短炭纤维增强C/C-SiC制动材料的摩擦磨损性能

采用温压？原位反应法制备C/C-SiC复合材料,利用QDM150型摩擦试验机研究短炭纤维（SCF）长度和纤维体积分数对C/C-SiC制动材料摩擦磨损性能的影响。结果表明：C/C-SiC制动材料能够保持较高且稳定的摩擦因数;SCF的体积分数将影响C/C-SiC制动材料的摩擦磨损性能,纤维体积分数为10%时,材料具有适中的摩擦因数和较低的磨损率;SCF长度对C/C-SiC制动材料的摩擦磨损性能有显著影响,炭纤维长度为12 mm时,材料具有最佳的摩擦磨损性能。     

CuxSiy改性C/C-SiC复合材料的制备及其性能

以针刺整体炭毡为预制体,采用化学气相渗透法(CVI)增密制备C/C多孔体,然后采用反应熔体浸渗法(RMI),将Cu与Si同时熔渗进C/C坯体中制备CuxSiy改性C/C-SiC复合材料.研究CuxSiy改性C/C-SiC复合材料的组织结构、力学性能和摩擦磨损性能,并与C/C-SiC复合材料进行对比.结果表明:CuxSiy改性C/C-SiC复合材料的弯曲强度和冲击韧性略低于C/C-SiC复合材料的;采用30Cr钢作对偶时,CuxSiy改性C/C-SiC复合材料的摩擦因数约为0.24,线磨损率小于4 μm·side-1·cycle-1,均与C/C-SiC复合材料的相近,但其摩擦表面温度降低约50 ℃;以自身材料作对偶时,CuxSiy改性C/C-SiC复合材料的摩擦磨损性能略低于C/C-SiC复合材料的.     

C/C-SiC陶瓷制动材料的研究现状与应用

通过分析合成材料、粉末冶金材料、C/C和C/C-SiC复合材料等摩擦材料的特点及其性能,指出C/C-SiC复合材料是一种能满足高速高能载制动的高性能陶瓷制动材料.综述了先驱体转化法、化学气相浸渗法和反应熔体浸渗法制备C/C-SiC复合材料的优点及其不足,指明了反应熔体浸渗工艺是一种具有市场竞争力的工业化生产技术.介绍了我国研制的C/C-SiC陶瓷制动材料的组织结构、力学性能、摩擦磨损性能及其应用,并对C/C-SiC陶瓷制动材料的性能特点进行了评述.     

制动过程中热应力对C/C复合材料磨损表面形貌的影响

以炭纤维针刺整体毡为预制体,经化学气相渗透和树脂浸渍增密方式得到C/C复合材料。采用有限元分析软件,模拟飞机在正常着陆条件下,刹车盘在制动过程中的热应力分布,并研究热应力对C/C复合材料磨损表面形貌的影响。结果表明:热应力是由于摩擦热的不均匀分布引起的。在摩擦表面外径处温度较高,产生的热应力较大,最大值约为3.15 MPa;而在靠近内径处温度较低,热应力较小,约为1.78 MPa。内、外径处热应力的差异导致磨损表面具有两种不同的组织形貌;靠近外径处的磨损表面比较粗糙,摩擦膜不完整,颜色暗淡,为暗带的组织形貌,摩擦性能较差;而靠近内径处的磨损表面光滑,摩擦膜连续稳定,颜色明亮,为亮带的组织形貌,摩擦性能较好。     

制备工艺对C／C-SiC复合材料滑动摩擦特性的影响

分别采用熔渗硅(MSI)、前驱体裂解(PIP)技术制备4种C/C-SiC复合材料.在M2000型实验机上测试材料的摩擦磨损特性.结果表明:采用MSI制备的2种C/C-SiC摩擦因数高、不稳定,摩擦因数在0.404-0.906之间波动;随载荷增加,MSI-SiC质量分数为40.9%的材料B的摩擦因数变化幅度低于SiC质量分数18.9%的材料A的摩擦因数,但其随时间延长的波动幅度大;随时间延长和载荷增加,采用PIP制备的2种C/C-SiC材料的摩擦因数变化小,在0.08-0.14之间波动;其中,随载荷增加,PIP-SiC质量分数为18.0%的材料C的摩擦因数波动幅度稍大于SiC质量分数为6.0%的材料D的.EDAX分析表明:材料A的部分磨损表面未发现碳元素;而材料C磨损表面的碳硅摩尔比大于1,使其有足够的炭形成自润滑膜,从而降低材料的摩擦因数.SEM形貌表明:MSI技术制备的材料摩擦表而粗糙,未形成完整的摩擦膜,而采用PIP技术制备的材料摩擦表面较完整且致密.     

