C/C多孔体的高温热处理对C/C-SiC复合材料摩擦磨损行为的影响

低密度C/C多孔体的结构与性能调控是制备具有优异摩擦磨损性能的C/C-SiC复合材料的关键。本研究采用化学气相渗积法制备了C/C多孔体,并对其进行2100℃高温热处理,再通过反应熔渗法制备了C/C-SiC复合材料,研究了C/C多孔体高温热处理对C/C-SiC复合材料微观结构、导热性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明,经2100℃热处理的C/C多孔体孔隙率和石墨化程度增加,用其制备的C/C-SiC复合材料比C/C多孔体未经热处理的密度更大(2.22 g/cm3),孔隙率由5.1%降低至3.4%, SiC陶瓷相含量比热处理前提高11.9%。石墨化程度越高,声子的平均自由程越大,因此其室温的导热率提升到3.1倍, 1200℃导热率提升到1.2倍。经过热处理的热解炭更软,摩擦面易形成连续且稳定的摩擦膜,因此摩擦系数更稳定,并且在测试载荷为3、6和9 N下磨损率均显著降低,下降幅度达到47.8%、41.9%和11.7%,平均摩擦系数分别为0.47、0.38和0.39。综上所述,对C/C多孔体进行高温热处理可使C/C-SiC复合材料的导热性能提升,更耐磨并且表现出更稳定的摩擦系数。     

C/ C坯体对 C/ C2Cu复合材料摩擦磨损行为的影响

采用无压熔渗方法制备炭纤维整体织物/炭2铜 (C/ C2Cu) 复合材料 , 在 MM22000型环2块摩擦磨损试验机上考察复合材料的摩擦磨损性能 , 利用扫描电子显微镜观察分析磨损表面形貌 , 研究 C/ C坯体对材料的摩擦磨损行为的影响及机制。结果表明 : 随着 C/ C坯体密度的增加 , 摩擦系数及 C/ C2Cu材料自身和对偶的磨损量均降低 ; 采用浸渍/炭化 ( I/ C) 坯体的 C/ C2Cu材料摩擦系数及自身和对偶件的磨损量均高于采用化学气相渗透(CVI) 坯体的试样; 摩擦面平行于纤维取向的试样摩擦系数低于垂直于纤维取向的试样 , 但磨损率较高。     

热处理对炭/炭-铜复合材料载流磨损行为的影响

为探明炭/炭(C/C)多孔体热处理对炭/炭-铜(C/C-Cu)复合材料载流磨损行为的影响,采用化学气相渗透法(CVI)增密的C/C多孔体,再通过压力熔渗法制备C/C-Cu复合材料.采用载流动态磨损试验机测试C/C-Cu复合材料载流磨损行为,利用数字式三维视频显微镜和扫描电子显微镜观察复合材料磨损前后的表面形貌,研究了C/C多孔体经过2 000℃热处理对C/C-Cu复合材料载流磨损行为的影响.结果表明:C/C-Cu复合材料的质量磨损率和线磨损率比C/C多孔体未经热处理的复合材料分别降低了34.42%和17.84%;C/C多孔体经过2 000℃热处理,石墨化度提高,片层劈裂阻力减小,在载荷的作用下石墨片层易于劈裂形成细小的石墨微晶碎片,迅速填充修复表面缺陷,形成具有一定润滑作用、平整的摩擦膜,有效抑制了局部非均匀磨损的扩大,减弱了磨粒磨损和电弧放电引起的烧蚀、粘着、氧化磨损之间的循环交替磨损,载流磨损性能提高.     

C/C-SiC材料不同制动速率下的湿式摩擦磨损性能

以炭纤维针刺毡为预制体,先采用化学气相渗透法制备炭基体,然后采用熔融渗硅法制备SiC基体,得到C/C-SiC摩擦材料;利用MM-1000型惯性试验台研究了C/C-SiC材料在不同制动速度下干态和CD15W-40柴油机油润滑状态下的摩擦磨损性能。研究结果表明:C/C-SiC摩擦材料与水的接触角为80.5°左右,为亲油性材料;C/C-SiC材料在CD15W-40柴油机油润滑状态下,随制动速度从3000r/min升高到6000r/min,其摩擦因数和线性磨损量在4000r/min时达到最大值,分别是0.21μm/cycle和1.1μm/cycle,而在5000r/min和6000r/min时,其摩擦因数均为0.17,线性磨损量均为0;C/C-SiC摩擦材料在湿态条件下能保持较高的摩擦因数,制动曲线平稳,磨损率低,可作为新一代工程机械和重型车辆湿式离合器用摩擦材料的候选材料。     

