高性能C/SiC刹车材料及其优化设计

对比分析了 C/ C和 C/ SiC刹车材料的力学性能和摩擦磨损性能。结果表明 , C/ SiC刹车材料的力学性能比 C/ C的高 , 而且 C/ SiC刹车材料克服了 C/ C静态摩擦系数低和湿态摩擦性能严重衰减的不足 , 说明 C/ SiC刹车材料是一种新型高性能刹车材料。以 C/ C复合材料为基础 , 在深入分析机轮刹车盘服役环境特点的基础上探讨了 C/ SiC刹车材料的力学性能、 热物理性能、 摩擦磨损性能、 复合材料结构和制造工艺等方面的优化设计途径和方法 , 为实现材料微结构2力学性能2摩擦磨损性能的协同设计与制造奠定基础。      

碳/碳复合飞机刹车材料低能摩擦性能研究

研究了碳/碳(简称C/C)复合飞机刹车材料在低能载条件下的摩擦磨损性能,分析了刹车力矩与刹车速度之间关系曲线,探讨了C/C复合材料因能载变化出现摩擦系数最大值的根本原因.结果表明:随着刹车比压增加,摩擦系数最大值下降;低能条件下C/C复合材料摩擦面较粗糙,磨损率约为正常能载下的两倍.     

碳／碳复合飞机刹车材料的现状及展望

论述了碳／碳复合刹车材料的优点制备方法及发展现状，并展望了Ｃ／Ｃ复合飞机杀车材料的未来。     

挤出成型碳化硅陶瓷的力学性能和显微结构

以羟丙基甲基纤维素（HPMC）作为有机塑化剂, 采用挤出成型工艺常压烧结制备碳化硅陶瓷管材, 系统研究了羟丙基甲基纤维素含量对陶瓷管材性能的影响以及不同温度制度下碳化硅陶瓷显微结构变化. 研究结果表明, 陶瓷管材坯体的平均径向抗外压强度随着HPMC含量的增加呈增加趋势, 当HPMC含量为7.5wt％时达462MPa; 2200℃保温1h烧结陶瓷管材的致密度随着HPMC含量的改变没有明显的变化. 采用两步烧结法得到的碳化硅管材体积密度从3.00g/cm³增加到3.07g/cm³, 平均径向抗外压强度达540MPa, 致密度可达95.9%. 抛光面经化学腐蚀后的显微结构表明碳化硅颗粒出现异常长大, 有部分板状晶粒出现.     

碳/碳-碳化硅复合材料制备及性能研究

为了提高航母舰载机燃气导流板的性能, 对碳/碳-碳化硅 (C/C-SiC) 复合材料开展制备和性能研究。采用轴棒法编制预制体, 采用化学气相渗透工艺制备试件。将试件在舰载机的尾流中做模拟起飞工况的飞行试验。采用电子天平和千分尺测量试件的烧蚀率, 采用能谱分析测量燃烧产物的成份, 采用扫描电镜观察试件烧蚀后的微观形貌的变化, 并对试件的烧蚀机理进行分析。结果表明:试件的质量烧蚀率为0.0405 g/s, 线烧蚀率为0.0488 mm/s;试件中SiC在高温下反应生成的SiO₂在碳纤维的周围沉积, 形成了包鞘结构, 有效地阻滞了氧化反应向内部继续传递, 从而降低了试件的烧蚀率, 材料总体表现出优异的抗烧蚀性能。     

碳化硅纳米晶须生长和显微结构

采用两步生长生在碳化硅纳米晶须，首先是二氧化硅与硅反应生成一氧化硅，再与碳纳米管先驱体反应生成β－ＳｉＣ纳米晶须，其直径为３～３５ｎｍ，长度为２～２０μｍ，用高分辨透射电镜研究晶须形貌，显微结构，讨论了碳化硅纳米晶须生长机制。     

莰烯基碳/碳化硅料浆制备工艺研究

研究了分散剂种类及其用量对莰烯基碳黑料浆分散性的影响,研究了分散剂种类及其用量、固相含量、表面改性对莰烯基碳化硅料浆分散性的影响.通过优化制备参数,制备出炭黑含量为10％(质量分数),固相含量达70％(体积分数),在50s-1剪切速率下表观黏度为0.9Pa·s,满足室温冷凝浇注成型的莰烯基碳粉/碳化硅料浆.     

