不同相对湿度下C/C复合材料的摩擦磨损性能

在MM-1000型摩擦试验机上,对C/C复合材料在不同相对湿度下进行摩擦磨损性能实验,用扫描电子显微镜对其磨损表面形貌和磨屑进行观察分析。结果表明:随着相对湿度的增加,C/C复合材料的摩擦因数降低,质量磨损下降,且在高相对湿度下,由于水分的润滑,摩擦因数要比在低相对湿度下的更稳定,两者刹车时间相近,可见在飞机着落实际环境下,短时间内相对湿度高低对刹车性能影响不大。但长时间在高相对湿度下放置后,材料的摩擦磨损性能受到很大影响,表现为刹车时间比较长,摩擦因数和质量磨损偏低。通过分析摩擦后的材料表面及磨屑形貌,发现随着相对湿度的增加,主要磨损机理发生转变,从低相对湿度下的氧化磨损转变为高相对湿度下的剥层磨损。     

载荷、时间、速度对C/C复合材料摩擦磨损行为的影响

在M2000型、MG1000型高温摩擦实验机上,将3种C/C复合材料分别与40Cr镀Cr钢、W18Cr4V钢配副进行滑动摩擦实验。结果表明:在环-块滑动摩擦实验中,随时间延长,试样摩擦系数均趋向平稳,质量磨损量均增长。其中,低密度试样的摩擦系数较高,在0.13~0.18之间波动;在销-盘滑动摩擦实验中,室温下,20 N时,具有粗糙层/光滑层/树脂炭试样摩擦系数为0.13、1 h质量磨损为1.1 mg,40 N时分别为0.10和0.9mg,60 N时分别0.15和3.9 mg为;200℃时,试样的摩擦系数和1 h质量磨损均大幅度增加,分别在0.16~0.27和4.1~5.8 mg之间;“跑合”期间,随时间延长,试样的摩擦系数和磨损量均逐渐增大;“跑合”结束后,摩擦系数变小,磨损量趋于稳定;随转速增加,试样的摩擦系数和质量磨损均增加。     

溶液浸渍和溶胶浸渍法对C/C复合材料抗氧化性能的影响

针对C/C复合材料容易氧化的缺陷,以磷酸盐为主要成分,采用溶液浸渍和溶胶浸渍2种方法对C/C复合材料进行抗氧化处理。结果表明:溶胶浸渍法可以有效地调节C/C复合材料抗氧化涂层前驱体成分,使涂层均匀、致密,具有良好的抗氧化效果。通过扫描电镜和X射线衍射等检测手段发现,溶胶类涂层与C/C复合材料结合良好,不易剥落,在较大的温度范围内呈玻璃态,具有良好的流动性能,可以有效封填涂层中的缺陷,保证涂层的抗氧化能力。但由于涂层物质晶型的转变,削弱了涂层的自愈合能力,使涂层的抗氧化能力逐步减弱。     

MoSi2价电子结构分析及结合能计算

根据固体与分子经验电子理论,通过键距差(BLD)方法,计算了金属间化合物MoSi2的价电子结构和理论结合能。结果表明,MoSi2理论结合能为1 677.1 kJ/mol,与实验值吻合。由于Si原子偏移,沿〈001〉方向分布的Si—Si原子键共价电子数最多,nD=0.402 04。MoSi2晶体中含有较高密度的晶格电子,使MoSi2具有良好的导电性。MoSi2晶体中键络分布不均匀性是导致晶体脆性的主要原因。     

C／C坯体对RMI C／C—SiC复合材料组织的影响

以PAN基炭纤维（Cf）针刺整体毡为预制体，用化学气相渗透（CVI）、浸渍炭化（IC）方法制备了不同炭纤维增强炭基体的多孔C／C坯体，采用反应熔渗（RMI）法制备C／C—SiC复合材料，研究了渗Si前后坯体的密度和组织结构。结果表明：不同C／C坯体反应溶渗硅后复合材料的物相组成为SiC相、C相及单质Si相；密度低的坯体熔融渗硅后密度增加较多；密度的增加与开口孔隙度并不是单调增加的关系，IC处理的坯体开口孔隙度低，但渗硅后复合材料的密度增加较多；IC坯体中分布分散的树脂C易与熔渗Si反应，CVI坯体中的热解C仅表层与熔渗Si反应，在Cf和SiC之间有热解C存在；坯体密度相同时，IC处理的坯体中SiC量较多，单质Si相含量少且分散较好，而CVI坯体中SiC量较少，单质Si相的量较多；制备方法相同时，高密度的C／C坯体，渗硅后C相较多。     