碳/碳-碳化硅复合材料的摩擦磨损行为与机理

以液相渗硅工艺为手段制备了C/C-SiC复合材料。分别采用MMW-1A与MM-1000型试验机对复合材料的摩擦磨损性能进行了研究。结果表明: 在实验室条件下, 当压力恒定在0.48 MPa时, 转速对复合材料的摩擦磨损的性能影响甚微, 摩擦系数为0.15~0.16, 且磨损率接近; 当转速恒定在0.3 m/s时, 不同压力条件下的摩擦系数相近, 为0.13~0.15, 但磨损率存在较大差异, 材料磨损以磨粒磨损为主。在近工况条件下, C/C-SiC复合材料的摩擦系数达到0.50, 磨损率达到5.95 mg/次, 摩擦曲线表现为典型的马鞍形曲线, 试验前期材料磨损主要表现为磨粒磨损, 试验后期为粘着磨损。     

低能载条件下C/C复合材料滑动摩擦磨损性能

采用MM-200型环-块摩擦磨损试验机测试了针刺碳毡增强C/C复合材料试样在不同载荷和转速条件下的摩擦磨损性能,借助数码显微镜和扫描电镜观察分析了摩擦表面形貌。结果表明:当转速较低时,摩擦系数比较稳定,磨损率随载荷提高而增大;当转速较高时,低载荷试样摩擦系数不大,磨损率有所增加,而高载荷试样的摩擦系数在5分钟左右时出现峰值然后回落并保持稳定,磨损率急剧增加,说明磨损机制发生变化;摩擦面平行于X-Y向的C/C复合材料磨损率较小,具有较好的摩擦磨损性能。     

纳米炭纤维改性对C/C复合材料摩擦磨损的影响

采用催化化学气相法在炭纤维表面原位生长纳米炭纤维后,再通过化学气相渗透法制备出纳米炭纤维改性C/C复合材料。采用微动摩擦磨损试验考察纳米炭纤维改性C/C复合材料的摩擦磨损性能,探讨原位生长纳米炭纤维对C/C复合材料摩擦磨损机理。结果表明,采用纳米炭纤维改性后C/C复合材料的摩擦过程更平稳,磨损量减小。纳米炭纤维与热解炭形成复合基体,这种复合基体在摩擦过程中形成高强度高模量的摩擦膜,从而影响复合材料的摩擦性能。     

中间热处理对薄壁C/CSiC构件制备及力学性能的影响

采用“化学气相渗透法+先驱体浸渍裂解法”（CVI+PIP）混合工艺制备了薄壁C/C-SiC复合材料构件,研究了C/C多孔体的热处理对C/C-SiC构件密度、变形量及力学性能的影响。研究结果表明：中间热处理可提高C/C的开孔率,有利于SiC的渗入,制备出密度较高的C/C-SiC复合材料构件;中间热处理对构件的层间剪切性能影响不大,但影响构件面内拉伸强度和整体承压性能;中间热处理会导致薄壁C/C-SiC构件在内外径和高度方向发生变形;合适的热处理温度（1600~1800℃）使C/C-SiC构件界面结合强度适中,面内拉伸强度及整体承压性能有了极大的提高;而较高的热处理温度（2100~2300℃）使碳纤维强度下降,使构件拉伸强度及整体承压性能大幅下降。     

高温处理对碳/碳复合材料摩擦学性能影响

研究了高温处理对化学气相沉积碳/碳(简称C/C)复合材料摩擦磨损性能的影响,分析了经过不同温度处理的试样的刹车力矩-刹车时间曲线.结果表明:随着处理温度的升高,C/C复合材料的干态平均动摩擦系数由大变小,湿态平均动摩擦系数及干态平均静摩擦系数由小变大.经过2500℃处理的C/C材料,不仅刹车过程平稳,湿态平均动摩擦系数衰减少,而且磨损率小.当刹车比压和能载增加时,经过不同温度处理的四种试样干态及湿态平均动摩擦系数均相应下降.     

