炭-炭復合材料制動性能研究.pdf

1、本研究以航空飛機剎車盤為背景，在C/C復合材料制備技術、化學氣相滲(CVI)熱解炭結構控制、力學性能與破壞機理、制動摩擦磨損性能及其機理等方面進行了較深入的研究與探討。主要內容和結論如下： (1)C/C復合材料的制備以全炭纖維準三維針刺氈為預制體，采用化學氣相滲透(CVI)為主、液相樹脂或瀝青浸漬-炭化為輔的復合增密技術。為加快CVI速度和控制好熱解炭結構，在對熱解炭沉積機制研究的基礎上，提出了通過控制沉積區(qū)域的微氣氛來獲得理

2、想熱解炭結構的技術途徑，并發(fā)明了一種微壓差定向流CVI技術，成功制備出理想的粗糙層結構熱解基炭C/C復合材料。 (2)C/C復合材料的三點彎曲、層間剪切和縱向、橫向壓縮等力學性能進行了測試和分析，就不同CVI熱解炭結構而言，光滑層(SL)結構基質炭的彎曲強度和層間剪切強度要明顯高于粗糙層(RL)和SL+RL兩種基質炭的彎曲強度和層間剪切強度；且強度隨密度升高而增大，密度越高，強度增長幅度越大?？v向壓縮破壞為分層劈裂方式；橫向壓

3、縮破壞依密度高低，有壓潰破壞、剪切破壞和分層破壞方式。30％纖維體積含量的C/C復合材料較40％和25％纖維體積含量的C/C復合材料具有更佳的力學性能。 (3)C/C復合材料進行了模擬飛機不同條件制動的摩擦磨損性能試驗。以粗糙層結構為主的熱解炭有利于C/C復合材料獲得優(yōu)良的制動摩擦磨損性能，在各種剎車速度和剎車壓力條件下均保持高而穩(wěn)定的摩擦系數和較低的磨損。這是因為，在摩擦剪切作用下，由粗糙層結構熱解炭生成的磨屑易剪切變形，覆

4、蓋在摩擦表面，形成平整、光滑的摩擦膜。該摩擦膜具有自修復功能，確保C/C復合材料具有穩(wěn)定的摩擦磨損性能。 (4)關于最終高溫熱處理溫度的影響，由于強烈的摩擦剪切作用可促進摩擦膜內碳原子的遷移，較高的剎車速度和剎車壓力促使膜內炭的石墨結晶程度升高，因而，當剎車速度大于25m/s，粗糙層結構熱解炭初始結晶程度對摩擦性能的影響基本消除，此時熱處理溫度對C/C復合材料的摩擦系數無明顯影響。 (5)關于制動摩擦特性的研究表明，

5、摩擦系數隨剎車速度的變化與摩擦表面溫升有著密切的關系。摩擦表面溫度低時(5m/s剎車速度或靜態(tài))，吸附水氣將導致較低的摩擦系數；摩擦表面溫度升高到解吸附水氣溫度(如10m/s制動速度)，摩擦系數將急劇升高；剎車速度及表面溫度繼續(xù)升高，磨屑層間剪切強度下降，導致摩擦系數隨之下降。 (6)對所研制的C/C復合材料飛機剎車副進行了1：1慣性臺剎車試驗，在設計著陸能量條件下，國產件摩擦特性基本與Dunlop原件相當；在超載、易熔塞不熔