三维针刺C/SiC刹车材料的摩擦磨损性能

通过化学气相渗透法(CVI)结合反应熔体浸渗法(RMI)制备了三维针刺,C/SiC刹车材料 , 利用 MM21000型摩擦磨损试验机系统研究了C/SiC刹车材料的摩擦磨损性能,采用光学显微镜和扫描电子显微镜分别对摩擦表面和磨屑形貌进行了观察。结果表明:干态刹车条件下,当初始刹车速度相同时,摩擦系数随着刹车压力的升高而逐渐降低;当刹车压力相同时,摩擦系数随着初始刹车速度的增加先升高后降低。湿态摩擦性能衰减小(衰减约8 %) 、恢复快;静态摩擦系数高(为0. 56～0. 61),摩擦系数随着初始刹车温度的升高而显著降低。当刹车压力相同时,磨损率随着初始刹车速度的增加而增大;当初始刹车速度大于20 m/s时,刹车压力的增大使磨损率显著增加。      

C/C复合材料摩擦磨损性能研究

综述了国内外对C/C复合材料摩擦磨损性能的研究现状.指出C/C复合材料的摩擦磨损机理为机械磨损和氧化磨损,在高温下(500℃以上)C/C复合材料的磨损是机械磨损和氧化磨损共同作用的结果,而氧化是磨损的根本原因;影响C/C复合材料摩擦磨损性能的因素有材料本身的因素,如复合材料的热解炭结构、密度、石墨化度、防氧化涂层等,也有实际操作条件的因素如刹车环境、刹车过程中的刹车速度、刹车能量等.提出对不同工艺制备的C/C复合材料的摩擦磨损性能有待于进一步研究.     

真空吸注法制备C/SiC摩擦材料及其性能

以针刺碳毡为预制体,将成品SiC粉末、酚醛树脂机械搅拌成混合浆液,采用真空吸注法制备C/SiC摩擦材料,测定了不同SiC含量摩擦材料的致密性,利用销盘式摩擦磨损试验机研究了不同接触载荷工况下C/SiC摩擦材料的摩擦磨损性能,并采用USB电子显微镜观察其表面磨损形貌。研究结果表明:C/SiC复合材料的磨损率随着SiC含量的增加呈先减小后增大的变化趋势,其摩擦系数呈增加趋势,但随着接触载荷的增加其磨损率、摩擦系数均呈现先减小后增大的变化趋势。综合比较,当SiC含量为25%时,其复合材料的致密性、摩擦性能最好,磨损率为2.3×10~(-7)g·N~(-1)m~(-1),摩擦系数为0.42,密度达到1.28g/cm~3。     

C/C刹车材料的摩擦磨损性能与机理

简要介绍了C/C复合材料在刹车领域的应用,综述了几十年来人们以C/C刹车材料摩擦磨损性能与机理的研究结果,对C/C复合材料的摩擦磨损特征和影响摩擦磨损性能的一些因素作了介绍。     

C/C及C/C-Cu复合材料的摩擦磨损性能

通过化学气相渗透(CVI)、树脂浸渍/碳化(I/C)的工艺制成多孔的C/C预制件,采用气体压力浸渗方法向预制体中渗入铜,制备出C/C-Cu复合材料。以高密度C/C复合材料(1.9g/cm~3)作为对比样,在MM-200型磨损试验机上对其摩擦磨损性能进行测试,并对其微观结构和摩擦磨损机理进行分析。研究结果表明:C/C-Cu的摩擦系数比C/C复合材料的低,这主要与摩擦表面的摩擦膜有关,铜在摩擦力带动下填充摩擦表面的凹坑,并与碳材料共同形成摩擦膜,摩擦膜的碳含量越高,润滑效果越好。当C/C预制件密度为1.59g/cm~3时,C/C-Cu的摩擦系数和磨损量均小于C/C复合材料,摩擦磨损性能良好。     

添加石墨对热压法制备C/C复合材料摩擦磨损性能的影响

以表面酚醛树脂包覆处理过的石墨颗粒,硝酸氧化处理的炭纤维和沥青为原料,经热压烧结制备短切炭纤维增强沥青基C/C复合材料,利用环一块磨损试验机对材料进行了摩擦磨损实验,借助SEM观察样品的磨痕和磨屑,研究了不同石墨含量对样品摩擦磨损性能的影响.结果表明,随着石墨含量的增多,样品的密度和弯曲强度逐渐提高,同时在摩擦磨损表面形成具有自润滑作用的摩擦膜,有利于降低磨损量,并保持摩擦系数的稳定.添加适量的石墨可获得摩擦磨损性能优良的C/C复合材料.     

