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航空发动机轴间密封C/C复合材料的制备及摩擦磨损特性研究

彭春兰  
【摘要】: 密封环是航空发动机主轴密封的关键零件。其工作条件和环境要求密封材料具有高强度、高抗氧化性、良好的导热性和低的摩擦系数与磨损等性能。本论文制备了不同炭纤维坯体的材料,并测试其性能。此外,对多种C/C复合材料及拟用作航空发动机轴间密封的高强石墨的滑动摩擦磨损特性进行了研究。 根据航空发动机轴间密封环材料的使用条件和性能要求,坯体为周向缠绕+径向针刺和轴向、周向和径向三维编织的坯体。首先采用CVD增密,工艺上控制得到RL/SL或SL为主要结构的基体炭,再用浸渍树脂补充增密C/C复合材料,并采用较低温度的石墨化热处理工艺,以便于提高材料强度、耐磨性,同时,浸渍树脂能更好地保证材料的气密性。石墨化热处理后,材料石墨化度约30~50%,其中1-6材料的石墨化度达到47.1%。三维编织坯体的材料硬度各向异性程度低,而缠绕针刺坯体的材料硬度各向异性较大。材料的导热系数各向异性明显。1-5,1-6材料的平均线膨胀系数随着温度升高而降低,400℃时降到最低点,500℃时开始回升。C/C复合材料的压缩和弯曲力学性能表现出假塑性。 C/C复合材料的摩擦系数及磨损量与炭纤维的取向、材料的硬度、石墨化度和磨损部位有关。C/C复合材料的摩擦系数较低,在0.08~0.15范围内,而高强石墨材料的摩擦系数在0.23左右。C/C复合材料的磨损失重比高强石墨的低。水润滑状态下,在上下试样间形成水膜,摩擦系数降低,材料的磨损失重增加。从摩擦磨损角度考虑,C/C复合材料比高强石墨材料更适合用作航空发动机主轴密封环。 航空发动机轴间气膜密封技术是一种先进的结构。具有高强、耐热、抗氧化、低摩擦磨损的C/C复合材料适合用作航空发动机主轴密封环,可取代高强石墨材料,可填补国内C/C复合材料在此应用领域的空白。


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