最终热处理对炭／炭复合材料摩擦磨损性能的影响

对同一种炭/炭复合材料,经过不同温度最终热处理后的微观结构、石墨化度、导热系数和摩擦磨损性能进行了对比研究。试验表明:随着最终热处理温度的提高,易石墨化的热解炭偏振光下光学活性增强,而难石墨化的热解炭微观结构几乎没有变化;炭/炭复合材料的晶粒逐渐长大,层面间距缩小,石墨化度有较大提高;平行纤维方向的导热系数和垂直纤维方向的导热系数均有上升。另外,试验表明:随着热处理温度的提高,炭/炭复合材料的摩擦表面逐渐形成薄而致密的自润滑膜,摩擦系数在经过一个峰值后趋于平稳状态,磨损量下降明显。在1800℃热处理的材料的失重主要是由于氧化造成的,说明1800℃的热处理温度过低,对炭/炭复合材料的各项性能无影响。     

碳／碳化硅复合材料摩擦磨损性能分析

采用化学气相渗透法制备了碳纤维增强碳化硅(C/C SiC)陶瓷基复合材料,得到不同密度和组分含量的C/C SiC刹车盘试样。对C/C SiC复合材料进行了摩擦磨损性能测试,平均摩擦系数达到 0 23,摩擦稳定性达到0 43,线性磨损率为 9 3μm/次·面,质量磨损率为 2 6mg/次·面。当C/C SiC复合材料的密度增大 (1 6g·cm-3→2 2g·cm-3 ),碳含量增大(35%→55% ),摩擦系数和稳定性提高(约 70% ),且摩擦系数随制动次数增加的波动幅度减小;SiC含量升高则反之。C/C SiC复合材料经过多次刹停测试,摩擦系数对制动次数不敏感,表现出良好的摩擦稳定性。经过连续刹车试验,摩擦系数不随表面的起始和最终温度升高而衰退,材料尚无热衰竭趋势。对C/C SiC刹车盘试样的磨损表面形貌及缺陷进行了观察,发现表面磨损质量在航标允许范围内。     

纳米MoS_2对芳纶纤维织物/酚醛树脂复合材料摩擦学性能的影响

采用溶液浸渍和模压成型的方法制备了纳米MoS_2含量不同(0.5 wt%、1.5 wt%和2.5 wt%)的芳纶纤维织物/酚醛树脂复合材料,并采用摩擦磨损试验机对制备复合材料的摩擦学性能进行测试,采用扫描电子显微镜对制备复合材料表面的磨痕进行表征分析。结果表明,加入纳米MoS_2可以改善芳纶纤维织物/酚醛树脂复合材料的摩擦磨损性能。当载荷相同时,纳米MoS_2加入量为0.5 wt%时复合材料具有较小的摩擦系数和较低的磨损率,表面磨损也最轻。当改变载荷时,添加0.5 wt%纳米MoS_2的复合材料随着载荷的增加其摩擦系数增大,磨损率增加。     

飞机刹车盘用炭/炭复合材料新型防氧化复合涂层

 研究了一种工艺简单、成本低廉的飞机刹车盘用炭/炭复合材料防氧化复合涂层。该复合涂层由两层组成，其中内层由硼酸制备而成，外层由硼粉、炭化硼、氧化硅玻璃粉、有机硅树脂以及铝粉和铁粉制备成。恒温氧化和热震实验的结果表明：在700 ℃下空气中恒温氧化50 h后，带该涂层试样的氧化失重率只有0.08％，同时在700 ℃下空气中热循环50次后，试样的氧化失重率也只有0.12％。另外，用扫描电镜(SEM)、X射线能量分散谱(EDX)、Raman光谱和差热分析(DTA)等方法分析了涂层的防氧化机理。     

沥青基炭纤维表面改性对炭／炭复合材料力学性能的影响

为了提高沥青基炭纤维表面活性,采用臭氧氧化法对沥青基炭纤维表面进行改性。采用AFM,XPS研究了臭氧改性后沥青基炭纤维表面结构的变化。利用浸润仪测定了改性前后沥青基炭纤维表面能的变化,并用SEM分析了炭/炭复合材料断口形貌。结果表明,臭氧氧化使沥青基炭纤维表面含氧官能团和表面粗糙度增加,提高了沥青基炭纤维的表面能。炭/炭复合材料力学性能得到明显提高。     

