赛峰集团碳-碳飞机刹车盘：新工艺、生产基地、环保成果

赛峰起落架系统公司生产用于飞机刹车的碳/碳（C/C）盘。来源 | 赛峰集团

本文汇编了赛峰集团（法国巴黎）生产用于飞机的碳纤维增强碳（碳/碳）刹车盘的公开信息。今年早些时候，该公司发布了一段视频，详细介绍了其生产步骤。碳/碳（C/C）刹车盘仍是陶瓷基复合材料（CMC）应用量最大的领域之一，但随着工业和航空航天领域终端应用需求的增加，这一情况正在发生变化。我曾参观过位于意大利贝尔加莫附近的布雷博工厂，该工厂生产用于赛车的C/C刹车盘（还有一篇关于其用于民用汽车的CMC刹车盘生产的专栏文章），因此，我认为研究赛峰集团的生产基地、产量、加工工艺创新以及正在进行的可持续性提升举措会很有意思。

碳刹车盘比钢刹车盘更轻、效率更高，耐用性是钢刹车盘的两到三倍，有助于运营商降低燃油消耗、成本和二氧化碳排放。赛峰集团报告称，得益于C/C刹车盘，飞行过程中避免排放的二氧化碳量是刹车盘制造过程中产生的二氧化碳量的10倍，每年整个机队可避免排放数百吨二氧化碳。

全球生产情况

飞机起落架上的每个机轮都配备一个刹车。碳刹车的常见配置是使用四个旋转盘（转子）和三个或四个固定盘（定子），在热堆或热包中交替排列。转子与机轮的驱动键啮合，因此会随机轮一起旋转。定子包括一个朝外的端板和位于热堆另一端的压力板（见下文图片）。

刹车时，来自刹车活塞的液压油推动压力板，将转子和定子压向端板。由此产生的摩擦力将动能转化为热能，使机轮减速。着陆时，C/C转子和定子的温度可达700°C，但C/C刹车盘可轻松承受1000°C及以上的高温。这种耐热性使碳刹车盘能够在不发生故障或性能退化（如刹车衰减）的情况下保持结构完整性。

来源 | 飞机科学杂志《起落架如何工作——第一部分：刹车》

用于长寿命刹车的SepCarb IV

2018年4月，赛峰集团与空客合作，在A320neo飞机上安装了新的长寿命碳刹车盘。该产品——SepCarb IV刹车盘——是自15年前推出Sepcarb III以来首款投入使用的C/C刹车盘。这款新的“长寿命”刹车盘有两大创新：SepCarb IV碳材料和Anoxy 360，这是一种保护刹车盘免受氧化的新系统。这些创新不仅在使用过程中带来了改进，还在制造过程中解决了当时满足A320neo产量增长速度的挑战。

位于法国里昂郊外维勒班的赛峰集团C/C刹车盘生产工厂开发了一种独特的制造方法，可在扩大工业规模的情况下生产SepCarb IV。该方法没有将用溶剂浸渍碳纤维预制件，然后进行浸渍后处理或干燥这两个步骤分开进行，而是将它们在同一设备中合并——省去了中间环节的处理，缩短了生产时间并降低了成本。

SepCarb IV还使用陶瓷颗粒来改善C/C刹车的磨损情况，使刹车使用量减少了30%。这不仅为飞机运营商带来了好处，还有助于进一步满足A320neo的产量增长速度。赛峰集团还改进了工艺，减少了热处理过程中消耗的氮气量，并消除了大气排放，将工艺废料以液体形式收集。

2019年，该工厂新增了第二台浸渍机，并将该工艺推广到其他工厂。

碳纤维（上）用于制造针刺预制件（中），然后对其进行碳化并用碳基体浸渍，形成刹车盘（下）。

来源 | 赛峰集团《碳刹车盘的诞生》

该公司生产C/C刹车盘的制造工艺主要包括四个步骤：

• 生产碳纤维预制件，包括对连续纤维层进行针刺处理。
• 对预制件进行高温碳化，并通过化学气相浸渍（CVI）使碳基体致密化。
• 对刹车盘进行机械加工，并进行包括尺寸检查在内的质量保证检测。
• 最后处理，包括喷涂和热处理氧化防护涂层，然后将多个刹车盘组装成一个C/C刹车装置。

