基体碳对C/CF/Cu复合材料的影响

采用树脂碳化和碳气相沉积相结合的方法制备了碳／碳纤维（C／CF）先驱丝，用压力浸渗凝固成形方法制备了碳／碳纤维／铜（C／CF／Cu）复合材料，借助于扫描电镜下复合材料界面和相分布观察，以及显微硬度和滑动摩擦磨损测试，探讨了基体碳（树脂碳化碳和沉积碳）对C／CF／Cu复合材料成形、显微硬度及摩擦磨损的影响。结果表明，碳化和碳气相沉积处理的C／CF先驱丝相对致密，并阻碍铜液的压力浸渗成形，但该先驱丝硬度高于碳化处理的C／CF先驱丝。碳化和碳气相沉积处理的C／CF／Cu复合材料滑动摩擦磨损耐磨性高于纯铜，而且滑动摩擦因数也高于纯铜。证明C／CF／Cu复合材料是一种具有摩阻功能的复合材料。     

C/CF/Cu复合材料界面和抗拉强度研究

采用树脂碳化方法制备了碳/碳纤维(C/CF)先驱丝,用压力浸渗凝固成型方法制备了碳/碳纤维/铜(C/CF/Cu)复合材料,借助抗拉强度测试及扫描电镜下复合材料界面和相组成物分布观察,探讨了C、CF和Cu三组元复合界面特性以及碳纤维丝类型和C/CF先驱丝体积分数对C/CF/Cu复合材料抗拉强度的影响.结果表明,C/CF/Cu复合材料的微观界面是碳纤维单丝-树脂碳化碳-铜双复合界面,此界面属于无化学反应的弱复合界面,铜对C/CF先驱丝的机械锁紧力是提高界面强度和复合材料强度的关键因素.当凝固成型压力为28.5MPa时,1k碳纤维丝的C/CF先驱丝体积分数为25%和3k碳纤维丝的C/CF先驱丝体积分数为44.7%的复合材料的抗拉强度达到较高值,分别为595MPa和587MPa,均为纯铜抗拉强度的3倍以上.3k丝制成的一次C/CF先驱丝内碳纤维丝的数量较多,影响复合材料的界面强度,而选用1k碳纤维丝比较有利.     

摩阻和生物功能C/CF/Cu基复合材料的制备

采用压力浸渗凝固成型方法制备了树脂碳化碳／碳纤维／铜(C／CF／Cu)复合材料，借助于抗拉强度测试以及扫描电镜下复合界面、组成物分布和断口形貌观察，探讨了树脂碳化温度、C／CF先驱丝表面镀铜以及铜液浸渗凝固压力对C／CF／Cu基复合材料的影响。结果表明，随着真空碳化温度的提高，C／CF先驱丝的抗拉强度降低。600℃真空碳化处理可使C／CF先驱丝有较高的抗拉强度(1027MPa)，同时有利于先驱丝导电和表面镀铜。在C／CF先驱丝表面镀铜厚度为40～60μm，有助于制备界面结合良好和抗拉强度较高的C／CF／Cu基复合材料。随着铜液浸渗凝固压力的提高，C／CF／Cu基复合材料的抗拉强度升高，当压力为28．5MPa时，复合材料的界面结合良好，组成相分布均匀，抗拉强度达到595MPa，是纯铜的3倍以上。     

石墨粒度对C/Cu复合材料载流摩擦磨损性能的影响

分别采用45、150 μm两种粒度的镀铜石墨经粉末冶金法制得C/Cu复合材料,借助销-盘式载流摩擦磨损试验机研究了石墨粒度对C/Cu复合材料载流摩擦磨损性能的影响,利用电镜对磨擦表面进行微观分析.结果表明,45μm石墨颗粒较150 μm石墨颗粒能够减少电弧发生,并提高该复合材料的力学性能和增强摩擦面润滑膜的形成,能有效降低该复合材料的摩擦系数和磨损率.     

石墨对C/Cu复合材料微观组织及摩擦磨损性能的影响

利用机械合金化和放电等离子烧结技术制备C/Cu复合材料,用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪、显微硬度计和销-盘摩擦磨损试验机对复合粉末和烧结体的组织结构、硬度、摩擦学行为进行了分析.结果表明:C/Cu复合粉末中Cu相粉末由纳米/亚微米复合颗粒组成,石墨主要以纳米层片状结构和非晶态存在,放电等离子体烧结体组织致密、细小且均匀,随着碳含量增加,烧结体的硬度与密度减小;C/Cu复合材料烧结样品在摩擦过程中形成润滑膜,表现出较低的摩擦系数和良好耐磨性,其磨损机制主要为氧化磨损、粘着磨损和剥层磨损.     

