C-C-SiC摩擦材料的制備、結構和性能.pdf

1、C/C-SiC摩擦材料因具有密度低(≤2.40g·cm-3)、耐高溫(≥1600℃)、高強度、摩擦系數(shù)高且穩(wěn)定、耐磨損、環(huán)境適應性強和使用壽命長等優(yōu)點而受到廣泛關注。本研究以高速高能載制動系統(tǒng)用C/C-SiC摩擦材料為研究背景，采用熔硅浸滲法(LSI)和溫壓-原位反應法(WCISR)兩種不同工藝制備C/C-SiC，系統(tǒng)地研究了C/C-SiC的微觀結構、導熱性能及導熱機制、力學性能及失效機制、氧化性能及氧化機制和摩擦磨損性能及機理，并研制

2、了工程機械和高速列車用制動閘片(瓦)，在1:1慣性試驗臺進行了應用研究。主要研究內(nèi)容和結果如下：
　　 (1)以整體氈為預制體，采用LSI制備的C/C-SiC中反應生成的SiC主要分布在網(wǎng)胎層，針刺纖維束附近和無緯布層的纖維束間，以粗大的SiC多面體、納米SiC顆粒和SiC納米線三種形貌存在。系統(tǒng)研究了不同形貌SiC的形成過程與機制，并表征了熱解炭/SiC等C/C-SiC材料中的主要界面結構。
　　 (2)以短切炭纖維、

3、石墨粉、硅粉、酚醛樹脂和粘結劑為原料，采用WCISR制備的C/C-SiC材料中纖維擇優(yōu)排布，SiC以網(wǎng)絡狀的形式分布在C/C-SiC中，主要有多面體狀、圓弧狀和不規(guī)則形狀等多種形貌。揭示了WCISR工藝中Si+C原位反應機理和坯體裂紋形成機制。奠定了高性能C/C-SiC的低成本制備技術基礎。
　　 (3)研究了炭纖維預制體結構、基體炭結構、制備工藝和組分含量等對C/C-SiC熱擴散率的影響規(guī)律。首次研究了WCISR制備的C/C-

4、SiC在室溫～1300℃的導熱性能及其導熱機制。成功研制了高熱擴散率的C/C-SiC制備技術，即樹脂浸漬/炭化與LSI相結合。
　　 (4)研究了C/C-SiC的力學性能及其影響因素。LSI-C/C-SiC的彎曲破壞過程表現(xiàn)出良好的“假塑性”，破壞過程中發(fā)生了裂紋偏轉、纖維橋接、裂紋分叉、纖維撥出和界面脫粘現(xiàn)象，壓縮破壞表現(xiàn)為剪切破壞形式。WCISR-C/C-SiC的縱向壓縮縱向壓縮表現(xiàn)為韌性斷裂，以對角剪切破壞方式為主；橫向壓

5、縮表現(xiàn)為脆性斷裂，以多層復合剪切破壞的方式為主。
　　 (5)研究了時間、溫度和成分對C/C-SiC氧化失重率的影響，揭示了C/C-SiC的氧化過程特征及氧化機理，為C/C-SiC摩擦過程的氧化失效研究奠定了基礎。
　　 (6)研究了材料成分與微觀結構、制動條件和環(huán)境因素等對C/C-SiC摩擦材料摩擦磨損性能的影響。C/C-SiC摩擦過程中受水分的影響小，摩擦系數(shù)濕態(tài)衰減小(≤8％)，回復快。成功研制了具有優(yōu)異摩擦磨損性

6、能的C/C-SiC摩擦材料(8～24m/s速度下的摩擦系數(shù)在0.3～0.6之間可調，磨損量穩(wěn)定在0.01～0.03cm3/MJ)。
　　 (7)揭示了C/C-SiC在高速、高能載、復雜環(huán)境下的摩擦磨損機理。C/C-SiC與對偶件的相互作用是機械的和(或)分子的，其摩擦是犁溝效應和粘著效應共同作用的結果。C/C-SiC的磨損可劃分為四個基本類型：磨粒磨損、粘著磨損、氧化磨損和疲勞磨損。
　　 (8)首次將C/C-SiC應用