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《中南大学》 2005年
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汽车制动用C/C-SiC复合材料的制备及性能研究

吴庆军  
【摘要】:C/C-SiC复合材料是国际新材料领域重点发展的一种新型材料,兼具功能和结构特性,综合性能优异,作为摩擦材料,极具应用前景。将其用作汽车制动材料,制备成本是主要制约因素。为了突破价格瓶颈,同时又能充分发挥其性能优势,可从原材料和制备工艺两个方面展开工作。本研究在综述汽车制动材料研究进展及C/C-SiC复合材料主要制备工艺的基础上,以短纤维替代连续纤维编制体,通过模压成型一反应烧结制备了C/C—SiC复合材料,并对C-Si反应机理和材料性能进行了较深入的研究和探讨。本研究的主要内容和结论如下: 1)以短炭纤维、石墨粉、硅粉及粘结剂为原料均匀混合,经低温热压成型,800℃炭化处理,1500℃反应烧结制得C/C-SiC复合材料,再通过增密处理制备除了致密度达到80%以上,密度大于1.8g/cm~3的C/C-SiC复合材料。同时借助扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDAX)、X射线衍射(XRD)、金相显微镜(OM)等测试手段,研究分析了材料的组成、形貌及纤维与基体界面,探讨了热处理时C-Si反应机理。 2)对复合材料在制动受载过程中涉及到的压缩、剪切和弯曲等力学性能进行测试,讨论了材料的破坏机理,研究了纤维分布状况、增密效果及SiC含量等因素对材料力学性能的影响。结果表明:纤维的分布状况决定材料的弯曲失效模式;材料致密度对压缩、剪切性能的影响呈相似的变化趋势。 3)借助MM—1000型摩擦试验机对C/C-SiC复合材料进行了摩擦磨损性能测试,考察了干态和湿态两种状态下的摩擦磨损性能,研究了基体致密度、SiC含量及环境湿度对材料摩擦行为的影响及相关的摩擦磨损机理。结果表明:基体致密度越大,复合材料磨损率越低;随SiC含量的增加,摩擦系数增加;材料在湿态下仍然能维持0.3的高摩擦系数。 4)依据汽车行业标准QC/T582进行汽车模拟制动实验,考察了复合材料的摩擦磨损性能。研究发现材料具有较高的摩擦系数(0.3~0.5)和优异的抗衰退性能,衰退率低于15%,衰退恢复差率接近0;高SiC含量(27vol%)能够在单位摩擦面上提供更多的硬质支撑点,因此有利于提高材料的摩擦系数及其稳定性。 5)在汽车模拟制动实验的基础上,选择综合性能较好的试样,考察了定速状态下,其摩擦系数维持恒定的能力。结果表明:在100~350℃的相同温度下,材料的摩擦系数在0.55~0.65之间波动,较为稳定:摩擦系数对温度变化不很敏感,不同温度下的摩擦系数基本没有发生变化(小于0.05);磨损率随温度的升
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:U465

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【参考文献】
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