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1、第17卷 第1期宇 航 学 报Vol.17No.11996年1月JOURNALOFASTRONAUTICSJan.1996碳ö碳复合材料的摩擦磨损行为罗瑞盈 李贺军 杨 峥 康沫狂 刘应楼(西北工业大学·陕西西安·710072)杨彩丽 史鸿俊(514厂·陕西兴平·713106)摘要 本文研究了用CVD法制备的碳ö碳复合材料的摩擦磨损行为,对刹车力矩曲线及其影响因素进行了分析,提出了这种材料的磨损机制。试验结果表明,刹车力矩曲线中的前峰随着材料的制备工艺和外界条件变化;碳ö碳复合材料具有良好的自润滑性,其磨损是机械磨损和
2、氧化综合作用的结果,氧化是磨损的根本原因。主题词 刹车力矩 摩擦和磨损 碳ö碳复合材料1 引言碳ö碳复合材料由于比重小、比热大、热强度高等一系列优点而受到人们的普遍重视[1,2],与传统的钢刹车盘相比,用它制成的刹车盘重量轻、承载能力高、抗热冲击性能好,可在-100℃～2000℃温度下工作且不易产生变形、掉块、粘接,使用寿命长,可维护性好,旧刹车盘可以返修,因此,自从七十年代初问世以来得到很快发展。但是,碳ö碳复合材料用作摩擦材料在我国的研究还属起步阶段。本文研究了用CVD法制备的碳ö碳复合材料摩擦磨损性能,并分析了其
3、自润滑和磨损机理。2 试验211 试样制备21111 原材料碳布:吉林碳素厂产IK高强I型聚丙烯腈(PAN)基平纹碳布;沉积气体:高纯丙烯;载气:普氮。21112 工艺流程碳布冲切→碳布石墨化处理→碳布叠层→CVD预成型→CVD增密→石墨化处理→机械加工→非摩擦面涂覆防氧化涂层→试样成品21113 试样分组 本文于94年17日收到本文得到航空基金资助58 宇航学报 第17卷3 试样共分二组,A组最终密度为118göcm,在1800℃下经过1
4、h石墨化处理,B组是在A组试样的基础上又在2300℃下经过1h石墨化处理。212 实验方法21211 本研究选用摩擦热冲击试验法,试验设备采用惯性试验台。21212 实验步骤a.磨合:以选定的能载As、刹车速度Vs、刹车比压Ps经过5次刹车后,观察摩擦表面,当接触面积大于80%,即可转入摩擦性能试验。b.摩擦性能试验:按选定的As、Vs、Ps刹车,每一条件重复试验五次。c.磨损性能试验:结合摩擦性能试验同时进行,分解刹车盘测量各刹车盘每面每次的线磨损及质量损耗,计算氧化质量损失占总质量损失的百分数,计算公式为:W初-W
5、后-LSQW初-W后W初、W后分别为摩擦磨损试验前、后刹车盘的质量;S、Q分别为刹车盘的摩擦面积、密度;L为分解测得的刹车盘减薄量。21213 刹车力矩和刹车盘温度测量用紫外线记录仪记录刹车力矩——刹车时间曲线,用热电偶测量每次刹车过程中刹车盘的温度。3 实验结果与分析311 摩擦性能31111 刹车力矩——刹车时间曲线由图1可以看出,对于A、B两组样件,都存在一个刹车力矩的最高点和最低点,其比值称为力矩峰比,过大的力矩峰比不仅对刹车系统结构强度和刚度要求过高,而且还会导致刹车过程不平稳,所以力矩峰比是衡量材料摩擦性
6、能优劣的重要指标之一。图1 二组样件的刹车力矩曲线观察大量刹车矩——刹车时间曲线,可以看出刹车力矩的最大值出现在开始刹车时,称该最大值为刹车力矩前峰。过高的刹车力矩前峰对刹车过程是十分有害的,它大大降低了刹车系统的可靠性,并将导致打滑使系统失效,所以要尽量降低力矩峰比及刹车力矩前峰。由试验结果可见,B组的性能优于A组。31112 不同试验条件下的力矩峰比和动摩擦系数在不同的能载、刹车速度、刹车压力下得出的试验结果载于表1。试验表明:A、B两组试样具有相同特性,当能载和刹车比压相同而刹车速度变化时,材料的平均动摩擦系数和
7、力矩峰比变化不大;能载和刹车比压增大,平均动摩擦系数和力矩峰第1期 罗瑞盈等:碳ö碳复合材料的摩擦磨损行为59比也随之增大,在相同试验条件下,B组试样的平均动摩擦系数、力矩峰比及力矩前峰比A组的小。在上述试验条件下,碳ö碳复合材料的平均摩擦系数数为01285-01340。表1 不同刹车条件下的力矩峰比和平均动摩擦系数试 样试 验 条 件平均动力矩峰比组 号能载As(MJ)刹车速度Vs(mös)刹车比压Ps(MPa)摩擦系数1325102119013408257119801313A83071
8、185013091330102125013381325101171013018257116001287B8307116501285133010117901300由于石墨呈规则层状六方结构,其摩擦系数极低,不超过012[3],不能用做承受一定载荷又要求具有适中摩擦系数的刹车盘。在碳ö碳复合材料中,碳纤维和热解碳的微观组织属乱层石墨结
