化學氣相滲透制備C-C-SiC摩擦材料的微觀結構及摩擦行為研究.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,采用化學氣相沉積(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,并將其與目前己得到普遍工程應用的反應熔融滲透(RMI)工

2、藝制備C/C-SiC摩擦材料進行了對比。主要研究內容和結果如下:
　　(1)以2.5D針刺氈為預制體,采用CVI工藝制備的C/C-SiC中,反應生成的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的形成過程與機理,并表征了熱解炭/SiC等C/C-SiC材料中的主要界面結構。
　　(2)研究了制各工藝對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層則相對較為疏松。
　　(3)研究了制備工藝和組分含量對C/C-SiC熱擴散率的影響及其規(guī)律。
　　(4)研究了C/C-SiC的力學性能及其影響因素。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、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)研究了時間、溫

4、度、及成分對C/C-SiC復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理。
　　(6)通過MM-1000實驗臺,研究了材料成分與微觀結構、制動條件對CVI-C/C-SiC摩擦材料摩擦磨損性能的影響,并與RMI-C/C-SiC材料進行了對比。結果表明,CVI-C/C-SiC摩擦材料在自對偶低載能條件下的摩擦系數(shù)為0.16～0.239之間,在自對偶高載能條件下的摩擦系數(shù)為0.21～0.31之間,在鋼對偶條件下的

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條件下,相應的摩擦系數(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在不同制動條件下的摩擦磨損機理。自對偶低載能條件下的磨損方式以磨粒磨損為主;自對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