混雜纖維增強(qiáng)陶瓷基摩擦材料及其性能研究.pdf

1、工業(yè)制動(dòng)、高速列車(chē)、風(fēng)電設(shè)備等由于制動(dòng)失效而產(chǎn)生的事故直接經(jīng)濟(jì)損失及重大人員傷亡的相關(guān)報(bào)道較多,而引起制動(dòng)失效的主要原因之一與摩擦材料性能的好壞緊密相關(guān),如機(jī)械性能、抗熱衰退性能和耐磨損性能等。制動(dòng)摩擦材料是制動(dòng)裝置的關(guān)鍵與核心,具有機(jī)械性能高、摩擦穩(wěn)定性好和耐磨損性高的摩擦材料能為安全制動(dòng)提供重要的技術(shù)保證和不可或缺的技術(shù)前提。開(kāi)展制動(dòng)摩擦材料的研制,對(duì)提高制動(dòng)裝置的技術(shù)水平有關(guān)鍵性的作用和重要實(shí)際價(jià)值。目前,針對(duì)半金屬等類(lèi)型的摩擦材

2、料的相關(guān)研究較多,并獲得了較多成果。然而,迄今為此對(duì)于混雜纖維增強(qiáng)陶瓷基摩擦材料的研究甚少。
　　 本文在研究摩擦材料現(xiàn)狀和存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上,采用多種纖維混雜增強(qiáng)陶瓷基摩擦材料,從陶瓷基摩擦材料中增強(qiáng)纖維的組分出發(fā),結(jié)合試驗(yàn)研究和理論分析,系統(tǒng)和深入分析研究了陶瓷基摩擦材料的機(jī)械性能和摩擦磨損性能,探討了其磨損機(jī)理,并優(yōu)化了陶瓷基摩擦材料配方,獲得了摩擦性能穩(wěn)定和高耐磨損性的陶瓷基摩擦材料。對(duì)該陶瓷基摩擦材料的研制能大大降低摩擦

3、材料的成本,并具有廣闊的應(yīng)用前景。本文的主要研究工作與創(chuàng)新成果如下:
　　 (1)采用廉價(jià)、資源廣泛的氧化鋁、黏土和鉀長(zhǎng)石為陶瓷復(fù)合基體組分,鋼纖維為增強(qiáng)纖維,碳化硅、還原鐵粉和鱗片石墨為摩擦調(diào)節(jié)劑,制備出鋼纖維增強(qiáng)陶瓷基摩擦材料,并研究了鋼纖維含量對(duì)陶瓷基摩擦材料的抗熱衰退性、恢復(fù)性能以及耐磨損性的影響。結(jié)果表明,添加鋼纖維能夠改善陶瓷基摩擦材料的韌性、熱穩(wěn)定性和耐磨損性,認(rèn)為采用鋼纖維作為增強(qiáng)纖維來(lái)增強(qiáng)陶瓷基摩擦材料是可行的

4、。但鋼纖維與陶瓷材料的相容性存在一定問(wèn)題,在摩擦過(guò)程中會(huì)引起鋼纖維增強(qiáng)陶瓷基摩擦材料的磨損表面產(chǎn)生微裂紋,加劇其磨損。因此在使用鋼纖維作為增強(qiáng)纖維來(lái)增強(qiáng)陶瓷基摩擦材料的同時(shí)應(yīng)適當(dāng)添加與陶瓷材料相容性較好的增強(qiáng)材料。
　　 (2)制出鋼纖維/莫來(lái)石陶瓷纖維和鋼纖維/硅酸鋁陶瓷纖維兩種組合纖維混雜增強(qiáng)陶瓷基摩擦材料,對(duì)比分析了其機(jī)械性能和摩擦磨損性能。研究表明,陶瓷基摩擦材料中應(yīng)包含一定數(shù)量的鋼纖維可保證其有一定程度的導(dǎo)熱性能;鋼纖

5、維與莫來(lái)石陶瓷纖維或硅酸鋁陶瓷纖維都有較好的混雜效應(yīng),各種纖維與陶瓷復(fù)合基體間的界面結(jié)合性能都表現(xiàn)較好,均可以起到協(xié)同互補(bǔ)作用的增強(qiáng)效果,提高了陶瓷基摩擦材料的機(jī)械性能,為陶瓷基摩擦材料的進(jìn)一步研制提供了技術(shù)方向。
　　 (3)對(duì)鋼纖維/莫來(lái)石陶瓷纖維和鋼纖維/硅酸鋁陶瓷纖維兩種組合纖維混雜增強(qiáng)陶瓷基摩擦材料中陶瓷纖維含量對(duì)其性能的影響進(jìn)行了系統(tǒng)地研究,獲得了陶瓷纖維含量對(duì)陶瓷基摩擦材料性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明,莫來(lái)石陶瓷纖維和

6、硅酸鋁陶瓷纖維含量的越大,受摩擦力的持續(xù)作用更易斷裂脫落,使得陶瓷基摩擦材料的磨損表面粗糙,摩擦副之間的滑動(dòng)阻力將增大,進(jìn)而摩擦系數(shù)增大,同時(shí)降低了陶瓷基摩擦材料的高溫耐磨性能。對(duì)陶瓷基摩擦材料配方的研制有重要參考價(jià)值。
　　 (4)運(yùn)用黃金分割法、正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)法、灰色相關(guān)系數(shù)分析法以及模糊綜合評(píng)價(jià)法優(yōu)選出具有較好綜合性能的陶瓷基摩擦材料。研究表明,優(yōu)選出鋼纖維/莫來(lái)石陶瓷纖維/硅酸鋁陶瓷纖維混雜增強(qiáng)的陶瓷基摩擦材料擁有較高的抗

7、熱衰退性能,與由鋼纖維/莫來(lái)石陶瓷纖維和鋼纖維/硅酸鋁陶瓷纖維兩種組合的纖維混雜增強(qiáng)和僅由鋼纖維纖維增強(qiáng)的陶瓷基摩擦材料相比較,三種組合纖維混雜增強(qiáng)陶瓷基摩擦材料的耐磨性能最高。對(duì)于三種組合纖維混雜增強(qiáng)的陶瓷基摩擦材料,鋼纖維更有利于改善其摩擦學(xué)性能。
　　 (5)對(duì)優(yōu)選出的三種組合纖維混雜增強(qiáng)的陶瓷基摩擦材料進(jìn)行了慣性臺(tái)架試驗(yàn),并觀察了其磨損表面形貌。結(jié)果表明,優(yōu)選出的陶瓷基摩擦材料具有相對(duì)較好的制動(dòng)性能,其磨損表面并沒(méi)有出現(xiàn)