一种高性能C/C-SiC复合材料摩擦偶件优化选择研究

采用超声波渗硅技术,经化学气相沉积、硅化处理、浸渍/炭化增密和石墨化处理制备C/C-SiC复合材料.用偏光显微镜、扫描电子显微镜观测其微观组织结构,用X射线衍射仪进行物相分析,用MM一1000性摩擦磨损试验机检测C/C-SiC复合材料分别与C/C复合材料、30 CrSiMoVA钢和铁基粉末冶金材料组成摩擦副的摩擦性能.结果表明:C/C-SiC复合材料中只有C相和13-SIC相,C相的组成为炭纤维、沉积炭和树脂炭同时存在;C/C-SiC复合材料与铁基粉末冶金材料组成的摩擦副的摩擦性能优异,其摩擦因数为0.42,摩擦稳定性为85%,磨损值为3.9 μm/(次·面).     

Fe_xSi_y改性C/C-SiC制动材料的制备及其性能

以针刺整体炭毡为预制体,采用化学气相渗透法(CVI)增密制备C/C多孔体,采用反应熔体浸渗法(RMI),将Fe与Si同时熔渗进C/C坯体中制备FexSiy改性C/C-SiC复合材料。研究FexSiy改性C/C-SiC复合材料的组织结构、力学性能和摩擦磨损性能。研究结果表明:硅铁化合物被SiC基体包围填充于C/C坯体孔隙中;FexSiy改性C/C-SiC复合材料的弯曲强度为189.65 MPa,垂直和平行摩擦面的压缩性能分别为296.93 MPa和201.32 MPa;分别采用30Cr钢和自身材料作对偶时,FexSiy改性C/C-SiC复合材料的平均摩擦因数均为0.24左右,线磨损均小于3.5μm.面-1.次-1,但与铬钢对摩静系数明显增大,而与自身对摩制动曲线出现明显翘尾现象,其摩擦磨损过程是由磨粒磨损、黏着磨损和氧化磨损相互作用的结果。     

沥青基人造石墨/天然石墨球复合炭负极材料的制备与性能

将沥青与天然石墨球按不同比例混合,经碳化处理后再进行石墨化得到锂离子电池用复合炭负极材料。研究结果表明:复合炭材料具有较大的平均层间距d002;复合炭材料仍保持类球形形貌;复合炭材料在较大倍率下的循环性能优于天然石墨球,其中在沥青基人造石墨与天然石墨球的质量比为15%的条件下,0.1C(1C=300 mA/g)充放电电流下材料的可逆比容量为343.7 mA·h/g,首次库仑效率为85.4%,1C下可逆比容量为295.4 mA·h/g,达到0.1C时可逆比容量的85.9%;1C倍率下50次循环比容量保持率为91.6%,与天然石墨球相比,复合材料具有更大的锂离子扩散系数。     

制备工艺对C/C-SiC复合材料摩擦磨损性能的影响

以碳纤维针刺整体毡为增强体,采用化学气相渗透法(CVI)制备低密度的碳/碳多孔体,再分别采用反应熔体浸渗法(RMI)和先驱体浸渍裂解法(PIP)制备C/C-SiC复合材料。在MM-3000型摩擦磨损试验机上进行模拟飞机正常着陆能量条件下的刹车试验,研究两种制备工艺对C/C-SiC复合材料摩擦磨损性能的影响。研究结果表明:PIP工艺制备的C/C-SiC复合材料摩擦性能较优,其平均动摩擦因数为0.350,平均磨损率为3.500μm/(面·次);摩擦表面较完整、致密,磨屑为粗颗粒状,表现为磨粒磨损、黏着磨损、氧化磨损的共同作用。RMI工艺制备的C/C-SiC复合材料摩擦表面粗糙,未形成完整的摩擦膜,磨屑为细颗粒状,表现为磨粒磨损、疲劳磨损、黏着磨损、氧化磨损的共同作用。     

刹车速度对RMI-C/C-SiC复合材料摩擦磨损行为的影响

以针刺整体炭毡为坯体,采用化学气相浸渗法（CVI）增密制备C/C多孔体,然后采用熔硅浸渗C/C多孔体制备C/C-SiC复合材料。在MM-1000摩擦磨损试验机上测试该材料在不同刹车速度下的摩擦磨损行为,分别用金相显微镜和扫描电子显微镜观察摩擦表面及磨屑形貌。结果表明：复合材料摩擦因数随刹车速度的增加先升高后降低最后趋于稳定;在速度为2 500 r/min时,摩擦因数达到0.52;磨损量随刹车速度的提高而降低,在速度为1 000 r/min时,线性磨损量为最大值21.3μm/（面·次）;当刹车速度小于4 000 r/min时,摩擦磨损机理为很严重的磨粒磨损,当速度大于4 000 r/min时,摩擦磨损机理以粘着磨损和氧化磨损为主。     

