本发明涉及一种降低非尾气颗粒排放的刹车片，属于摩擦制动。
背景技术：
1、随着汽车的普及，车辆制动系统产生的摩擦磨损颗粒已成为城市空气污染的重要源头。汽车尾气源和非尾气源的pm10排放在交通相关pm10排放总量中的占比几乎相等，且随着尾气排放控制的日益严格，非尾气源对交通相关排放的相对贡献将越来越大。而摩擦制动过程排放的颗粒物贡献了超过20%的城市非尾气pm10排放以及超过40%的城市非尾气pm2.5排放。在汽车制动系统中，刹车片与刹车盘的摩擦不可避免地会产生大量微小颗粒，这些颗粒排放到环境中，对空气质量和人体健康造成严重威胁。同时，频繁的制动摩擦也会导致刹车片快速磨损，影响其使用寿命和制动性能。因此，如何减少颗粒排放和提升耐磨性能问题，成为当前技术领域需要关注的重要方向。
2、当前有几种主流解决刹车片颗粒排放问题的方案。包括通过优化摩擦材料，例如采用低金属、无金属材料、陶瓷基材料或纳米复合涂层，从源头减少磨损颗粒生成。设计表面结构，如沟槽、凹坑等织构，捕获并储存颗粒，促进凝并，兼具减排与耐磨效果。应用润滑技术，如添加固体润滑剂或边界润滑涂层，减少摩擦副直接接触，抑制颗粒产生，短期效果显著；采用后处理技术，如颗粒捕集器、封闭式制动系统，外部拦截或密封颗粒，适用于现有车型改造。
3、然而，这些方法存在明显缺点：材料优化面临性能与排放的矛盾，如陶瓷基材料成本高、低温性能不稳定，低金属材料耐高温不足；表面结构设计存在耐久性问题，长期使用易堵塞、磨损，加工精度要求高，容易影响制动初期摩擦稳定性；润滑技术容易降低制动可靠性，部分润滑剂存在环境兼容性风险；后处理技术需附加装置，增加车辆重量与成本，且维护复杂。
技术实现思路
1、发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种降低非尾气颗粒排放的刹车片，本发明通过在刹车片内部设置间隔均匀分布的中空腔体，中空腔体可以捕获汽车制动过程中产生的颗粒，使其凝并形成较大的颗粒，从而降低向环境中排放的微小颗粒浓度。
2、技术方案：一种降低非尾气颗粒排放的刹车片，所述刹车片自其作业面向内部依次设置有相邻布置的第一捕集区域、第二捕集区域、第三捕集区域，每个区域内设有若干中空腔体且均沿横向和纵向间隔均匀分布。
3、本发明通过在刹车片内部设置间隔均匀分布的中空腔体，中空腔体可以捕获汽车制动过程中产生的颗粒，使其凝并形成较大的颗粒，从而降低向环境中排放的微小颗粒浓度。在汽车制动过程中，摩擦磨损产生的颗粒会被中空腔体捕获，在制动摩擦产生的高温环境下，微小颗粒在空腔中碰撞、凝并，形成较大颗粒，从而降低向环境中排放的微小颗粒浓度。随着刹车片磨损，沿厚度方向的第一捕集区域逐渐暴露并失效，下层的捕集区域依次进入工作区域，持续提供颗粒捕集和储存左右。这种沿刹车片厚度方向层层排列的结构能够提高摩擦磨损颗粒捕集效率并改善摩擦接触应力分布，使刹车片在整个服役周期内保持稳定的颗粒减排与耐磨制动性能。
4、优选项，为了提升颗粒捕集效率和刹车片的耐磨性能，所述中空腔体为球形空腔。
5、在制动摩擦产生的高温环境中，纳米级颗粒因布朗运动剧烈，易与球形空腔内壁碰撞而被吸附，且空腔的球形轮廓可减少气流扰动，形成局部“低速涡流区”，延长颗粒滞留时间，提高了空腔对颗粒的捕集效率。同时，球形空腔分布优化了刹车片的摩擦接触应力分布，在制动时压力和摩擦力能够更均匀地分散在刹车片表面和内部，降低局部应力集中，减少刹车片的磨损，提升其耐磨和制动性能，保证球形空腔颗粒的捕集和凝结效果。
6、优选项，为了平衡颗粒捕集能力和刹车片的结构强度，实现在整个服役周期内有效的颗粒捕集而不削弱刹车片的机械性能。所述第一捕集区域、第二捕集区域、第三捕集区域的总深度和为刹车片厚度 h的2/3。
