炭/炭复合材料石墨化度的研究进展

从炭/炭复合材料石墨化度的测量和表征、石墨化度的影响因素以及石墨化度对复合材料性能的影响3个方面,对炭/炭复合材料石墨化度的研究现状进行了叙述和评价。指出炭/炭复合材料石墨化度的测量和表征迄今尚无公认、统一的标准;认为有必要系统地跟踪、分析、研究炭/炭复合材料中各组元及其界面在石墨化过程中的变化,以及由此带来的对材料宏观性能的影响。     

炭／炭复合材料可石墨化性能的研究

采用XRD法测量和表征石墨化度，以数种结构组成各异的二维或准二维现役航空刹车用炭／炭复合材料为对象，研究了石墨化度随石墨化处理温度的变化规律，推算出了材料的最终石墨化处理温度，并从材料的结构组成方面对其可石墨化性能特征进行了分析、比较。结果表明：在石墨化度－石墨化处理温度关系曲线上，按温度划分，存在着两个明显不同的区段；近似于直线的快速升高段（AB段）和高温时近似于水平线的缓慢升高段（CD段）。当基体中含有沥青或树脂浸渍炭时，材料的最终石墨化处理温度大多处于AB段，温度为2000－2200℃之间；当基本全部为CVD炭时，材料的最终石墨化处理温度大多处于CD段，温度可能超过2800℃。本所研究的复合材料中的CVD炭的结构皆为RL结构。     

二硼化钛-铜-石墨基复合材料的摩擦磨损性能研究

采用粉末冶金的方法制备了TiB₂-Cu-C、镀铜TiB₂-Cu-C和铜-石墨复合材料电刷。研究了以上3种复合材料电刷在相同的压力和线速度条件下的机械磨损性能和电磨损性能。研究表明: 在通电磨损时, 3种复合材料的摩擦系数、磨损量要大于纯机械磨损时的摩擦系数和磨损量, 石墨形成的润滑膜对摩擦系数的影响很大。对比3种复合材料电刷的磨损量, 发现加二硼化钛的最高, 铜-石墨的次之, 加镀铜二硼化钛的最低。加入镀铜二硼化钛电刷的耐磨性能显著提高。     

浸锑对石墨材料摩擦磨损性能的影响

碳石墨制品具有良好的自润滑性能,但是作为高温耐磨密封材料,机械强度较低,耐磨和抗氧化性能较差,应用范围受到很大的限制。向石墨制品中浸入金属锑,可以有效地提高材料的耐磨性能,使之成为一种前景非常好的特种工程材料。     

无机填料对制动摩擦材料摩擦磨损性能的影响

通过实验,研究了重晶石、蛭石和泡沫铁粉三种常用填料对制动摩擦材料摩擦磨损性能的影响。结果表明:三种填料的含量变化对材料摩擦系数影响不大,但对磨损率有一定的影响;重晶石在高温区时(250~300℃)磨损率稳定,蛭石磨损率较低,而泡沫铁粉的磨损率相对较大。     

炭纤维针刺整体毡/热解炭复合材料导热系数与石墨化度之间的关系

采用脉冲激光闪光法测量热扩散率，XRD测量石墨化度。研究了PAN基炭纤维针刺整体毡增强光滑层结构热解炭复合材料的导热系数与石墨化度之间的关系，建立了二者之间的定量数学模型。运用声子导热机制对导热变化机理进行了分析。随着石墨化度的升高，石墨微晶尺寸增大、结构渐趋完整，复合材料在平行于层面方向的室温导热系数逐渐升高，导热系数λ与石墨化度g之间关系符合公式：λ=0.64 4.93exp(g/21.94)。     

ZTA/A356复合材料的摩擦磨损性能研究

利用热压烧结制备了ZTA陶瓷预制体,然后通过压力浸渗工艺制备了ZTA/A356复合材料,同时对复合材料的摩擦磨损性能进行了测试分析.试验结果表明,ZTA/A356复合材料的体积损失约为A356基体铝合金的1/4,且复合材料的摩擦磨损性能随ZTA颗粒粒度的减小先下降再提高.     

压力对碳纤维-铜-石墨复合材料电磨损性能的影响

研究了在电磨损条件下, 压力变化对复合材料磨损性能的影响。结果表明:在纯机械磨损、电磨损条件下, 复合材料的磨损量均随磨损时间线性增大;在纯机械磨损时, 复合材料的磨损量与压力成正比, 而在电磨损条件下, 复合材料的电磨损量随压力的增加呈U 形变化;复合材料的电磨损与极性有关, 正刷的磨损量大于负刷。     

纳米NbSe2-铜基复合材料的摩擦磨损性能研究

采用粉末冶金技术制备出了纳米NbSe2-铜基复合材料,并用UTM-2型微观摩擦磨损试验机测试复合材料在不同载荷下的摩擦磨损性能,用扫描电子显微镜分析了复合材料磨痕形貌.结果表明,纳米NbSe2的加人在摩擦表面形成一层完整的纳米NbSe2润滑膜,使铜合金基体在各个载荷下的摩擦系数变得较为平稳,且能增强复合材料的承载能力.但由于NbSe2纳米粉末的加入,使基体较软,纳米粒子损失较快,以致磨损量有所增加.     

