碳化硅/碳化钨硬面密封摩擦副的摩擦磨损性能和机理研究

实验研究了干摩擦和水润滑条件下, 常压固相烧结碳化硅陶瓷(SSiC)及常压液相烧结碳化硅陶瓷(LPSiC)分别与碳化钨(WC)组成的硬面配对摩擦副的滑动摩擦磨损性能。在干摩擦条件下, 与LPSiC/WC摩擦副相比, SSiC陶瓷由于具有更大的晶粒尺寸和硬度, 导致SSiC/WC摩擦副具有更大的摩擦系数和更小的磨损量。磨损区域的SEM形貌结合面扫描分析、微区XRD分析结果表明: 微犁沟和微断裂导致SiC陶瓷的磨损, 疲劳损伤导致WC材料的磨损, 而摩擦过程产生的摩擦热导致磨出的WC颗粒氧化成无定型WO₃。在水润滑条件下, 与SSiC/WC摩擦副相比, LPSiC/WC摩擦副具有更大的摩擦系数和更低的磨损率。在干摩擦和水润滑条件下, 与SiC陶瓷作为动摩擦副配对相比, SiC陶瓷作为固定摩擦副的摩擦配对具有更小的摩擦系数和质量损失。     

三种机械密封材料的摩擦磨损性能研究

研究了3种核主泵用机械密封陶瓷材料(氮化硅、氧化铝和碳化硅)在室温干摩擦条件下及水润滑条件下分别与氮化硅陶瓷球对磨的摩擦磨损性能。研究结果表明,在与氮化硅球干摩擦的3种材料中氧化铝陶瓷具有最大的摩擦系数和最小的磨损质量,氮化硅具有最小的摩擦系数。在氮化硅陶瓷自配对摩擦副摩擦磨损试验中,水润滑条件下氮化硅摩擦系数及摩擦质量损失都有很大程度的减小,且摩擦系数随转速增加而减小。综合考虑力学性能和摩擦磨损性能,选择氮化硅陶瓷作为核主泵机械密封材料更合适。     

UHMWPE-SiC生物摩擦学的特性及机理

为了探索超高分子量聚乙烯（UHMWPE）与碳化硅（SiC）陶瓷组合作为人工关节置换材料的可能性,利用Falex摩擦磨损实验机测定了37℃下UHMWPE与SiC陶瓷摩擦副在血浆润滑条件下的生物摩擦学性能．结果表明,UHMWPE－SiC摩擦副的摩擦系数为0.05;UHMWPE的磨损系数＜8．45×10^-10mm³／N.m．表面轮廓仪对磨损前后SiC陶瓷表面进行测试,未发现明显变化,说明SiC陶瓷磨损甚微．根据XPS分析结果;提出了生物摩擦磨损机理．     

液相烧结碳化硅陶瓷的摩擦磨损行为

采用环块对磨方式,以烧结致密的SiC(S-SiC)陶瓷为对磨环,研究了液相烧结碳化硅陶瓷(LPS-SiC)在干摩擦和滴油润滑条件下的摩擦磨损行为。结果表明:LPS-SiC陶瓷干摩擦条件下的磨损包含跑合磨损、稳定磨损和剧烈磨损3个阶段,磨损机理主要为磨粒磨损和脆性剥落,磨损量大;在滴油润滑条件下,该摩擦副的摩擦因数大大降低,LPS-SiC陶瓷的磨损仅包含跑合磨损和稳定磨损两个阶段,其磨损机理主要为脆性剥落和疲劳磨损,磨损量小;LPS-SiC陶瓷摩擦块的磨损体积随载荷的增加而增大,随滴油速率的增大而减小。     

断裂方式对氧化铝基复合陶瓷耐磨性的影响

通过磨粒磨损试验测定了氧化铝 陶瓷、氧化铝/碳化硅复合陶瓷和氧化铝/莫来石复合陶瓷的耐磨性. 利用透射电子显微镜(TEM)观察了样品的微观结构, 采用扫描电子显微镜(SEM)分析了样品的断口形貌和磨损表面的剥落情况. 研究了断裂方式对磨损表面剥落和耐磨性的影响. 结果表明: 氧化铝陶瓷的磨损主要由断裂磨损机制控制, 氧化铝/碳化硅复合陶瓷的磨损主要由塑性磨损机制控制, 氧化铝/莫来石复合陶瓷受这两种磨损机制共同作用. 相对于氧化铝陶瓷, 氧化铝/碳化硅复合陶瓷和氧化铝/莫来石复合陶瓷的耐磨性提高2～4倍, 这主 要是由于其断裂方式转变为以穿晶断裂为主, 减少了磨损面的脆性剥落.     

