C%2fC-SiC陶瓷制动材料的制备与性能研究.pdfVIP

G／C—SiC陶瓷制动材料的制备和性能研究 肖鹏熊翔王林山黄伯云 (中南大学粉末冶金国家重点实验室，长沙，410083) 摘要：采用熔si浸渗C／C多孔体削备了C／C—SiC陶瓷莘4车材料，研完了塔si漫渗过程的理论 基础，以压C／C—SiC材料的结构和性能特征。制备的C／C—SiC复合材料体积密度达到2．25g· cm一，开孔率1．0％，抗弯强度94MPa和抗压强度193MPa；在干态和湿态条件下，摩擦系数分别 为0．34和033，线磨损分别为0 54Ⅳn／次和0．5ztm,／次，对偶件线磨损分刑为1．27Ⅳn／次和 053斗In／次，制动力矩曲线平稳，稳定系数达到067。研究表明：采取真空浸渗或者施加外力， 降低Si—C反应速度，增大孔隙尺寸都有利于提高液si的浸渗深度；C／C—SiC复合材料是一种 有希望的环境适应性强的陶瓷制动材料。 关键词：C／C—SiC：熔硅浸渗；摩擦性能；C／C多孔体 1前言 如今，国内外高速列车、重载货车、轿车、赛车、摩托车等重载、高速行驶、制动频繁的 车型对响应快、摩擦系数高且稳定、抗热衰减性能良好、重量轻和长寿命的高性能刹车材料 提出了迫切的需求。西方工业发达国家正在研制发展新一代低密度、高耐磨性和高温稳定的 碳纤维增韧陶瓷基刹车材料”‘3J。如德国Stuttgart大学、美国橡树岭国家实验室等正在研制 低成本C／SiC复合材料刹车片。碳纤维增韧陶瓷基复合材料主要具有低密度(2．39· cm。)、低磨损、抗腐蚀、高摩擦系数和能适应各种路况和各种气候的优点。 Silicon lnfiltration，CVI)法、聚碳硅烷转化法(PIP)和熔si浸渗(MoltenInfiltration，MSI) Vapor 法。其中MSI法具有制备周期短(一10h)、成本低和致密度高等优点，但易造成碳纤维硅化 损伤和部件存在密度梯度。本文主要研究MSl法制备C／C—SiC陶瓷刹车材料的工艺理论基 础和初步探讨材料的结构和性能特征。 2实验过程 2．1 C／C．SiC材料的制备 采用“碳纤维预制体一填充基体炭一多孔C／c一熔融浸si—C／c—SiC”工艺路线制备 解沉积(CVD法)制备热解炭，呋哺树脂在180—800℃浸渍一炭化得到树脂炭。石墨化处理 361 温度为2300。C。熔融浸si时以一300目的si粉为si源，温度为16500C。 2．2分析测试 采用排水法测定试样的体积密度和孔隙率，万能力学试验机测试材料的力学性能，扫描 电镜(SEM，JEOL5600LV)观察试样的断面形貌。采用MM一1000摩擦实验机测试试样的干、 大气中)实验做完后，在水中浸泡4rain，做完第一次后再浸泡1～2rain，共做8次。 3熔Si浸渗理论基础 3．1 浸渗过程热力学分析 液体填充多孔体孔隙的过程中，体系自由能的变化AG为： AG=△氏口“+AS。口， (1) 式中：AS“和△s，分别表示液／固界面和固体表面积的变化，Aor，l和△口，分别为液／固界面和 固体的表面能。由于存在AS“=一AS，，则 △c=一AS“(口，一口d) (2) 由Youngs方程 or，一or“=9ICOS0 (3) 式中a为润湿角，代人方程(2)得： AG=一ASdorfCOS0 (4) 随着浸渗过程的进行，液／固之间的表面积不断增加(即△o)，而液体的表面张力or。 始终大于0，因此自由能的变化实际上取决于润湿角口的大小。当p90。时，Ac0，浸渗过 程能白发进行。而当日90。时，AG0，浸渗过程不能自发进行，需要依靠外力才能进行浸 渗。在熔Si浸渗多孔c材料时，熔融si与c和Si