刹车速度对C/C复合材料摩擦磨损性能的影响

以炭纤维针刺毡为预制体,采用CVI法并结合液相法制备了热解炭与树脂炭为基质炭的准三维C/C复合材料,并研究了这种材料在不同刹车速度下的摩擦磨损性能.研究表明:C/C复合材料热解碳结构为粗糙层,材料的摩擦磨损性能随刹车速度变化而变化,摩擦系数在刹车速度为10 m/s时达最大值,磨损量随刹车速度的增加而增加,而氧化磨损在25 m/s时开始大量产生,28 m/s的最大刹车速度时达最大值;X射线检测发现刹车后摩擦面碳结构有序度比次摩擦面低,且随着刹车速度的增大,这种降低程度依次增大.     

炭/炭复合材料摩擦性能与摩擦表面状态的关系

金相显微分析炭/炭复合材料试样的热解炭结构,测试不同试样的硬度和石墨化度值,在国产MM-1000型摩擦试验机上,进行模拟飞机正常刹车试验,通过扫描电镜(SEM)对摩擦后的表面及磨屑进行形貌观察,傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)定性地分析表面的摩擦膜,研究摩擦性能与摩擦表面状态的联系.结果表明:经过1600℃热处理后,炭/炭复合材料无法获得良好的摩擦磨损性能,碳微晶结构的缺陷和表面膜的不完整性,导致了明显的氧化及吸附的产生.2650℃热处理后,粗糙层(RL)结构热解炭具有更好的延展性,易于形成连续致密的具有自润滑效应的摩擦膜,但是更大程度上,增大了摩擦过程中的有效接触面积,碳结构的完整性及表面膜的实体完整性提高,与A试环相比具有较好的摩擦磨损性能;采用树脂炭补增密技术的双元炭基体试环,摩擦膜实体完整连续性得到进一步提高,对应了更少的氧化及吸附,表现出最佳的摩擦磨损性能.     

炭/炭复合材料摩擦膜的显微结构研究

用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)分析CVD增密和2300℃热处理炭/炭复合材料刹车片在模拟飞机正常刹车状况下的摩擦表面形貌和显微结构,研究了摩擦膜结构对摩擦磨损性能的影响。结果表明:在模拟飞机正常着陆的试验中,在炭/炭复合材料的摩擦表面形成一层低织构热解炭的摩擦膜,片层厚度约为1μm。     

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.     

两种炭材料的载流摩擦磨损性能比较

以两种炭材料作为销试样,用铬青铜作为盘试样,在HST-100摩擦磨损实验机上比较了两种炭材料的载流摩擦磨损性能.结果表明:炭/炭复合材料的载流摩擦磨损性能受速率、载荷和电流的影响较小,而浸金属炭材料的载流摩擦磨损性能受速率、载荷和电流的影响较大.炭/炭复合材料的摩擦因数和磨损率显著低于浸金属炭材料,具有更优的载流摩擦磨损性能.     

C/C复合材料特性对其摩擦磨损性能的影响

在MM-2000环-块摩擦试验机上研究了制备工艺、石墨化度、密度、纤维取向等材料特性对其摩擦磨损性能的影响。研究结果表明，采用化学气相渗透(CVI) 浸渍工艺制备并经过多次浸渍增密且石墨化后的材料具有优良的摩擦磨损特性。石墨化后试样的密度越大，其摩擦磨损性能也越好。一般情况下在载荷适中时，垂直试样的摩擦系数要大于平行试样，而体积磨损量却小于平行试样。C／C复合材料比高强石墨材料更适宜用作航空发动机轴间密封材料。     

炭/炭复合材料飞机刹车盘表面加工质量对其磨合性能的影响

在mm-1000试验机上对炭／炭复合材料（CCC）飞机刹车盘3组表面粗糙度不同的试样进行刹车模拟试验。以摩擦表面相对作动向运动时，摩擦表面微凸体发生弹－塑性变形、发生磨损进入磨合状态。采用Talysurf-4仪测定了CCC刹车盘磨合前后的表面形貌及其粗糙度，用SEM对磨损表面和磨粒形貌进行了研究。当刹车盘表面波度较小而表面微观粗糙度在Ra=12.5μm时，有利于在摩擦面上形成摩擦膜，使刹车副很快进入磨合状态。使用恰当的加工方法和加工精度可以缩短磨合时间的磨合刹车次数。     

医用炭/炭复合材料表面梯度CVD热解炭涂层的摩擦性能研究

采用医用炭/炭复合材料并通过梯度化学气相沉积法(CVD)在其表面制备热解炭涂层, 研究分析了涂层的显微结构、摩擦系数、磨损情况. 结果发现, 该热解炭涂层表面被直径约20 μm热解炭球致密覆盖, 在断口处呈现紧密、多层的热解炭. 与用沥青浸渍/炭化法制备的炭/炭复合材料相比, 在干摩擦时, 热解炭涂层样品的摩擦系数更大; 在模拟人体关节的湿摩擦时, 它的摩擦系数低; 在干摩擦和湿摩擦的情况下, 它的磨损要小很多. 这些结果表明利用梯度的化学气相沉积法(CVD)制备医用炭/炭复合材料的涂层可以提高其表面的耐磨性.     

