高性能制动系统用炭纤维增强炭和SiC双基体(C/C-SiC)复合材料

C/C-SiC制动材料具有密度低、耐高温、制动平稳、摩擦因数高、磨损少和环境适应性强等优点,是一种能满足高速高能载制动的高性能轻质材料。本文以针刺炭纤维整体毡为预制体,采用化学气相渗透法制备C/C多孔体,然后熔融渗硅制得C/C-SiC材料;研究了C/C-SiC材料的组织结构、力学性能及其失效模式、摩擦磨损性能及机理,同时介绍了中南大学研制的C/C-SiC制动材料的应用现状。     

炭纤维增强C/SiC双基体复合材料的制备及性能(英文)

以针刺炭纤维整体毡为预制体,联用化学气相沉积法与熔融渗硅法制得炭纤维增强C/SiC双基体(C/C-SiC)复合材料;研究了C/C-Si材料的显微结构、力学性能和不同制动速度下的摩擦磨损性能及机理。结果表明:C/C-SiC材料具有适中的纤维/基体界面结合强度,弯曲强度和压缩强度分别达240MPa和210MPa,具有摩擦系数高(0.41～0.54),磨损小(0.02cm3/MJ),摩擦性能稳定等特点.随着制动速度提高,C/C-Si材料的摩擦磨损机制也随之变化:在低速制动条件下主要表现为磨粒磨损;中速时以黏着磨损为主;高速时以疲劳磨损和氧化磨损为主。     

铜基粉末冶金列车闸瓦材料的摩擦磨损性能研究

在MM-1000型摩擦试验机上测试了铜基粉末冶金列车闸瓦材料在不同制动条件下的摩擦磨损性能.试验证明:该材料具有较高的摩擦系数0.43～O.46,但超过一定制动速度时摩擦系数迅速下降,材料磨损量在制动速度为3000r/min时最小,低速和高速制动时磨损量相对较大;制动速度一定时,随制动压力增大,材料的摩擦系数减小,压力增大到一定值时摩擦系数趋于稳定,制动压力对材料磨损量的影响较小;该材料低速制动下的磨损机理主要为疲劳磨损,高速制动时主要为磨粒磨损和氧化磨损.     

高温热处理C/C对C/C配对C/C-SiC摩擦学性能的影响（英文）

采用化学气相渗透法(CVI)工艺制备C/C复合材料,然后在2 300℃处理其中一个C/C试样。通过化学气相渗透法结合液体硅渗透法(LSI)制备C/C-SiC复合材料。为了提高制动的稳定性并期望克服C/C和C/C-SiC自磨的缺点,在MM-3 000型摩擦磨损试验机上研究了C/C配对C/C-SiC摩擦副的摩擦学性能。结果表明,经2 300℃高温热处理(HTT)的C/C配对C/C-SiC的平均摩擦系数(COF)为0.280,稳定摩擦系数为0.65,而没有经过高温热处理的C/C配对C/C-SiC摩擦副的平均摩擦系数及稳定摩擦系数分别为0.451和0.55。经过2 300℃高温热处理和没经过高温热处理的C/C的线磨损率分别为8.9μm/(slide cycle)和3.7μm/(slide cycle)。由于高温热处理会引起碳软化,导致了经过2 300℃高温热处理的C/C磨损率增加。总之,经过高温热处理的C/C配对C/C-SiC在提高稳定摩擦系数的同时不能改善其他摩擦磨损性能。C/C配对C/C-SiC的磨损机理主要是磨粒磨损,氧化磨损和疲劳磨损。     

C／C—SiC制动材料的研究进展

简要介绍了汽车制动材料的种类和各类材料的优缺点,指出C/C-SiC复合材料具有优良的摩擦性能,代表着当前制动材料的最高水平.主要论述了C/C-SiC制动材料的国内外研究进展、制备工艺以及未来的发展趋势.在制备工艺中,主要介绍了液相硅渗透法和温压一原位反应法两种短周期、低成本的工艺.认为采用短碳纤维模压工艺是以后大批量生产C/C-SiC制动材料最有前途的一种方法.     

熔融渗硅法制备C/C-SiC复合材料的研究进展

综述了熔融渗硅法制备C/C-SiC复合材料的国内外研究和应用现状,重点分析了碳纤维预制体和C/C多孔体的制备,以及熔融渗硅过程对C/C-SiC复合材料性能和结构的影响,介绍了C/C-SiC复合材料作为热结构和摩擦材料在航空航天和先进摩擦制动系统中的应用,提出了C/C-SiC复合材料制备过程中存在的问题和今后研究的重点.     