C/C复合材料密度及预氧化处理对SiC涂层的影响

采用包埋法分别在密度为0.8、1.4和1.8 g/cm³的炭/炭(C/C)复合材料表面制备SiC涂层,选择密度为1.8 g/cm³的试样研究预氧化处理对涂层结构和抗氧化性能的影响。利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪研究涂层的显微组织和物相组成,用1500℃静态空气氧化方法测试涂层的抗氧化性能。结果表明,随C/C复合材料密度增大,涂层嵌入基体的深度越小,涂层与基体的分界越明显。密度为1.8 g/cm³的C/C复合材料进行预氧化处理后,表面粗糙度增大,表面的炭纤维周围产生了环形孔隙,再经过包埋制备SiC涂层,涂层厚度增加且更加均匀致密。将样品于1500℃静态空气中氧化334 h后,氧化质量损失率为0.684×10^?4 g/(cm²·h),氧化后表面生成了莫来石相,抗氧化性能有明显提升。     

h-BN含量对模压技术制备C/C-BN复合材料摩擦性能的影响

以h-BN、石墨、短切炭纤维和树脂等为原料,采用模压技术+浸渍/炭化技术制备4种C/C-BN复合材料,并在M2000型试验相同测试其与40Cr钢配副时的滑动摩擦性能。结果表明:h-BN质量分数分别为3.4%和20.7%的材料的抗压强度较高,其摩擦因数随载荷增加均先增加后降低;h-BN为6.8%的材料的摩擦因数降幅最大,达0.049;而h-BN为10.1%的材料的抗压强度最低,其摩擦因数呈现波浪状起伏。随载荷增加,h-BN为3.4%和20.7%的材料的体积磨损增幅较低;而h-BN为6.8%的材料的体积磨损增幅最大,达2.41 mm3。随着时间的延长,4种材料的摩擦因数均逐渐稳定。SEM观察表明:h-BN为3.4%的材料的摩擦表面在中低载荷下较完整致密、但有长度与石墨微晶尺寸接近(10~50μm)的网络状裂纹,摩擦表面在高载荷下则较粗糙;而h-BN为10.1%的材料的摩擦表面均较粗糙、不完整。     

密度对与40Cr镀Cr钢配副的C/C复合材料滑动摩擦行为的影响

在M2000型摩擦机上,与表面Cr的40Cr钢配副,测试两种C/C复合材料不同密度试样的摩擦磨损性能。结果表明:随载荷增加,在两种材料中,低密度试样的摩擦系数较高且波动幅度大,1.8g/cm3以上试样的摩擦系数、波动幅度较低。其中A、B材料低密度试样摩擦系数波动幅度最大,分别可达0.02、0.038,而高密度试样的分别为0.012、0.012。随时间延长,A材料低密度试样摩擦系数升高,高密度试样的保持稳定;B材料低密度试样的变化不规律,高密度试样能基本保持稳定。SEM观察表明,随密度增加,材料B的磨损表面由粗糙、充满磨屑逐渐向较完整、致密的磨损表面转变。     

Mo_2C改性C/C-Cu复合材料制备过程中的显微组织演变

采用熔盐法在炭/炭(C/C)坯体内部孔隙表面制备Mo_2C改性层后,真空熔渗纯Cu制备出C/C-Cu复合材料,研究复合材料制备过程中热解炭的显微组织结构演变。结果表明,具有不同石墨化度的C/C坯体经Mo_2C涂层改性后,Cu相均可充分填充改性坯体内及Mo_2C涂层内部的孔隙,获得致密性较好的C/C-Cu复合材料。经Mo_2C涂层改性后,C/C-Cu复合材料中热解炭的结构有序度提高,且越靠近Mo_2C涂层热解炭的有序度越高。另外,采用拉曼光谱分析了热解炭结构有序度提高的原因。