炭纤维增强C/SiC双基体复合材料的制备及性能(英文)

以针刺炭纤维整体毡为预制体,联用化学气相沉积法与熔融渗硅法制得炭纤维增强C/SiC双基体(C/C-SiC)复合材料;研究了C/C-Si材料的显微结构、力学性能和不同制动速度下的摩擦磨损性能及机理。结果表明:C/C-SiC材料具有适中的纤维/基体界面结合强度,弯曲强度和压缩强度分别达240MPa和210MPa,具有摩擦系数高(0.41～0.54),磨损小(0.02cm3/MJ),摩擦性能稳定等特点.随着制动速度提高,C/C-Si材料的摩擦磨损机制也随之变化:在低速制动条件下主要表现为磨粒磨损;中速时以黏着磨损为主;高速时以疲劳磨损和氧化磨损为主。     

C/C/Cu及C/Cu复合材料摩擦磨损行为比较

采用无压熔渗工艺制备一种新型的具有优异耐磨性能的碳纤维整体织物/炭/铜(C/C/Cu)复合材料,在UMT23多功能摩擦磨损测试仪上考察复合材料的摩擦磨损行为,并与粉末冶金方法制备的滑板用炭/铜(C/Cu)复合材料进行了对比分析。结果表明：C/C/Cu复合材料形成了连通状的网络结构,其导电性能及力学性能明显优于传统C/Cu复合材料;2种复合材料摩擦系数相近;2种复合材料及其对偶的磨损率随载荷增大而增大;与C/Cu相比,C/C/Cu的耐磨性较优,且对对偶损伤较小,在70N载荷下更为明显。连通状的网络结构及磨损表面形成的磨屑保护层是C/C/Cu复合材料具有良好摩擦磨损特性的主要原因。     

C/C及C/C-Cu复合材料的摩擦磨损性能

通过化学气相渗透(CVI)、树脂浸渍/碳化(I/C)的工艺制成多孔的C/C预制件,采用气体压力浸渗方法向预制体中渗入铜,制备出C/C-Cu复合材料。以高密度C/C复合材料(1.9g/cm~3)作为对比样,在MM-200型磨损试验机上对其摩擦磨损性能进行测试,并对其微观结构和摩擦磨损机理进行分析。研究结果表明:C/C-Cu的摩擦系数比C/C复合材料的低,这主要与摩擦表面的摩擦膜有关,铜在摩擦力带动下填充摩擦表面的凹坑,并与碳材料共同形成摩擦膜,摩擦膜的碳含量越高,润滑效果越好。当C/C预制件密度为1.59g/cm~3时,C/C-Cu的摩擦系数和磨损量均小于C/C复合材料,摩擦磨损性能良好。     

高性能制动系统用炭纤维增强炭和SiC双基体(C/C-SiC)复合材料

C/C-SiC制动材料具有密度低、耐高温、制动平稳、摩擦因数高、磨损少和环境适应性强等优点,是一种能满足高速高能载制动的高性能轻质材料。本文以针刺炭纤维整体毡为预制体,采用化学气相渗透法制备C/C多孔体,然后熔融渗硅制得C/C-SiC材料;研究了C/C-SiC材料的组织结构、力学性能及其失效模式、摩擦磨损性能及机理,同时介绍了中南大学研制的C/C-SiC制动材料的应用现状。     

C/C复合材料与石墨材料干态摩擦磨损行为

在M-2000型摩擦磨损实验机上,以GCr15钢为配副,对石墨材料和C/C复合材料在干态条件下的滑动摩擦进行研究。结果表明:C/C复合材料的摩擦系数和体积磨损均比石墨材料的低。具有光滑层炭结构 (SL) 的C/C复合材料的摩擦系数和体积磨损量比具有粗糙层结构 (RL) 的C/C复合材料低;低密度石墨的摩擦系数和体积磨损量比高密度石墨材料高。随时间延长,RL结构的C/C复合材料摩擦系数在60、80、200 N时有小幅度的增长,另三种则下降; SL结构的C/C复合材料摩擦系数除60 N外基本保持平稳;石墨材料的摩擦系数随时间延长表现出增长趋势。SEM观察表明: RL结构的C/C复合材料摩擦表面随载荷增加而趋向完整,SL结构的C/C复合材料的摩擦表面随载荷增加变化不大。而高密度石墨摩擦表面比密度低的石墨完整。C/C复合材料比石墨更适宜用作航空发动机轴间密封材料。      

纤维种类对C/C复合材料力学及摩擦磨损性能的影响

为了制备性能优异、成本低廉的炭/炭(C/C)复合材料,以聚丙烯腈(PAN)基炭纤维预氧丝纤维(OPF)和炭纤维(CF)为原料,采用化学气相渗积致密化工艺,制备出两种密度均为1. 7 g/cm~3左右的C/C复合材料,研究了不同种类纤维C/C复合材料的力学性能及不同刹车条件下的摩擦磨损性能,并观察其微观结构,分析纤维种类对摩擦磨损性能的影响机制。结果表明:两种C/C复合材料弯曲性能均表现出假塑性断裂,且弯曲强度相近,弯曲强度分别为127 MPa(CF C/C复合材料)、113 MPa(OPF C/C复合材料); OPF C/C复合材料的层间剪切强度为13. 4 MPa,较CF C/C复合材料的层间剪切强度(10. 01 MPa)提高了30. 26%;与炭纤维相比,采用预氧丝作为原材料更易获得粗糙层热解炭,并且预氧丝纤维的硬度较低,易磨合形成光滑的摩擦面,在不同的刹车条件下,以预氧丝为原料制备的C/C复合材料具有更稳定的摩擦系数和更低的线性磨损;当刹车压力为0. 65 MPa,刹车速度为20～25 m/s时,OPF C/C复合材料的摩擦系数稳定在0. 35附近,同时表现出良好的抗磨损性能,线性磨损为1. 3～1. 5μm/(面·次)。     