不同制动速度下C/C复合材料摩擦面研究

采用MM-1000型摩擦磨损试验机测试了粗糙层基体炭C/C复合材料试样在不同制动速度下的摩擦磨损性能, 借助微区拉曼光谱和扫描电镜研究了试样摩擦面的结构与形貌。结果表明粗糙层基体炭C/C复合材料具有优异的摩擦速度特性。试样的摩擦系数和试验后摩擦面上碳原子的有序度无直接对应关系, 制动速度对摩擦系数的影响应归因于制动速度对摩擦面温升和摩擦膜厚度及完整性的影响。5m/s的低制动速度下, 试样因吸附水气摩擦系数持续低值(0.15), 摩擦面上无连续摩擦膜产生; 10m/s的制动速度下水气被解吸附, 摩擦面出现多层厚膜, 摩擦系数达到峰值(0.5), 此后, 随制动速度增加, 摩擦膜减薄, 材料磨损量呈下降趋势; 当制动速度增加到25m/s及以上, 摩擦面的温升导致氧化质量损失和线磨损增加, 摩擦系数也稍有衰减(0.3)。      

制动用C/C-SiC复合材料摩擦学性能研究现状

C/C-SiC复合材料是高速制动材料的优良候选材料。摩擦磨损性能是衡量制动材料的主要性能指标,也是制约材料进一步应用的主要因素。主要从材料微观结构和成分以及工况条件对C/C-SiC复合材料的摩擦磨损性能的影响两方面阐述了C/C-SiC复合材料摩擦磨损性能的研究现状;分析了影响C/C-SiC复合材料摩擦磨损性能的主要材料因素和工况条件;讨论了各自影响机制;并提出了进一步提高C/C-SiC复合材料摩擦磨损性能和使役安全所需解决的问题。     

C/C-SiC刹车材料的研究进展

C/C-SiC复合材料是新一代高性能刹车材料,在高速列车、飞机和重型汽车等高能载制动领域具有广阔的应用前景。介绍了C/C-SiC复合材料的制备方法,分析了各种制备方法的优缺点。从材料的物相组成和使役条件两方面分析了C/C-SiC刹车材料摩擦磨损性能的影响因素,介绍了C/C-SiC刹车材料的优化设计,并对未来的研究方向、研究重点进行了展望。     

C/C多孔体对C/C-SiC复合材料制备及性能的影响

以准三维针刺碳纤维预制体,经化学气相渗透(CVI)法制备了4种密度的C/C多孔体,利用先驱体浸渍裂解法(PIP)制备了C/C-SiC复合材料,研究了C/C多孔体对C/C-SiC复合材料制备和最终性能的影响。结果表明:C/C多孔体密度越低,最终得到的C/C-SiC复合材料开孔隙率及SiC含量较高。SiC的存在使C/C-SiC材料具有较高的弯曲强度,纤维和基体界面也是影响弯曲强度的关键因素,其中密度为1.35g/cm3的C/C多孔体所制备的C/C-SiC复合材料纤维和基体之间形成较好的结合界面,其弯曲强度最大。同时,SiC含量增加可显著提高C/C-SiC复合材料的抗烧蚀性能。     

水润滑橡胶轴承用氯磺化聚乙烯的耐介质性及摩擦磨损性能

研究了不同交联体系制备的氯磺化聚乙烯(CSM)的耐水、耐油性能,并以CSM为基体制备了水润滑橡胶轴承,研究了在海水润滑介质中,橡胶轴承的摩擦磨损性能,同时与丁腈橡胶(NBR)耐水耐油和摩擦磨损性能进行了对比。结果表明,不同交联体系制备的CSM,显示出优异的耐水、耐油性能,并且均明显优于NBR;在变速、变载荷的实验条件下,CSM制备的橡胶轴承的摩擦系数、磨损量绝大多数工况下均小于NBR橡胶轴承,显示出优异的摩擦磨损性能,是替代NBR制备水润滑橡胶轴承的理想基体材料。     

