C-C-SiC-Cu5Si復(fù)合材料的制備及性能.pdf

1、本文采用RMI法，制備了C/C-SiC-Cu5Si復(fù)合材料，研究了C/C-SiC-Cu5Si復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和失效機(jī)制以及摩擦磨損性能。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　(1)以全網(wǎng)胎為預(yù)制體，采用RMI方法制備了密度為3.66 g·cm-3，開孔率為5.8％的C/C-SiC-Cu5Si復(fù)合材料。該復(fù)合材料由質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為19.87％C、11.91％β-SiC、14.99％TiC和53.23％Cu5Si組成。TiC截面呈長(zhǎng)

2、方形，集中分布在熱解炭周圍，其晶粒長(zhǎng)大受Ti原子擴(kuò)散控制。Cu5Si分布在TiC周圍，β-SiC彌散分布在Cu5Si基體內(nèi)。
　　(2) C/C-SiC-Cu5Si復(fù)合材料垂直方向的彎曲強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度及沖擊韌性依次為110.4Mpa、354.8MPa和7.9 kJ·m-2，分別是C/C-SiC復(fù)合材料的2.3倍、1.2倍和2.8倍。平行方向的彎曲強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度和沖擊韌性分別是垂直方向的89％、59％和141％。C/C-SiC-Cu

3、5Si復(fù)合材料中存在三種界面:TiC與熱解炭、不同道次的熱解炭以及熱解炭與炭纖維之間的界面。緩慢加載時(shí)，這三種界面依次開裂，對(duì)材料力學(xué)性能有重要的影響。Cu5Si斷口呈韌窩狀，是典型的韌性相。
　　(3) C/C-SiC-Cu5Si復(fù)合材料彎曲加載過(guò)程表現(xiàn)出良好的“假塑性”:裂紋沿著三種界面迅速擴(kuò)展造成平行方向失效，裂紋沿著厚度方向貫穿造成垂直方向失效。平行方向的壓縮破壞表現(xiàn)為裂紋在三種界面處的擴(kuò)展和在少量Cu5Si基體上的穿晶斷

4、裂。垂直方向的壓縮破壞表現(xiàn)為裂紋在三種界面處的擴(kuò)展，在少量Cu5Si基體上的穿晶斷裂以及在大量Cu5Si基體上的沿晶斷裂。沖擊載荷作用快，導(dǎo)致裂紋來(lái)不及擴(kuò)展。垂直方向纖維沿徑向斷裂導(dǎo)致沖擊韌性低于平行方向。
　　(4)研究了制動(dòng)速率對(duì)C/C-SiC-Cu5Si復(fù)合材料與30CrMnSiVA鋼組成摩擦副的摩擦磨損特性的影響。該摩擦副的摩擦系數(shù)在0.16～0.23之間變化，顯著低于C/C-SiC復(fù)合材料與30CrMnSiVA鋼組成摩擦

5、副的摩擦系數(shù)0.23～0.37。且前者30CrMnSiVA鋼的線性磨損率在0.17～1.113μm·side-1·cycle-1之間變化，約是后者30CrMnSiVA鋼線性磨損率的五分之一。
　　(5)揭示了C/C-SiC-Cu5Si復(fù)合材料與30CrMnSiVA鋼的摩擦磨損機(jī)理。摩擦力產(chǎn)生于犁溝效應(yīng)和黏著效應(yīng)，磨損機(jī)制表現(xiàn)為四種形式:磨粒磨損、粘著磨損、氧化磨損和疲勞磨損。實(shí)際摩擦過(guò)程中，往往是多種磨損形式共存，一種類型的磨損往