温压-原位反应法制备C/C-SiC复合材料及其显微结构分析

采用温压-原位反应法制备炭纤维增强炭和碳化硅双基体(C/C-SiC)复合材料,利用X线衍射分析材料组成,并通过扫描电子和透射电子显微镜从不同尺度观察复合材料的微观结构。研究结果表明：硅炭原位反应生成的SiC是面心立方β-SiC,并以多种形态分布在C/C-SiC复合材料中,主要有小颗粒状、圆弧状、多面体形状和不规则形状等;树脂炭基体和SiC基体之间存在非晶界面相,SiC基体的晶面间距约为0.4 nm,并存在大量孪晶,呈现平行分层生长的形貌。     

炭/炭复合材料的摩擦磨损性能

选取由CVD预增密至一定密度,再进行树脂浸渍/炭化补充增密至1.85 g/cm3的炭/炭复合材料作摩擦环试样.测试了该试样在一系列刹车速度时的摩擦磨损性能,并对其摩擦面及磨屑进行了SEM观察,对摩擦面进行显微喇曼光谱分析.研究结果表明炭/炭复合材料的摩擦磨损性能随刹车速度的变化而发生显著变化,在10 m/s时出现最高峰,在25 m/s出现亚高峰;磨损量随刹车速度的增加而增加,而氧化磨损在刹车速度为25 m/s时开始大量产生,在28 m/s时达最大值.其摩擦表面形貌、结构及磨屑亦有较大差别.刹车速度从5 m/s升至20 m/s时,摩擦面石墨化度降低,石墨结构向无定型碳结构转变,但在高速时石墨化度反而升高,无定型碳结构又向石墨结构转变.     

中间相炭-天然石墨球复合材料的制备及电化学性能

以煤焦油为原料在天然石墨球表面包覆一层中间相炭制备复合炭材料,研究中间相炭、天然石墨球和复合炭材料作为锂离子二次电池炭负极材料的电化学性能,并考察不同温度热处理得到的复合炭材料的电化学性能。研究结果表明：复合炭材料同时具有中间相炭及天然石墨球的优点;随着热处理温度的升高,复合炭材料的充放电容量有所降低,于700℃处理2 h的性能最佳,首次充电容量达378 mA.h/g,首次充放电效率为91.3%。复合炭材料在Li/C扣式电池中的循环性能得到提高,50个循环后容量保持率为96%。     

短纤维C/C-SiC复合材料的组织结构与断裂机制

采用水悬浮分散法制得含Si短炭纤维料饼, 经树脂浸渍、模压成形和炭化后成为预制体, 经反复浸渍/炭化增密和高温反应生成SiC, 制备了C/C-SiC复合材料. 利用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射对其组织结构特征和断裂机制进行研究. 结果表明: C/C-SiC复合材料的增强相短炭纤维具有垂直于压力方向的平面内随机取向的层状结构, 平行于压力方向上分布的纤维较少;基体中的碳化硅为β-SiC, 在C/C-SiC复合材料中主要分布在纤维与基体、纤维与纤维之间的各种缝隙中和原来硅颗粒所处的位置附近;C/C-SiC复合材料弯曲破坏属于脆性断裂, 微观破坏机制主要表现为短炭炭纤维的"拔鞘"、脱离或脆断, 以及基体炭和碳化硅的脆性断裂.     

不同刹车压力下C/C复合材料的摩擦磨损性能

研究了粗糙层和光滑层2种不同热解炭与树脂炭混合基体炭/炭复合材料在不同制动压力下的摩擦磨损性能,且对摩擦表面与磨屑进行了SEM观察和分析,并采用X射线衍射与激光喇曼光谱测定了在不同刹车压力下摩擦表面的石墨化度.研究结果表明:C/C复合材料的摩擦因数由摩擦表面所形成的摩擦膜所决定,随着刹车压力的增大,摩擦膜更完整平滑,摩擦因数呈降低趋势,磨损则随刹车压力的增大而呈增大趋势;粗糙层结构C/C复合材料即使在高制动压力下,仍能具有较高的摩擦因数,显示出优良的高压摩擦性能;高压下摩擦表面会发生应力石墨化作用,这是高压下摩擦因数下降的原因之一.