C/C-SiC材料不同制动速率下的湿式摩擦磨损性能

以炭纤维针刺毡为预制体,先采用化学气相渗透法制备炭基体,然后采用熔融渗硅法制备SiC基体,得到C/C-SiC摩擦材料;利用MM-1000型惯性试验台研究了C/C-SiC材料在不同制动速度下干态和CD15W-40柴油机油润滑状态下的摩擦磨损性能。研究结果表明:C/C-SiC摩擦材料与水的接触角为80.5°左右,为亲油性材料;C/C-SiC材料在CD15W-40柴油机油润滑状态下,随制动速度从3000r/min升高到6000r/min,其摩擦因数和线性磨损量在4000r/min时达到最大值,分别是0.21μm/cycle和1.1μm/cycle,而在5000r/min和6000r/min时,其摩擦因数均为0.17,线性磨损量均为0;C/C-SiC摩擦材料在湿态条件下能保持较高的摩擦因数,制动曲线平稳,磨损率低,可作为新一代工程机械和重型车辆湿式离合器用摩擦材料的候选材料。     

三维网络SiC对铝合金干摩擦磨损性能的影响

用销-盘式高温摩擦磨损实验机研究了LF3铝合金及三维网络SiC(体积分数分别为10％、20％、30％)增强LF3铝基复合材料的干摩擦磨损性能，测量了复合材料及基体合金在室温和高温(25-300℃)条件下的摩擦系数和磨损率，用扫描电镜(SEM)观察其磨损表面，研究了三维网络SiC对铝合金磨损机制的影响．结果表明：复合材料的干摩擦磨损性能远优于基体合金(LF3)，而且随着温度的升高，复合材料的抗磨损性能明显提高．三维网络SiC在磨损表面形成硬的微凸体起承载作用，同时其独特的结构制约基体合金的塑性变形和高温软化，并保护在磨损表面形成的氧化膜．在相同实验条件下，复合材料的摩擦系数、磨损率随着增强体的体积分数的增加而降低．复合材料的摩擦系数在滑行过程中的稳定性明显高于基体合金．     

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。     

石墨粒度对纸基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

采用湿法工艺制备了4种不同石墨粒度的纸基摩擦材料, 利用惯量摩擦试验机研究了石墨粒度对摩擦力矩曲线和动、静摩擦系数及磨损率的影响; 并对不同压力和转速条件下动摩擦系数的变化趋势进行了研究. 利用扫描电子显微镜观察了磨损后纸基摩擦材料的表面形貌. 研究结果表明: 随着石墨粒度的减小, 制动时间增加, 摩擦力矩曲线中间部分趋于平直; 动、静摩擦系数减小, 磨损率降低. 同时, 动摩擦系数随着制动压力和转速的增加而减小. 循环制动过程中, 石墨粒度较小的试样制动稳定性较好. 随着石墨粒度的减小, 摩擦表面形成了润滑性能良好的固体润滑膜, 有利于提高材料的耐磨性能.     

C/SiC复合材料的常压制备与性能研究

采用聚碳硅烷作为碳化硅先驱体, 以二维0°/90°正交编织碳布叠层后作为增强体, 采用真空压力浸渍的方法制备了C/SiC复合材料, 研究了裂解温度和浆料浓度对复合材料性能的影响. 结果表明: 复合材料的弯曲强度随着裂解温度的升高以及浆料浓度的增加都呈增加趋势; 基体在纤维束内部分布均匀, 但依然有一些小气孔存在; 在1100℃时, 基体中开始生成一定量的β-SiC相, 复合材料的三点弯曲强度达到232MPa, 断裂韧性达到10.50MPa·m^1/2. 在断裂过程中表现出明显的韧性断裂, 断口有较长的纤维拔出.     

反应熔体渗透C/SiC复合材料的摩擦性能

以不同结构类型及密度的C/C复合材料为预制体,采用反应熔体渗透法制备了C/SiC复合材料,研究了不同结构C/SiC复合材料的密度、组分含量、热扩散系数与摩擦性能相互之间的关系.结果表明随着碳含量的降低,复合材料的密度增加;短切纤维C/SiC、低密度针刺C/SiC与高密度针刺C/SiC复合材料的平均摩擦系数分别为:0.28,0.28与0.42;随着热扩散系数的增加,复合材料的摩擦稳定性系数升高;并且对于短切纤维C/SiC,摩擦实验后基本形成了连续光亮的摩擦面.     

