C/C-Cu复合材料的组织和摩擦磨损性能

以炭纤维针刺整体毡为预制体，用化学气相渗透（CVI）、浸渍／炭化（I／C）的方法制备密度和基体炭不同的C／C多孔坯体，采用真空熔渗将熔融Cu渗入到C／C坯体中制备C／C-Cu复合材料，利用X射线衍射、金相显微镜和扫描电镜分析复合材料的组织结构，研究复合材料的摩擦磨损性能。结果表明：Cu成功地渗入C／C坯体中，并填充了坯体的孔洞和炭纤维之间的孔隙，复合材料的主要相为Cu、C及少量的TiC相，当渗剂中Ti的质量分数达到15％时，出现微量的Cu和Ti的金属化合物相；复合材料的摩擦因数随着摩擦时间的增加而逐渐增加并趋于稳定。渗剂相同时，摩擦因数和体积磨损量随着材料密度增加而增加；坯体相同时，随着渗剂中Ti含量增加，摩擦因数增加，体积磨损减小。随着外加载荷的增加，摩擦因数和体积磨损先增后减，80N载荷时均达到最大值；与J204电刷对比，同样条件下，两者摩擦因数接近，但C／C-Cu复合材料的体积磨损量远远小于J204电刷的。     

表面硅化对C／C复合材料组织结构的影响

采用表面固相渗硅工艺在Ｃ／Ｃ复合材料表面制备ＳｉＣ涂层,研究了制备工艺对涂层和Ｃ／Ｃ复合材料组织结构的影响。经瓜时间对Ｃ／Ｃ复合材料的ＳｉＣ涂层厚度影响不大;Ｃ／Ｃ复合材料组织中热解碳基体与碳纤维相比,更易与Ｓｉ反应生成ＳｉＣ说明碳纤维的稳定性热解碳,Ｓｉ通过界面和材料缺陷扩散深入基体内部。     

在位生成TiB2／Al—Si—Mg复合材料的组织与性能

结合LSM法和MCR法原位反应生成TiB2粒子增强Al-Si-Mg复合材料。研究发现,原位生成TiB2粒子呈等轴状且尺寸＜1um,大都均匀分布在共晶组织中,与共晶Si交织在一起,在α（Al)中只有少量的TiB2粒子。原位TiB2粒子可明显强化Al-Si-Mg复合材料,且随着TiB2粒子数量的增加,强化效果也随之提高,而且延伸率也略有升高,如6％TiB2/Zl104复合材料室温拉伸强度可达296MPa,延伸率为5．5％,热处理（T6)可将共晶Si由原先的连续棒状变为孤立的颗粒状,大幅度提高材料抗拉强度,使6％TiB2/Zl104复合材料室温拉伸强度达386MPa,而材料仍属于韧性材料。     

热处理对C／C复合材料Mo-Si-N系涂层抗氧化性能的影响

以Mo粉和Si粉为原料，采用熔浆法在氮气环境中制备了C／C复合材料的Mo．Si—N系抗氧化涂层，并对涂层1400℃预氧化热处理前后的组织结构和氧化行为进行了研究。结果表明，Mo．Si—N涂层除具有与Mo．Si系涂层相同的SiC底层和MoSi2／Si主结构层外，还形成了厚度不均匀的Si3N4／SiC／Si表面层。Mo-Si—N系涂层具有1400℃稳定抗氧化能力和1450℃长时间氧化防护潜力；经1400℃预氧化热处理后，涂层的最高抗氧化温度达到了1500℃，氧化12小时后重量损失率小于1wt％。     

