C-C-SiC復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)與摩擦磨損性能研究.pdf

1、C/C-SiC復(fù)合材料綜合性能優(yōu)異，成為新一代高速列車(chē)剎車(chē)制動(dòng)材料，深化摩擦磨損性能及其影響因素研究是提高制動(dòng)材料性能的關(guān)鍵。本文以“CVI-RMI”工藝制備的C/C-SiC復(fù)合材料作為研究對(duì)象，采用一種新的基于X射線衍射技術(shù)的Rietveld全譜擬合法對(duì)C/C-SiC復(fù)合材料進(jìn)行了定量分析;實(shí)驗(yàn)使用多種方法對(duì)C/C-SiC復(fù)合材料的整體微觀結(jié)構(gòu)及孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測(cè)試分析;同時(shí)研究了C/C-SiC復(fù)合材料的摩擦磨損性能的影響因素及機(jī)理。研究

2、結(jié)果表明:
　　 C/C-SiC復(fù)合材料系由編織束絲碳纖維、氣相沉積碳、先驅(qū)體裂解碳、α-SiC(原料加入)、β-SiC(反應(yīng)生成)及少量殘留Si組成的復(fù)雜多相復(fù)合材料。且定量分析出，C/C-SiC復(fù)合材料中總游離碳含量在35.9％-56.6％范圍內(nèi)，SiC(包括α-SiC和β-SiC)含量在39.8％-48.4％范圍內(nèi)，Si含量在3.6％-19.8％范圍內(nèi)。研究表明，Rietveld全譜擬合技術(shù)在含有無(wú)定形碳、SiC和Si的多

3、相體系的定量分析應(yīng)用中具有較高的可靠性。
　　 C/C-SiC復(fù)合材料材料致密度較高，體積密度約為1.76g/cm3，開(kāi)孔率在10.4％-12.5％之間;材料中微米級(jí)以上大孔的體積占總孔隙體積的83.6％，而材料表面積主要是由納米級(jí)微孔貢獻(xiàn)，其表面積百分比高達(dá)90.3％。
　　 摩擦磨損實(shí)驗(yàn)顯示，在以GCr15軸承鋼材料為摩擦副材料、200N、200r/min、干態(tài)摩擦條件下，C/C-SiC復(fù)合材料的摩擦系數(shù)在0.4-0

4、.5之間，磨損率較小（約為0.62×10-5mm3·N-1·m-1），約是粉末冶金SiC顆粒增強(qiáng)Cu基復(fù)合材料的1/40，表現(xiàn)出良好的制動(dòng)性能及高的耐磨性;同時(shí)其抗彎強(qiáng)度可達(dá)到79.3MPa，表現(xiàn)出良好的抗破壞能力。所以C/C-SiC復(fù)合材料是一種有良好應(yīng)用前景的摩擦制動(dòng)材料。
　　 摩擦磨損機(jī)理研究發(fā)現(xiàn):以GCr15軸承鋼為摩擦副材料，在200r/min、干態(tài)的摩擦條件下，當(dāng)摩擦壓力小于200N時(shí)，C/C-SiC復(fù)合材料樣品磨

5、面上有明顯的犁痕存在，磨損形式主要以磨粒磨損為主。壓力超過(guò)200N后，摩擦系數(shù)上升，摩擦磨損機(jī)理由磨粒磨損轉(zhuǎn)化為粘著磨損;摩擦速度變?yōu)?00r/min后，C/C-SiC復(fù)合材料的磨損形式主要是粘著磨損和氧化磨損，并伴有磨粒磨損;在200N、200r/min、濕態(tài)摩擦條件下，C/C-SiC復(fù)合材料的摩擦系數(shù)在0.4左右，相對(duì)干態(tài)下降低0.1左右，磨損率也大大降低，摩擦系數(shù)穩(wěn)定，并且速度對(duì)摩擦性能的影響較小。所以C/C-SiC復(fù)合材料有望應(yīng)