化學(xué)氣相滲透制備C-C-SiC摩擦材料的微觀結(jié)構(gòu)及摩擦行為研究.pdf

1、C/C-SiC摩擦材料因其有具有密度低(≤2.40g·cm-3)、高強(qiáng)度、摩擦系數(shù)高且穩(wěn)定、耐磨損、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。本研究以高速高能載制動(dòng)系統(tǒng)用C/C-SiC摩擦材料為研究背景,采用化學(xué)氣相沉積(CVI)工藝制備C/C-SiC,系統(tǒng)地研究了CVI-C/C-SiC的微觀結(jié)構(gòu)、導(dǎo)熱性能及導(dǎo)熱機(jī)制、力學(xué)性能及失效機(jī)制、氧化性能及氧化機(jī)制和摩擦磨損性能及機(jī)理,并將其與目前己得到普遍工程應(yīng)用的反應(yīng)熔融滲透(RMI)工

2、藝制備C/C-SiC摩擦材料進(jìn)行了對(duì)比。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　(1)以2.5D針刺氈為預(yù)制體,采用CVI工藝制備的C/C-SiC中,反應(yīng)生成的SiC主要分布在纖維稀疏區(qū)(如針刺纖維束附近和無緯布層的纖維束間),其形貌以細(xì)小的菜花狀SiC顆粒為主。系統(tǒng)研究了CVI過程中SiC的形成過程與機(jī)理,并表征了熱解炭/SiC等C/C-SiC材料中的主要界面結(jié)構(gòu)。
　　(2)研究了制各工藝對(duì)C/C-SiC基體中SiC層形貌及其性能

3、的影響,并指出CVI工藝過程制得的SiC層連續(xù)而致密,而RMI過程制得的SiC層則相對(duì)較為疏松。
　　(3)研究了制備工藝和組分含量對(duì)C/C-SiC熱擴(kuò)散率的影響及其規(guī)律。
　　(4)研究了C/C-SiC的力學(xué)性能及其影響因素。CVI-C/C-SiC的彎曲破壞過程表現(xiàn)出典型的“假塑性”特征,其破壞過程中發(fā)生了裂紋偏轉(zhuǎn)、纖維橋接、裂紋分叉、纖維撥出和界面脫粘現(xiàn)象,而壓縮破壞則表現(xiàn)為剪切破壞形式。
　　(5)研究了時(shí)間、溫

4、度、及成分對(duì)C/C-SiC復(fù)合材料氧化失重率的影響,揭示了C/C-SiC的氧化過程特征及氧化機(jī)理。
　　(6)通過MM-1000實(shí)驗(yàn)臺(tái),研究了材料成分與微觀結(jié)構(gòu)、制動(dòng)條件對(duì)CVI-C/C-SiC摩擦材料摩擦磨損性能的影響,并與RMI-C/C-SiC材料進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明,CVI-C/C-SiC摩擦材料在自對(duì)偶低載能條件下的摩擦系數(shù)為0.16～0.239之間,在自對(duì)偶高載能條件下的摩擦系數(shù)為0.21～0.31之間,在鋼對(duì)偶條件下的

5、摩擦系數(shù)為0.245～0.29之間。而RMI-C/C-SiC摩擦材料在上述三種制動(dòng)條件下,相應(yīng)的摩擦系數(shù)分別為0.30,0.336和0.34,均高于CVI-C/C-SiC摩擦材料。
　　(7)揭示了CVI-C/C-SiC在不同制動(dòng)條件下的摩擦磨損機(jī)理。自對(duì)偶低載能條件下的磨損方式以磨粒磨損為主;自對(duì)偶高載能條件下的磨損以氧化磨損和磨粒磨損為主;而鋼對(duì)偶條件下的磨損以磨粒磨損和粘貼磨損為主。
　　(8)發(fā)現(xiàn)了高SiC含量CVI