载荷、转速、温度对填充PTFE材料摩擦磨损性能影响的研究

研究聚酰亚胺、石墨填充PTFE复合材料,将复合材料和HT250材料配副,利用MMU-10G摩擦磨损试验机测量在不同载荷、不同转速的工况下,摩擦副摩擦系数、体积磨损率、温度的变化情况。然后用JSM-5600LV扫描电子显微镜对磨损后的试样表面和对偶件表面进行形貌分析。结果表明,填充PTFE摩擦学性能明显优于纯PTFE;用聚酰亚胺和石墨填充PTFE复合材料在试验过程中,载荷、转速均存在极限值,当载荷超过300 N,转速超过1 500 r/min时,摩擦系数和体积磨损率同时大幅度提高;同时当试样表面温度超过140℃时,复合材料形成的转移膜会出现烧灼。     

热处理对Al2O3f+Cf/ZL109混杂复合材料干滑动摩擦磨损性能影响的统计学研究

利用挤压铸造法制备了Al₂O_3f+C_f/ZL109短纤维混杂增强金属基复合材料,并利用统计学方法对比研究了在滑动速度为0.837 m/s、压力为196 N的条件下热处理对该混杂复合材料干摩擦磨损性能的影响。研究结果表明:铸态和热处理态复合材料的磨损率和摩擦系数均服从正态分布,铸态复合材料的磨损率和摩擦系数均值都大于热处理态复合材料,热处理有利于复合材料摩擦磨损性能的提高。铸态复合材料的磨损机制主要为犁沟磨损和层离,热处理后复合材料抗层离的能力增强,磨损机制主要为轻微的犁沟磨损。     

真空吸注法制备C/SiC摩擦材料及其性能

以针刺碳毡为预制体,将成品SiC粉末、酚醛树脂机械搅拌成混合浆液,采用真空吸注法制备C/SiC摩擦材料,测定了不同SiC含量摩擦材料的致密性,利用销盘式摩擦磨损试验机研究了不同接触载荷工况下C/SiC摩擦材料的摩擦磨损性能,并采用USB电子显微镜观察其表面磨损形貌。研究结果表明:C/SiC复合材料的磨损率随着SiC含量的增加呈先减小后增大的变化趋势,其摩擦系数呈增加趋势,但随着接触载荷的增加其磨损率、摩擦系数均呈现先减小后增大的变化趋势。综合比较,当SiC含量为25%时,其复合材料的致密性、摩擦性能最好,磨损率为2.3×10~(-7)g·N~(-1)m~(-1),摩擦系数为0.42,密度达到1.28g/cm~3。     

三维针刺C/SiC刹车材料的摩擦磨损性能

通过化学气相渗透法(CVI)结合反应熔体浸渗法(RMI)制备了三维针刺,C/SiC刹车材料 , 利用 MM21000型摩擦磨损试验机系统研究了C/SiC刹车材料的摩擦磨损性能,采用光学显微镜和扫描电子显微镜分别对摩擦表面和磨屑形貌进行了观察。结果表明:干态刹车条件下,当初始刹车速度相同时,摩擦系数随着刹车压力的升高而逐渐降低;当刹车压力相同时,摩擦系数随着初始刹车速度的增加先升高后降低。湿态摩擦性能衰减小(衰减约8 %) 、恢复快;静态摩擦系数高(为0. 56～0. 61),摩擦系数随着初始刹车温度的升高而显著降低。当刹车压力相同时,磨损率随着初始刹车速度的增加而增大;当初始刹车速度大于20 m/s时,刹车压力的增大使磨损率显著增加。      

C/Cu复合材料磨损特性研究

介绍了一种用作无润滑摩擦副的新材料-碳纤维增强铜基复合材料(简称C/Cu复合材料)在无润滑条件下的磨损特性.结果表明,该材料具有较低的磨损率,且磨损率服从正态分布.通过对大量实验数据进行回归分析和概率计算,得到在给定磨损率条件下C/Cu复合材料不同失效概率的曲线.