汽车制动用C/C-SiC复合材料的制备及性能研究

论文题目: 汽车制动用C/C-SiC复合材料的制备及性能研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 材料学

作者: 吴庆军

导师: 熊翔,肖鹏

关键词: 复合材料,反应烧结,摩擦磨损,台架实验,定速实验

文献来源: 中南大学

发表年度: 2005

论文摘要: C/C-SiC复合材料是国际新材料领域重点发展的一种新型材料,兼具功能和结构特性,综合性能优异,作为摩擦材料,极具应用前景。将其用作汽车制动材料,制备成本是主要制约因素。为了突破价格瓶颈,同时又能充分发挥其性能优势,可从原材料和制备工艺两个方面展开工作。本研究在综述汽车制动材料研究进展及C/C-SiC复合材料主要制备工艺的基础上,以短纤维替代连续纤维编制体,通过模压成型一反应烧结制备了C/C—SiC复合材料,并对C-Si反应机理和材料性能进行了较深入的研究和探讨。本研究的主要内容和结论如下: 1)以短炭纤维、石墨粉、硅粉及粘结剂为原料均匀混合,经低温热压成型,800℃炭化处理,1500℃反应烧结制得C/C-SiC复合材料,再通过增密处理制备除了致密度达到80%以上,密度大于1.8g/cm~3的C/C-SiC复合材料。同时借助扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDAX)、X射线衍射(XRD)、金相显微镜(OM)等测试手段,研究分析了材料的组成、形貌及纤维与基体界面,探讨了热处理时C-Si反应机理。 2)对复合材料在制动受载过程中涉及到的压缩、剪切和弯曲等力学性能进行测试,讨论了材料的破坏机理,研究了纤维分布状况、增密效果及SiC含量等因素对材料力学性能的影响。结果表明:纤维的分布状况决定材料的弯曲失效模式;材料致密度对压缩、剪切性能的影响呈相似的变化趋势。 3)借助MM—1000型摩擦试验机对C/C-SiC复合材料进行了摩擦磨损性能测试,考察了干态和湿态两种状态下的摩擦磨损性能,研究了基体致密度、SiC含量及环境湿度对材料摩擦行为的影响及相关的摩擦磨损机理。结果表明:基体致密度越大,复合材料磨损率越低;随SiC含量的增加,摩擦系数增加;材料在湿态下仍然能维持0.3的高摩擦系数。 4)依据汽车行业标准QC/T582进行汽车模拟制动实验,考察了复合材料的摩擦磨损性能。研究发现材料具有较高的摩擦系数(0.3～0.5)和优异的抗衰退性能,衰退率低于15%,衰退恢复差率接近0;高SiC含量(27vol%)能够在单位摩擦面上提供更多的硬质支撑点,因此有利于提高材料的摩擦系数及其稳定性。 5)在汽车模拟制动实验的基础上,选择综合性能较好的试样,考察了定速状态下,其摩擦系数维持恒定的能力。结果表明:在100～350℃的相同温度下,材料的摩擦系数在0.55～0.65之间波动,较为稳定:摩擦系数对温度变化不很敏感,不同温度下的摩擦系数基本没有发生变化(小于0.05);磨损率随温度的升

论文目录:

摘要

ABSTRACT

目录

第一章 文献综述

1.1 前言

1.2 汽车制动器及制动性能

1.2.1 鼓式制动器

1.2.2 盘式制动器

1.2.3 汽车制动性能

1.3 汽车摩擦材料的发展状况

1.3.1 国外汽车摩擦材料的发展现状

1.3.2 国内汽车摩擦材料的发展现状与趋势

1.3.3 半金属制动材料的性能特点

1.3.4 陶瓷制动材料的发展

1.4 C／C-SIC复合材料及其主要制备方法

1.4.1 粉浆-热压法

1.4.2 化学气相渗透法(CVI)

1.4.3 液态聚合物浸渗法(LPI)

1.4.4 反应熔渗工艺(RMI)

1.4.5 综合工艺

1.5 研究背景

1.6 研究内容

第二章 C／C-SIC复合材料的制备及性能检测

2.1 原材料和实验设备

2.1.1 原材料

2.1.2 实验设备

2.2 材料制备

2.2.1 材料成份设计

2.2.2 制备工艺设计

2.3 材料的性能测试方法

2.3.1 体积密度和开孔率的测定

2.3.2 X射线衍射分析

2.3.3 摩擦磨损性能测试

2.3.5 力学性能测试

2.3.6 扫描电子显微镜(SEM)观察

2.3.7 金相观察

第三章 C／C-SIC复合材料的组织结构及形成机理

3.1 组织结构

3.1.1 基体形貌

3.1.2 纤维形貌

3.1.3 纤维／基体界面形貌

3.2 C-SI反应过程特征

3.3 结论

第四章 C／C-SIC复合材料的力学性能

4.1 前言

4.2 试样概况

4.2.1 试样制备

4.2.2 取样

4.3 弯曲性能

4.3.1 实验结果

4.3.1 材料失效机理分析

4.3.2 应力-应变曲线分析

4.4 压缩性能

4.4.1 实验结果

4.4.2 材料失效机理分析

4.5 剪切强度

4.5.1 实验结果及分析

4.6 本章小结

第五章 C／C-SIC复合材料的摩擦性能

5.1 前言

5.2 摩擦磨损性能测试

5.2.1 检测分析

5.2.2 结果与讨论

5.2.3 结论

5.3 汽车模拟制动

5.3.1 实验条件

5.3.2 实验结果

5.3.3 分析讨论

5.3.4 结论

5.4 定速摩擦实验

5.4.1 实验条件

5.4.2 结果与讨论

5.4.3 结论

第六章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间硕士期间发表论文

发布时间: 2006-03-28

参考文献

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