国产PAN基炭纤维增强炭基体复合材料的制动摩擦行为

分别采用国产聚丙烯腈基(即PAN基)炭纤维CCF700(A)和CCF300(B)及日本东丽PAN基炭纤维T300(C)编织二维针刺毡预制体,通过化学气相沉积结合树脂浸渍炭化增密技术制备飞机刹车副用炭/炭复合材料,在HJDS-Ⅱ型地面惯性台上测试这3种炭/炭复合材料的制动摩擦特性。结果表明:用国产炭纤维制备的炭/炭复合材料样件的整体石墨化度低于用进口炭纤维制备的样件。在模拟正常着陆能载下,国产炭纤维增强样件的减速率高于进口纤维增强样件。其中,采用CCF700炭纤维制备的材料A的摩擦因数较高、波动明显,而采用CCF300炭纤维制备的材料B的摩擦因数稳定在0.28左右。同时,刹车盘A和B的刹车过程相对平稳,刹停时间短,但刹车盘C在刹车结束前有明显的刹车力矩回升,有利于刹车过程的稳定性。材料A表面形成较厚的摩擦层,而材料B的摩擦表面摩擦层较薄,这与CCF300炭纤维具有良好的耐磨性有关。     

不同试验模式下C/C-Cu复合材料的摩擦磨损特性

采用无压熔渗工艺制备1种新型的具有自润滑耐磨性能的炭纤维整体织物/炭-铜(C/C-Cu)复合材料,分别在环-块运动模式、销-盘运动模式和往复运动模式下对该材料的摩擦磨损特性进行研究,并与粉末冶金方法制备的滑板用C/Cu复合材料进行性能比较。结果表明:C/C-Cu复合材料在不同试验模式下表现出迥异的摩擦磨损特性。往复运动模式下试样表面形成完整光滑的磨屑层,摩擦因数和磨损量均分别维持在0.02和1.70 mm3的较低水平,摩擦磨损性能优于C/Cu复合材料;环-块模式下试样磨损面粗糙,摩擦因数最高,达到0.25以上,磨损量最低,仅为0.75 mm3与C/Cu复合材料的摩擦磨损性能相当;销-盘模式下试样的磨损量远高于其它2种摩擦模式,最高达55 mm3,摩擦磨损性能比C/Cu复合材料差。     

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。     

C/C-Cu复合材料的摩擦磨损行为

采用无压熔渗方法制备1种新型的C/C-Cu复合材料,研究该材料与紫铜对偶在干摩擦往复运动条件下的磨损行为,系统考察载荷30～70 N和速度0.25～1.0 m/s范围内摩擦副材料的磨损性能;通过对磨损表面及磨屑的显微分析,建立C/C-Cu复合材料的磨损机制转变图。结果表明:在选定的试验条件下,根据C/C-Cu复合材料的磨损程度,可将磨损图划分为轻微磨损区和严重磨损区。在轻微磨损区,低载荷下的主要磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损;在较高载荷下,磨损主要由磨屑膜的脱落引起;在严重磨损区,复合材料的磨损机制为剥落磨损。     

C／C复合材料的浸涂抗氧化性能

采用不同浸渍工艺浸涂C／C复合材料，研究了不同浸渍剂渍后试样的抗氧化效果，以及常压浸渍和抽真空－加压浸渍对C／C复合材料抗氧化性能的影响，研究结果表明，材料浸渍磷酸盐后其抗氧化性能可得到明显改善，用磷酸盐加压浸渍是提高C／C复合材料抗氧化性能的一种有效途径；常压浸渍处理时，在所使用的3种浸渍溶液（A溶液、Z溶液、M溶液）中，经Z溶液处理的试样其抗氧化性最好，浸渍了A溶液，Z溶液的试样的氧化失重曲线，其最佳抽真空－加压浸渍压力分别为0．8，1．2MPa.     

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/炭复合材料自愈合涂层的制备及其抗氧化性能

为了拓展C/C复合材料作为高温结构材料的应用领域,作者研究制备了一种具有自愈合功能的 C/C复合材料抗氧化涂层,它主要由SiC和Si-B-Al-Cr-Zr系陶瓷氧化物构成.静态干燥空气中的氧化试验显示,对应700～1 000 ℃的平均氧化失重率约为2.91×10-7～9.43×10-6 g/(cm2·s);涂层在1 000 ℃以内温度环境下具有良好的抗氧化能力;5～6个300～1 000 ℃热循环内涂层试样氧化速率下降,其后增加,6 h内经过10次300～1 000 ℃热循环后涂层试样氧化失重为19.64%,涂层在一定热循环范围内具有抗热震性能.SiC结合B基陶瓷为主要组分的涂层能够在较长氧化时间和一定的热震循环周期内保持涂层试样较低的氧化失重率并降低其氧化速率.     

炭/炭复合材料MoSi2/SiC高温抗氧化复合涂层的制备及其结构

采用两段式包埋法工艺可制得涂层结构合理的复合梯度涂层，从里到外涂层结构为：SiC过渡层→SiC致密层→MoSi2／SiC双相层→以MoSi2为主的外层。随着制备工艺中高温阶段保温时间的延长，涂层表面1．2MoSi2为主的薄层越连续。涂层与基体的结合以化学结合为主，并有机械结合，结合强度高。用正硅酸四乙酯对涂层表面进行封闭处理，凝胶形成的SiO2可充填涂层表面裂纹并覆盖在涂层表面。在1500℃高温空气中氧化，未封闭处理的涂层试样表现为氧化失重，封闭处理后的试样氧化增重。     

HNO_3氧化改性对国产PAN基炭纤维表面成分和组织结构的影响

采用HNO3对国产PAN基炭纤维进行表面改性处理。采用氧氮氢联测仪、XPS、FTIR、Raman、SEM检测改性后炭纤维表面活性基团和微观结构的变化。结果表明:经55℃氧化处理后,纤维质量减小;而经80℃和100℃处理后,纤维质量增加。氧化处理后,纤维整体和表面的氧含量都增加,整体的氧含量明显低于表面,而增幅却高于表面。在氧化过程中,—OH、C—O、C=O、COOR及吡啶型氮、四价氮、—NO2的生成与转变同时发生,形成了低活性基团向高活性基团转变的动态过程,且随氧化温度升高或时间延长,纤维表面无序度降低。