石墨化度对锂离子电池炭负极性能影响的研究

研究了两种不同的石油焦经不同温度热处理后，其石墨化度随温度的变化关系。将石墨化后的石油焦应用于１ｍｏｌ／Ｌ ＬｉＣｌＯ４／ＥＣ＋ＤＥＣ（１：１）溶液体系中作为了子电池负极，考察了石墨化度对充放电性能的影响。利用喇曼光谱（Ｒａｍａｎ）解释了石墨化度影响锂离子电池炭负极性能的原因。     

工艺条件对C/C复合材料可石墨化性的影响

用炭毡作为纤维增强体,采用多元耦合物理场CVI工艺,在自行设计的CVI炉中增密C／C复合材料,对CVI沉积条件(温度、压力、气体流速、毡体密度、碳源)和石墨化热处理温度对C／C复合材料XRD结构参数(石墨化度g和石墨微晶尺寸Lc)的影响进行了研究。结果表明,采用本工艺制备C／C复合材料,经过工艺优化,材料经过2300℃、2h的石墨化处理,其石墨化度可达到77％以上;并且发现,较高的沉积温度、较低的压力、较大的气流速度、较大密度的毡体有利于C／C复合材料晶体有序度的提高;其次,采用石油液化气(LPG)作碳源时样品的晶体有序度比丙稀(GH6)作碳源时稍高;石墨化热处理可进一步提高材料的石墨化度,升高的幅度和组织结构密切相关,提高材料石墨化度的关键环节是CVI工艺条件。     

混杂纤维增强汽车制动摩擦材料性能研究

研究了混杂纤维含量对混杂纤维增强汽车制动摩擦材料性能的影响。结果表明,随坡缕石纤维和钢纤维含量的增加,摩擦材料的冲击强度均增强;坡缕石含量的变化对磨损率影响不大;Kevlar含量较高时,混杂纤维摩擦材料200℃磨损率增加,250℃和350℃磨损率降低;Kevlar纤维随其含量的增加,混杂纤维摩擦材料高温摩擦性能(250～350℃)有所降低。     

试验条件对C/C 复合材料滑动摩擦磨损特性的影响

在MM-2000 环-块摩擦试验机上测试了C/C 复合材料的摩擦磨损行为。通过对试样在不同时间、不同载荷、不同润滑状态下的摩擦磨损试验得出:随时间的延长, C/C 复合材料的摩擦系数趋于稳定。在摩擦试验后期, 材料摩擦系数一直保持在0.12。载荷对磨屑膜有着重要影响, 材料平行试样和垂直试样在150 N 摩擦5 h 后, 其摩擦系数仅为0.12。水润滑和油润滑状态下, 材料的摩擦系数降低, 仅为0.05～ 0.08。水润滑时材料磨损量增加, 油润滑时磨损量较小, 干态时磨损量最小。     

减摩组元对树脂基闸片摩擦磨损性能的影响

研究了在树脂基摩擦材料中添加固体润滑剂石墨、二硫化钼、焦炭粉,以适当调整其摩擦系数,并改善摩擦磨损性能.结果表明:树脂基摩擦材料中添加石墨可有效降低摩擦系数,大幅度提高复合材料及其摩擦副的耐磨性.树脂基摩擦材料中的二硫化钼在摩擦过程中,发生氧化转变为MoO3,失去了层状结构,因而不能使摩擦系数降低.焦炭粉的加入,也可降低树脂基摩擦材料的摩擦系数.     

晶须对碳碳复合材料组织和力学性能的影响

添加硅灰石(CaO·SiO₂)晶须制备碳纤维预制体, 并在980 ℃下进行化学气相沉积, 高温石墨化处理后制备得到CaO·SiO₂晶须改性的C/C复合材料。利用SEM、金相显微偏光分析以及力学实验等方法研究了预制体结构对基体微观结构、物理性能和力学性能的影响。实验结果表明: 添加CaO·SiO₂晶须会诱导热解炭呈锥形生长, 同时在石墨化过程中会诱导热解炭的组织结构发生有序性转变, 与基体反应生成SiC二次纤维。添加CaO·SiO₂晶须使得复合材料的石墨化度由31.6%提升至41.1%, 导热和导电性能相比于未添加晶须时分别增加了71.7%和14.3%, 复合材料的弯曲强度相比于未添加晶须时提升了5%。     

纳米铜粉粒径对NAO型摩擦材料摩擦磨损性能的影响

考察了纳米铜粉粒径、含量对酚醛树脂基摩擦材料摩擦磨损性能的影响,采用扫描电子显微镜分析磨损面形貌,并探讨其磨损机制。结果表明:与传统微米铜粉相比,纳米铜粉可使材料摩擦因数的稳定性提高一倍。随着铜粉尺寸的减小,摩擦材料的摩擦因数稳定性提高,磨损率也逐渐变小。添加2%铜粉(50 nm)的摩擦材料摩擦因数最稳定且具有较低的磨损率。在高温段(350℃),添加50 nm铜粉的材料磨损率仅为0.199×10-7cm3/(N.m),是添加微米铜粉的70%。SEM分析显示纳米铜粉使摩擦表面更平稳,添加了纳米铜粉的摩擦材料具有更稳定的摩擦因数及较低的磨损率。