C/C刹车材料的摩擦磨损性能与机理

简要介绍了C/C复合材料在刹车领域的应用,综述了几十年来人们以C/C刹车材料摩擦磨损性能与机理的研究结果,对C/C复合材料的摩擦磨损特征和影响摩擦磨损性能的一些因素作了介绍。     

碳/碳-碳化硅复合材料在再入飞行环境中性能研究北大核心CSCD

为了研究碳/碳-碳化硅复合材料在再入飞行环境中的性能,采用化学气相渗透的方法制备碳/碳-碳化硅复合材料试件,将试件置于再入模拟环境中进行飞行试验,测量试验台热等离子体射流场的工作参数,并分析碳/碳-碳化硅复合材料的性能。结果表明,在等离子体发生器的出口处,射流场的热动力学参数呈抛物线分布;复合材料在不同区域的烧蚀形貌有很大的差异,烧蚀率和烧蚀机理不同:驻点区以气化反应消耗为主,其线烧蚀率为0.0373 mm/s,质量烧蚀率为0.0363 g/s,其他区域为氧化反应和裂解共同作用的结果,其烧蚀率逐渐降低。     

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。      

微孔碳陶瓷化反应机理的研究

研究了微孔碳制备SiC陶瓷的反应过程及反应机理.SiC陶瓷的最终组织受C/Si质量比及渗硅时间的影响.较低C/Si质量比时试样中心未被硅化,较高C/Si质量比时制得由SiC、Si及极少量未反应C组成的复相陶瓷.随渗硅时间延长,复相陶瓷中SiC颗粒的形状由长条状向无规则状转变,颗粒分布则由局部有序向无序转变.反应过程为：液硅因毛细作用自发的渗入微孔碳孔道,同时与溶解的碳壁发生反应生成SiC.因孔道及碳壁尺寸的不同造成液硅渗入深度和碳壁被溶解厚度的差异,结果出现被SiC包裹的小颗粒碳.随后被包裹的碳通过SiC层扩散到液硅中,沉积在先形成的SiC上促使大量先形成SiC的合并以及部分硅被SiC包裹,进而改变SiC陶瓷的显微组织.     

Al2O3基复合材料中纳米SiC对微观结构的影响

本文从烧结温度、基体晶粒大小、断裂方式、SiC在基体中的分布等几个方面研究了纳米SiC颗粒的加入对Al2O3微观结构的影响．用非均相沉淀工艺制备的纳米SiC-Al2O3复合粉体，具有Al2O3颗粒包裹纳米SiC的特点，提高了烧结温度，明显使Al2O3晶粒变小，并且抑制晶粒异常长大，试样的断裂方式从以沿晶断裂为主转变到以穿晶断裂为主．SiC在Al2O3中分布均匀，大部分位于晶粒内，少部分位于晶界上．这种微观结构有利于力学性能的提高．     

用碳化稻壳制备碳/碳复合材料的SiC涂层

以碳化稻壳为原料,采用包埋法在C/C复合材料表面制备了SiC涂层.用X衍射仪、扫描电镜及能谱分析仪对SiC涂层晶相、微观形貌及成分进行了分析,并探讨了涂层的形成机理.研究结果表明:所制备的SiC涂层呈网状结构,以β-SiC为主,并含有少量的α-SiC,纯度较高;碳化稻壳中含有的纳米级的SiO2微晶是低温下制备SiC涂层及涂层呈网状结构的主要原因.     

High-Temperature Evolution of SiC/C Products Derived from Preceramic Polymers

The products formed during thermolysis of organosilicon polymers containing unsaturated carbon-carbon bonds have been studied within the temperature range 20–1700°C by means of XRD, ¹³C and ²⁹Si MAS NMR, and Raman spectroscopy. These products are distinguished by their structural instability. A continuous evolution of the products formed during organic–inorganic thermal transformation involves (i) ordering of the local surroundings of silicon atoms, the formation of a silicon carbide crystalline phase, and the transition from to and (ii) consumption of carbon for the completion of silicon carbide formation, carbon phase formation, and ordering.     

