CF/CVD/树脂炭复合材料的摩擦性能

采用针刺炭纤维整体毡作为骨架，经CVD致密，树脂浸渍固化增密及炭化，石墨化后制得C/C复合材料，研究了CVD炭和树脂炭含量对摩擦性能的影响。实验结果表明：CVD炭具有典型显微组织是材料具有良好摩擦性能的保证；C/C复合材料中加入适量的树脂炭不会影响材料的摩擦性能；摩擦系数大小不一定和摩损率成对应关系。     

基体炭含量对C/C复合材料滑动摩擦磨损行为的影响

在M2000型摩擦试验机上,以表面镀Cr的40Cr钢为配副,测试了基体炭分别为光滑层热解炭(SL)、树脂炭(RC)和热解树脂炭(SL/RC)的3种C/C复合材料摩擦磨损行为.结果表明:随载荷增加,基体炭为全SL炭的材料A摩擦因数变化小,在0.117～0.105之间;全RC炭的材料B波动最大,在0.156～0.123之间;基体炭中SL炭质量分数为48.9%、RC炭质量分数为20.2%的材料C的摩擦因数波动幅度接近于材料A,在0.120～0.110之间.材料C的体积磨损最小,在0.191～0.620 mm3之间.随时间延长,材料A、C的摩擦因数稳定,材料B的下降幅度最大.SEM观察表明,随载荷增加,材料B摩擦表面逐渐致密、完整,材料C摩擦表面的纤维磨损现象加重.     

热解炭结构对C/C复合材料摩擦磨损性能的影响

以炭纤维整体毡为预制体,采用热梯度化学气相渗透(CVI)工艺制备了2种不同结构基体炭的C/C复合材料,即粗糙层结构材料与光滑层结构材料。研究了2种不同结构基体炭的C/C复合材料在沉积态和热处理态的显微结构、热物理性能及摩擦磨损性能。研究结果表明,在沉积态,2种结构材料都产生严重的氧化磨损,提高材料的石墨化度可显著降低材料的氧化磨损;不管是在沉积态还是在热处理态,RL结构材料的刹车性能曲线都明显优于SL结构材料的刹车性能曲线,这表明热解炭的微观结构不同是造成C/C复合材料摩擦性能差异的根本原因。     

树脂炭含量对C/C复合材料摩擦磨损性能的影响

为探明树脂炭含量与C/C复合材料摩擦因数及磨损量的关系,研究树脂炭含量分别为0、8.6%、67%(质量分数)的3种C/C复合材料的精细结构和摩擦磨损性能,采用实验用飞机制动装置模拟不同速度下的刹车过程,利用扫描、透射电镜观测分析摩擦表面和磨屑的微观形貌与结构.结果表明:3种材料均具有稳定的摩擦因数,并在中低速条件下达到...     

C/C复合材料摩擦磨损性能的研究

本文对同一种C／C复合材料，经过不同温度最终热处理后的摩擦磨损性能进行了对比研究。试验表明：随着最终热处理温度的提高，热解炭的晶粒逐渐长大，层面间距缩小，石墨化度有较大提高，从而使得C／C复合材料的摩擦表面逐渐形成薄而致密的自润滑膜，磨损量下降明显。平行纤维方向和垂直纤维方向上的导热系数均有明显上升，使得C／C复合材料刹车盘力矩稳定，峰谷比缩小，有利于制动平稳；在1800℃热处理的材料的磨损主要是由于氧化造成的，说明1800℃的热处理温度过低，对C／C复合材料的各项性能无影响。     

短纤维增强C/C-SiC复合材料的制备工艺

为缩短制备周期和降低成本, 采用水悬浮法制得含硅短炭纤维料饼, 经树脂模压成形和炭化后成为预制体, 再经浸渍/炭化增密和高温反应生成SiC, 制备了C/C SiC复合材料, 并对材料的显微组织、物相组成、石墨化度、力学性能和摩擦磨损性能进行了研究。结果表明制备的预制体密度为1.1 g·cm-3左右, 短炭纤维优先在摩擦面上交错排布, 部分在厚度方向上排布, 预制体中硅颗粒分布均匀; 最终石墨化处理后, 复合材料密度为1.75 g·cm-3左右, 组成相为炭和βSiC, 其中炭的石墨化度为54%左右; 复合材料的破坏形式为脆性断裂, 材料基本具有功能材料应具备的结构力学性能; 随炭纤维体积含量的增加, 材料的摩擦因素和磨损率均呈下降趋势,纤维体积含量为25%时具有适中的摩擦磨损性能, 摩擦因素为0.28, 磨损率为2.75 mm3·kJ-1。     

与GH4169合金配副的C/C复合材料与高强石墨的滑动摩擦磨损性能

在M-2000型摩擦磨损实验机上,以GH4169合金环为配副,对以粗糙层/光滑层/树脂炭(RL/SL/RC)为基体炭的C/C复合材料和拟用作航空发动机轴间密封环的高强石墨的滑动摩擦磨损性能进行对比研究。结果表明,随着时间延长,C/C复合材料的摩擦表面逐渐形成完整、致密的摩擦膜,因而摩擦因数逐渐降低,趋于平稳,在60～180 N载荷下,摩擦因数仅为0.11～0.18;而石墨材料摩擦因数在试验开始后迅速上升,达到动态平衡后保持小幅度的增长趋势,在60～180 N载荷下其摩擦因数为0.23～0.28。与高强石墨相比,C/C复合材料还具有更小的体积磨损,更适用于发动机轴间密封环材料。     

