高性能制动系统用炭纤维增强炭和SiC双基体(C/C-SiC)复合材料

C/C-SiC制动材料具有密度低、耐高温、制动平稳、摩擦因数高、磨损少和环境适应性强等优点,是一种能满足高速高能载制动的高性能轻质材料。本文以针刺炭纤维整体毡为预制体,采用化学气相渗透法制备C/C多孔体,然后熔融渗硅制得C/C-SiC材料;研究了C/C-SiC材料的组织结构、力学性能及其失效模式、摩擦磨损性能及机理,同时介绍了中南大学研制的C/C-SiC制动材料的应用现状。     

三种制动环与铜基摩擦材料配副的摩擦温度场研究

基于MM-1000摩擦磨损试验机,结合试验和仿真模拟,评估不同配副摩擦组件的温度场和热量分配情况。利用Workbench仿真平台,按照样品实际尺寸建立模型,用有限元分析方法研究不同制动初速度下,碳陶环、合金钢环、铸钢环分别与自制粉末冶金铜基摩擦材料配副时的摩擦温度场,对比分析3组摩擦副在制动过程中热量的分配情况。结果表明：碳陶环的温度场与铸钢环、合金钢环的温度场存在较大差异,碳陶环摩擦表面的温升远高于合金钢环和铸钢环,轴向也表现出较大的温升和温度梯度;在热流分配中,与合金钢环和铸钢环配副时对比,粉末冶金铜基摩擦材料与碳陶环配副时分配的热量更多,表现出更大的温升,这对与碳陶材料配副的对偶材料的高温摩擦磨损性能提出了更高的要求。     

C/C-SiC-Cu复合材料的弯曲性能

以炭纤维无纬布/网胎针刺整体毡为增强体,先采用化学气相渗透法(chemical vapor infiltration, CVI)沉积热解炭制备C/C多孔体,之后使用CVI沉积Si C和压力熔渗Cu制备C/C-SiC-Cu复合材料。研究C/C多孔体密度和Si C含量(体积分数φ,下同)对C/C-SiC-Cu复合材料弯曲性能的影响。结果表明,随着C/C多孔体密度和Si C含量增加,热解炭和Si C在炭纤维周围形成具有较高结合强度的界面,二者的增强作用得以充分发挥,C/C-SiC-Cu复合材料的抗弯强度显著增加。弯曲断裂时,热解炭和SiC基体对炭纤维的拔出有抑制作用,C/C-SiC-Cu复合材料的载荷-位移曲线呈起伏台阶式下降,表现出明显的假塑性断裂特征。     

纳米级(W,Ni,Fe)复合氧化物粉末的制备

通过适当的溶液配制，并采用喷雾干燥法制备了（W，Ni，Fe)复合氧化物粉末。对复合氧化物粉末进行煅烧、超声分散得到纳米级(W，Ni，Fe)复合氧化物粉末；使用X射线衍射仪及扫描电子显微镜分别对不同煅烧温度处理的复合氧化物粉末进行了物相分析和形貌观察。研究结果表明：喷雾干燥法制得的复合氧化物粉末各种组元是在原子水平上的均匀混合，且非晶化程度高；400℃煅烧处理后粉末颗粒中各组元还是处于非晶化状态；600℃煅烧处理后，粉末颗粒物相的主要存在形式为WO3(单斜系)、WO3(六方系)和NiWO4；复合粉末BET粒度为80．1nm，复合粉末Fsss粒度为0．42μm；粉末颗粒为球形或近球形，粉末分散性好。     

掺杂EBS润滑剂的粉末冶金铝合金脱脂工艺

采用冷压—烧结工艺制备了掺杂乙撑双硬脂酰胺(EBS)润滑剂的粉末冶金铝合金,比较了单/多温段脱脂工艺的优劣,发现多温段脱脂优于单温段脱脂,脱脂更彻底,但由于气体流量不能无限大,导致气氛脱脂得到的样品碳含量无法达到碳剩余理论值0.02%。研究了真空脱脂和空气负压脱脂机制,真空脱脂可使得EBS热分解的气态有机物和灰分从压坯表面逸出,并被及时带出炉外,最终合金碳含量接近碳剩余理论值0.02%;空气负压脱脂可使得残余碳被氧化逸出,脱碳更彻底,样品碳含量低于碳剩余理论值。研究了脱脂工艺对合金力学性能的影响,发现真空脱脂合金力学性能优于气氛脱脂,相对密度最大为97.86%,拉伸强度最大为218.06MPa,接近未添加润滑剂合金的力学性能;空气负压脱脂虽然可使碳含量更低,但因脱脂过程中样品暴露在空气中,使得原料粉末也被氧化,导致合金最终的力学性能严重下降。     

陶瓷窑炉自控智能化有待解决的问题

人工神经网络及模糊控制在陶瓷窑炉自控系统中得到日益广泛的应用,它们自身的发展也不断推动陶瓷窑炉智能控制的开发及应用,但是在陶瓷窑炉自控智能化的进程中仍存在一些问题有待于解决。     

发泡压力对中间相沥青基泡沫炭结构及性能的影响

以AR中间相沥青为原料,在4、5、7、10MPa下用恒压自发泡工艺制备泡沫炭生料,经炭化、石墨化处理后分别获得炭化泡沫炭和石墨化泡沫炭。采用SEM和OM观察泡沫炭的微观形貌,采用XRD分析泡沫炭的晶体结构,并测定泡沫炭的压缩强度和热导率。结果表明:随着发泡压力的升高,孔泡变得均匀,韧带片层结构变得规则有序,但发泡压力增大到一定程度后,闭孔增多,韧带有序结构变差;当发泡压力为10MPa时,炭化和石墨化试样的压缩强度达到最大值,分别为8.16MPa和3.42MPa;当发泡压力为7MPa时,石墨化试样的热导率达到最大值,61.0W/(m·K)。     

针刺整体毡C/C复合材料整体喉衬烧蚀分析

采用针刺整体毡炭／炭（C／C）复合材料整体喉衬进行小型固体火箭发动机地面点火实验，结合扫描电镜（SEM）及能谱分析（EDS），分别对烧蚀后整体喉衬收敛部位、喉径部位和扩张部位的烧蚀形貌进行分析。结果表明：在较高压强（12～14MPa）条件下，针刺整体毡C／C复合材料整体喉衬烧蚀均匀，烧蚀型面光滑、烧蚀率低，但因轴向纤维少及轴向强度较低，接近喉径部位的收敛部位和喉径部位易产生分层；不同部位的烧蚀形貌不同，是由于整体喷管中的燃气温度、组分浓度和速度所致。     

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。     

单向C/C复合材料的液相法制备及其显微结构

以沥青、沥青加焦炭粉和树脂加焦炭粉3种预浸料制备纤维预浸体，模压成型制备初坯体，然后用沥青液相法制备了3种单向C／C复合材料试样，对这些试样的密度、孔隙率和显微结构进行了测试和观察。在热压成型初坯体内，收缩微裂纹沿纤维轴向与外界相通，可被再浸渍填充，而孔洞则大多与外界隔绝，不能被再浸渍填充。添加焦炭粉作填料有利于C／C复合材料中纤维体积含量的控制、减少封闭气孔的形成，提高材料的密度。但焦炭粉末将扰乱基体层状结构组织，甚至使其出现紊乱状态。