Csf-SiC陶瓷基復(fù)合材料服役性改性研究.pdf

1、@剎車片作為飛機(jī)最關(guān)鍵的安全零部件之一，隨著使用環(huán)境越來越惡劣極端，對材料性能要求也越來越嚴(yán)格。碳化硅(SiC)陶瓷材料是目前飛機(jī)剎車片研究的熱點。在保持SiC摩擦性的同時，為提高SiC陶瓷的韌性，本課題采用熱壓燒結(jié)，以SiC陶瓷為基體，短切碳纖維為增強(qiáng)材料，納米碳粉和納米SiC作填充劑，在不加燒結(jié)助劑的前提下，制備Csf/SiC陶瓷基復(fù)合材料，研究纖維在基體中分散性、纖維體積分?jǐn)?shù)、燒結(jié)溫度對復(fù)合材料本征特性及服役性能改性的影響。從理論

2、上，探索Csf/SiC復(fù)合材料增韌機(jī)理、摩擦磨損機(jī)理、抗氧化及熱震機(jī)理。
　　采用空氣氧化短切碳纖維時，在480-490℃的熱處理溫度下處理45 min時，纖維表面形貌的改變有利于與基體的契合，增加與基體間的物理摩擦。液相處理纖維表面時，經(jīng)硝酸浸泡90 min后的纖維表面溝槽密度較大，刻蝕效果明顯。采用HEC分散劑，球磨時間為48 h，粉料中碳纖維分散較為均勻并且纖維損傷程度較低。
　　選擇不同參數(shù)制備Csf/SiC陶瓷基復(fù)

3、合材料。復(fù)合材料致密度隨纖維含量增加不斷降低，當(dāng)纖維含量小于30 vol.％時，相對密度在98%以上。復(fù)合材料硬度隨纖維體積分?jǐn)?shù)的增加逐漸降低，當(dāng)纖維體積分?jǐn)?shù)為55 vol.%時，硬度最低為17.1 GPa。復(fù)合材料主要由6H-SiC和C構(gòu)成，其中6H-SiC晶型并未因纖維存在而改變。纖維在SiC基體中分布較為均勻，并未出現(xiàn)纖維聚集。但是纖維含量過高試樣中，纖維出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。短切碳纖維的不斷加入，使復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度不斷上升，在10 vo

4、l.%時達(dá)到最高值423 MPa，隨后又不斷下降?；w中越多的短切碳纖維，復(fù)合材料的斷裂韌性也隨之逐漸增加，在55 vol.%時達(dá)到最大值4.9 MPa·m1/2。其增韌機(jī)制主要由纖維脫粘、纖維拔出、纖維斷裂以及裂紋擴(kuò)展組成。
　　材料的相對密度和硬度隨著燒結(jié)溫度升高先增大后減小，在2000℃對材料進(jìn)行燒結(jié)時，材料相對密度達(dá)到最大值98%，在2050℃時，材料硬度為20.7 GPa。不同燒結(jié)溫度下，Csf/SiC復(fù)合材料仍以6H-

5、SiC為主晶相，纖維在高溫下容易石墨化，并且溫度越高，石墨化程度愈明顯。由于沒有燒結(jié)機(jī)的作用，材料中沒有觀察到玻璃相。彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性隨燒結(jié)溫度的增加先上升后下降，其中彎曲強(qiáng)度在2050℃達(dá)到最大值，為396 MPa。斷裂韌性在2000℃達(dá)到最大值4.6 MPa·m1/2。
　　對Csf/SiC陶瓷基復(fù)合材料耐磨性能及熱性能進(jìn)行表征。復(fù)合材料摩擦系數(shù)隨纖維含量增加而不斷降低，當(dāng)纖維含量為55 vol.%時，摩擦系數(shù)達(dá)到最小值0.

6、23。磨損率隨纖維含量的增加先下降后上升，當(dāng)纖維含量為30 vol.%時，磨損率達(dá)到最小值2.65×10-6 mm3/N·m。燒結(jié)溫度與材料摩擦系數(shù)關(guān)系不大。纖維含量較少時，材料主要發(fā)生脆性剝落，表現(xiàn)為磨粒磨損，過多的纖維將導(dǎo)致材料磨損率增加。復(fù)合材料表面在高溫下產(chǎn)生3-4μm的SiO2薄膜，薄膜的存在使復(fù)合材料具有良好的抗氧化性。Csf/SiC復(fù)合材料的熱震次數(shù)隨纖維含量增加而不斷增加，當(dāng)纖維含量為55 vol.%時，為52次。經(jīng)過5