不同基体炭结构的炭/炭复合材料在制动过程中的温度场研究

利用有限元热分析软件仿真了三种不同基体炭结构的炭/炭复合材料在制动过程中瞬态温度场,并通过模拟制动试验进行了验证,对比仿真计算结果与实验测试结果表明:三种样品的温度场仿真结果与实验结果基本吻合,在轴向方向存在明显的温度梯度,具有树脂炭基体的样品的温度场变化与具有粗糙层热解炭基体的样品类似,但树脂炭基体的样品的最高温度及温度梯度大于粗糙层热解炭基体的样品,而光滑层热解炭基体的样品在刹车过程中的最高温度均低于粗糙层热解炭和树脂炭基体的样品,达到最高温度的速度远远落后于前两种样品,且其温度梯度最小.炭/炭复合材料在制动过程中的瞬态温度场分布与材料的摩擦磨损性能及热传导性能密切相关,制动功率大会导致材料的摩擦表面温升高,达到最高温度的时间缩短;材料的导热性能好会导致热量的传递速度加快,使温度梯度减小.     

三维针刺C/SiC复合材料显微结构演变分析

以三维针刺碳毡作为预制体,采用树脂浸渍-热解工艺制备C/C多孔体,然后采用反应熔体浸渍法(Reactive melt infiltration,RMI)对C/C多孔体分别浸渗Si和Si-Mo合金制备C/SiC复合材料。首先研究了C/C多孔体制备过程中的显微结构演变。结果表明,浸渍过程中树脂主要填充在纤维束内小孔隙中,热解后裂纹增多,生成网格状C/C亚结构单元;高温热处理使C/C复合材料裂纹进一步扩展,石墨化度提高,束内闭气孔打开,从而为RMI渗Si提供通道。然后对C/C多孔体分别渗Si和Si-Mo合金所得材料的物相组成和显微结构进行对比分析。发现纯Si浸渗得到的复合材料残余Si较多,束内纤维受损严重;而浸渗Si-Mo合金可以减少残余Si含量,束内纤维受损轻微,仍保持着完整的C/C亚结构单元。     

C/C复合材料不同基体炭的微观结构

借助偏光显微镜、扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪对C/C复合材料不同基体炭的微观结构进行了研究。结果表明:不同基体炭在偏光显微镜下呈现出不同的光学活性度,其平均光学活性度依次由普通沥青炭、热解炭的光滑层、热解炭的粗糙层、中间相沥青炭逐渐增强;在SEM下,普通沥青以"葡萄状"结构为主,热解炭分为块状和"皱褶状"片层状结构,中间相沥青炭为形状各异的片层条带状结构;在HRTEM下,中间相沥青炭的晶格条纹排列规整,是一种长程有序的晶体结构,晶化程度很高。XRD分析表明,材料B(中间相沥青基C/C复合材料)的石墨化度最高,层间距最小,材料D(热解炭基C/C复合材料)次之。     

炭/炭复合材料不同刹车速度下摩擦磨损性能的研究

对等温CVD和热梯度CVD沉积所得不同结构的炭/炭复合材料, 不同刹车速度下的摩擦磨损性能进行了研究. 其中等温CVD所得的a、b材料分别是粗糙层结构和光滑层结构, 热梯度CVD沉积所得的c材料是前两者的混合结构. 摩擦试验在实验室规模的MM-1000摩擦试验机上进行. 试验表明:随着刹车速度的增大, a材料的摩擦系数随着速度的提高而不断上升, 在15m·s^-1处达到峰值, 然后下降趋于一稳定值; b、c材料的曲线变化比较一致, 在20m·s^-1处均出现峰值, 然后摩擦系数下降趋于一稳定值. 无论何种材料, 当摩擦系数峰值出现时, 距摩擦面1mm、外径3mm深处的温度均显示在250℃左右. 随着刹车速度的增加, 炭/炭复合材料的磨损加大, 但速度达30m·s^-1时的氧化失重均<28m·s^-1的氧化失重.     

C/C‐SiC Composites for Advanced Friction Systems

Ceramic Matrix Composites (CMC), based on reinforcements of carbon fibres and matrices of silicon carbide, show superior tribological properties in comparison to grey cast iron or carbon/carbon. In combination with their low density, high thermal shock resistance and good abrasive resistance, these Si‐infiltrated carbon/carbon materials, called C/SiC or C/C‐SiC composites, are promising candidates for advanced friction systems. Generally, the carbon fibres lead to an improved damage tolerance in comparison to monolithic SiC, whereas the silicon carbide matrix improves the wear resistance compared to carbon/carbon. In combination with new design approaches cost‐efficient manufacturing processes have been developed and have lead to successfully tested prototypes of brake pads and disks, especially for passenger cars and emergency brake systems.