瀝青炭基C-C復(fù)合材料的制備及摩擦磨損性能研究.pdf

1、本文以提高C/C復(fù)合材料致密效率為目標，采用液相浸漬-炭化工藝制備了瀝青炭基C/C復(fù)合材料、改進的瀝青炭基C/C復(fù)合材料、雙基體C/C復(fù)合材料、含炭黑瀝青炭基C/C復(fù)合材料和加氯化鐵瀝青炭基C/C復(fù)合材料等五種瀝青炭基C/C復(fù)合材料，系統(tǒng)考察了浸漬劑種類、浸漬方式及炭化工藝條件對C/C復(fù)合材料致密效率的影響。在對比研究改進的瀝青炭基C/C復(fù)合材料和雙基體C/C復(fù)合材料與45＃鉻鋼的干摩擦性能，瀝青炭基C/C復(fù)合材料，含炭黑瀝青炭基C/C

2、復(fù)合材料和加氯化鐵瀝青炭基C/C復(fù)合材料的載流摩擦磨損性能的基礎(chǔ)上，初步探討了瀝青炭基C/C復(fù)合材料的摩擦磨損機理。
　　 通過實驗發(fā)現(xiàn)，改進的瀝青炭基C/C復(fù)合材料由于浸漬瀝青后增加了一個半炭化過程，C/C復(fù)合材料的殘?zhí)柯拭黠@增加，經(jīng)過6次浸漬-炭化過程，體積密度就可達到1.75g/cm3，而瀝青炭基C/C復(fù)合材料由于沒有進行半炭化處理，需經(jīng)過13次浸漬-炭化循環(huán)，體積密度才達到1.74g/cm3。半炭化過程的引入大幅度提高了

3、C/C復(fù)合材料的致密效率。
　　 在上述研究的基礎(chǔ)上，引入半炭化工藝過程，制備了雙基體C/C復(fù)合材料，含炭黑瀝青炭基C/C復(fù)合材料和加氯化鐵瀝青炭基C/C復(fù)合材料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雙基體C/C復(fù)合材料在浸漬酚醛樹脂并炭化后，酚醛樹脂炭堵塞了浸漬通道，導(dǎo)致雙基體C/C復(fù)合材料的致密效率有所降低，經(jīng)8次浸漬-炭化過程密度達到1.73g/cm3。含炭黑瀝青和加氯化鐵瀝青形成的基體炭對C/C復(fù)合材料的微孔也有一定的堵塞作用，因此含炭黑瀝青炭基

4、C/C復(fù)合材料和加氯化鐵瀝青炭基C/C復(fù)合材料的致密效率均低于改進的瀝青炭基C/C復(fù)合材料，分別經(jīng)過8次和10次浸漬-炭化過程達到1.74g/cm3和1.73g/cm3的密度。
　　 在相同的摩擦參數(shù)與環(huán)境中進行的干摩擦實驗表明，改進的瀝青炭基C/C復(fù)合材料的摩擦系數(shù)和磨損量均低于雙基體C/C復(fù)合材料，改進的瀝青炭基C/C復(fù)合材料經(jīng)過9420m行程的線磨損量為0.12mm，而雙基體C/C復(fù)合材料經(jīng)過6800m行程的線磨損量為0.

5、25mm。改進的瀝青炭基C/C復(fù)合材料中，基體炭的石墨化程度高，形成了較完整的磨屑膜，摩擦系數(shù)小而穩(wěn)定，摩擦系數(shù)穩(wěn)定在0.10左右。雙基體C/C復(fù)合材料中含有強度和硬度較大的酚醛樹脂炭，磨屑膜很不完整，摩擦系數(shù)較大，摩擦系數(shù)先穩(wěn)定在0.13左右，之后迅速變大。由于雙基體C/C復(fù)合材料摩擦系數(shù)較大，摩擦面發(fā)熱較嚴重，再加上基體炭的導(dǎo)熱性較差，摩擦面溫度較高，氧化磨損較嚴重，因此，摩擦面不平整，摩擦系數(shù)也不穩(wěn)定。
　　 載流摩擦磨損

6、實驗發(fā)現(xiàn)，含炭黑瀝青炭基C/C復(fù)合材料和瀝青炭基C/C復(fù)合材料的摩擦系數(shù)較大且平穩(wěn)，加氯化鐵瀝青炭基C/C復(fù)合材料的摩擦系數(shù)較小但不太穩(wěn)定。這與磨屑膜的形成有關(guān)，磨屑膜越完整，摩擦面接觸面積越大，摩擦系數(shù)越大，摩擦系數(shù)越穩(wěn)定。含炭黑瀝青炭基C/C復(fù)合材料的磨損量最大，線速度為40m/s和60m/s的條件下線磨損量分別達到0.36mm和0.26mm；瀝青炭基C/C復(fù)合材料的磨損量次之，線速度為40m/s和60m/s的條件下線磨損量分別達到

7、0.25mm和0.21mm；加氯化鐵瀝青炭基C/C復(fù)合材料的磨損量最小，線速度為40m/s和60m/s的條件下線磨損量均為0.09mm。這一方面是因為基體炭的石墨化程度不同，基體炭石墨化程度越高，延展性越大，解理性越強，越容易脫落形成磨屑。另一方面則是因為摩擦系數(shù)越大，磨損量越大。分析表明，含炭黑瀝青炭基C/C復(fù)合材料和瀝青炭基C/C復(fù)合材料的磨損以機械磨損為主，電磨損為輔；而加氯化鐵瀝青炭基C/C復(fù)合材料的摩擦磨損機理以電磨損為主，但