航空刹车用cc复合材料石墨化度的研究

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1、摘要本文在大量实验研究和理论分析的基础上，系统、深入地研究了C／C复合材料中石墨化度的微观分布规律及其影响因素，以及石墨化度与导电导热性能、力学性能、摩擦磨损性能之间的关系。从石墨化角度为制备高性能航空刹车用C／C复合材半耳指明了方向。分别采用XRD、激光喇曼光谱、TEM测量和表征石墨化度，在对比分析的基础上，首次建立了喇曼参数R‘1与XRD参数石墨化度P之间的定量关系，并将其成功地运用于C／C复合材料中微区石墨化度的分析。采用显微激光喇曼光谱，首次发现了PAN基炭纤维／SL结构热解炭界面区域的额外石墨化现象，并对其产生机理进行了

2、分析，认为，高温石墨化时，PAN基炭纤维与sL结构热解炭二者收缩不匹配引致的界面应力集中，是导致其产生的原因。首次建立了C／C复合材料石墨化度耳与室温电阻率／9之问的定量线性关系(p气时b，式中日、b为常数)、石墨化度只与室温导热系数^之间的定量指数关系(_=Ao+A桫，式中A。A、t为常数)。并对公式中常数的影响因素如纤维预处理、复合材制表观密度、取向等进行了分析。分析了C／C复合材料石墨化度对力学性能的影响，提出材料的损伤机制与石暴化度高低}II关一在石墨化度较低时，以裂纹桥和纤维拔出机制为主，纤维的增强作用明显；在石墨化度较

3、高时，以纤维断裂机制为主，纤维的增强作用不明显。首次发现了C／C复合材料刹车形成的摩擦面上石墨微晶尺寸微观分布的均匀化趋势，提出了高石墨化组元微晶定向转动、层面分离、碎断+低石墨化组元以磨屑形式从摩擦面逸出的机理。破译了数种国外航空刹车用C／C复合材料及其组元的石墨化特性，确定了这几种复合材料的最终石墨化处理温度及其炭纤维增强体的预石墨化处理温度。首次提出影响C／C复合材料导电、导热及摩擦磨损性能的决定性因素不是石墨化度，而是材料的可石墨化性能。高性能航空刹车用C／C复合材料必须具备高的可石墨化性能，其理想的组元结构配置是1氐石墨

4、化性的PAN基炭纤维增强体+全部或大部高石墨化性的RL结构热解炭基体。关键词：C／C复合材料：石墨化度；可石墨化性；XRD；喇曼光谱；电阻率；导热系数；力学性能；摩擦面AbstractThisthesisreportsexperimentalinvestigationsandtheoreticalanalysesintothemicro—distributionsofgraphitizationdegreeandth。eireffecfingfactorsinC／Ccomposites，therelationshipsbetwee

5、ngraphitizationdegreeandsuchpropertiesas,electricalresistivity，thermalconductivity,mechanicalproperty，andfrictionandweal"propertyofC／Ccompositesforthepurposeofmanufacturingexcellentaircraftbrakematerials．ThegraphitizationdegreeofC／CcompositeswascharacterizedbyXRD，Rama

6、nspectroscopyandTEMrespectively,basedonwhich，thequantitativerelationshipbetweenXRDparametergandRamanparameterR’1hasbeenfoundedforthefirsttimeandsuccessfullyusedinlocalanalysesofthegraphitizafiondegree．TheinterracialabnormalgraphitizationinPAN-basedcarbonfiber／SLtextur

7、epyroliticcarbonmatrixcompositewaSfoundforthefirsttime,ofwhichaformingmechanismwasputforwardthattheinterfacialeffectofgraphitizationresultsfromthehotstressinducedbythedifferenceofhotexpansionbetweencarbonfiberandpyroliticcarbonduringgraphitizationThequantitativerelati

8、onshipsbetweengraphitizationdegreegandelectricalresistivityptp=Qg七b，where矗andbareconstants)，graphitizationdegreegandthermalc