炭/炭复合材料快速制备工艺研究进展

综合评述国内外研制的几种快速制备工艺:快速定向流动CVI工艺、压力强制流CVI工艺、复合感应加热热梯度CVI工艺、液相气化CVI工艺和直热CVI工艺等,阐述了其快速制备炭/炭复合材料的工艺原理和主要研究成果,并分析了目前炭/炭复合材料快速制备工艺研究中存在的问题及发展趋势。     

炭／陶复合材料电热性能的研究

通过在陶瓷基体原料(高岭土)中添加炭系导电原料(石墨、炭黑),经球磨混合、模压成形和烧结工艺制得炭/陶复合材料.采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、数字测温仪等分析和测试了所研制试样的相组成、显微结构以及电热性能.结果表明,本实验的烧结条件下,炭系导电原料不会和陶瓷基体发生反应,其导电性不会受到影响.单一石墨和炭黑含量超过30和25wt%或石墨加炭黑混合(m石墨: m炭黑=1: 1)导电原料含量超过30wt%时,可在炭/陶复合材料内部形成良好的连续导电通道,且该材料具有优良的电发热性能.     

氧化锆陶瓷基高温自润滑材料

为了,解决较宽温域范围内特别是高温下材料的润滑问题,本文采用热压烧结方法制备了一系列含各种不同固体润滑剂(Mo、MoS2、BaF2、CaF2、BaF2/CaF2、CuO)的氧化锆基高温自润滑陶瓷复合材料.其中ZrO2(Y2O3)-Mo-BaF2/CaF2系列复合物在800 ～1 000℃表现出较低的摩擦因数,在1 000℃摩擦因数低至0.28左右,已接近工程应用的许用值;另一种ZrO2(Y2O3)-MoS2-CaF2系列复合物同SiC陶瓷球对磨时在800～1 000℃内摩擦因数为0.30 ～0.22,具有较好的摩擦磨损性能.     

镍基耐高温自润滑刷式封严涂层研究

为满足先进航空发动机刷式封严对涂层材料自润滑耐磨性能的要求,采用等离子喷涂技术制备了NiCoCrAlY-Cr_2O_3和NiCoCrAlY-Cr_2O_3-AgMo两种复合涂层;采用扫描电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱和高温摩擦磨损试验等分析测试手段研究了涂层的物相组成、微观结构、力学性能以及摩擦磨损性能。结果表明:研制的两种新型涂层具有较低的孔隙率、较高的显微硬度和结合强度,从20℃到800℃的磨损量都在10~(-5)mm~3·N~(-1)·m~(-1)数量级,显示出优异的耐磨性能;NiCoCrAlY-Cr_2O_3涂层在摩擦系数随着温度的升高而降低,在800℃达到最低值0.3;NiCoCrAlY-Cr_2O_3-AgMo涂层从400~800℃的摩擦系数一直保持在0.23左右。对其摩擦机理的研究表明:400℃时涂层与高温合金GH4145对磨件之间形成连续的含Ag润滑膜,600℃以上时摩擦表面生成的Ag_2MoO_4自润滑相显著降低了涂层的摩擦和磨损。     

原位法制备C/C复合材料SiC/Si-Al2O3-mullite复合抗氧化涂层

 以Si和Al₂O₃为原料,采用原位生成法在带有SiC内涂层的炭/炭（C/C）复合材料表面制备出Si-Al₂O₃-mullite（莫来石）抗氧化涂层。采用X射线衍射、扫描电镜和氧化实验研究了Al₂O₃含量等工艺因素对Si-Al2O3-mullite涂层的物相组成、结构形貌、抗氧化性能影响。结果表明：Al₂O₃质量含量为30%~40%时,涂层主要由Si,mullite和Al₂O₃三相组成,涂层致密无裂纹,抗氧化性能最佳。在1 500 ℃等温氧化测试显示,SiC/Si-Al₂O₃-mullite复合涂层比单一的SiC涂层抗氧化性能有明显提高,1 500 ℃等温氧化75 h试样失重为4.6%。涂层试样失重的主要原因是涂层中产生了不可愈合的孔隙缺陷。     