纤维种类对C/C复合材料摩擦磨损性能的影响

目的为了降低C/C复合材料制造成本,扩展C/C复合材料应用领域,选用低成本预氧丝纤维取代碳纤维,制备出C/C复合材料,并研究纤维种类对C/C复合材料摩擦磨损性能的影响。方法以两种纤维为原材料,采用CVI工艺制备出C/C复合材料,用MM-2000摩擦试验机进行摩擦磨损试验,采用扫描电镜对摩擦面进行形貌分析。结果随着载荷的增大,预氧丝基C/C复合材料在与金属摩擦时摩擦因数保持在0.22左右,平均磨损量为0.82 mg/min,而碳纤维基C/C复合材料与金属配副相对摩擦因数较小(0.15~0.20),平均磨损量为1.17 mg/min。三种碳与碳配副中,预氧丝基C/C复合材料同预氧丝基C/C复合材料配副之间的摩擦因数随载荷波动的范围为0.28~0.33,较稳定,平均磨损量为1.76mg/min。碳纤维基复合材料与碳纤维复合材料配副时,随着载荷的增大,摩擦因数变化范围较大(0.15~0.33),平均磨损量为2.35 mg/min。预氧丝基复合材料与碳纤维基复合材料之间相互配副,其磨损最大,平均磨损量为2.95 mg/min。结论 C/C复合材料的摩擦磨损性能与纤维种类有很大关系,采用预氧丝纤维制备出的C/C复合材料,无论与金属相互摩擦,还是与自身材料摩擦,均易形成较为稳定的润滑膜。随着载荷的增加,摩擦因数变化较小,磨损量和摩擦功也最低,表现出比碳纤维基C/C复合材料更优异的摩擦性能。     

不同基体炭C/C复合材料的摩擦磨损性能

以炭纤维针刺毡为预制体,采用化学气相沉积法(CVI)和结合液相浸渍树脂或沥青法制备了热解炭为粗糙层与光滑层结构的准三维C/C复合材料,并研究了这些材料在0.6 MPa的模拟刹车压力下的摩擦磨损性能与磨损机理.研究表明:基体炭为粗糙层热解炭与树脂炭的C/C复合材料摩擦表面能形成较厚且连续的自润滑摩擦膜,摩擦稳定性最好,摩擦因数适中,氧化磨损小,磨损机理主要为膜的部分脱落、氧化磨损与相对较小的磨粒磨损;基体炭为光滑层热解炭与树脂炭或沥青炭的C/C复合材料摩擦表面形成的摩擦膜较薄且不连续,摩擦稳定性差,摩擦磨损较大,磨损机制主要为膜的部分脱落、磨粒磨损与更严重的氧化磨损;随着密度的升高,C/C复合材料摩擦稳定性增加,摩擦因数增加,磨损降低;基体炭为单一沥青炭的C/C复合材料,由于没有热解炭对纤维的保护,纤维断裂多,线性磨损尤其大,磨损机理主要为大量的磨粒磨损与氧化磨损.     

润滑状态对C/C复合材料摩擦磨损特性的影响

在M-2000型摩擦磨损实验机上,对3种C/C复合材料与40Cr钢配副分别在干态、水润滑、油润滑3种条件下的摩擦磨损行为进行了研究.结果表明:在3种润滑条件下,干态摩擦试样的摩擦系数最大,体积磨损最小;基体炭为树脂浸渍炭的试样在3种试样摩擦系数最高,约为0.141～0.205;水润滑时试样的摩擦系数最小,为0.05～0.10,但体积磨损最大,最高可达7.75 mm3油润滑时试样的摩擦系数和体积磨损均介于干态和水润滑之间;干摩擦时,试样的摩擦系数随着载荷增加而缓慢降低,水润滑和油润滑的摩擦系数则随着载荷的增加而先增加后减少;干态摩擦时材料表面形成了完整的摩擦膜,水润滑和油润滑条件下摩擦膜很薄且不完整;所有润滑条件下试样均以磨粒磨损或犁削磨损为主.     

不同基体炭结构的C/C复合材料摩擦表面特性和摩擦磨损机理

与表面镀Cr的40Cr钢配副进行滑动摩擦实验后,在JSM 6360LV扫描电镜上观察6种具有不同基体炭结构的C/C复合材料的磨损表面形貌。结果表明:完全光滑层(SL)炭结构的C/C复合材料摩擦表面在任何载荷下均难以形成完整的磨屑膜;完全粗糙层(RL)炭结构、粗糙层/树脂炭(RL/RC)的材料摩擦表面在低载荷时能形成较厚的磨屑膜,在高载荷时表面摩擦膜均很薄;完全RC结构试样摩擦表面在低载荷时完整、致密,在高载荷时有显著的磨屑膜剥落;RL/SL/RC、SL/RC结构试样在低载荷时的表面摩擦膜薄,而高载荷时,RL/SL/RC材料的基体炭磨损比SL/RC的严重;RL/SL或SL炭在摩擦中的损伤呈现阶梯状磨损形貌,RL炭在摩擦后难以分辨出原始形貌,RC炭在部分摩擦表面则为条纹状磨损形貌;RL/SL/RC、SL/RC结构的C/C复合材料摩擦形貌的稳定性高,材料耐磨性好,在一定载荷范围内有利于降低材料的摩擦因数和体积磨损。     