反应烧结SiC制备SiC/B4C复合材料的研究

基于反应烧结SiC制备出相对密度较高的SiC/B4C复合材料,并探讨原料中C含量对SiC/B4C复合材料物相、显微结构、体积密度、力学性能的影响。结果表明,SiC/B4C复合材料的相组成为B4C、SiC、Si、B13C2和B12.97Si0.03C2。SiC/B4C复合材料的显微组织为:SiC相和B4C相均匀分布,游离Si填充在B4C相和SiC相的空隙处,且形成了连续相。随着原料中C含量的增加,复合材料的力学性能整体呈现先增加后降低的趋势。原料中C最佳添加量为10%(质量分数),对应SiC/B4C复合材料的维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为24.4GPa、361.3MPa和4.41MPa·m1/2,复合材料开口气孔率和体积密度分别为0.19%和2.58g/cm3。     

RMI法制备穿刺C/C-SiC复合材料的微结构及烧蚀性能研究

以无纬布/网胎0°/90°叠层穿刺预制体为增强体,采用化学气相渗(Chemical vapor infiltration,CVI)、树脂浸渍碳化(Polymer infiltration carbonization,PIC)与反应熔渗(Reactive melt infiltration,RMI)复合工艺制备穿刺C/C-SiC复合材料,研究其微观组织及在C₂H₂-O₂焰中的烧蚀行为。结果表明：无纬布、穿刺纤维束由CVI+PIC制备的碳基体填充而形成致密C/C区域,RMI生成的SiC主要位于网胎层中,其含量37.3wt%。复合材料表面因过量硅化而形成了SiC富集层。烧蚀距离20mm、O₂:C₂H₂=2:1时,烧蚀600s后材料X-Y、Z向线烧蚀率分别为：0.8×10^_-4 mm/s、3.6×10^_-4 mm/s,比PIP工艺制备C/C-SiC材料烧蚀率小一个数量级。烧蚀面SiC富集层保护及被动氧化作用是材料具有优异抗氧化烧蚀性能的主要原因。随烧蚀距离由20mm向10mm减小,复合材料烧蚀率先缓慢变化后快速增大,烧蚀率快速增长阶段复合材料发生主动氧化烧蚀。     

C／C复合材料Mo-Si-N抗氧化涂层的制备

在C／C复合材料表面采用熔浆法制备Mo—Si系涂层的烧结过程中通入氮气，开发了Si3N4．MoSi2／Si—SiC（Mo-Si-N系）多层抗氧化涂层，并初步考察了涂层的抗氧化性能。结果表明，多层涂层的致密性主要受制于起始氮化温度。只有在Si熔点以上通入氮气，才能获得致密无缺陷的涂层。多层涂层的底层为SiC，外层为Si3N4，中间层为MoSi2／Si。这种多层涂层的抗氧化性能与涂层中MoSi2的含量有关；MoSi2含量为30％（体积分数，下同）和40％时，与真空中合成的Mo-Si涂层相比，高温抗氧化性能显著改善，抗氧化温度提高到1400℃～1450℃。     

预制体对C／C复合材料热膨胀系数的影响

以天然气为前驱气体,整体碳毡和2D针刺碳毡为预制体,采用热悌度化学气相渗积技术制备了两种C／C复合材料,其表观密度均为1．74g／cm^3。借助光学显微镜和扫描电子显微镜观察了热解碳基体的生长特征和微观形貌,采用热膨胀仪测量了两种材料的热膨胀系数（CTE）,研究了由不同预制体增强C／C复合材料的CTE,解释了造成材料不同方向CTE差异的主要原因。结果表明,随着温度升高,材料A和B的CTE是逐渐升高的,且Z向CTE值均大于XY向。当两种材料在Z向的纤维体积分数接近时,随着XY方向纤维体积分数增大,材料在Z向的CTE增大,在XY向的CTE降低,两种材料存XY和Z向的CTE旱如下分布：αB—z〉dAz〉αA—xy〉αBxY-C／C复合材料的CTE主要取决于纤维体积分数和排市、碳基体及材料中的孔隙分布情况,前者起决定作用。     

