三維網(wǎng)絡(luò)SiC-Cu復(fù)合材料組織與性能的研究.pdf

1、隨著交通運(yùn)輸業(yè)的迅速發(fā)展，設(shè)備也向著大型、高速、重載、及高安全性方向發(fā)展，對(duì)摩擦材料的使用性能提出了越來(lái)越高的要求。近年來(lái)人們逐漸將研究熱點(diǎn)轉(zhuǎn)移到一種新型的復(fù)合材料——網(wǎng)絡(luò)交叉復(fù)合材料上，此類(lèi)材料的增強(qiáng)相與基體相相互貫穿、相互支撐，能充分發(fā)揮兩相的優(yōu)點(diǎn)，具有優(yōu)異的物理化學(xué)性能和機(jī)械性能。
　　 本試驗(yàn)將銅引入到SiC骨架中制成三維網(wǎng)絡(luò)SiC/Cu復(fù)合材料，并對(duì)其力學(xué)性能、界面反應(yīng)、熱處理的影響及摩擦磨損性能進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表

2、明：
　　 (1)三維網(wǎng)絡(luò)SiC/Cu復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度σbb=225.9MPa，抗壓強(qiáng)度σbc=199.9MPa，拉伸強(qiáng)度σb=19MPa。SiC增強(qiáng)相和Cu基體相互相貫穿，使其在承受載荷時(shí)互相支撐，從而具有優(yōu)異的力學(xué)性能。
　　 (2)三維網(wǎng)絡(luò)SiC/Cu復(fù)合材料在熔鑄過(guò)程中存在著SiC與Cu的界面反應(yīng)，界面反應(yīng)主要分為三個(gè)步驟：①SiC分解成Si和C；②SiC分解出的Si和C與Cu基體發(fā)生反應(yīng)，生成各種界面產(chǎn)物，主

3、要有Cu4Si、C、TiC、V-C、Cr-C以及Cr-Si化合物；③固相擴(kuò)散。從SiC骨架開(kāi)始到Cu基體的界面反應(yīng)區(qū)大致分為四個(gè)：界面Ⅰ區(qū)為Cu4Si、C以及島狀分布的T-C和Cr-C化合物，界面Ⅱ區(qū)是介于界面Ⅰ區(qū)和Ⅲ區(qū)之間的過(guò)渡區(qū)，界面Ⅲ區(qū)主要是TiC、V-C，界面Ⅳ區(qū)為Cr-Si化合物。界面Ⅲ區(qū)和界面Ⅳ區(qū)位于界面反應(yīng)區(qū)的前沿，其阻礙了界面兩端元素的擴(kuò)散，對(duì)界面反應(yīng)起到了抑制作用。
　　 (3)把三維網(wǎng)絡(luò)SiC/Cu復(fù)合材料加

4、熱到700℃并分別保溫30、60、90和120min，熱處理后的樣品并沒(méi)有檢測(cè)到新界面產(chǎn)物，熱處理對(duì)界面區(qū)其它元素的分布影響不大，但卻影響了C在界面Ⅰ區(qū)的分布形態(tài)，隨著保溫時(shí)間的增加，塊狀及條紋狀的石墨相轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小且彌散分布的球狀石墨相；Cu在熱處理的過(guò)程中逐步發(fā)生氧化，生成Cu2O和CuO；熱處理后Cu基體的晶粒尺寸有所增加，孿晶密度增加；通過(guò)菲克定律計(jì)算Cu元素在熱處理過(guò)程中的擴(kuò)散系數(shù)為D=2.76×10-14m2·s-1。

5、　　 (4)以三維網(wǎng)絡(luò)SiC/Cu為靜環(huán)，以鑄鐵環(huán)為動(dòng)環(huán)模擬了轎車(chē)的剎車(chē)試驗(yàn)。結(jié)果表明：隨著轉(zhuǎn)速增加平均摩擦系數(shù)和加速度絕對(duì)值減小、制動(dòng)時(shí)間和制動(dòng)距離增大，隨著壓力的增加平均摩擦系數(shù)、制動(dòng)時(shí)間和制動(dòng)距離均減小，加速度絕對(duì)值增大；低壓低轉(zhuǎn)速下磨損機(jī)理以磨粒磨損為主，高壓高轉(zhuǎn)速下以粘著磨損為主，并發(fā)生了主要從鑄鐵環(huán)向三維網(wǎng)絡(luò)SiC/Cu環(huán)方向的物質(zhì)遷移；三維網(wǎng)絡(luò)SiC在磨擦表面形成硬的微突起并起承載作用，SiC獨(dú)特的骨架結(jié)構(gòu)限制了Cu基體