ZrC改性C/C-SiC复合材料的烧蚀性能研究

采用"化学气相渗透+先驱体浸渍裂解"(CVI+PIP)混合工艺,制备了ZrC改性C/C-SiC复合材料,研究了引入ZrC对改善C/C-SiC材料烧蚀性能的影响。结果表明,氧乙炔烧蚀600s后,C/C-SiC材料表面疏松,出现了大量孔洞;而同结构C/C-ZrC-SiC材料表面相对比较致密,被白色氧化物质覆盖,相比C/C-SiC材料,烧蚀率降低了一个数量级。C/C-ZrC-SiC材料氧化后形成了ZrO2-SiO2玻璃态熔融层,由于粘度较高,提高了与基体的粘附力,抵抗了氧乙炔气流的冲刷;而且熔融层能够有效降低氧化性气氛向材料内部扩散的速率,对于抑制材料的进一步氧化烧蚀起到了积极作用。     

高速列车粉末冶金制动材料的研究进展

为适应高速列车更快速、更安全、更舒适、更环保的发展需求,高速列车制动材料应具备合适且稳定的摩擦因数、优良的耐磨性、高的耐热性与抗热疲劳性、足够的机械强度、与制动盘匹配良好、良好的环境适应性及环境友好性等特性。由于在制动方面具有不可替代的优越性,目前300 km/h及以上的高速列车均采用粉末冶金制动材料。从材料设计、制备技术、摩擦磨损性能与机理及性能评价等方面,对近年来高速列车粉末冶金制动材料的研究进展进行了综述。首先,阐述了材料中基体组元、润滑组元及摩擦组元的基础研究,以及材料的环保化、组元简易化发展趋势;其次,探讨了制备工艺参数对摩擦磨损性能的影响,简述了制备技术的发展;再次,分析了服役条件对摩擦磨损性能的影响规律,介绍了闸片/制动盘匹配性的研究;最后,归纳了摩擦磨损性能的评价与预测方法,总结了摩擦磨损机理的最新研究进展。     

JS材料在不同介质润滑下的摩擦学特性

作者利用MPV-1500摩擦试验机对JS材料在20#机械油、10#汽油机油、10W30CD柴油机油、甘油及三乙醇胺润滑下的摩擦、磨损及极限Pv性能进行了系统研究.结果发现,以上介质润滑均可大大改善JS材料的摩擦、磨损及极限PV性能,使其摩擦系数比干摩擦时降低2～3个数量级,磨损量降低1～2个数量级,极限PV值则提高1个数量级以上.同时,JS材料在以上五种介质润滑时的极限PV值均大于120MPa·m/s,约为纯PTFE(聚四氟乙烯)轴承极限PV值(干摩擦)的100倍,是巴氏合金轴承在20#机械油润滑时极限PV值的数倍,因而JS材料在以上介质润滑下可以作为高PV值的滑动轴承在实际中应用.     

针刺毡C/C复合材料磨擦制动压力和速度特性

用模拟刹车制动的摩擦试验机,研究探讨了一种针刺毡结构C/C复合材料在不同制动压力和制动速度下的摩擦磨损性能,并用扫描电子显微镜对摩擦表面进行了观察和分析。摩擦磨损机理由磨屑经挤压、剪切堆积在表面形成的磨屑层所决定。在5m/s制动速度或静态条件下,表面温度低(<150~200℃)吸附水气未脱附,其润滑作用导致了较低的摩擦系数值;当制动速度达到10m/s,摩擦使表面温度升高,达到了吸附水气脱附温度,引起摩擦系数急剧升高,达到了最大;此后,随制动速度及表面温度的继续升高,磨屑层间剪切强度降低,导致摩擦系数随之下降。在较高制动速度下,该种材料仍能保持较高的摩擦系数,显示出优良的高温高能摩擦性能。     

基体表面粗糙度对MoS_(2)/Ti薄膜摩擦磨损性能的影响EI北大核心CSCD

为揭示基体表面粗糙度对MoS_(2)/Ti固体润滑薄膜摩擦磨损性能的影响规律,并探究其摩擦磨损机理,采用磁控溅射方法,在不同表面粗糙度的轴承钢基体上沉积MoS_(2)/Ti薄膜。通过划痕测试仪、X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜和粗糙度轮廓仪,分别评价MoS_(2)/Ti薄膜的膜基结合力、物相成分、表面微观形貌以及表面粗糙度,并采用球-盘摩擦磨损实验研究干摩擦、固体-油复合润滑和固体-脂复合润滑条件下,MoS_(2)/Ti薄膜的摩擦磨损性能。结果表明:随着基体表面粗糙度的增加,MoS_(2)/Ti薄膜的表面粗糙度逐渐增加;薄膜中(002)_(MoS_(2))和(100)_(MoS_(2))衍射峰的强度先减弱后增加;薄膜与基体的结合性能降低。当基体表面粗糙度为0.01μm时,干摩擦条件下MoS_(2)/Ti薄膜具有良好的润滑特性,平均摩擦因数为0.101,磨痕浅且小;随基体粗糙度的升高,样品的平均摩擦因数和磨损率均是先增大后减小,薄膜的主要磨损机制由磨粒磨损转变为屑片形成和破碎。当基体粗糙度较大时(R_(a)=0.26μm),分子间相互作用的影响大于机械啮合作用。采用固体-油复合润滑,高基体粗糙度的薄膜磨损表面不再出现片层剥落现象,磨痕较浅,平均摩擦因数最高可减小19%。固体-脂复合润滑条件下,样品摩擦磨损性能较差,基体粗糙度对摩擦因数的影响不显著。     