温压-熔融渗硅法制备C/C-SiC摩擦材料及其摩擦磨损性能

以短切炭纤维、石墨粉、硅粉、树脂为原料,采用新开发的温压-熔融渗硅(WC-RMI)法制备C/C-SiC摩擦材料,对不同制动速度下材料的摩擦磨损性能进行研究,并对温压-熔融渗硅法的制备工艺过程进行理论分析。结果表明:C/C-SiC材料的密度可达1.78g/cm3,残留单质Si的含量为0.3%,摩擦因数为0.36～0.43,体积磨损量低至0.6×10-2cm3/MJ,且随着制动速度的增大,其磨损量迅速下降并趋于平稳;C/C-SiC材料在摩擦过程中能够形成光亮、平整、连续的摩擦膜,有效降低C/C-SiC材料的磨损量。     

制动油处理的碳纤维增强陶瓷基复合材料的往复滑动摩擦学（英文）

研究制动油、层板取向和摩擦接触方式对碳/碳(C/C)和碳/碳-碳化硅(C/C–SiC)复合材料摩擦磨损行为的影响。研究往复滑动条件下材料的摩擦磨损行为,分别采用两种不同的接触方式进行摩擦试验,即销-盘式和球-盘式,同时考虑层板方向(垂直和平行方向)的影响。法向载荷范围为50-90 N,变化间隔为10 N。结果表明,与层板平行取向复合材料相比,垂直取向复合材料的摩擦因数和磨损量均较大,垂直取向C/C复合材料具有最大的摩擦因数。与销-盘式接触相比,球-盘式接触摩擦的样品其磨损量最大可降低78%,摩擦因数最大可降低49%。润滑油的存在减小磨屑被压实的倾向,从而使摩擦膜难以形成,因此影响摩擦行为。在往复滑动过程中,由有限区域运动而引起的接触面间的磨屑滞留可描述摩擦磨损行为。     

B、Si改性炭/炭复合材料及其摩擦磨损特性

以低密度的C/C复合坯体为预制体,分别采用反应熔渗(RMI)、化学气相沉积(CVD)、浸渍-原位反应技术对其进行陶瓷改性.结果表明:改性陶瓷分别以SiC和c-BN的形式渗入C/C复合坯体内.摩擦试验结果表明:采用RMI技术制备的C/C-SiC复合材料摩擦因数较高,高达0.3到0.9;采用CVD技术制备的C/C-SiC复合材料的摩擦因数在0.20～0.36之间;而采用浸渍-原位反应技术制备的c-BN改性C/C复合材料的摩擦因数较低,为0.10～0.20.SEM观察表明:采用RMI技术制备的C/C复合材料的摩擦表面粗糙、未形成完整的摩擦膜,而采用另两种技术制备的C/C复合材料均形成了较完整、致密的摩擦膜.     

不同成分对C/C-SiC材料摩擦磨损行为的影响与机理

采用温压-原位反应法制备C/C-SiC复合材料,研究了SiC、石墨和树脂炭成分对C/C-SiC材料摩擦磨损行为的影响及其机理.结果表明:SiC在摩擦表面摩擦膜的形成过程中起骨架作用,提高SiC的含量有利于提高摩擦系数,降低磨损率;树脂炭在材料中具有粘结各成分和提高摩擦系数的作用,但其成膜性较差,易增大磨损率;石墨粉在制动过程中起润滑作用,适量石墨粉有助于形成稳定的摩擦膜降低磨损率;摩擦表面摩擦膜的形成有利于减少C/C-SiC材料的磨损率.     

