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《碳-碳復合材料摩擦磨損行為》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第17卷 第1期宇 航 學 報Vol.17No.11996年1月JOURNALOFASTRONAUTICSJan.1996碳?碳復合材料的摩擦磨損行為羅瑞盈 李賀軍 楊 崢 康沫狂 劉應(yīng)樓(西北工業(yè)大學·陜西西安·710072)楊彩麗 史鴻俊(514廠·陜西興平·713106)摘要 本文研究了用CVD法制備的碳?碳復合材料的摩擦磨損行為,對剎車力矩曲線及其影響因素進行了分析,提出了這種材料的磨損機制。試驗結(jié)果表明,剎車力矩曲線中的前峰隨著材料的制備工藝和外界條件變化;碳?碳復合材料具有良好的自潤滑性,其磨損是機械磨損和
2、氧化綜合作用的結(jié)果,氧化是磨損的根本原因。主題詞 剎車力矩 摩擦和磨損 碳?碳復合材料1 引言碳?碳復合材料由于比重小、比熱大、熱強度高等一系列優(yōu)點而受到人們的普遍重視[1,2],與傳統(tǒng)的鋼剎車盤相比,用它制成的剎車盤重量輕、承載能力高、抗熱沖擊性能好,可在-100℃～2000℃溫度下工作且不易產(chǎn)生變形、掉塊、粘接,使用壽命長,可維護性好,舊剎車盤可以返修,因此,自從七十年代初問世以來得到很快發(fā)展。但是,碳?碳復合材料用作摩擦材料在我國的研究還屬起步階段。本文研究了用CVD法制備的碳?碳復合材料摩擦磨損性能,并分析了其
3、自潤滑和磨損機理。2 試驗211 試樣制備21111 原材料碳布:吉林碳素廠產(chǎn)IK高強I型聚丙烯腈(PAN)基平紋碳布;沉積氣體:高純丙烯;載氣:普氮。21112 工藝流程碳布沖切→碳布石墨化處理→碳布疊層→CVD預成型→CVD增密→石墨化處理→機械加工→非摩擦面涂覆防氧化涂層→試樣成品21113 試樣分組 本文于94年17日收到本文得到航空基金資助58 宇航學報 第17卷3 試樣共分二組,A組最終密度為118g?cm,在1800℃下經(jīng)過1
4、h石墨化處理,B組是在A組試樣的基礎(chǔ)上又在2300℃下經(jīng)過1h石墨化處理。212 實驗方法21211 本研究選用摩擦熱沖擊試驗法,試驗設(shè)備采用慣性試驗臺。21212 實驗步驟a.磨合:以選定的能載As、剎車速度Vs、剎車比壓Ps經(jīng)過5次剎車后,觀察摩擦表面,當接觸面積大于80%,即可轉(zhuǎn)入摩擦性能試驗。b.摩擦性能試驗:按選定的As、Vs、Ps剎車,每一條件重復試驗五次。c.磨損性能試驗:結(jié)合摩擦性能試驗同時進行,分解剎車盤測量各剎車盤每面每次的線磨損及質(zhì)量損耗,計算氧化質(zhì)量損失占總質(zhì)量損失的百分數(shù),計算公式為:W初-W
5、后-LSQW初-W后W初、W后分別為摩擦磨損試驗前、后剎車盤的質(zhì)量;S、Q分別為剎車盤的摩擦面積、密度;L為分解測得的剎車盤減薄量。21213 剎車力矩和剎車盤溫度測量用紫外線記錄儀記錄剎車力矩——剎車時間曲線,用熱電偶測量每次剎車過程中剎車盤的溫度。3 實驗結(jié)果與分析311 摩擦性能31111 剎車力矩——剎車時間曲線由圖1可以看出,對于A、B兩組樣件,都存在一個剎車力矩的最高點和最低點,其比值稱為力矩峰比,過大的力矩峰比不僅對剎車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)強度和剛度要求過高,而且還會導致剎車過程不平穩(wěn),所以力矩峰比是衡量材料摩擦性
6、能優(yōu)劣的重要指標之一。圖1 二組樣件的剎車力矩曲線觀察大量剎車矩——剎車時間曲線,可以看出剎車力矩的最大值出現(xiàn)在開始剎車時,稱該最大值為剎車力矩前峰。過高的剎車力矩前峰對剎車過程是十分有害的,它大大降低了剎車系統(tǒng)的可靠性,并將導致打滑使系統(tǒng)失效,所以要盡量降低力矩峰比及剎車力矩前峰。由試驗結(jié)果可見,B組的性能優(yōu)于A組。31112 不同試驗條件下的力矩峰比和動摩擦系數(shù)在不同的能載、剎車速度、剎車壓力下得出的試驗結(jié)果載于表1。試驗表明:A、B兩組試樣具有相同特性,當能載和剎車比壓相同而剎車速度變化時,材料的平均動摩擦系數(shù)和
7、力矩峰比變化不大;能載和剎車比壓增大,平均動摩擦系數(shù)和力矩峰第1期 羅瑞盈等:碳?碳復合材料的摩擦磨損行為59比也隨之增大,在相同試驗條件下,B組試樣的平均動摩擦系數(shù)、力矩峰比及力矩前峰比A組的小。在上述試驗條件下,碳?碳復合材料的平均摩擦系數(shù)數(shù)為01285-01340。表1 不同剎車條件下的力矩峰比和平均動摩擦系數(shù)試 樣試 驗 條 件平均動力矩峰比組 號能載As(MJ)剎車速度Vs(m?s)剎車比壓Ps(MPa)摩擦系數(shù)1325102119013408257119801313A83071
8、185013091330102125013381325101171013018257116001287B8307116501285133010117901300由于石墨呈規(guī)則層狀六方結(jié)構(gòu),其摩擦系數(shù)極低,不超過012[3],不能用做承受一定載荷又要求具有適中摩擦系數(shù)的剎車盤。在碳?碳復合材料中,碳纖維和熱解碳的微觀組織屬亂層石墨結(jié)
