炭-炭復(fù)合材料制動性能研究.pdf

1、本研究以航空飛機(jī)剎車盤為背景，在C/C復(fù)合材料制備技術(shù)、化學(xué)氣相滲(CVI)熱解炭結(jié)構(gòu)控制、力學(xué)性能與破壞機(jī)理、制動摩擦磨損性能及其機(jī)理等方面進(jìn)行了較深入的研究與探討。主要內(nèi)容和結(jié)論如下： (1)C/C復(fù)合材料的制備以全炭纖維準(zhǔn)三維針刺氈為預(yù)制體，采用化學(xué)氣相滲透(CVI)為主、液相樹脂或?yàn)r青浸漬-炭化為輔的復(fù)合增密技術(shù)。為加快CVI速度和控制好熱解炭結(jié)構(gòu)，在對熱解炭沉積機(jī)制研究的基礎(chǔ)上，提出了通過控制沉積區(qū)域的微氣氛來獲得理

2、想熱解炭結(jié)構(gòu)的技術(shù)途徑，并發(fā)明了一種微壓差定向流CVI技術(shù)，成功制備出理想的粗糙層結(jié)構(gòu)熱解基炭C/C復(fù)合材料。 (2)C/C復(fù)合材料的三點(diǎn)彎曲、層間剪切和縱向、橫向壓縮等力學(xué)性能進(jìn)行了測試和分析，就不同CVI熱解炭結(jié)構(gòu)而言，光滑層(SL)結(jié)構(gòu)基質(zhì)炭的彎曲強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度要明顯高于粗糙層(RL)和SL+RL兩種基質(zhì)炭的彎曲強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度；且強(qiáng)度隨密度升高而增大，密度越高，強(qiáng)度增長幅度越大。縱向壓縮破壞為分層劈裂方式；橫向壓

3、縮破壞依密度高低，有壓潰破壞、剪切破壞和分層破壞方式。30％纖維體積含量的C/C復(fù)合材料較40％和25％纖維體積含量的C/C復(fù)合材料具有更佳的力學(xué)性能。 (3)C/C復(fù)合材料進(jìn)行了模擬飛機(jī)不同條件制動的摩擦磨損性能試驗(yàn)。以粗糙層結(jié)構(gòu)為主的熱解炭有利于C/C復(fù)合材料獲得優(yōu)良的制動摩擦磨損性能，在各種剎車速度和剎車壓力條件下均保持高而穩(wěn)定的摩擦系數(shù)和較低的磨損。這是因?yàn)椋谀Σ良羟凶饔孟?，由粗糙層結(jié)構(gòu)熱解炭生成的磨屑易剪切變形，覆

4、蓋在摩擦表面，形成平整、光滑的摩擦膜。該摩擦膜具有自修復(fù)功能，確保C/C復(fù)合材料具有穩(wěn)定的摩擦磨損性能。 (4)關(guān)于最終高溫?zé)崽幚頊囟鹊挠绊?，由于?qiáng)烈的摩擦剪切作用可促進(jìn)摩擦膜內(nèi)碳原子的遷移，較高的剎車速度和剎車壓力促使膜內(nèi)炭的石墨結(jié)晶程度升高，因而，當(dāng)剎車速度大于25m/s，粗糙層結(jié)構(gòu)熱解炭初始結(jié)晶程度對摩擦性能的影響基本消除，此時熱處理溫度對C/C復(fù)合材料的摩擦系數(shù)無明顯影響。 (5)關(guān)于制動摩擦特性的研究表明，

5、摩擦系數(shù)隨剎車速度的變化與摩擦表面溫升有著密切的關(guān)系。摩擦表面溫度低時(5m/s剎車速度或靜態(tài))，吸附水氣將導(dǎo)致較低的摩擦系數(shù)；摩擦表面溫度升高到解吸附水氣溫度(如10m/s制動速度)，摩擦系數(shù)將急劇升高；剎車速度及表面溫度繼續(xù)升高，磨屑層間剪切強(qiáng)度下降，導(dǎo)致摩擦系數(shù)隨之下降。 (6)對所研制的C/C復(fù)合材料飛機(jī)剎車副進(jìn)行了1：1慣性臺剎車試驗(yàn)，在設(shè)計著陸能量條件下，國產(chǎn)件摩擦特性基本與Dunlop原件相當(dāng)；在超載、易熔塞不熔