炭纖維對(duì)C-C-SiC摩擦材料力學(xué)性能的影響.pdf

1、模壓-原位反應(yīng)法制備炭纖維增強(qiáng)C/C-SiC摩擦材料，具有周期短、成本低的優(yōu)點(diǎn)，是一種很有希望的工業(yè)化生產(chǎn)工藝。本文用運(yùn)模壓-原位反應(yīng)法制備C/C-SiC摩擦材料，研究了纖維分布、纖維長(zhǎng)度、纖維體積分?jǐn)?shù)以及后續(xù)炭化工藝等因素對(duì)制備材料力學(xué)性能的影響。通過抗彎、抗壓和沖擊韌性的測(cè)試，斷口宏觀和微觀的觀察和分析，初步探明了上述因素影響C/C-SiC摩擦材料力學(xué)性能的原因以及材料斷裂失效的機(jī)理，并得出以下結(jié)論： (1)纖維在基體中的分

2、布狀態(tài)影響纖維與基體的結(jié)合狀況，以纖維束分布時(shí)，纖維/基體結(jié)合界面少，纖維束內(nèi)有殘留孔隙；以分散纖維分布時(shí)，纖維/基體結(jié)合界面多，纖維之間被基體致密填充，受力作用時(shí)，材料通過纖維的拔出、脫粘以及脆性斷裂可吸收大量的斷裂能，強(qiáng)度得到提高。 (2)纖維長(zhǎng)度是影響纖維增強(qiáng)復(fù)合材料力學(xué)性能的因數(shù)，當(dāng)纖維長(zhǎng)度大于臨界纖維長(zhǎng)度時(shí)，材料的破壞以纖維的斷裂為主；纖維長(zhǎng)度小于臨界纖維長(zhǎng)度時(shí)，材料的失效主要是基體的開裂或破壞。本實(shí)驗(yàn)中纖維長(zhǎng)度取2m

3、m.、5mm、8mm、12mm，以5mm纖維增強(qiáng)材料的綜合力學(xué)性能較好，其抗彎、垂直和平行抗壓、沖擊強(qiáng)度分別為59.06MPa、147.03MPa、134.25MPa、2.45KJ·m<'-2>。 (3)當(dāng)纖維的體積分?jǐn)?shù)為5％、10％、15％時(shí)，隨纖維體積分?jǐn)?shù)的提高，材料的抗彎、抗壓、沖擊強(qiáng)度均有提高。體積分?jǐn)?shù)過低，纖維不能有利的支撐基體，增強(qiáng)作用無法發(fā)揮，材料破壞主要表現(xiàn)為基體的開裂。體積分?jǐn)?shù)提高，纖維成為支撐基體的骨架，與基

4、體結(jié)合加強(qiáng)，提高了材料抵抗載荷的能力。 (4)后續(xù)炭化工藝的增加使材料壓縮強(qiáng)度提高，沖擊強(qiáng)度下降。樹脂被炭化后，留下的樹脂炭硬且脆，分布在基體中可提高材料抗壓縮能力。但炭化收縮形成的微孔和裂紋成為材料斷裂破壞源和裂紋擴(kuò)展的通道。 (5)彎曲破壞機(jī)制主要為短纖維從基體中的“拔鞘”、劈裂或直接脆斷，以及材料在基體炭和碳化硅處的脆性斷裂。壓縮破壞表現(xiàn)為脆性斷裂方式，垂直方向壓縮主要表現(xiàn)為裂紋通過基體和纖維層的剪切破壞，平行方向