短纤维ccsic复合材料的制备及性能研究

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1、摘要实验针对制动材料的应用背景，以缩短制备周期、降低成本为目的，采用水悬浮分散法制得含Si短炭纤维料饼，经树脂浸渍、模压成形和炭化后成为预制体，经反复浸渍／炭化增密和原位反应生成SiC，制备了C／C—SiC复合材料。利用光学显微镜、SEM和XRD等分析手段对其组织结构特征和石墨化度进行了研究，并测试其力学性能和摩擦磨损性能，探讨两者的影响因素及机理。研究结果表明：(1)复合材料的增强相短炭纤维具有垂直于压力方向的平面内随机取向的层状结构，平行于压力方向上分布的炭纤维较少。基体中的碳化硅为13-SiC，在材料中分散比较均匀，主要以孤立的碳化硅颗粒分布，少量分布在纤维与基

2、体相互之间的缝隙中。(2)硼具有催化石墨化作用。随硼酚醛树脂炭含量增加，复合材料的石墨化度随之提高。硼硅协同催化石墨化，促进硼的催化作用，硅的添加虽然减少了复合材料中硼的含量，但复合材料的石墨化度仍然因为硅的添加而得到较大的提高，但硅的添加量继续增加反而会使石墨化度有所下降。“硅碳反应”会加强硅的活化作用，促进石墨化度提高，而“后固化处理”则削弱了应力石墨化作用。(3)复合材料的弯曲强度为30～60MPa，弯曲模量为8～12GPa，剪切强度为4～7MPa。短炭纤维含量的增加，使复合材料的弯曲强度和弯曲模量随之增大，但对剪切强度没有贡献。随SiC含量的增加，其力学性能随

3、之下降。复合材料的弯曲破坏属于脆性断裂，微观破坏机制主要表现为短炭纤维的“拔鞘”、脱离或脆断，以及基体炭和碳化硅的脆性断裂。(4)本试验获得的最终C／C．SiC复合材料摩擦系数为0．33，稳定系数为0．81，线磨损为17．8pnl／次，30CrMoSiV钢对偶件线磨损为5．7

4、lm／次，是一种性能良好的摩擦材料，可在列车、坦克和汽车中应用。随石墨化度的提高，复合材料的磨损随之增加，适中的石墨化度可以获得较好摩擦磨损性能。刹车压力增加，复合材料的摩擦系数随之有所下降，稳定系数和磨损均随之增加。复合材料的摩擦机理是犁沟和粘着的共同作用，磨损以磨粒磨损为主。关键词C／C．S

5、iC复合材料，组织结构，石墨化度，力学性能，摩擦磨损性能HIABSTRACTWiththe印plicationbackgroundofbrakingmaterialsandthepurposeofcuttingdownthepreparingcycleandcost，shortcarbonfibrereinforcedcarbonandsiliconcarbide化／C—SiC)compositesweremanufacturedthroughfoursteps：thedispersionofshortcarbonfiberandsiliconpowderbywate

6、rsuspensionmethod；afterpolymerimpregnation，compressionmouldingandcarbonizationtoobtainthegreenbodyconsistingofdispersedfibresandsilicon；densificationbymultiplecyclesofpolymerimpregnationandcarbonization；generation。ofsiliconcarbidebymeansofin-situreaction．Thestructurefeatureandgraphitiza

7、tionofthecompositeshavebeenstudiedusingopticalmicroscope，SEM,XRDandSOon．Mechanicalperformanceandtribologicalpropertiesofcompositesarealsotested，andtheinfluencingfactorsofthemarediscnssed．TheconelusiousCanbedrawnasthefollowing：(1)TheC／C-SiCcompositeshavealayeredstructurewithpreferredorie

8、ntationofshortcarbonfibresintheplaneperpendicularwithpressure，andonlyafewfibresarefoundinparalleldirection．Thesiliconcarbideis13一SiCwithauniformandisolateddistribution,andsomeinthegapsbetweenfibresandmatrix．(2)Boronhascatalyticeffectofgraphitization．Withtheinhereofboroncontent，