该公司目标是使里昂工厂成为零排放工厂（范围1和范围2）。由于能源成本可占碳刹车盘制造成本的30%，赛峰集团选择里昂工厂是因为当地有低碳电力供应。该工厂还将在化学气相浸渍过程中使用生物甲烷作为碳基体前驱体。因此，该工厂的电力和天然气消耗量将减少近30%，用水量将减少80%。此外，C/C生产过程中产生的热量将被回收，用于供应供热网络。其中一些技术也将推广到赛峰集团的其他C/C刹车盘工厂。

赛峰集团整体承诺到2030年将其活动的碳排放量相较于2018年减少约50%。在2025年环境、社会和治理（ESG）报告中，该公司报告称，2025年其所有业务的直接排放量相较于2018年减少了35%。

对于赛峰起落架系统公司，马来西亚森德扬工厂自2018年以来已将二氧化碳排放量减少了27%，包括重复利用碳盘生产过程中释放的尾气来发电，满足该工厂20%的电力需求，并广泛使用变频驱动器，根据机器的实际需求调整电动机的速度（和功率使用）。该工厂还计划实施新的电力管理系统，以控制和优化工厂的公用设施消耗，包括电力、天然气和水。根据2024年7月的一份通讯，森德扬工厂与当地一家太阳能发电企业签署了一份为期21年的协议，该协议将于2026年启动，将为当前的电力结构再增加10%的可再生能源。这补充了2023年与当地一家利用生物质发电的企业签署的合作伙伴关系，该合作伙伴关系满足了该工厂30%的电力需求。

延长C/C盘使用寿命，再利用废料

另一项通过循环利用实现减排的关键举措是赛峰起落架系统公司30多年前开发的碳刹车盘翻新工艺。如今，该公司交付给航空公司的刹车盘中约30%是经过翻新的。

虽然赛峰碳刹车盘的平均使用寿命因飞机型号和运行因素而异，但它们在两次大修之间通常可承受2000至2500次着陆。这些刹车盘每天都要承受超过1000°C的高温，最终会磨损——尽管其使用寿命比钢刹车盘长得多——并且在达到设定的磨损极限之前就会被退役。

来源 | 赛峰集团

赛峰起落架系统公司产品战略经理让 - 吕克·努瓦尔让（Jean - Luc Noirjean）解释说：“通过翻新两块磨损的刹车盘，我们得到两块半盘，然后将它们重新组合成一个新的刹车盘。航空公司向我们提供达到监管极限的热沉。作为回报，我们向他们发送翻新的刹车盘；这就是我们所说的标准交换。”

赛峰起落架系统公司轮子和刹车部门负责人让 - 巴蒂斯特·拉萨勒（Jean - Baptiste Lassalle）指出，交付的刹车盘中有30%是翻新的，这意味着二氧化碳排放量减少了30%。“我们在20世纪90年代中期为空客A300、A310和A320项目设立了这一工艺，以降低制造成本……但这也在我们内部引发了一种良性的循环经济效应。”

展望未来，赛峰起落架系统公司将研究新的方法，以回收这些翻新后的飞机刹车盘在其使用寿命结束时在其他行业的使用。与此同时，该公司已实施了多个减少废料的项目。拉萨勒说：“我们开发了一种用生产过程中未使用的纤维制造毛毡的工艺，这些纤维占我们纤维采购量的近一半。这种毛毡由一家合作伙伴公司生产，用作我们熔炉的隔热材料。我们还建立了一个系统，将碳盘的机械加工粉尘回收用于水泥生产厂。更广泛地说，我们正在开展的项目旨在在整个生产周期中最大限度地减少材料浪费。”

拉萨勒表示，这些环保举措和循环经济的加速发展使公司变得更加有条理和结构化。“去年，我们设立了一个专门职位，以整合我们产品生命周期和碳排放的评估方法。该职位还专注于提高我们产品的可回收性。我们开展的这类举措越多，就越能为充分整合循环经济原则的新型经济模式铺平道路。”

数字化转型与未来增长

赛峰集团还在实施各种数字化转型举措，包括使用软件实现重复和单调任务的机器人流程自动化（RPA），以及使用协作机器人、增强现实和自动化机器来加快生产速度。该公司还在其产品（包括刹车盘）中实施健康监测和预测性维护，并正在开发利用人工智能的方法。例如，赛峰起落架系统公司与机器编程合作伙伴MHAC技术公司（法国埃居利）合作，对其碳刹车盘的3D测量和机械加工进行标准化和自动化。通过机器学习，该团队将针对不同刹车盘运行的程序数量从100多个减少到几十个，并进一步加快了生产速度。

来源 | 陶瓷复合材料网络发布的《全球陶瓷基复合材料市场报告》