碳纖維和碳化硅-銅基復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、目前在剎車摩擦材料領(lǐng)域，銅基復(fù)合材料的制備工藝尚不完善，部分實(shí)驗(yàn)參量和性能尚無參考數(shù)據(jù)可言，單純的碳化硅或碳纖維增強(qiáng)銅基復(fù)合材料都不能滿足該領(lǐng)域?qū)δΣ聊p性能日益增強(qiáng)的要求。本文采用機(jī)械合金化與粉末冶金相結(jié)合的工藝制備碳纖維和碳化硅-銅基復(fù)合材料，分析碳化硅體積含量和碳纖維加入對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能和摩擦磨損性能的影響規(guī)律和作用機(jī)理。以機(jī)械合金化方法向碳纖維和碳化硅-銅基復(fù)合材料中添加Ti、Sn元素，探討它們對(duì)其性能的影響。
　　

2、本文研究非連續(xù)碳纖維和碳化硅顆?；祀s增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備工藝并優(yōu)化參數(shù)。首先，嘗試多種方法分散碳纖維，結(jié)果發(fā)現(xiàn)無水乙醇超聲分散結(jié)合低速球磨混粉工藝能夠使碳纖維均勻的分散到復(fù)合材料的基體中。其次，對(duì)比四種機(jī)械合金化混粉工藝，研究分析不同混粉時(shí)間對(duì)粉末的形貌、尺寸和成型性的影響，實(shí)驗(yàn)得出碳化硅顆粒不參與高能球磨的混粉工藝能有效提高復(fù)合材料的致密度。最后，以三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度為評(píng)定指標(biāo)，優(yōu)化冷壓成型、高溫?zé)Y(jié)和二次壓制工藝參數(shù)。
　　 實(shí)

3、驗(yàn)證明，以180r/min轉(zhuǎn)速低速球磨混粉，400MPa冷壓成型，900℃燒結(jié)1h，能夠制備含碳化硅20vol.％-35vol.％、含碳纖維3vol.％的復(fù)合材料。對(duì)燒結(jié)后的復(fù)合材料，進(jìn)行壓強(qiáng)為400MPa的二次壓制能夠使復(fù)合材料三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度提高50％左右。
　　 研究發(fā)現(xiàn)隨碳化硅體積含量的增加，復(fù)合材料的表觀密度和三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度逐漸下降，復(fù)合材料的平均摩擦系數(shù)先增大后減小，磨損率的變化趨勢(shì)與摩擦系數(shù)相反。當(dāng)含碳化硅30vol.％

4、、碳纖維3vol.％時(shí)，碳纖維和碳化硅-銅基復(fù)合材料獲得最佳的減摩性能和耐磨性能。此時(shí)，三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度為147MPa，摩擦系數(shù)取得最大值0.336，而磨損率獲得最小值0.57×10-5g/m，僅為碳化硅-銅基復(fù)合材料的1/16。復(fù)合材料的磨損機(jī)理是包含氧化、磨粒磨損和黏著磨損的混合磨損。材料磨損初期，復(fù)合材料中的石墨和碳纖維在磨損表面形成一層硬度非常高的光滑碳膜。這層硬質(zhì)碳膜能夠阻止摩擦副直接接觸磨損，從而降低摩擦系數(shù)，顯著提高復(fù)合材料的