高速列车SiC_(3D)/Al制动盘-石墨/SiC摩擦片摩擦副的制备、显微结构及摩擦磨损性能（英文）

采用缩比制动试验机研究石墨/SiC(G/SiC)复合材料与互穿相复合材料(IPC)SiC_(3D)/Al的摩擦磨损性能?根据缩比例转换原则,确定高速列车制动过程中试验条件的制动压力为1.25MPa,初始制动速度(IBS)为200～350 km/h。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和能谱仪(EDS)对摩擦偶材料进行表征。结果表明:匹配的摩擦副具有摩擦表面温度低、摩擦因数稳定、耐久性长等特点。摩擦环的磨损表面在摩擦过程中逐渐形成连续润滑的机械混合层(MML),机械混合层由多相物质组成,极大地控制复合材料的磨损率和摩擦因数(COF)。当初始制动速度为200～300km/h时,SiC_(3D)/Al的磨损机理为典型的磨粒磨损;当初始制动速度增加到350km/h时,可观察到氧化磨损和剥离分层现象。利用Solidwork Simulation软件对摩擦副的磨损行为进行预测,计算数据与实验数据吻合较好。摩擦副可满足高速列车紧急制动的要求。     

不同热处理温度下炭/炭复合材料的制动摩擦性能

在MM - 10 0 0摩擦试验机上 ,对一种针刺毡结构的炭 /炭 (C/C)复合材料在不同热处理温度下的摩擦磨损性能进行了测试 ,并对摩擦表面进行了光学形貌观察 ;采用X射线衍射技术测试了其在不同热处理温度下的石墨化度 ,并对石墨化度与材料的摩擦性能之间的关系进行了探讨。结果表明 :随着热处理温度升高 ,针刺毡结构的炭 /炭复合材料的石墨化度提高 ,摩擦磨损性能也相应发生变化 ,即摩擦因数开始随热处理温度升高而增大 ,到 2 30 0℃时出现峰值 ,线性磨损和质量磨损则在 2 2 0 0℃时出现峰值 ,氧化磨损则随热处理温度升高而下降。石墨化度对材料的摩擦磨损性能有一定影响 ,合理控制石墨化度可以得到理想性能的材料 ,对本研究所用的C/C复合材料其最佳的热处理温度为 2 30 0℃。     

温度对铸态SiC_p/A356复合材料滑动摩擦磨损特性的影响

以Al2O3陶瓷球为对偶材料,借助UMT-2摩擦磨损试验机详细研究温度变化对复合材料干滑动摩擦磨损特性的影响,并用SEM、EDS、奥林巴斯激光共焦扫描显微镜分析铸态SiCp/A356复合材料的高温摩擦磨损行为。结果表明:复合材料的磨损率对温度变化很敏感,在200℃以下,磨损率及其变化较小,以氧化磨损机制为主,属于轻微磨损;当温度达到250℃及以上时,磨损率开始急剧上升,磨损表面出现严重塑性流动痕迹,磨损面上出现磨屑粘着堆积的凸起,同时形成大量的大尺寸的磨屑,此时以粘着磨损机制为主,同时存在少量的氧化磨损。氧化磨损阶段,摩擦因数虽有变化,但相对稳定;但粘着磨损阶段,摩擦因数变得极度不稳定,出现尖锐的峰值。     

考虑摩擦升温的铁路列车制动摩擦块高温磨损机制演变∗

铁路列车制动摩擦块的高温磨损对列车制动安全影响显著,现有对于制动摩擦块高温磨损的研究一般通过环境温度控制来模拟制动界面高温条件,而在摩擦生热条件下对制动摩擦块高温磨损机理及演变规律的研究较少。在多模式制动性能试验台上进行摩擦拖曳制动试验,利用显微特征观测仪器、界面几何特征测量设备等,对制动摩擦块的高温磨损机理和演变进行分析探讨。结果表明,在摩擦生热条件下,当制动界面温度从室温上升至460℃时,摩擦块的主要磨损机制依次为磨粒磨损、氧化磨损和黏着磨损。当磨损机制以磨粒磨损为主时,摩擦块表面的缺陷数量多但尺寸小,摩擦因数与常温下接近;当氧化磨损占主导时,形成的氧化膜会提高耐磨性,摩擦块表面损伤较轻。此时,界面接触状态较好,摩擦因数较高,制动性能有所提高;当高温导致摩擦块材料发生软化和塑性流动时,摩擦块接触平台尺寸较大且极为平整,软化的材料充当润滑剂使摩擦因数下降、制动性能降低。同时,塑性流动会造成材料延展性能耗尽和表面材料撕裂,摩擦块表面严重的局部损伤导致接触界面状态较差,磨损机制以黏着磨损为主。在更接近于真实制动工况的条件下进行研究,揭示了摩擦升温过程中铁路列车制动摩擦块高温磨损机制的演变...     