树脂浸渍补充增密对C/C复合材料摩擦磨损性能的影响

将CVD预增密至不同初始密度的C／C复合材料进行树脂浸渍／炭化补充增密至1.85g/cm^3，热处理后进行热物理性能的检测和不同刹车压力的摩擦磨损试验。结果表明，树脂浸渍／炭化是一种行之有效的快速致密化手段，所得制品的可石墨化性较好，导热性能也满足国外同类产品的要求；摩擦磨损试验和扫描电镜（SEM）观察结果表明，低一压力下形成的磨屑粒度明显大于高压下的磨屑，因而低压下的摩擦数高于高刹车压力下的摩擦系数。低压下的树脂炭对摩擦磨损的影响相对较大。     

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。     

炭化工艺对C/C-SiC制动材料摩擦磨损性能的影响

以短炭纤维、Si粉、炭粉和树脂为原料,通过均匀混合、温压成形,在1 500℃原位反应最终制得C/C-SiC复合材料.测试试样的开孔隙率、热扩散率及摩擦磨损性能,研究制备工艺过程中后续炭化对摩擦磨损性能的影响,并对摩擦表面及磨屑进行扫描电镜观察和X射线衍射分析.结果表明:采用树脂浸渍炭化工艺制备的C/C-SiC制动材料具有适中的摩擦因数和较低的磨损率;经后续炭化,树脂转变为树脂炭,以磨粒的形式增大摩擦力,同时有效地降低了磨损率.     

炭纤维增强树脂炭复合材料的烧蚀性能

采用等离子烧蚀方法研究了炭纤维增强树脂炭复合材料的烧蚀性能,并对其烧蚀表面形貌进行扫描电镜现察。结果表明,材料取向对其烧蚀性能有很大影响。     

浸渍工艺对炭/炭复合材料力学性能的影响

通过对浸渍前后C/C复合材料抗弯性能、剪切性能和耐压性能的比较,分析了浸渍工艺过程对C/C复合材料力学性能的影响.浸渍工艺使C/C复合材料力学性能有明显改善:抗弯强度由浸渍前的101MPa提高到浸渍后的159 MPa,剪切强度由浸渍前的8.6 MPa提高到浸渍后的12.1MP,抗压强度由浸渍前的82 MPa提高到浸渍后的136 MPa.浸渍前后C/C复合材料断口的扫描电镜照片分析可得出浸渍工艺的炭生长层有与CVD工艺类似的微现结构的结论.     

快速热压法制备B_4C/Al中子吸收材料的力学性能

采用粉末冶金快速热压法制备B_4C/Al中子吸收材料,对其进行T6态热处理,通过对材料的密度、硬度与抗弯强度等性能的测试以及材料微观组织、物相组成和弯曲断口形貌的观察与分析,研究成形压力、热压压力与温度以及B_4C颗粒含量的影响。结果表明,B_4C/Al复合材料的物相组成为Al和B_4C;B_4C颗粒均匀地镶嵌在基体中,颗粒与基体结合紧密。材料密度随压制压力增加而增大,随B_4C含量增加而降低,在热压压力和温度共同作用下,铝合金液充分填充压坯孔隙从而实现高致密。当B_4C的质量分数为30%时,在150 MPa预成形压力下压制、530℃/10 MPa条件下热压后所得B_4C/Al复合材料的相对密度最高,达到99.87%,断裂方式为韧性断裂。经T6态热处理后,硬度HB和抗弯强度均提高,分别达到123.49和394.117 MPa,断裂方式转变为脆性断裂。     

C/C复合材料在CD15W-40机油润滑状态下的摩擦性能

以炭纤维无维布与网胎叠层针刺而成的整体毡为预制体,采用化学气相渗透法制备C/C复合材料,利用MM-1000型惯性试验台研究该材料在干态和CD 15W-40柴油机油润滑状态下的室温摩擦磨损性能,并采用扫描电镜(SEM)、偏光显微镜以及三维显微镜观察分析该材料的结构形貌、摩擦表面形貌和磨屑形貌.结果表明:C/C复合材料在干...     

氮气、空气条件下炭/炭复合材料的摩擦磨损性能

在MM-1000型摩擦试验机上,对炭/炭复合材料分别在氮气和空气中模拟正常着陆能量条件下的摩擦磨损行为进行测试。结果表明:在氮气中,炭/炭复合材料的摩擦因数较高,达到0.32～0.4,磨损率较低,质量磨损率为18 mg/次,线性磨损率为1.4μm/次;在空气中,材料的摩擦因数较低,为0.2～0.3,但磨损率较高,质量磨损率为48 mg/次,线性磨损率为3.8μm/次。磨损表面及磨屑的SEM形貌表明:在空气中,材料摩擦表面易形成炭纤维、基体炭相互脱离的磨屑,其主要磨损机制为氧化磨损;在氮气中,则有纤维与基体炭连接良好、大尺寸的磨屑出现,主要磨损机制为磨粒磨损和粘着磨损。     

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。     

热处理对C/C-Cu复合材料钨涂层结构和烧蚀性能的影响

采用等离子喷涂技术,在C/C-Cu复合材料表面制备钨涂层,在真空炉中进行真空热处理。研究的热处理对涂层结构和氧乙炔焰烧蚀性能的影响。结果表明:未热处理的钨涂层与C/C-Cu复合材料结合良好,钨多以扁平颗粒堆叠成膜,颗粒之间有裂纹等缺陷,其物相组成主要是W。热处理后,C/C-Cu复合材料内的铜向钨涂层渗透,涂层更加致密,但基体与涂层之间的孔隙增加、结合较松散,涂层内有WC生成。氧乙炔焰30 s烧蚀实验表明,C/C-Cu复合材料的质量损失率为5.6 mg/s,未热处理的C/C-Cu复合材料钨涂层的抗烧蚀性能好,其质量损失率为0.9 mg/s,但热处理后的C/C-Cu复合材料钨涂层的抗烧蚀性能显著降低,质量损失率达12.0 mg/s。