预制体结构和热解碳组织对二维碳/碳复合材料热物理性能影响

制备了针刺毡、短纤维树脂模压、碳布叠层 3种预制体 ,其碳纤维体积含量均为 4 0 %。采用化学气相沉积工艺制备了 4种C/C复合材料 :针刺毡 粗糙体热解碳 (具有两种定向热解碳组织 )、短纤维 树脂和热解碳、碳布 光滑体热解碳复合材料 ,对其进行 2 5 0 0℃保温 2h的高温热处理。在 0～ 90 0℃ ,研究了预制体结构和热解碳组织对二维C/C复合材料的热膨胀系数、比热容、热扩散率、导热系数等热物理性能影响。研究发现 :预制体和热解碳结构对C/C复合材料热物理性能有强烈影响。 0～ 90 0℃ ,4种材料的热膨胀系数都非常小 ,与温度近似的成线性关系 ,且几乎具有相同的斜率 ,在一定条件下 ,其值呈现负热膨胀性质 ;0～ 90 0℃ ,4种材料都有高的导热系数 ,但作为温度的函数 ,其值随预制体结构、热解碳组织和传热方向而变化 ,x y向的导热系数 (2 5 .6～1 74W / (m·℃ ) )比z向的 (3.5～ 5 0W / (m·℃ ) )高几倍     

碳/碳复合材料用基体先驱体研究进展

综述了碳／碳复合材料用基体先驱体如沥青、酚醛树脂、邻苯二甲腈树脂和炔类树脂的合成及改性研究。为开发新一代低成本、高性能碳／碳复合材料提供了方向。     

C／C复合飞机刹车材料的研究和应用现状

介绍了Ｃ／Ｃ复合飞机刹车材料制备工艺、性能的研究进展及其应用现状。     

黏胶丝基碳布增强C/C复合材料研究

采用黏胶丝基碳布进行了二维层板C/C复合材料研究。和PAN基碳布进行对比,分别从碳纤维微观结构、表面形貌、碳布物理性能、树脂基复合材料炭化过程残余热应力模拟、C/C复合材料力学和热物理性能表征等方面进行了对比分析和研究。结果表明,2 200℃处理的黏胶丝基碳纤维是非石墨化结构;纤维横断面呈腰子形,碳布纬向纱弯曲。黏胶丝基碳纤维的密度仅1．39 g/cm~3;拉伸模量很低,约50 GPa。炭化过程研究表明,黏胶丝基碳纤维轴向具有持续的正的线膨胀行为,在炭化初期与酚醛树脂的膨胀行为相一致;黏胶丝基碳布增强树脂基材料在800℃的面内自由热应变是PAN基材料的1/8;模拟的炭化过程热应力是PAN基材料的1/60。黏胶丝基C/C层板材料的层剪强度高于PAN基C/C复合材料,达到16．2 MPa;其拉伸强度为46．6 MPa,弯曲强度高达95．5 MPa,拉伸模量与弯曲模量基本一致,约10 GPa。黏胶丝基C/C复合材料在800℃的热导率是6．48 W/(m·K),与PAN基C/C复合材料非常接近;在800℃的线膨胀系数是2．18×10~(-6)/ K,远高于PAN基C/C复合材料的-0．387×10~(-6)/K。总之,黏胶丝基碳纤维由于其表粗糙度大、碳布纬向纱弯曲、极低的拉伸模量、正的轴向线膨胀系数,因而C/C复合材料层剪强度高,成型工艺中热应力低,较PAN基碳纤维更适合于研制不分层的二维C/C复合材料。     

