dāng)?shù)匾患依蒙镔|(zhì)發(fā)電的企業(yè)簽署的合作伙伴關(guān)系，該合作伙伴關(guān)系滿足了該工廠30%的電力需求。

延長C/C盤使用壽命，再利用廢料

另一項(xiàng)通過循環(huán)利用實(shí)現(xiàn)減排的關(guān)鍵舉措是賽峰起落架系統(tǒng)公司30多年前開發(fā)的碳剎車盤翻新工藝。如今，該公司交付給航空公司的剎車盤中約30%是經(jīng)過翻新的。

雖然賽峰碳剎車盤的平均使用壽命因飛機(jī)型號和運(yùn)行因素而異，但它們在兩次大修之間通?？沙惺?000至2500次著陸。這些剎車盤每天都要承受超過1000°C的高溫，最終會磨損——盡管其使用壽命比鋼剎車盤長得多——并且在達(dá)到設(shè)定的磨損極限之前就會被退役。

來源 | 賽峰集團(tuán)

賽峰起落架系統(tǒng)公司產(chǎn)品戰(zhàn)略經(jīng)理讓 - 呂克·努瓦爾讓（Jean - Luc Noirjean）解釋說：“通過翻新兩塊磨損的剎車盤，我們得到兩塊半盤，然后將它們重新組合成一個(gè)新的剎車盤。航空公司向我們提供達(dá)到監(jiān)管極限的熱沉。作為回報(bào)，我們向他們發(fā)送翻新的剎車盤；這就是我們所說的標(biāo)準(zhǔn)交換?！?/span>

賽峰起落架系統(tǒng)公司輪子和剎車部門負(fù)責(zé)人讓 - 巴蒂斯特·拉薩勒（Jean - Baptiste Lassalle）指出，交付的剎車盤中有30%是翻新的，這意味著二氧化碳排放量減少了30%?！拔覀冊?0世紀(jì)90年代中期為空客A300、A310和A320項(xiàng)目設(shè)立了這一工藝，以降低制造成本……但這也在我們內(nèi)部引發(fā)了一種良性的循環(huán)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。”

展望未來，賽峰起落架系統(tǒng)公司將研究新的方法，以回收這些翻新后的飛機(jī)剎車盤在其使用壽命結(jié)束時(shí)在其他行業(yè)的使用。與此同時(shí)，該公司已實(shí)施了多個(gè)減少廢料的項(xiàng)目。拉薩勒說：“我們開發(fā)了一種用生產(chǎn)過程中未使用的纖維制造毛氈的工藝，這些纖維占我們纖維采購量的近一半。這種毛氈由一家合作伙伴公司生產(chǎn)，用作我們?nèi)蹱t的隔熱材料。我們還建立了一個(gè)系統(tǒng)，將碳盤的機(jī)械加工粉塵回收用于水泥生產(chǎn)廠。更廣泛地說，我們正在開展的項(xiàng)目旨在在整個(gè)生產(chǎn)周期中最大限度地減少材料浪費(fèi)。”

拉薩勒表示，這些環(huán)保舉措和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的加速發(fā)展使公司變得更加有條理和結(jié)構(gòu)化?！叭ツ辏覀冊O(shè)立了一個(gè)專門職位，以整合我們產(chǎn)品生命周期和碳排放的評估方法。該職位還專注于提高我們產(chǎn)品的可回收性。我們開展的這類舉措越多，就越能為充分整合循環(huán)經(jīng)濟(jì)原則的新型經(jīng)濟(jì)模式鋪平道路?！?/span>

數(shù)字化轉(zhuǎn)型與未來增長

賽峰集團(tuán)還在實(shí)施各種數(shù)字化轉(zhuǎn)型舉措，包括使用軟件實(shí)現(xiàn)重復(fù)和單調(diào)任務(wù)的機(jī)器人流程自動(dòng)化（RPA），以及使用協(xié)作機(jī)器人、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和自動(dòng)化機(jī)器來加快生產(chǎn)速度。該公司還在其產(chǎn)品（包括剎車盤）中實(shí)施健康監(jiān)測和預(yù)測性維護(hù)，并正在開發(fā)利用人工智能的方法。例如，賽峰起落架系統(tǒng)公司與機(jī)器編程合作伙伴MHAC技術(shù)公司（法國埃居利）合作，對其碳剎車盤的3D測量和機(jī)械加工進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和自動(dòng)化。通過機(jī)器學(xué)習(xí)，該團(tuán)隊(duì)將針對不同剎車盤運(yùn)行的程序數(shù)量從100多個(gè)減少到幾十個(gè)，并進(jìn)一步加快了生產(chǎn)速度。

來源 | 陶瓷復(fù)合材料網(wǎng)絡(luò)發(fā)布的《全球陶瓷基復(fù)合材料市場報(bào)告》