Ni对C—B4C—SiC复合材料显微结构与性能的影响

本文研究了烧结助剂Ｎｉ对Ｃ－Ｂ４Ｃ－ＳｉＣ复合材料显微结构与性能的影响。Ｘ射线衍射表明Ｎｉ在烧结温度下与ＳｉＣ、Ｂ４Ｃ发生反应在晶界生成Ｎｉ４．６Ｓｉ２Ｂ，并产生液相，有效地促进了Ｃ－Ｂ４Ｃ－ＳｉＣ复合材料的烧结，抑制了晶粒的长大，使复合材料密度与强度大幅度地增加，电阻率下降；同时Ｎｉ４．６Ｓｉ２Ｂ在氧化时生成致密的２ＮｉＯ．Ｂ２Ｏ３，包裹了易氧化的Ｂ４Ｃ和Ｃ，有效地防止了复合材料的氧化，从而大大     

纳米SiC颗粒增强反应烧结碳化硼复合材料的研究

采用真空熔渗法,通过对B4C-C素坯于1550 ℃渗Si,得到了较致密的反应结合碳化硼陶瓷复合材料。通过生成SiC纳米颗粒对材料进行强化,并探讨了纳米SiC颗粒对材料组织与性能的影响及其强韧化机理。实验表明,材料包括B4C、Si、SiC和B12(C,Si,B)3四相。结果表明,选取酚醛树脂作为外加碳源,可在材料中成功引入细小的SiC纳米颗粒,使复合材料的抗折强度、断裂韧性和维氏硬度较以炭黑为外加碳源的材料,分别增加了35 %、36 %和15 %,分别高达442 MPa、4.9 MPa?m1/2和23 GPa。     

多孔体制备工艺对C/C-SiC复合材料弯曲性能的影响

以针刺整体炭毡为坯体,采用CVD和树脂浸渍／炭化混合法增密制备了4种C／C多孔体,然后熔硅浸渗C／C多孔体制备了C／C-SiC复合材料;研究了不同炭涂层、高温热处理对C／C-SiC复合材料弯曲强度和断裂方式的影响。结果表明：热解炭涂层可减少制备过程中炭纤维的损伤,具有适中的界面结合强度,使复合材料的弯曲强度达到161．5MPa,表现出良好的“假塑性”;适当选择高温热处理工艺可制备弯曲性能较高,具有一定“假塑性”的C／C-SiC复合材料。     

不同成分对C/C-SiC材料摩擦磨损行为的影响与机理

采用温压-原位反应法制备C/C-SiC复合材料,研究了SiC、石墨和树脂炭成分对C/C-SiC材料摩擦磨损行为的影响及其机理.结果表明:SiC在摩擦表面摩擦膜的形成过程中起骨架作用,提高SiC的含量有利于提高摩擦系数,降低磨损率;树脂炭在材料中具有粘结各成分和提高摩擦系数的作用,但其成膜性较差,易增大磨损率;石墨粉在制动过程中起润滑作用,适量石墨粉有助于形成稳定的摩擦膜降低磨损率;摩擦表面摩擦膜的形成有利于减少C/C-SiC材料的磨损率.     

C／C-SiC材料的快速制备及显微结构研究

分别以碳毡和二维碳纤维为预制体，采用化学液相气化渗入法结合熔融渗硅反应法快速制备了C／C-SiC陶瓷复合材料。对这种材料的密度和气孔率进行了表征，并通过XRD，OM和SEM等方法对其相组成、显微结构和反应机理进行了研究。结果表明：不同预制体制备的C／C—SiC材料密度和气孔率分别为～2．0g／cm^3和～1．0％。其相组成包括反应生成β-SiC以及未反应的游离Si和C。C／C—SiC中纤维被环状的沉积碳包裹，生成SiC的反应只发生在Si与沉积碳之间，纤维没有损伤。Si，C和SiC各相分布和含量因预制体的不同而有明显差异。     

Si-Mo-SiO2 oxidation protective coatings prepared by slurry painting for C/C-SiC composites