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。     

不同刹车压力下炭/炭复合材料的摩擦磨损性能

利用光学显微镜、扫描电子显微镜和MM-1000摩擦试验机研究了刹车压力对等温CVD和热梯度CVD沉积所制炭/炭复合材料的摩擦磨损性能的影响.结果表明:随着刹车压力从0.35MPa增加到1.82MPa,材料的摩擦系数下降,质量磨损加大,其中含有RL结构材料的氧化失重低于含有SL结构的材料.含有RL结构的材料由于晶体结构比较完善,其磨屑容易发生塑性形变由颗粒状变为层片状,形成良好的润滑膜,有效地降低了氧化失重的比例.     

碳纳米管增强聚合物复合材料力学性能及摩擦磨损性能研究进展

本文主要就近几年来碳纳米管、增强聚合物复合材料制备及其力学性能、摩擦磨损性能影响方面研究进展,作一简要介绍.     

纳米碳管／聚酰亚胺复合材料制备与性能研究

利用纳米碳管的N甲基吡咯烷酮分散液，通过改变纳米碳管表面的性质和薄膜的制备条件，成功地制备了一系列均匀的纳米碳管，聚酰亚胺薄膜。研究结果表明，添加酰氯化后的纳米碳管到聚酰亚胺中可以改善聚酰亚胺的拉伸性能，而对聚酰亚胺的热稳定性和光学性质没有明显的影响。当添加1．0％的纳米碳管时，与纯PI相比复合材料的弹性模量增加了25．6％，拉伸强度增加了31．0％，断裂伸长率增加了7．6％。     

The friction and wear properties of carbon nanotubes/graphite/carbon fabric reinforced phenolic polymer composites

In this paper, either graphite (Gr) or carbon nanotubes (CNTs), or both of them were incorporated into carbon fabric reinforced phenolic (CFRP) composites, preparing by a dip-coating and heat molding process, the tribological properties of the resulting composites were investigated using a block-on-ring arrangement. The worn surfaces were observed by scanning electron microscope to understand the mechanism. Experimental results showed that the optimal Gr was more beneficial than CNTs in improving the tribological properties of the CFRP composites when they were singly incorporated. It is well worth noting that the friction and wear behavior of the CNTs-filled CFRP composites were improved further when Gr was added, indicating that there is a synergistic effect between them. Tribological tests under different sliding conditions revealed that the Gr and CNTs-filled CFRP composites seemed to be the most suitable for tribological applications under higher sliding speed and load, and oil lubrication.     

不同官能化碳纳米管对MWCNTs-碳纤维/环氧树脂复合材料力学性能的影响

为研究加入不同官能化碳纳米管对环氧树脂力学性能的影响,通过对羧基化多壁碳纳米管(MWCNTsCOOH)进行化学处理,得到表面接枝乙二胺的碳纳米管(MWCNTs-EDA)。分别将MWCNTs-COOH和MWCNTs-EDA分散在环氧树脂中,通过热熔法制备环氧树脂中含有碳纳米管的T700碳纤维预浸料,并热压成准各向同性复合材料层合板。结果表明:MWCNTs-EDA在环氧树脂中的分散性优于MWCNTs-COOH,MWCNTsEDA本身具有固化反应活性,加入后对基体的交联密度影响较小。与MWCNTs-COOH相比,MWCNTs-EDA可以有效改善环氧树脂及碳纤维/环氧树脂复合材料的力学性能。当MWCNTs-EDA含量为1.0wt%时,MWCNTs-碳纤维/环氧树脂准各向同性复合材料层合板的压缩性能、弯曲性能和冲击后压缩强度分别提高了14.7%、40.9%和20.6%。     

沥青过渡层对C/C复合材料力学性能的影响

在2D碳／碳（C／C）复合材料的碳纤维与基体热解碳间引入中间相沥青做过渡层，研究了中间相沥青的引入对C／C复合材料力学性能的影响．结果表明，与没有过渡层，普通沥青做过渡层、中间相沥青做过渡层的三类C／C复合材料比较．采用沥青做过渡层可以提高复合材料的力学性能，采用中间相沥青做过渡层制备的C／C复合材料的弯曲强度比采用普通沥青做过渡层提高44％，剪切强度提高15％．中间相沥青的引入可以使碳纤维束间和束内的结合强度不同，从而使基体断裂产生的裂纹扩散时发生偏转，复合材料的强度和韧性同时得到提高．     