表面改性C/C复合材料与LAS玻璃陶瓷的连接

采用MgOAl₂O₃SiO₂(MAS)玻璃作为中间层,对SiCMoSi₂表面改性的C/C复合材料与Li₂CO₃Al₂O₃SiO₂(LAS)玻璃陶瓷进行热压连接。通过正交实验,研究了连接温度、连接压力和保温时间对试样连接强度的影响,确定最佳工艺参数为：1 200 ℃,20 MPa,15 min,所得到连接接头的最高剪切强度可达30 MPa。利用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）和背散射电子像（BEI)对SiCMoSi₂涂层、连接界面的形貌以及组成进行了分析。研究结果表明,SiCMoSi₂涂层与基体结合紧密,Si,C元素在界面处呈梯度状分布,形成厚度约为15 μm的过渡层。MAS玻璃中的组分与LAS玻璃陶瓷和SiCMoSi₂涂层存在相互渗透现象,形成紧密的C/C(SiCMoSi₂)/MAS/LAS结构,界面间的结合良好。     

耐磨C/C复合材料微观结构及性能的研究

虽然目前对于C/C复合材料作为摩擦制动材料的研究十分深入,但对于作为低摩擦系数密封材料的研究则较少.     

混杂难熔金属C/C复合材料中金属与碳反应初步研究

研究了碳纤维难熔金属纤维混杂增强碳基体复合材料中难熔金属与碳之间的化学反应.结果表明,条件不同,难熔金属W丝、Ta丝与不同形式碳的反应程度、反应产物及结构有很大的区别.低温区,难熔金属与碳不发生明显化学反应,中温区W丝可与气态的碳氢气体发生轻微化学反应,高温区W丝、Ta丝可与固态沥青碳以及碳纤维发生反应.通过控制反应条件,可以得到难熔金属纤维碳纤维混杂增强碳基体、含难熔金属碳化物的难熔金属纤维碳纤维混杂增强碳基体和难熔金属碳化物纤维碳纤维混杂增强碳基体复合材料.     

Study on Microwave Dielectric Property of Carbon Black and Short Carbon Fibers

Carbon black and carbon fibers of different lengths were introduced in different matrices at different ratios to explore their microwave dielectric properties under 8.2 GHz-12.4 GHz. It is found that the actual dielectric constants of the samples containing carbon black are in a two-order function of the contents of carbon black （ε＇, ε＂=Av2＋Bv＋C） and the complex dielectric constants show an obvious frequency response. Of the added fibers of different lengths, the 4 mm-long one could well disperse in the matrices having not only good frequency response, but also larger real parts, imaginary parts and loss values. The imaginary parts and the loss values （tanδ）of the samples with 4 mm-long carbon fibers added increase linearly with the contents of fiber increasing. So it is practicable to adjust the dielectric parameters of the material in a wide range by changing the added amount of carbon black, and the carbon fiber or altering the lengths of the carbon fiber added.     

Study on Microwave Dielectric Property of Carbon Black and Short Carbon Fibers

Carbon black and carbon fibers of different lengths were introduced in different matrices at different ratios to explore their micro-wave dielectric properties under 8.2 GHz-12.4 GHz. It is found that the actual dielectric constants of the samples containing carbon black are in a two-order function of the contents of carbon black (ε′, ε″=Av2 Bv C) and the complex dielectric constants show an obvi-ous frequency response. Of the added fibers of different lengths, the 4 mm-long one could well disperse in the matrices having not only good frequency response, but also larger real parts, imaginary parts and loss values. The imaginary parts and the loss values (tanδ) of the samples with 4 mm-long carbon fibers added increase linearly with the contents of fiber increasing. So it is practicable to adjust the di-electric parameters of the material in a wide range by changing the added amount of carbon black, and the carbon fiber or altering the lengths of the carbon fiber added.     

高导热C/ C 复合材料的发展现状

高导热C/ C 复合材料具有高热导率、低密度、低热胀系数和高温下高强度等性能,成为近年来最
具发展前景的散热材料之一。本文综述了国内外高导热C/ C 复合材料的发展现状,分析了C/ C 复合材料的热
物理性能及影响其热导率的因素,介绍了C/ C 复合材料的导热机理、碳纤维、基体炭的导热性能,以及高导热
C/ C 复合材料的制备和改性等。