7、优选项，为了优化球形空腔的分布密度和大小，以提高颗粒捕集效率，实现空腔对颗粒的有效捕获和凝并，同时保持刹车片的摩擦性能。每个捕集区域内相邻球形空腔的中心距 l 0相等为300-600μm，每个球形空腔的直径 d 0相等为200-500μm。
8、优选项，为了满足汽车制动系统刹车片在服役过程中存在的时空差异化颗粒排放问题，所述第一捕集区域包括至少两层细微颗粒捕集层，所述第二捕集区域包括至少两层中等颗粒捕集层，所述第三捕集区域包括至少两层大颗粒捕集层。符合刹车片服役过程中捕捉细微颗粒、中等颗粒、较大颗粒的功能需求，从而控制非尾气颗粒的排放。
9、优选项，为了适应刹车片在不同磨损阶段的颗粒捕集需求并保证结构强度，实现捕集功能与结构稳定性的平衡，确保刹车片在整个寿命周期内的可靠性。所述第一捕集区域深度 h 1为刹车片本体厚度 h的1/6；第二捕集区域深度 h 2为刹车片本体厚度 h的1/3；第三捕集区域深度 h 3为刹车片本体厚度 h的1/6。
10、优选项，为了针对不同大小的颗粒进行有效捕集，实现从细微到较大颗粒的分级捕获和凝并，提高整体捕集效率。所述第一捕集区域内的每个球形空腔直径 d 1相等为200-400μm；所述第二捕集区域内的每个球形空腔直径 d 2相等为400-600μm；所述第三捕集区域内的每个球形空腔直径 d 3相等为600-800μm。
11、优选项，为了保证球形空腔对颗粒的捕集和凝结效果，实现空腔的优化布局，增强颗粒的碰撞和凝并机会，提高捕集效率。每层细微颗粒捕集层的相邻球形空腔中心距 l 1相等为300-500μm；每层中等颗粒捕集层的相邻球形空腔中心距 l 2相等为500-700μm；每层大颗粒捕集层的相邻球形空腔中心距 l 3相等为700-900μm；相邻捕集层之间交错设置，每个捕集区域中的相邻层的垂直间距为相邻球形空腔中心距的1/2，相邻捕集区域间的垂直间距 g为250-550μm。
12、优选项，为了在三维空间内最大化颗粒捕集路径并强化刹车片的结构稳定性，通过将相邻捕集层之间的球形空腔交错设置，实现对穿透上层空腔的颗粒进行二次甚至多次拦截，有效封堵了颗粒逃逸的直通通道，同时这种交错布局犹如建筑中的“错缝砌筑”，增强了刹车片整体的机械强度与承载能力，从而在提升颗粒凝并效率的同时，确保了刹车片在长期制动过程中的结构完整性与耐久性。
13、优选项，为了更好地捕集和储存不同大小的摩擦颗粒，实现空腔对多种尺寸颗粒的兼容性捕集，提高捕集系统的灵活性和效率。每个捕集区域中的若干球形空腔至少具有两种不同的直径，直径范围为200-800μm，并且所有相邻球形空腔的中心距 l 4均相等，均为900μm。
14、有益效果：本发明通过在其内部自作业面向内部分层设置具有特定球形空腔结构的第一、第二及第三捕集区域，构建了一个高效且持久的颗粒捕集与管理系统，显著提高对制动过程中产生的摩擦磨损颗粒的捕集与凝并效率，从根本上降低非尾气颗粒物的排放浓度；其球形轮廓设计和适宜的直径确保了对颗粒的高效捕捉，并且该球形空腔结构与分层布局有效优化了刹车片内部的摩擦接触应力分布，制动时，刹车盘与刹车片之间产生的巨大压力和摩擦力能够通过这些特殊结构更均匀地分散在刹车片表面和内部；球形空腔的规则排列避免了局部应力集中现象的出现，使得刹车片各个部位承受的压力和摩擦力相对均衡，减少了因局部过度磨损导致的性能下降和安全隐患，提升了刹车片制动性能、耐磨性能和使用寿命，降低了车辆维护成本，为车主提供了更经济、可靠的制动解决方案。此外，通过捕集区域沿厚度方向的递进式设计，确保了在刹车片的整个服役周期内都能持续提供稳定的颗粒捕集能力，有效克服了现有技术中存在的性能与排放矛盾、结构耐久性不足以及需附加装置问题。