高性能二维碳/碳复合材料的制备与性能

为获得高性能热结构复合材料,以国产T300碳纤维为原料,通过碳布预浸料交替铺层热压及液相浸渍裂解工艺方法制备了一系列二维碳/碳复合材料,并对二维碳/碳复合材料的微观结构特征、力学性能及烧蚀性能进行了测试与分析。研究结果表明:碳布规格及制备工艺对二维碳/碳复合材料力学性能有较大影响,当碳布规格选用八枚缎纹、经过碳化预处理且高温处理温度达到2 300℃时,二维碳/碳复合材料表现出较好的综合性能,拉伸强度和层间剪切强度的最大值分别高达301 MPa和12.4 MPa,达到了国际先进水平;在模拟典型服役环境考核状态下,制备的不同规格二维碳/碳复合材料的烧蚀性能基本相当,均未出现由于层间强度偏低而发生的烧蚀揭层现象,表现出较好的烧蚀均匀性和结构可靠性。      

纤维表面处理对C/C复合材料组织与性能的影响

采用CVI涂层和400℃空气氧化技术对炭纤维进行表面处理,借助偏光显微镜(PLM)、扫描电镜(SEM)和弯曲性能测试研究了炭纤维表面处理对2D中间相沥青基炭/炭复合材料的组织结构与弯曲性能的影响.结果表明:两种表面处理的材料均具有韧性断裂特征,CVI涂层表面处理后材料的"假塑性效应"更为显著,但是其抗弯强度较低,基体炭的组织结构为具有光学活性的热解炭和中间相沥青炭的流线型、广域流线型组织,材料内部形成多层次的界面结构,在断裂破坏过程中,主要发生基体内聚破坏;400℃空气氧化表面处理的材料的基体炭的组织结构为中间相沥青炭的小域、广域流线型组织,材料在断裂破坏过程中,表现为混合破坏,即基体内聚破坏和界面粘结破坏同时发生.     

羟基磷灰石的表面改性对羟基磷灰石/聚醚醚酮复合材料力学和摩擦性能的影响

采用共沉淀法制备纳米羟基磷灰石（HA）,并用硅烷偶联剂KH560对其进行表面改性;然后,以聚醚醚酮（PEEK）为基体,通过热压成型工艺制备原始HA/PEEK与改性HA/PEEK复合材料。考察两种HA的引入对复合材料结构、力学性能和摩擦性能的影响。利用XRD、FTIR、FESEM、拉伸测试、DMA和摩擦测试对两种HA/PEEK复合材料的结构和性能进行了表征。结果表明：HA表面引入了硅烷偶联剂KH560;改性前后HA的晶型结构没有明显改变;两种HA对PEEK基体的结晶结构也没有产生影响;改性HA在PEEK基体中分散均匀;与纯PEEK相比,10wt%改性HA/PEEK复合材料的储能模量增加了55.56%,玻璃化温度增加了3.6℃,磨痕深度降低了31.1%,有效改善了复合材料的热力学性能和摩擦性能;改性HA/PEEK拉伸强度为68.33 MPa,能够满足人骨的强度要求。     

Effect of surface roughness on tribological properties of TiB2/Al composites

55 vol.% TiB₂/2024Al composites were fabricated by pressure infiltration method. The effect of surface roughness of GCr15 steel disc (Ra 0.606, 0.372, 0.023, 0.005 μm) on the tribological properties of composites was investigated. Results showed that with the change of surface roughness, there is an optimal value (Ra 0.023 μm) under which the friction coefficient and wear rate is the lowest. The optimal surface roughness is in the same order of mixture of TiO₂ and B₂O₃, observed on the surface of TiB₂ particles after pre-heating process. During sliding, the filling of this oxidation layer into the asperity gap of GCr15 and greatly reduces adhesion between aluminium and GCr15, furthermore, decreases the friction coefficient and wear rate.     

Mo_2C改性C/C-Cu复合材料的组织及载流摩擦磨损性能

采用熔盐法在低密度炭/炭(C/C)坯体内孔表面制备了Mo_2C涂层,然后通过无压熔渗制备了C/C-Cu复合材料,研究了C/C-Cu复合材料的组织结构及载流摩擦磨损性能。结果表明:熔融Cu可自发渗入制备了Mo_2C内涂层的C/C坯体,复合材料中Cu相与C/C坯体形成相互贯穿的连通网络结构,Mo_2C涂层与Cu和热解炭(PyC)间均有良好的界面结合,反应生成Mo_2C过程中的催化石墨化及应力石墨化共同作用使C/C-Cu复合材料中Mo_2C涂层附近PyC的有序度提高。随载荷增大,C/C-Cu复合材料的摩擦系数逐渐降低,体积磨损率增大,而对偶的质量损失逐渐降低;载荷较大时材料磨损表面被摩擦膜覆盖的面积增大,但因粘着磨损摩擦膜的粗糙程度提高。材料磨损过程中还发生了氧化磨损,且载荷增大磨损表面O含量提高。