氮化硅纳米复合陶瓷的抗氧化性与耐蚀性研究

采用极性分散剂和超声分散技术，在氮化硅微米粉中加入碳化硅纳米粉真空热压制备出氮化硅／碳化硅（n)纳米复合陶瓷，研究了纳米增强相对纳米复合陶瓷抗氧化性与耐蚀性的影响。结果表明：随着SiC纳米粉的含量的增加，纳米复合陶瓷在空气中加热时抗氧化性增强，其中含15％SiC纳米粉的纳米复合陶瓷抗氧化性最好；纳米复合陶瓷的耐碱性也非常好，适于在酸、碱性环境中使用。     

几种等离子涂层在蒸馏水润滑下的摩擦学特性

研究了等离子喷涂Cr₃C₂-NiCr、WC-Co和Cr₂O₃涂层自配对以及Cr₂O₃涂层与WC＋Co硬质合金和增韧SiC陶瓷配对在蒸馏水润滑下的摩擦学特性．结果发现：三种涂层自配对组成摩擦副在水润滑下,以Cr₂O₃涂层的耐磨性能最好,显示出＜10^-6mm³N^-1m^-1的磨损系数;三种涂层的磨损机理均主要表现为裂纹扩展和颗粒断裂,涂层的断裂韧性越高,气孔率和微裂纹长度越低,其耐磨性能越好．异质材料配对能有效地改善Cr₂O₃涂层的摩擦学特性,这主要与摩擦副材料的表面状态及摩擦化学反应有关．     

热管理用高导热碳化硅陶瓷基复合材料研究进展

碳化硅陶瓷基复合材料以其高比强度、高比模量、高导热、良好的耐烧蚀性能、高温抗氧化性、抗热震性能等特性,广泛应用于航空航天、摩擦制动、核聚变等领域,成为先进的高温结构及功能材料。本文综述了高导热碳化硅陶瓷基复合材料制备及性能等方面的最新研究进展。引入高导热相,如金刚石粉、中间相沥青基碳纤维等用以增强热输运能力;优化热解炭炭与碳化硅基体界面用以降低界面热阻;热处理用以获得结晶度更高、导热性能更好的碳化硅基体;设计预制体结构用以建立连续导热通路等方法,提高碳化硅陶瓷基复合材料的热导率。此外,本文展望了高导热碳化硅陶瓷基复合材料后续研究方向,即综合考虑影响碳化硅陶瓷基复合材料性能要素,优化探索高效、低成本的制备工艺;深入分析高导热碳化硅陶瓷基复合材料导热机理,灵活运用复合材料结构与性能的构效关系,以期制备尺寸稳定、具有优异热物理性能的各向同性高导热碳化硅陶瓷基复合材料。     

高性能陶瓷人工髋关节材料摩擦磨损研究发展

陶瓷已经在人工髋关节假体制作中获得一定的应用,并且有更大的潜力以待开发.对于陶瓷人工髋关节假体,其摩擦磨损性能是决定其寿命的最重要的性能之一,而体外的摩擦磨损测试对于确定其摩擦磨损性能有着重要意义.本文综述了国内外对于氧化铝、氧化锆、氮化硅和碳化硅四种陶瓷的摩擦磨损性能的研究结果,并且结合作者的工作对其进行评论.     

海洋环境下关键摩擦副材料的摩擦学研究现状与展望

海洋是人类生存的基本空间,也是保证人类社会持续发展的宝库。关于海洋环境下材料的摩擦学研究,不仅促进了海洋工程装备的开发,而且也为海洋工程装备的关键摩擦副材料提供了有力支撑。但海洋环境下的摩擦磨损严重制约了海洋专用材料的应用与发展,主要原因是海水介质复杂,以及腐蚀与摩擦的交互作用等。因此,研究和探讨海洋环境下关键摩擦副材料的摩擦学是提高我国海洋工程装备整体水平的重要途径。对海洋环境下关键摩擦副材料的摩擦学研究进行汇总与分析,着重介绍了金属与金属配副、陶瓷与金属配副、聚合物与金属配副、聚合物与陶瓷配副等在海水环境下的摩擦学研究现状,并结合摩擦副材料的摩擦学研究现状及发展趋势,对海洋环境下关键摩擦副材料的摩擦学研究进行了展望。     