镧对Cu/Ti3SiC2/C/MWCNTs/Graphene/La纳米复合材料摩擦学性能的影响

本研究采用真空热压及热等静压方法制备Cu/Ti3SiC2/C/MWCNTs/Graphene/La纳米复合材料,采用摩擦磨损试验机研究对磨材料为GCr15时,镧含量对Cu/Ti3SiC2/C/MWCNTs/Graphene/La纳米复合材料的摩擦学性能的影响。研究了镧含量、正应力及旋转速度对纳米复合材料摩擦学行为的影响并揭示其相互作用机理,采用正交试验分析、方差分析及极差分析法来分析镧含量、正应力及旋转速度的相互作用。采用扫描电镜和能谱仪观察并分析磨损表面及磨削的形态及成分组分。研究结果表明镧对纳米复合材料的摩擦磨损性能起到首要作用,当镧的质量分数为0.05%时,复合材料的磨损机理为磨粒磨损、剥层磨损和氧化磨损,而当镧的质量分数为0.1%和0.3%时,复合材料的磨损机理为粘着磨损和氧化磨损。     

Al含量对ONTs/镁基复合材料显微组织和力学性能的影响

研究了Al含量时CNTs/镁基复合材料显微组织和力学性能的影响.结果表明:Al是CNTs/镁基复合材料中强化相β相的组成元素,Al含量的增加使CNTs/镁基复合材料中β相也增加,提高了复合材料的强度但降低了其塑性.当Al含量为8%时,复合材料晶粒细小,并具有最佳的强度、硬度和塑性组合;随着Al含量的进一步增加,β-Mg17Al12相析出增加,在复合材料中出现粗大的、沿晶界连续分布的金属间化合物Mg17Al12相,导致抗拉强度和伸长率下降.     

铜钯金属纤维复合材料的界面研究

利用金相显微镜和扫描电子显微镜研究Ｃｕ／Ｐｄ纤维复合材料的界面结构及界面固溶区生长动力学；确定导电率与热处理条件之间的关系；给出最佳热处理条件范围。揭示Ｃｕ与Ｐｄ这两种由典型的固溶型元素组成的金属纤维复合的非平衡材料的基本特征。     

SiCp尺寸及含量对SiCp/Cu基复合材料电学和力学性能的影响

以纳米级、亚微米级、微米级三种粒径SiCp和微米级铜粉为原料，采用冷压烧结和热挤压方法制备出三种粒径SiCp／Cu基复合材料，分析和对比了复合材料显微组织的变化，研究了SiC。尺寸及含量对SiCp／Cu基复合材料导电性能和力学性能的影响。结果表明，不同尺寸及含量的SiCp在基体中有不同的分布形式，SiCp／Cu基复合材料具有良好的导电性能，其导电性随SiCp尺寸的增大而增高，随SiCp含量的增高而降低；其力学性能随SiCp尺寸及含量有着复杂的变化规律。     

铸造法制备纳米碳管增强镁基复合材料的力学性能研究

在氩气保护下,采用搅拌铸造的方法制成了碳纳米管增强镁基复合材料,测试了力学性能,观察和分析了显微组织.同时,用TEM和EDS方法对碳纳米管涂覆层的界面结构和成分进行了分析.试验结果表明:采用化学镀镍处理,可在CNTs表面获得均匀且结合力较强的涂覆层,改善了与基体的润湿和结合状况.CNTs对镁基材料具有较好的增强效果,经过涂覆处理的CNTs,增强效果更明显.在本试验条件下,CNTs能细化晶粒组织,提高复合材料的抗拉强度、伸长率、硬度和弹性模量.     

亚微米SiCp含量对SiCp/Cu基复合材料性能的影响

以亚微米级(130nm)碳化硅颗粒(SiCp)和微米级(10μm)Cu粉为原料，采用冷压烧结和热挤压方法制备出SiCp／Cu基复合材料，研究其SiCp含量对SiCp／Cu基复合材料电学、力学和摩擦学性能的影响。结果表明：当SiCp体积含量从0．5％增高到5．0％时，电导率从96．2％IACS下降到87．4％IACS，维氏硬度从64．8MPa增高到87．8MPa，抗拉强度从213．3MPa增大到217．3MPa，伸长率从41．5％下降到8．6％；SiCp／Cu基复合材料具有优良的摩擦学性能，0．5％SiCp／Cu基复合材料和5．0％SiCp／Cu基复合材料的磨损质量损失在载荷为300～1200N时分别仅是工业供应态T3铜的1／4．07～1／1．13和1／14．25～1／2．10，亚表层疲劳裂纹引发的疲劳磨损是SiCp／Cu基复合材料的磨损机理之一，磨损表面和亚表面没有明显的来自对磨钢的Fe元素。     

碳毡体密度对碳/碳复合材料抗氧化性能的影响

采用自加热化学液相沉积法制备碳/碳复合材料。考察了不同材料在不同温度、时间下的氧化失重率,研究了碳毡体密度与碳/碳复合材料氧化行为的关系。探讨了氧化温度和氧化时间对材料氧化侵蚀的影响机理。结果表明,毡体密度大的碳/碳复合材料具有更好的抗氧化性。扫描电镜观察材料氧化前后的显微形貌发现,基体碳更易被氧化。