俄罗斯航空刹车用C/C复合材料的研究现状

介绍了俄罗斯航空用C/C复合材料的发展现状、工艺路线、应用状况,对工艺特点进行了评价。     

航空刹车用C/C复合材料坯体结构研究

为了探索降低航空刹车用C/C复合材料成本、提高性能的有效方法,对国外炭/炭刹车材料的部分力学性能和热导率进行了测试,并利用金相显微镜对其坯体结构进行了观察分析,在此基础上,自制了一种针刺整体毡,进行CVD增密,并与炭布叠层坯体的结果对比.结果表明:国外航空刹车用C/C材料的层间剪切强度和垂直方向热导率比较高,坯体趋向于使用针刺毡;针刺整体毡由无纬布和网胎交替叠层,经针刺而成,这种结构具有孔隙分布均匀、气体扩散通造多、Z向纤维含量高的特点,为CVD增密创造了良好条件;自制针刺整体毡坯体经700h CVD增密,小样密度可达1.81g/cm~3,大样密度达1.75g/cm~3,且能继续增密,与炭布叠层坯体相比,采用针刺整体毡可显著缩短CVD周期.     

飞机刹车用C/C复合材料的应用现状与发展

综述了C/C复合材料在飞机刹车上的应用现状和发展状况,对比了它和其它刹车材料的性能,介绍了国外C/C刹车材料的制造工艺。     

连续低速刹车对航空C/C复合材料摩擦性能的影响

在HJDS-Ⅱ型动力模拟试验机上对某型号航空炭刹车副进行连续低速刹车试验,研究摩擦因数与连续刹车次数和刹车副体容温度三者之间的关系,并对摩擦性能进行分析。结果表明:在连续低速刹车条件下,炭刹车副的体容温度随刹车次数增加而缓慢均匀升高。根据航空C/C复合材料摩擦因数随体容温度的变化规律,可将摩擦过程分为4个区域:环境温度摩擦区(温度低于80℃,摩擦因数稳定并小于0.15)、突变摩擦区(温度为80~120℃,摩擦因数突增到0.3)、水解吸的粉尘摩擦区(温度为120~650℃,摩擦因数达到低温峰值0.33后小幅回落,然后缓慢上升)和氧解吸的粉尘摩擦区(温度高于650℃,摩擦因数超过低温峰值)。过多地使用连续低速刹车易导致炭刹车副温度过高和轮胎拖胎,严重威胁飞机安全。     

粉末冶金航空刹车副温度场的研究

粉末冶金航空刹车副在刹车过程中的温度场的形成过程及分布对航空刹车副的使用和安全性能具有重要意义。通过分析航空刹车副在飞机不同状态下的使用条件,针对现有试验条件和飞机对航空刹车副使用的影响因子,对不同刹车过程中刹车副温度场的形成和分布进行了检测和研究,结果表明:在航空刹车副使用过程中,刹车盘温升远大于其他附件的温升;刹车盘中由于散热条件不同,承压盘温升大于其他组成部件的温升,并随其向压力座方向推进而降低。根据研究结果描述了粉末冶金航空刹车副温度场的形成过程和分布规律,为刹车副的结构设计和材料设计提供了理论依据。     

预浸涂对航空刹车副用C/C 复合材料抗氧化性能的影响

C/C复合材料在高于450℃的空气(氧化气氛)中会显著氧化,可采用基体抗氧化和涂层抗氧化来防止其氧化.作者采用在基体材料表面预先浸涂浸渍剂,再涂刷涂层并将涂层固化处理制备涂层的工艺方法,制备出抗氧化性能良好的抗氧化涂层.预浸涂处理可使材料的起始氧化温度提高近200℃.单独预浸涂以硼酸、TEOS为主的浸渍剂抗氧化效果不明显,而预浸涂以磷酸+硼酸混合液、磷酸为主的浸渍剂效果较好.其最佳抗氧化效果为900℃×2 h静态氧化失重率为0.33%,900℃×4 h静态氧化失重率为1.13%.对以硼酸、磷酸和TEOS及其混合液为主的浸渍剂的抗氧化机理进行了探讨.     