连续纤维增韧碳化硅基复合材料内耗特征及机制

采用强迫振动法研究了不同应变振幅下C/SiC和SiC/SiC复合材料从室温到600℃的内耗特征,并讨论了其内耗产生机制.结果表明,C/SiC复合材料内耗随温度升高先减小, 后增加,并在120℃附近达到最小值;SiC/SiC复合材料内耗随温度升高一直增加;C/SiC 复合材料具有比SiC/SiC复合材料更高的内耗水平和更低的动态模量;C/SiC和SiC/SiC复合材料内耗随应变振幅增加而减小,但动态模量和应变振幅无关.     

界面相对3D-SiC/SiC复合材料静态力学性能及内耗特征的影响

采用先驱体浸渍裂解工艺制备无界面、SiC、PyC和PyC/SiC等界面相SiC/SiC复合材料, 研究了SiC/SiC复合材料的微观结构及静态力学性能, 并通过强迫振动法系统分析了界面相对复合材料内耗行为的影响。研究结果表明, 引入界面相有效改善了复合材料的微观结构及力学性能, 并降低了复合材料的内耗。其中, PyC/SiC复相界面中亚层SiC限制了PyC界面相与纤维的结合及塑性形变, 提高了复合材料的力学性能; 同时, 界面相对SiC/SiC复合材料内耗行为有显著影响, 材料内耗水平与界面剪切强度成反比。对比50和350 ℃时的材料内耗变化率发现, 随界面剪切强度增大, 材料内耗呈降低的趋势, 且含有PyC的PyC/SiC界面复合材料具有较低的内耗变化率, 说明PyC/SiC复相界面的SiC/SiC复合材料更适于高温振动环境。     

反应熔体渗透C/SiC复合材料的摩擦性能

以不同结构类型及密度的C/C复合材料为预制体,采用反应熔体渗透法制备了C/SiC复合材料,研究了不同结构C/SiC复合材料的密度、组分含量、热扩散系数与摩擦性能相互之间的关系.结果表明随着碳含量的降低,复合材料的密度增加;短切纤维C/SiC、低密度针刺C/SiC与高密度针刺C/SiC复合材料的平均摩擦系数分别为:0.28,0.28与0.42;随着热扩散系数的增加,复合材料的摩擦稳定性系数升高;并且对于短切纤维C/SiC,摩擦实验后基本形成了连续光亮的摩擦面.     

Internal friction and dynamic modulus of three-dimensional silicon carbide-matrix composites

The internal friction and dynamic modulus of 3D C/SiC and SiC/SiC composites were investigated by means of forced vibration at elevated temperatures from room temperature to 600 °C, and the relationship between the microstructural defects in the composites and the internal friction mechanism was also discussed. It was found that the microstructural defects, which are produced by the mismatch of the coefficient of thermal expansion (CTE) between the fiber and matrix, have an important effect on the internal friction behavior and dynamic modulus of 3D C/SiC and SiC/SiC composites. C/SiC composites have a higher internal friction and lower dynamic modulus than SiC/SiC composites in the same testing conditions because of the damage.     

热压烧结制备SiC增强石墨复合材料及其性能

以天然鳞片石墨为起始原料,SiC颗粒为增强相,采用热压烧结工艺制备了SiC增强石墨复合材料。研究了SiC含量对SiC增强石墨复合材料微观结构、力学性能和摩擦性能的影响。结果表明:SiC颗粒均匀分布在石墨基体中,降低了基体中的孔隙率;随着SiC含量增加,SiC增强石墨复合材料的相对密度和弯曲强度相应增加,开孔率显著降低,当SiC含量达到40vol%时,SiC增强石墨复合材料中形成了SiC网络骨架结构,相对密度达到了94.2%,比商品高强纯石墨材料提高了11.8%,弯曲强度达到了146 MPa,比商品高强纯石墨材料提高了147%;基体石墨保持了层状结构;SiC含量低于40vol%时,SiC增强石墨复合材料的摩擦系数随SiC含量的增加轻微增加,与纯石墨材料的摩擦系数相当,具有良好的摩擦性能。     

