炭纖維整體織物-炭-銅復(fù)合材料及其摩擦學(xué)特性的研究.pdf

1、炭/銅復(fù)合材料因其優(yōu)異的導(dǎo)電、減磨耐磨性能而成為現(xiàn)代滑動導(dǎo)電材料的首選，作為受電弓滑板材料和電刷材料有著廣泛的應(yīng)用前景。但由于炭與銅兩相界面潤濕性差，因而炭/銅復(fù)合材料主要采用粉末冶金法制備。就目前常見的粉末冶金炭/銅制品而言，存在著界面結(jié)合不良、力學(xué)性能差的問題。
　　 為了克服現(xiàn)有炭/銅復(fù)合材料使用性能方面的不足，本文采用無壓熔滲方法制備一種具有“雙連通”結(jié)構(gòu)的炭纖維整體織物增強(qiáng)/炭-銅復(fù)合材料(C/C-Cu)，并對熔滲行為

2、的熱力學(xué)和動力學(xué)、復(fù)合材料的組織結(jié)構(gòu)、物理力學(xué)性能和摩擦磨損性能進(jìn)行了研究.
　　 建立熱力學(xué)模型計(jì)算了不同合金元素對Cu/C兩相潤濕性和界面張力的影響，發(fā)現(xiàn)添加Ti元素有助于降低Cu合金的界面張力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自發(fā)熔滲。
　　 采用Washburn模型對就自發(fā)熔滲法制備C/C-Cu復(fù)合材料工藝過程的影響因素進(jìn)行了動力學(xué)分析。根據(jù)理論分析，提高合金中Ti含量，增加C坯體的孔徑，選擇適中的熔滲溫度和保溫時(shí)間有助于得到理想的熔滲

3、效果。
　　 采用無壓熔滲技術(shù)成功制備得到C、Cu兩相形成網(wǎng)絡(luò)狀分布“雙聯(lián)通”結(jié)構(gòu)的C/C-Cu復(fù)合材料。當(dāng)滲劑中Ti含量為10wt％時(shí)，C/C-Cu復(fù)合材料僅由C、Cu和TiC相組成。C/C-Cu復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度在180～310MPa之間，沖擊韌性在2.7～5.4J·cm-2之間，電阻率在0.16～4.2μΩ·m之間。隨著C含量的升高，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率和熱膨脹系數(shù)降低；C/C-Cu熱膨脹系數(shù)值遠(yuǎn)低于其它傳統(tǒng)C/Cu復(fù)合材料及

4、通過復(fù)合法則得到的數(shù)值。
　　 在銷-盤、環(huán)-塊、往復(fù)運(yùn)動三種試驗(yàn)?zāi)Ｊ较聹y試了C/C-Cu復(fù)合材料的摩擦磨損性能。實(shí)驗(yàn)表明往復(fù)運(yùn)動模式下C/C-Cu復(fù)合材料的摩擦磨損性能最佳，試樣表面形成了完整光滑的磨屑層，摩擦系數(shù)和磨損量均維持在較低水平。
　　 在環(huán)-塊模式下，隨著C/C-Cu材料中C含量的增加，摩擦系數(shù)降低。試樣本身和對偶的磨損量均降低；基體炭為樹脂炭的C/C-Cu材料摩擦系數(shù)高，自身體積磨損率和對偶件質(zhì)量磨損量均

5、高于熱解炭試樣；摩擦面平行于纖維取向的試樣摩擦系數(shù)低于垂直纖維取向的試樣，但磨損率較高；隨著滲劑中Ti含量的增加，C/C-Cu的耐磨性和對對偶的損傷程度增加；三維編織炭纖維坯體所制備的C/C-Cu材料使對偶表面在短時(shí)間內(nèi)形成了大量犁溝，對對偶表面造成了嚴(yán)重的損傷。
　　 銷-盤模式下，復(fù)合材料的摩擦系數(shù)隨著電流強(qiáng)度的增大而降低，質(zhì)量磨損率隨著電流增大而升高；復(fù)合材料的摩擦系數(shù)和質(zhì)量磨損率均隨著轉(zhuǎn)速的增大而降低；接觸表面的化學(xué)反應(yīng)