用不同工艺制备的C/C复合材料的力学行为

对CVI(化学气相渗透)、RI(树脂浸渍)和CVI+RI 3种不同工艺制备的C/C复合材料进行了弯曲、剪切实验。结果表明:CVI和CVI+RI增密试样的弯曲、剪切强度均高于RI增密试样;用CVI和用CVI+RI制备的试样,其断裂过程均为典型的假塑性行为,而RI试样为典型的脆断行为。断口SEM观察表明:用CVI制备的试样断口呈锯齿状,有大量纤维从基体炭中拔出;而RI增密试样的断口平缓、光滑,仅有少量纤维拔出;在不同阶段增密的热解炭之间也呈现出阶梯状断裂形貌,并存在大小不一的裂纹,这表明在材料的断裂过程中,先用CVI增密试样不仅因纤维与基体炭之间的弱界面结合可提高材料的强度,也能因不同阶段增密工艺中产生的热解炭之间的环性裂缝影响微裂纹的走向,从而改变材料的脆断特征。     

飞机刹车材料的现状及其发展

叙述了粉末冶金铁基、铜基和C/C复合材料在飞机刹车上的应用现状,评述了飞机刹车材料的发展。     

混合基体炭/炭复合材料的低温氧化行为

研究了混合基体C／C复合材料在静态空气和流动氧气2种环境中的氧化动力学,探讨了氧化速率与时间、温度的关系,并对材料氧化后的显微形貌进行分析。研究结果表明:在静态空气气氛和流动氧气气氛中,氧化失重曲线都是非线性的;材料在流动氧气中的起始氧化温度约为650℃;在氧化反应的开始阶段氧化速率大于氧化稳定后的速率;氧化优先从界面、缺陷以及孔隙处开始,并向纵深发展。     

C/C 航空刹车材料的摩擦性能与组织结构初探

研究了航空刹车用C/C复合材料基体中的不同气相沉积炭的显微组织对摩擦性能的影响，实验结果表明：CVD炭的显微组织对材料的摩擦磨损性能有着重要的影响，机体中含有典型粗糙层组织结构是材料具有良好磨擦性能的保证。     

制动条件对粉末冶金航空刹车副钢对偶金相组织的影响

欧美飞机常使用的粉末冶金航空刹车副选用粉末冶金刹车材料和钢对偶材料配对作为摩擦偶以达到制动目的,而其钢对偶材料组织在使用过程中的变化一方面反映了航空刹车副所经历的刹车过程累计状况,另一方面也将影响刹车副的正常制动性能.作者研究了不同制动条件如正常着陆刹车、中止起飞、极限磨损状态中止起飞等3种条件下,粉末冶金航空刹车副钢对偶材料30CrSiMoVA的组织变化情况,并初步比较了不同组织状况下刹车副的摩擦磨损性能.研究结果表明,在3种条件下,表面均形成了塑性变形区.在正常着陆条件下,内部组织由回火索氏体转变为板条状马氏体;而在中止起飞和极限磨损状态中止起飞条件下,钢对偶材料组织则发生更为显著的变化.体现在恢复性试验中,刹车压力需求明显增大.     

热梯度式CVD增密技术制造C/C复合刹车材料——综合性研究报告[Ⅰ]

利用自行研制的热梯度式炉,系统探索了利用差温式CVD增密技术制备高性能C/C复合刹车材料的可行性,研究了温度、气氛压力、气流量等参数对CVD增密过程的影响及增密过程动力学特性,实现了在较短周期内制取高密度C/C复合盘件,显示了该项技术良好的工业应用前景。     

