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航空刹车用C/C复合材料摩擦磨损行为研究

李江鸿  
【摘要】: C/C复合材料是最新一代的航空刹车材料,摩擦磨损性能是刹车材料的关键。本文研究了不同工艺制备的C/C复合材料的摩擦磨损性能,并分析了刹车压力与速度对摩擦性能的影响。采用金相、扫描电镜、X射线衍射、拉曼光谱等手段对不同试验条件下的摩擦表面、磨屑的形貌与结构进行了检测,探讨了C/C复合材料的磨损机理。 1)研究了不同基体炭C/C复合材料的摩擦磨损性能。研究表明:以粗糙层热解炭为主的C/C复合材料由于具有高石墨化度与热导,摩擦稳定性好,磨屑较细而均匀,且能在高速与高压刹车时保持好的稳定性和较低的磨损,线性磨损均控制在2μm/面.次以内;以光滑层热解炭为主的C/C复合材料山于石墨化度较低,磨屑不太均匀,摩擦稳定性差;纯沥青浸渍试样磨损非常大,线性磨损高达27.33μm/面.次。 2)研究了刹车压力与速度对C/C复合材料摩擦磨损性能的影响。研究表明:刹车压力恒为60N/cm~2时,刹车速度在10m/s时摩擦系数出现峰值,刹车速度大于10m/s,摩擦系数随刹车速度的升高而下降;磨损随刹车速度的增加而增加,在高速下由于氧化作用,质量磨损迅速增大,热导率低的C/C复合材料氧化尤其严重。摩擦系数随刹车压力的升高稍有降低;刹车压力对线性磨损的影响较复杂,但总趋势是随刹车压力的增大而增人,质量磨损随刹车压力的增大而迅速增加,热导率低的材料尤其显著。 3)首次用X射线衍射与拉曼光谱分析了不同刹车压力与速度条件下摩擦面的石墨化度变化。研究表明:刹车压力或速度较低时,摩擦面的石墨化度随刹车压力与速度的增加而降低;在28m/s高速刹车下,石墨化度低的C/C复合材料摩擦面石墨化度升高,而石墨化度高的C/C复合材料则仍是降低;高压刹车后C/C复合材料摩擦面的石墨化度均升高,这是由于摩擦面在高压刹车时发生了应力石墨化。摩擦面石墨化度的升高可导致摩擦系数降低。 4)探讨了C/C复合材料的磨损机理,主要有磨粒磨损、剥层磨损、氧化磨损、粘着磨损。


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