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金属浸渗对碳/碳复合材料组织、性能的影响

虞红燕  
【摘要】: 随着电力机车的高速化趋势,目前我国所使用的受电弓滑板主体——粉末冶金滑板渐渐不敷使用。碳自润滑性能优异,碳纤维则具有高强度、高模量等特点,广泛用于制作纤维增强复合材料,金属铜、铝具有优异的导电性能及力学强度。因此,本文制备了碳/碳、碳/碳+渗铜、碳/碳+渗铝三种复合材料,开发具有良好综合性能的受电弓滑板用复合材料。 对这三种复合材料的密度、导电性能、弯曲性能及硬度各方面进行了评价,并对这三种复合材料的摩擦磨损性能进行探讨。摩擦磨损试验中,研究了摩擦系数、磨损量与载荷、磨损距离的关系。 基于上述研究,获得如下主要结果: 1、碳/碳+渗铜和碳/碳+渗铝复合材料的密度分别为4.58g/cm~3、2.28g/cm~3,比很多滑板材料的密度都小,这有利于滑板的轻型化发展趋势。碳/碳+渗铜和碳/碳+渗铝复合材料电阻率分别为0.24μΩm和0.184μΩm,可以满足受电弓滑板使用要求。 2、碳/碳+渗铜和碳/碳+渗铝复合材料的弯曲强度较碳/碳复合材料高,分别为88MPa和196MPa,高于受电弓滑板材料的使用要求,复合材料中的碳纤维起到了纤维增韧补强作用。由于碳-铝润湿性强于碳-铜,因此碳/碳+渗铝的增强作用较碳/碳+渗铜的效果好。 3、碳/碳复合材料经金属浸渗之后,碳/碳+渗铜和碳/碳+渗铝复合材料的摩擦系数及磨损量较碳/碳复合材料的有所升高,其中碳/碳+渗铝比碳/碳+渗铜的抗摩擦磨损性能优异。 4、复合材料在摩擦初始阶段磨损机理主要是磨粒磨损及粘着磨损,当摩擦膜产生后磨损机理为疲劳、剥层磨损。复合材料的摩擦系数及磨损量与摩擦表面的摩擦膜有关,当摩擦膜存在并起到润滑保护作用时,复合材料的摩擦系数及磨损量都减小;当摩擦膜受损产生表面剥落后,为产生新的摩擦膜,复合材料又开始磨粒磨损及粘着磨损,从而复合材料的摩擦系数和磨损量增大。


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