C/SiC复合材料的氧化对其内耗行为的影响

通过分析C/SiC在高温(1250、1300和1350℃)空气氧化过程中质量、强度、物相、气孔率、微观形貌演变规律, 并同时采用动态热机械分析仪测得内耗的变化趋势, 研究了氧化对其内耗行为的影响规律, 进而为以内耗表征复合材料的氧化行为奠定基础。为明确C/SiC各组元在氧化与内耗行为对应关系中所发挥的作用, 进一步研究了SiC陶瓷在1300℃、空气中的氧化与内耗行为之间的对应关系。结果表明: SiC陶瓷氧化对其内耗行为的影响规律不明显且影响程度较弱; C/SiC在氧化过程中的内耗行为受C相的氧化损伤控制, 且作用规律明显, 其内耗保持率曲线均出现峰值, 其中1250、1300和1350 ℃的峰值分别为6.65、3.48和1.59。     

连续制动条件下泡沫陶瓷/金属双连续相复合材料的摩擦磨损性能EI北大核心CSCD

为解决履带式特种车辆机械制动器过热失效问题,采用挤压铸造法制备SiC/Cu和SiC/Fe双连续相复合材料,研究两种材料在连续紧急制动工况和连续高温制动工况下的摩擦磨损性能。结合扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)、三维形貌仪等手段分析摩擦因数、温度和磨损率的变化规律,揭示相应的磨损机理。结果表明:在连续紧急制动实验中,接触表面经历了摩擦膜形成和层间断裂过程,摩擦因数随接合次数增加略微下降,并趋于稳定。在前40次接合中,SiC/Cu和SiC/Fe摩擦副的磨损率整体下降。在40~60次接合中,SiC/Cu摩擦副黏着磨损、氧化磨损和疲劳磨损加剧,磨损率升高。而SiC/Fe摩擦副以磨粒磨损为主,磨损率较低。在连续高温制动实验中,摩擦因数在前6次接合中逐渐升高,制动时间逐渐缩短。在第6次接合后,摩擦副边缘区域出现的黏着磨损和疲劳磨损导致力矩下降,摩擦因数和制动时间均呈先降后升趋势。连续高温制动过程中以严重的黏着磨损为主,SiC/Cu和SiC/Fe摩擦副的磨损率均随接合次数增加而升高。     

SiC含量对激光熔覆SiC/Ni60A复合涂层显微组织和耐磨性能的影响

利用LDM2500-60半导体激光器在45#钢板上制备SiC颗粒增强Ni60A合金激光熔覆涂层,系统研究SiC含量对涂层的显微组织、稀释率、耐磨性、摩擦因数和显微硬度的作用规律。结果表明:随着SiC含量增加,熔覆表层的微观组织细化,稀释率、耐磨性、摩擦因数和硬度均先增加后降低;当SiC含量为20%(质量分数,下同)时,熔覆层的耐磨性能最佳,磨损量仅为0.0012g,为基体磨损量的1/36.3;摩擦因数最小为0.464,且磨损过程最为平稳;熔覆层平均硬度值最高,达到1039.9HV0.2,为基体的3.5倍;但当SiC含量达到25%时,熔覆层的显微硬度与耐磨性能反而下降。     

三维针刺C/SiC刹车材料的热物理性能

通过化学气相渗透(CVI)法结合反应熔体浸渗(RMI)法制备了三维针刺C/SiC刹车材料, 系统研究了三维针刺C/SiC刹车材料的热物理性能。结果表明: C/SiC刹车材料的热膨胀系数随温度升高总体呈增大趋势, 但呈规律性波动; 在相同温度下, 垂直于摩擦面方向的热膨胀系数远大于平行方向的。从室温至1300 ℃, 平行和垂直于摩擦面方向的平均热膨胀系数分别为1.75×10-6K-1和4.41×10-6K-1; C/SiC刹车材料的比定压热容随温度的升高而增大, 但增大速率逐渐减小。温度从100 ℃升到1400 ℃, 其比定压热容从1.41 J/(g·K) 增大到1.92 J/(g·K); C/SiC刹车材料的热扩散率随温度的升高而降低, 并趋于常量。平行于摩擦面方向的热扩散率明显大于垂直于摩擦面方向的热扩散率。