不同制动速度下炭布叠层炭/炭复合材料的摩擦磨损行为及机理

用模拟刹车制动的方法探讨了一种炭纤维布叠层炭 /炭复合材料在不同制动速度下的摩擦磨损行为 ,并用扫描电子显微镜对摩擦表面进行了观察和分析。研究结果表明 :在 5m/s的制动速度下 ,该种材料表现出低的摩擦因数 ,但随制动速度升高至 2 0m/s时 ,摩擦因数迅速升高至最大值 0 .4 0 ;当制动速度增大到 2 8m/s或 30m/s时 ,摩擦因数仅略降低至 0 .35 ,该材料表现出优良的高速高能摩擦性能。另一方面 ,制动速度升高至 2 0m/s时 ,即摩擦因数最大时 ,磨损才变得明显 ,而且随制动速度的继续升高 ,磨损呈直线增大。表面显微组织观察表明 ,在较低制动速度下 ,在摩擦表面产生了薄膜 ,对应摩擦因数较低 ,磨损小 ;在 2 0～ 2 5m/s制动速度下 ,摩擦表面形成较厚的表面膜层 ,对应摩擦因数高 ,磨损大 ;在 2 8～ 30m/s制动速度下 ,剧烈的摩擦剪切和氧化作用使摩擦表面严重破坏 ,表面基质炭氧化严重 ,纤维则被拉断或拔出     

不同制动速度下炭布叠层炭／炭复合材料的磨擦磨损行为及机理

用模拟刹车制动的方法探讨了一种炭纤维布叠层炭／炭复合材料在不同制动速度下的摩擦磨损行为，并用扫描电子显微镜对摩擦表面进行了观察和分析。研究结果表明：在5m/s的制动速度下，该种材料表现出低的摩擦因数，但随制动速度升高至20m/s时，摩擦因数迅速升高至最大值0.40；当制动速度增大到28m/s或30m/s时，摩擦因数仅略降低至0.35，该材料表现出优良的高速高能摩擦性能。另一方面，制动速度升高至20m/s时，即摩擦因数最大时，磨损才变得明显，而且随制动速度的继续升高，磨损呈直线增大。表面显微组织观察表明，在较低制动速度下，在摩擦表面产生了薄膜，对应摩擦因数较低，磨损小；在20－25m/s制动速度下，摩擦表面形成较厚的表面膜层，对应摩擦因数高，磨损大；在28－30m/s制动速度下，剧烈的摩擦剪切和氧化作用使摩擦表面严重破坏，表面基质炭氧化严重，纤维则被拉断或拔出。     

Mo_2C改性涂层制备温度对C/C-Cu复合材料组织和性能的影响

以仲钼酸铵为反应物,采用熔盐法在低密度C/C复合材料孔隙表面制备Mo2C涂层,改善Cu与C/C坯体的润湿性,然后通过无压熔渗Cu制备C/C-Cu复合材料,研究了Mo2C改性层制备温度对Mo2C涂层和C/C-Cu复合材料组织结构及性能的影响。结果表明:Mo2C涂层在坯体内部孔隙表面分布均匀,且与炭基体和Cu均有良好的界面结合。在950~1150℃范围内,随涂层反应温度的提高,Mo2C层厚度由2.0μm逐渐增大到6.5μm,C/C-Cu复合材料的密度逐渐增大,电阻率逐渐降低;抗弯强度呈现先增大后减小趋势,在涂层反应温度为1000℃时呈现最大值251.83 MPa。复合材料的摩擦因数均随磨损时间延长先增大后减小并趋于稳定。随着Mo2C涂层制备温度的提高,复合材料的摩擦因数逐渐增大,体积磨损率先减小后增加,在Mo2C涂层反应温度为1000℃时,复合材料的磨损率最低。     

