论文摘要
本文以提高C/C复合材料致密效率为目标,采用液相浸渍-炭化工艺制备了沥青炭基C/C复合材料、改进的沥青炭基C/C复合材料、双基体C/C复合材料、含炭黑沥青炭基C/C复合材料和加氯化铁沥青炭基C/C复合材料等五种沥青炭基C/C复合材料,系统考察了浸渍剂种类、浸渍方式及炭化工艺条件对C/C复合材料致密效率的影响。在对比研究改进的沥青炭基C/C复合材料和双基体C/C复合材料与45#铬钢的干摩擦性能,沥青炭基C/C复合材料,含炭黑沥青炭基C/C复合材料和加氯化铁沥青炭基C/C复合材料的载流摩擦磨损性能的基础上,初步探讨了沥青炭基C/C复合材料的摩擦磨损机理。通过实验发现,改进的沥青炭基C/C复合材料由于浸渍沥青后增加了一个半炭化过程,C/C复合材料的残炭率明显增加,经过6次浸渍-炭化过程,体积密度就可达到1.75g/cm3,而沥青炭基C/C复合材料由于没有进行半炭化处理,需经过13次浸渍-炭化循环,体积密度才达到1.74g/cm3。半炭化过程的引入大幅度提高了C/C复合材料的致密效率。在上述研究的基础上,引入半炭化工艺过程,制备了双基体C/C复合材料,含炭黑沥青炭基C/C复合材料和加氯化铁沥青炭基C/C复合材料,结果发现,双基体C/C复合材料在浸渍酚醛树脂并炭化后,酚醛树脂炭堵塞了浸渍通道,导致双基体C/C复合材料的致密效率有所降低,经8次浸渍-炭化过程密度达到1.73g/cm3。含炭黑沥青和加氯化铁沥青形成的基体炭对C/C复合材料的微孔也有一定的堵塞作用,因此含炭黑沥青炭基C/C复合材料和加氯化铁沥青炭基C/C复合材料的致密效率均低于改进的沥青炭基C/C复合材料,分别经过8次和10次浸渍-炭化过程达到1.74g/cm3和1.73g/cm3的密度。在相同的摩擦参数与环境中进行的干摩擦实验表明,改进的沥青炭基C/C复合材料的摩擦系数和磨损量均低于双基体C/C复合材料,改进的沥青炭基C/C复合材料经过9420m行程的线磨损量为0.12mm,而双基体C/C复合材料经过6800m行程的线磨损量为0.25mm。改进的沥青炭基C/C复合材料中,基体炭的石墨化程度高,形成了较完整的磨屑膜,摩擦系数小而稳定,摩擦系数稳定在0.10左右。双基体C/C复合材料中含有强度和硬度较大的酚醛树脂炭,磨屑膜很不完整,摩擦系数较大,摩擦系数先稳定在0.13左右,之后迅速变大。由于双基体C/C复合材料摩擦系数较大,摩擦面发热较严重,再加上基体炭的导热性较差,摩擦面温度较高,氧化磨损较严重,因此,摩擦面不平整,摩擦系数也不稳定。载流摩擦磨损实验发现,含炭黑沥青炭基C/C复合材料和沥青炭基C/C复合材料的摩擦系数较大且平稳,加氯化铁沥青炭基C/C复合材料的摩擦系数较小但不太稳定。这与磨屑膜的形成有关,磨屑膜越完整,摩擦面接触面积越大,摩擦系数越大,摩擦系数越稳定。含炭黑沥青炭基C/C复合材料的磨损量最大,线速度为40m/s和60m/s的条件下线磨损量分别达到0.36mm和0.26mm;沥青炭基C/C复合材料的磨损量次之,线速度为40m/s和60m/s的条件下线磨损量分别达到0.25mm和0.21mm;加氯化铁沥青炭基C/C复合材料的磨损量最小,线速度为40m/s和60m/s的条件下线磨损量均为0.09mm。这一方面是因为基体炭的石墨化程度不同,基体炭石墨化程度越高,延展性越大,解理性越强,越容易脱落形成磨屑。另一方面则是因为摩擦系数越大,磨损量越大。分析表明,含炭黑沥青炭基C/C复合材料和沥青炭基C/C复合材料的磨损以机械磨损为主,电磨损为辅;而加氯化铁沥青炭基C/C复合材料的摩擦磨损机理以电磨损为主,但是电磨损并不严重,所以磨损量很小。
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