Three types of Si-Mo-SiO₂ coatings: two single-layered ones by different slurry paintings and a final sintering, and three-layered one by triple paintings followed by sintering each time, have been fabricated on the surface of C/C-SiC composites. The coatings were composed of SiC, MoSi₂, Si and SiO₂. The two single coatings had a microstructure with many pinholes and deep microcracks and had no obvious protection for C/C-SiC composites in air in the range of 1273-1673 K. While the triple Si-Mo-SiO₂ coating had a microstructure with much less defects and could provide more than 100 h protection at 1473-1673 K in air and kept intact in the course of 50 cycles of thermal shock test between 1673 K and 373 K. The excellent anti-oxidation ability and thermal shock resistance of the triple Si-Mo-SiO₂ coating can be attributed to its relatively integral microstructure and the self-sealing of microcracks during oxidation.     

Tribological characteristics of C/C-SiC braking composites under dry and wet conditions

C/C-SiC braking composites, based on reinforcement of carbon fibers and matrices of carbon and silicon carbide, were fabricated by warm compaction and in situ reaction process. The tribological characteristics of C/C-SiC braking composites under dry and wet conditions were investigated by means of MM-1000 type of friction testing machine. The influence of dry and wet conditions on the tribological characteristics of the C/C-SiC composites was ascertained. Under dry condition, C/C-SiC braking composites show superior tribological characteristics, including high coefficient of friction （0.38）, good abrasive resistance （thickness loss is 1.10 μm per cycle） and steady breaking. The main wear mechanism is plastic deformation and abrasion caused by plough. Under wet condition, frictional films form on the worn surface. The coefficient of friction （0.35） could maintain mostly, and the thickness loss （0.70 μm per cycle） reduces to a certain extent. Furthermore, braking curves are steady and adhesion and oxidation are the main wear mechanisms.     

Tribological properties and thermal-stress analysis of C/C-SiC composites during braking

The tribological properties and thermal-stress behaviors of C/C-SiC composites during braking were investigated aiming to simulate braking tests of high-speed trains. The temperature and structural fields of C/C-SiC composites during braking were fully coupled and simulated with ANSYS software. The results of tribological tests indicated that the C/C-SiC composites showed excellent static friction coefficient (0.68) and dynamic friction coefficient (average value of 0.36). The highest temperature on friction surface was 445 °C. The simulated temperature field showed that the highest temperature which appeared on the friction surface during braking was about 463 °C. Analysis regarding thermal-stress field showed that the highest thermal-stress on friction surface was 11.5 MPa. The temperature and thermal-stress distributions on friction surface during braking showed the same tendency.     

C/C-SiC陶瓷制动材料的研究现状与应用

通过分析合成材料、粉末冶金材料、C/C和C/C-SiC复合材料等摩擦材料的特点及其性能,指出C/C-SiC复合材料是一种能满足高速高能载制动的高性能陶瓷制动材料.综述了先驱体转化法、化学气相浸渗法和反应熔体浸渗法制备C/C-SiC复合材料的优点及其不足,指明了反应熔体浸渗工艺是一种具有市场竞争力的工业化生产技术.介绍了我国研制的C/C-SiC陶瓷制动材料的组织结构、力学性能、摩擦磨损性能及其应用,并对C/C-SiC陶瓷制动材料的性能特点进行了评述.     

熔融渗硅对二维编制炭/炭复合材料摩擦特性的影响

为了改善航空刹车副用炭／炭复合材料的摩擦磨损性能，对二维编制C／C复合材料的摩擦机理进行了深入的研究；对比了试样渗Si后及渗Si前的实验结果，着重研究了试样不同的渗Si量对摩擦磨损行为及特性的影内。结果发现渗Si的试样比没有渗Si试样摩擦曲线线型好，并且摩擦试验过程中的振动现象也得到了解决。但摩擦因数随着所生成SiC含量的增加，由0．35→0.32→0．28呈下降趋势；磨损量随着所生成SiC含量的增加而增大；当有大量的不均匀的SiC颗粒生成时，C／C复合材料的摩擦表面将会被剥落，并从材料的微观性能及摩擦机理方面给予了深入的分析。