三維碳氈-水泥復(fù)合材料耐高溫及摩擦性能研究.pdf

1、制動剎車片作為車輛安全部件，在車輛制動過程中的各方面的性能就顯得非常的重要。因此，開發(fā)低成本高性能的制動摩擦材料是我國車輛發(fā)展需要解決的關(guān)鍵問題。針對傳統(tǒng)的樹脂基制動摩擦材料耐熱性能較差的問題，考慮需要改換基體粘接材料來提高耐熱性。
　　本文利用無機非金屬材料水泥作為基體粘接劑，三維針刺碳氈作為內(nèi)部增強體，硅灰、碳化硅、石墨等作為填料和調(diào)節(jié)劑制備三維碳氈/水泥復(fù)合材料(carbon fiberfelt/Portland cemen

2、t，CFF/PC)，研究其在不同溫度下的耐高溫性能和其內(nèi)部成分變化，并通過氧化鋁溶膠對三維碳氈內(nèi)碳纖維進行包覆，提高碳氈和復(fù)合材料的耐高溫性能。在此基礎(chǔ)上向復(fù)合材料中添加石墨、碳化硅等填料調(diào)節(jié)復(fù)合材料摩擦系數(shù)及磨損率，進一步探索三維碳氈/水泥復(fù)合材料的摩擦磨損性能。采用萬能材料試驗機、摩擦試驗機、SEM掃描、XRD等設(shè)備對復(fù)合材料的力學(xué)性能、摩擦磨損性能進行測試分析。研究結(jié)果表明:
　　(1) CFF/PC復(fù)合材料中碳纖維在水泥基

3、體內(nèi)的結(jié)構(gòu)是呈三維網(wǎng)狀分布的，在一定程度上抑制了水泥之間由于熱膨脹而產(chǎn)生的炸裂，而且碳纖維的導(dǎo)熱性良好，在基體中分布又比較均勻，所以能夠快速的使復(fù)合材料內(nèi)部的溫度達到一致，避免出現(xiàn)了由于溫度分布不均勻而出現(xiàn)的應(yīng)力集中現(xiàn)象，所以碳纖維的三維空間結(jié)構(gòu)分布不但提高了復(fù)合材料在常溫下的力學(xué)性能，還在高溫下的力學(xué)性能提供了一定的保證。室溫下CFF/PC的抗彎強度為45MPa，抗壓強度為56MPa。而純水泥石的抗彎強度僅為15 MPa左右，抗壓強度

4、為50 MPa。抗彎強度和抗壓強度分別提高了200％和12％。并且復(fù)合材料內(nèi)碳纖維在600℃燒蝕1h仍有部分存在，說明水泥基體對碳纖維有保護作用，減緩了高溫下碳纖維的分解，保證CFF/PC復(fù)合材料在高溫下具有一定的力學(xué)性能。
　　(2)通過溶膠凝膠法制各不同濃度的氧化鋁溶膠，以一定量的氧化鋁溶膠包覆到碳纖維表面，在一定溫度下發(fā)生物相轉(zhuǎn)變，從勃姆石(AlOOH)轉(zhuǎn)變?yōu)锳l2O3。利用不同濃度的氧化鋁溶膠包覆碳纖維后，比較不同溶度氧化

5、鋁對包覆效果的影響，發(fā)現(xiàn)用0.3mol/L濃度氧化鋁溶膠浸泡一次碳氈，所達到的包覆效果良好，可使三維碳氈能夠耐800℃的高溫而不發(fā)生氧化。
　　(3)當(dāng)氧化鋁溶膠包覆到碳纖維表面，氧化鋁包覆層能夠增加碳纖維與水泥基體的界面結(jié)合性能，有助于復(fù)合材料力學(xué)性能的提高。同時，由于Al2O3包覆在碳纖維表面，能夠有效的提高碳纖維在高溫下的抗氧化能力。通過測試，發(fā)現(xiàn)沒有進行包覆的碳氈在500℃燒蝕1h，就已經(jīng)氧化完全，而經(jīng)過一定濃度氧化鋁溶膠

6、包覆后，在溫度為800℃時，碳氈還有部分未被氧化，相應(yīng)的也對復(fù)合材料在高溫下的力學(xué)性能有所提高。
　　(4)利用石墨和SiC對復(fù)合材料的摩擦磨損性能給予改性。通過實驗數(shù)據(jù)可知，復(fù)合材料的摩擦系數(shù)隨著石墨填料的增加而減小，而磨損率隨著石墨填料的增加呈先減小后增大的趨勢。復(fù)合材料的摩擦系數(shù)隨著SiC含量的增加只有少量的增大。復(fù)合材料的磨損率是隨著SiC含量的增加有所下降，但是變化量也不大。選擇石墨含量為12％的復(fù)合材料，然后向復(fù)合材料