C/SiC陶瓷基复合材料表面Si/SiC涂层制备

采用新的泥浆预涂层-反应烧结工艺在C/SiC复合材料表面制备Si/SiC致密涂层,重点研究了原材料、工艺条件对涂层性能的影响;采用XRD分析涂层的组分及晶体结构,采用SEM分析涂层的断口形貌.结果显示,采用MC为胶粘剂、较低的裂解升温速度制备的预涂层性能最好;无Si气氛存在直接高温烧结制备涂层性能差,而在真空环境下、1450～1600℃温度范围高温烧结能够制备出致密的Si/SiC涂层,Si气氛的大量存在是决定涂层性能的关键.     

Design,Fabrication, and Application of Thermostructural Composites (TSC) like C/C,C/SiC,and SiC/SiC Composites

The French company Snecma Moteurs is a leading producer of high‐performance composites for operation under high mechanical stress and at high temperature, such as in jet engines, aircraft brake disks, or even rocket propulsion systems. The author presents the different families and generations of carbon‐carbon and ceramic‐matrix composites developed by Snecma, and discusses their manufacture and characteristics.     

二维C/SiC复合材料连接的显微结构与性能

采用Ni基连接剂作为中间层在1300℃、真空条件下对二维纺织C/SiC复合材料用液相渗透法进行了加压连接，所旋压力为20MPa，连接保温时间分别为15，30，45，60min。用扫描电镜SEM及能谱分析了连接情况，结果表明所采用Ni基连接剂与C/SiC复合材料有较好的润湿性，Ni基连接剂熔融后可进入复合材料的孔隙。接头三点弯曲强度可达60MPa。     

Comparison of oxidation behaviors of 3D C/PyC/SiC and SiC/PyC/SiC composites in an O2-Ar atmosphere

Oxidation behaviors of three-dimensional woven C/PyC/SiC and SiC/PyC/SiC prepared by CVI processing were investigated in an O₂-Ar atmosphere at 600 °C, 900 °C and 1200 °C, respectively, by using thermogravimetric analysis. After machining, both composites should be protected by CVD SiC coating, which was demonstrated effectively in improving the oxidation resistance of both composites. The oxidation behavior of SiC/PyC/SiC was different from that of C/PyC/SiC. The oxidation kinetics of C/PyC/SiC was controlled by the rate of the reaction between carbon and oxygen at 600 °C and by the oxygen diffusion through the coating microcracks at 900 °C. The oxidation kinetics of SiC/PyC/SiC at both 600 °C and 900 °C were assumed to be controlled by the oxygen diffusion through channels of coating and matrix defects and looped pipelines instead of PyC interphase. At 1200 °C, the oxidation was controlled by oxygen diffusion through the SiO₂ scale, which took place mainly on the surfaces of both composites.     

二维碳/碳化硅复合材料与铌合金的连接

实现了二维C/SiC与Nb合金NbHf10-1M的可靠连接. 连接时将Ti-Cu核心中间层与Cu辅助中间层构成的叠层结构置于C/SiC与Nb合金之间, 并采用了固相扩散连接与瞬间液相扩散连接(Transient liquid phase-diffusion bonding, TLP-DB)相结合的连接方法. 结果表明: 辅助中间层厚度>0.72mm时, 可以有效缓解接头热应力. 核心中间层在TLP-DB过程中形成的液相对C/SiC具有良好浸润性, 可渗入C/SiC基体, 并包裹位于核心中间层与C/SiC界面区域的C纤维. 接头剪切强度最高为14.1MPa.     

C/C‐SiC Composites for Advanced Friction Systems

Ceramic Matrix Composites (CMC), based on reinforcements of carbon fibres and matrices of silicon carbide, show superior tribological properties in comparison to grey cast iron or carbon/carbon. In combination with their low density, high thermal shock resistance and good abrasive resistance, these Si‐infiltrated carbon/carbon materials, called C/SiC or C/C‐SiC composites, are promising candidates for advanced friction systems. Generally, the carbon fibres lead to an improved damage tolerance in comparison to monolithic SiC, whereas the silicon carbide matrix improves the wear resistance compared to carbon/carbon. In combination with new design approaches cost‐efficient manufacturing processes have been developed and have lead to successfully tested prototypes of brake pads and disks, especially for passenger cars and emergency brake systems.