高速列车铸钢制动盘材料的研究

为满足我国高速列车快速发展、实现盘形制动装置国产化的需要,选用铸钢作为制动盘材料,对其化学成分和盘结构进行设计,并对制动盘材料进行性能研究,通过1:1制动动力试验台对制动盘进行验证试验.研究结果表明,所研制的高速列车铸钢制动盘材料在常温及高温下的力学性能良好,抗热变形能力和热稳定性能优异,韧性、耐磨性和铸造工艺性能好,是理想的制动盘材料:试制的铸钢制动盘紧急制动距离短,盘面光洁,完全满足我国高速动车组制动技术条件及<铁路主要技术政策>的规定;铸钢制动盘与粉末冶金闸片相匹配的摩擦副摩擦制动性能良好,而且安全可靠,能满足200 km/h和300 km/h高速动车组的运行要求.     

飞机炭刹车盘的制动摩擦性能

研究了某种针刺毡结构的C/C复合材料刹车盘在不同能量、压力及湿态环境下的摩擦磨损性能,结果表明:该种材料具有稳定的摩擦性能和重复性,刹车力矩平稳,且能载水平高,磨损小;湿态环境下平均动摩擦系数降低,但随着压力的增大,这种影响减小。     

不同结构炭/炭复合材料的低温氧化特性

广泛应用于航空航天领域的炭/炭复合材料,主要缺点在于其与基体结构密切相关的抗低温氧化能力差。因而采用针刺整体毡作增强体,对具有不同基体炭结构的C/C复合材料在静态空气中的低温变温氧化特性和流动氧气气氛中的低温恒温氧化特性进行了实验研究,并结合材料的金相显微结构及氧化后的显微组织,对其氧化性能进行了分析。结果表明:在1000℃以下的有氧条件下,无论是变温氧化试验还是恒温氧化试验,以树脂炭为基体的C/C复合材料氧化性能均优于具有典型带状结构热解炭和树脂的混合基体C/C复合材料,且氧化优先从材料各类界面、孔隙和缺陷处开始。     

炭/炭复合材料湿式制动过程中的温度场模拟

摩擦过程中的温度场和热应力分布状况是摩擦学研究领域的一个重要课题.基于炭/炭复合材料制动盘湿式制动试验,将制动过程中的摩擦生热等效为瞬时移动面热源,按传动学理论计算制动盘与冷却润滑油的对流传热系数,建立三维循环对称有限元模型,运用有限元软件ANSYS分析制动盘的温度分布,给出典型时刻的温度场分布云图及温度升高引起的热应力场.利用有限元分析刹车制动过程的温度场,可为摩擦材料的研制及制动盘的设计提供有效的参考.     

对偶材料对航空刹车副摩擦性能的影响

介绍了粉末冶金对偶和合金钢对偶对航空刹车副摩擦性能的影响,对进口刹车副原件和作者所研制的材料进行了摩擦性能试验,结果表明:在设计着陆和服役使用条件下,与粉末冶金对偶配对使用的刹车副摩擦因数较高;在中断起飞条件下,则与合金钢配对使用的刹车副摩擦因数要高一些,摩擦材料的磨损,在设计着陆条件下,与合金钢配对使用的材料磨损比与粉末冶金对偶配对使用的材料磨损大得多;在服役使用条件下,两者的磨损大体相当,作者对这种摩擦性能的差别进行了分析,并认为造成这种差别的主要原因是粉末冶金对偶含有较多的孔隙和石墨。     

铜含量对铁基粉末冶金航空刹车材料摩擦磨损性能的影响

讨论了大范围内铜含量(0～30％,质量分数)对铁基粉末冶金航空刹车材料摩擦磨损性能的影响和材料的摩擦磨损机理,结果表明:不合铜时,材料的摩擦因数和磨损量均较大,磨损机理主要为粘着磨损;添加铜后,材料的摩擦因数和磨损量均有所下降,疲劳磨损为主要机理;当铜含量升高到有大量游离铜存在时,材料的摩擦因数和磨损量逐渐增加,磨损机理又主要体现为粘着磨损。