ZrC改性C/C-SiC复合材料的力学和抗烧蚀性能

采用碳纤维针刺预制体, 用前驱体浸渍裂解(PIP)法分别制备了C/C-SiC和C/C-SiC-ZrC陶瓷基复合材料, 并对材料的微观结构、力学和烧蚀性能进行了分析对比。结果表明:利用该方法可制备出陶瓷相填充充分且分布均匀的复合材料。C/C-SiC-ZrC的面内弯曲强度、厚度方向的压缩强度、层间剪切强度均低于对应的C/C-SiC的。2 200 ℃、600 s氧化烧蚀后, C/C-SiC-ZrC的抗烧蚀性能显著优于C/C-SiC, 其线烧蚀率下降43.8%, 质量烧蚀率下降25%。在超高温阶段, C/C-SiC-ZrC复合材料基体的ZrC氧化生成的ZrO₂溶于SiC氧化生成的SiO₂中, 形成黏稠的二元玻璃态混合物, 有效阻止了氧化性气氛进入基体内部。      

C/C-SiC复合材料表面ZrB_2基陶瓷涂层的制备及高温烧结机理

采用刷涂-烧结法,分别在C/C-SiC复合材料和C/C复合材料表面制备了ZrB2基陶瓷复合涂层。利用EDS,SEM分析陶瓷涂层的成分及微观形貌,通过对比C/C-SiC基体和C/C基体的表面涂层,对C/C-SiC基体表面涂层的高温烧结机理进行了探究。结果表明:高温下C/C-SiC基体中的硅组元会溢出,造成样品质量损失;同时,溢出的硅组元能渗入到陶瓷涂层中,形成了以硅为主要黏结相,ZrB2等陶瓷相弥散分布的陶瓷涂层;与C/C基体相比,硅组元的溢出能有效促进涂层与基体之间的界面结合。在对基体进行预处理的基础上,采用低温真空脱胶,高温常压烧结,能够制备出结构致密、无裂纹并与基体结合牢固的ZrB2基陶瓷涂层。     

C/C-SiC复合材料的反应烧结法制备及应用进展

C/C-SiC复合材料具有轻质、高模、高热导率、低热膨胀系数、高温抗氧化等优异性能,是很好的高温结构材料。从C纤维的涂层保护、C/C多孔体的优化设计、反应烧结渗硅3个方面概述了C/C-SiC复合材料的反应烧结工艺制备过程;综述了C/C-SiC复合材料在航空航天、空间光学系统、刹车制动等领域的相关应用进展;展望了C/C-SiC复合材料制备工艺和应用方面的发展趋势。     

仿生多孔润滑耐磨CF/PTFE/PEEK复合材料的设计及其摩擦学性能

采用模压-滤取和高温真空熔渍工艺制备了自身发汗式润滑耐磨多孔CF/PTFE/PEEK复合材料。考察了造孔剂(NaCl)、PTFE的含量及炭纤维层间间距对多孔PEEK复合材料结构和摩擦学性能的影响。结果表明,当PTFE含量为20%(质量分数,下同)、NaCl为30%、炭纤维层间间距为0.4mm所得多孔CF/PTFE/PEEK复合材料摩擦因数和磨损率最低,200N下摩擦因数、磨损率分别为0.0192,3.47×10-16 m3/Nm,较经典CF/PEEK复合材料摩擦因数降低了9倍,耐磨性提高了25倍。原因在于复合材料中PTFE能形成连续的转移膜,降低了材料摩擦因数;NaCl形成的多孔结构能储存住一定润滑油脂,摩擦过程中在载荷和温度的作用下能形成稳定润滑油膜,明显降低了材料磨损量;炭纤维布起到支撑骨架作用,并协同PTFE,NaCl提高多孔PEEK复合材料摩擦磨损性能。