纤维种类对C/C复合材料摩擦磨损性能的影响

目的为了降低C/C复合材料制造成本,扩展C/C复合材料应用领域,选用低成本预氧丝纤维取代碳纤维,制备出C/C复合材料,并研究纤维种类对C/C复合材料摩擦磨损性能的影响。方法以两种纤维为原材料,采用CVI工艺制备出C/C复合材料,用MM-2000摩擦试验机进行摩擦磨损试验,采用扫描电镜对摩擦面进行形貌分析。结果随着载荷的增大,预氧丝基C/C复合材料在与金属摩擦时摩擦因数保持在0.22左右,平均磨损量为0.82 mg/min,而碳纤维基C/C复合材料与金属配副相对摩擦因数较小(0.15~0.20),平均磨损量为1.17 mg/min。三种碳与碳配副中,预氧丝基C/C复合材料同预氧丝基C/C复合材料配副之间的摩擦因数随载荷波动的范围为0.28~0.33,较稳定,平均磨损量为1.76mg/min。碳纤维基复合材料与碳纤维复合材料配副时,随着载荷的增大,摩擦因数变化范围较大(0.15~0.33),平均磨损量为2.35 mg/min。预氧丝基复合材料与碳纤维基复合材料之间相互配副,其磨损最大,平均磨损量为2.95 mg/min。结论 C/C复合材料的摩擦磨损性能与纤维种类有很大关系,采用预氧丝纤维制备出的C/C复合材料,无论与金属相互摩擦,还是与自身材料摩擦,均易形成较为稳定的润滑膜。随着载荷的增加,摩擦因数变化较小,磨损量和摩擦功也最低,表现出比碳纤维基C/C复合材料更优异的摩擦性能。     

不同基体炭C/C复合材料的摩擦磨损性能

以炭纤维针刺毡为预制体,采用化学气相沉积法(CVI)和结合液相浸渍树脂或沥青法制备了热解炭为粗糙层与光滑层结构的准三维C/C复合材料,并研究了这些材料在0.6 MPa的模拟刹车压力下的摩擦磨损性能与磨损机理.研究表明:基体炭为粗糙层热解炭与树脂炭的C/C复合材料摩擦表面能形成较厚且连续的自润滑摩擦膜,摩擦稳定性最好,摩擦因数适中,氧化磨损小,磨损机理主要为膜的部分脱落、氧化磨损与相对较小的磨粒磨损;基体炭为光滑层热解炭与树脂炭或沥青炭的C/C复合材料摩擦表面形成的摩擦膜较薄且不连续,摩擦稳定性差,摩擦磨损较大,磨损机制主要为膜的部分脱落、磨粒磨损与更严重的氧化磨损;随着密度的升高,C/C复合材料摩擦稳定性增加,摩擦因数增加,磨损降低;基体炭为单一沥青炭的C/C复合材料,由于没有热解炭对纤维的保护,纤维断裂多,线性磨损尤其大,磨损机理主要为大量的磨粒磨损与氧化磨损.     

密封用炭/炭复合材料的摩擦磨损性能

针对液体火箭发动机涡轮泵密封件磨损量较大问题,在MVF-1A多功能立式摩擦磨损试验机上,以GCr15钢环为对偶件,研究低载荷高线速度(12N,2.25m/s)以及高载荷低线速度(50N,1.25m/s)工况条件下热处理温度不同时(2 250、2 400和2 500℃)对炭/炭(C/C)密封材料摩擦磨损性能的影响,采用扫描电镜观察摩擦表面形貌,利用能谱仪确定摩擦表面元素组成。结果表明:低温(2 250℃)热处理材料石墨化度程度低,弯曲强度高,摩擦因数小,线性磨损量大;随着热处理温度的升高,材料石墨化程度升高、界面结合强度弱化,弯曲强度降低;当热处理温度升高到2 500℃后,材料表面易形成完整致密的磨屑膜,磨损机制由磨粒磨损转变为粘着磨损,摩擦因数大,线性磨损量低。此外,在高载荷条件下,适当增大线速度(1.50、1.88m/s),有利于降低摩擦因数及线性磨损量。由此可知,采用高温(2 500℃)热处理的C/C复合材料具有良好抗磨性能,可较好地满足密封件使用要求。     

不同制动速度下C/C-SiC-Fe材料的摩擦磨损行为及机理

以针刺炭纤维整体毡为预制体,采用化学气相沉积法制备C/C多孔体,然后熔融浸渗Si和Fe制得C/C-SiC-Fe材料,研究制动速度对C/C-SiC-Fe材料摩擦磨损性能的影响.采用SEM观察了C/C-SiC-Fe的磨损表面及磨屑形貌,结果表明:C/C-SiC-Fe材料的高速制动平稳,随制动速度的提高其摩擦因数先升高后降低,制动速度为12 m/s时,摩擦因数达到最大值0.59;随着制动速度的提高,磨损率先增加后降低;当制动速度为24 m/s时,磨损率又急剧上升至3.3×10-8cm3/(N?m);摩擦磨损机制在低速制动条件下主要表现为磨粒磨损;中速时以粘着磨损为主;高速时以疲劳磨损和氧化磨损为主.