C-C-SiC摩擦材料的制備、結(jié)構(gòu)和性能.pdf

1、C/C-SiC摩擦材料因具有密度低(≤2.40g·cm-3)、耐高溫(≥1600℃)、高強(qiáng)度、摩擦系數(shù)高且穩(wěn)定、耐磨損、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。本研究以高速高能載制動(dòng)系統(tǒng)用C/C-SiC摩擦材料為研究背景，采用熔硅浸滲法(LSI)和溫壓-原位反應(yīng)法(WCISR)兩種不同工藝制備C/C-SiC，系統(tǒng)地研究了C/C-SiC的微觀(guān)結(jié)構(gòu)、導(dǎo)熱性能及導(dǎo)熱機(jī)制、力學(xué)性能及失效機(jī)制、氧化性能及氧化機(jī)制和摩擦磨損性能及機(jī)理，并研制

2、了工程機(jī)械和高速列車(chē)用制動(dòng)閘片(瓦)，在1:1慣性試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了應(yīng)用研究。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：
　　 (1)以整體氈為預(yù)制體，采用LSI制備的C/C-SiC中反應(yīng)生成的SiC主要分布在網(wǎng)胎層，針刺纖維束附近和無(wú)緯布層的纖維束間，以粗大的SiC多面體、納米SiC顆粒和SiC納米線(xiàn)三種形貌存在。系統(tǒng)研究了不同形貌SiC的形成過(guò)程與機(jī)制，并表征了熱解炭/SiC等C/C-SiC材料中的主要界面結(jié)構(gòu)。
　　 (2)以短切炭纖維、

3、石墨粉、硅粉、酚醛樹(shù)脂和粘結(jié)劑為原料，采用WCISR制備的C/C-SiC材料中纖維擇優(yōu)排布，SiC以網(wǎng)絡(luò)狀的形式分布在C/C-SiC中，主要有多面體狀、圓弧狀和不規(guī)則形狀等多種形貌。揭示了WCISR工藝中Si+C原位反應(yīng)機(jī)理和坯體裂紋形成機(jī)制。奠定了高性能C/C-SiC的低成本制備技術(shù)基礎(chǔ)。
　　 (3)研究了炭纖維預(yù)制體結(jié)構(gòu)、基體炭結(jié)構(gòu)、制備工藝和組分含量等對(duì)C/C-SiC熱擴(kuò)散率的影響規(guī)律。首次研究了WCISR制備的C/C-

4、SiC在室溫～1300℃的導(dǎo)熱性能及其導(dǎo)熱機(jī)制。成功研制了高熱擴(kuò)散率的C/C-SiC制備技術(shù)，即樹(shù)脂浸漬/炭化與LSI相結(jié)合。
　　 (4)研究了C/C-SiC的力學(xué)性能及其影響因素。LSI-C/C-SiC的彎曲破壞過(guò)程表現(xiàn)出良好的“假塑性”，破壞過(guò)程中發(fā)生了裂紋偏轉(zhuǎn)、纖維橋接、裂紋分叉、纖維撥出和界面脫粘現(xiàn)象，壓縮破壞表現(xiàn)為剪切破壞形式。WCISR-C/C-SiC的縱向壓縮縱向壓縮表現(xiàn)為韌性斷裂，以對(duì)角剪切破壞方式為主；橫向壓

5、縮表現(xiàn)為脆性斷裂，以多層復(fù)合剪切破壞的方式為主。
　　 (5)研究了時(shí)間、溫度和成分對(duì)C/C-SiC氧化失重率的影響，揭示了C/C-SiC的氧化過(guò)程特征及氧化機(jī)理，為C/C-SiC摩擦過(guò)程的氧化失效研究奠定了基礎(chǔ)。
　　 (6)研究了材料成分與微觀(guān)結(jié)構(gòu)、制動(dòng)條件和環(huán)境因素等對(duì)C/C-SiC摩擦材料摩擦磨損性能的影響。C/C-SiC摩擦過(guò)程中受水分的影響小，摩擦系數(shù)濕態(tài)衰減小(≤8％)，回復(fù)快。成功研制了具有優(yōu)異摩擦磨損性

6、能的C/C-SiC摩擦材料(8～24m/s速度下的摩擦系數(shù)在0.3～0.6之間可調(diào)，磨損量穩(wěn)定在0.01～0.03cm3/MJ)。
　　 (7)揭示了C/C-SiC在高速、高能載、復(fù)雜環(huán)境下的摩擦磨損機(jī)理。C/C-SiC與對(duì)偶件的相互作用是機(jī)械的和(或)分子的，其摩擦是犁溝效應(yīng)和粘著效應(yīng)共同作用的結(jié)果。C/C-SiC的磨損可劃分為四個(gè)基本類(lèi)型：磨粒磨損、粘著磨損、氧化磨損和疲勞磨損。
　　 (8)首次將C/C-SiC應(yīng)用