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高速列车C_f/SiC制动材料的制备及性能研究

作　者: 孙佳
导　师: 何柏林
学　校: 华东交通大学
专　业: 材料加工工程
关键词: C_f/SiC制动材料 模压成型-无压烧结 弯曲性能 压缩性能 摩擦磨损性能
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


C_f/SiC复合材料是一种具有广阔应用前景的新型陶瓷制动材料。本课题以缩短制备周期、降低生产成本为目的,以短碳纤维代替连续碳纤维编织为增强体,以树脂为粘结剂,运用模压成型-无压烧结法制备C_f/SiC陶瓷基制动材料。研究了烧结助剂含量、烧结温度、碳纤维分布、碳纤维长度和碳纤维体积分数对复合材料弯曲强度、压缩强度和摩擦磨损性能的影响。分析了复合材料弯曲断裂破坏机理、压缩破坏机理和摩擦磨损机理。研究结果表明:(1)烧结助剂的含量影响C_f/SiC制动材料的弯曲强度。随着烧结助剂含量的增加,C_f/SiC制动材料的密度先增加后减小,抗弯强度也先增加后减小。当烧结助剂为含量为10%时,材料弯曲强度最高。(2)随着烧结温度的增加,C_f/SiC制动材料的弯曲强度先增大后减小。过高的烧结温度导致材料晶粒粗大,容易滋生裂纹,最终使复合材料抗弯强度的降低。当烧结温度为1850℃时,材料的弯曲强度达到最大值。(3)在短纤维增强复合材料中,纤维分布影响纤维与基体的界面结合状态。当碳纤维以纤维单丝状态分布时,纤维与基体结合界面多,纤维能充分发挥增强增韧作用,使材料的弯曲强度、压缩强度和摩擦磨损性得到提高。(4)碳纤维长度对复合材料性能有着重要影响。随着碳纤维长度的增加,材料的弯曲强度、压缩强度先增大后减小,磨损量也先增大后减小。当碳纤维长度为5mm时,复合材料的性能最佳。(5)碳纤维含量分别为5%、10%、15%时,复合材料的弯曲强度、压缩强度、磨损量先增大后减小。当碳纤维含量为10%时,材料的弯曲强度为18.81MPa,垂直纤维层方向压缩强度为39.04MPa,平行纤维层方向压缩强度为35.24MPa,材料磨损量最低,耐磨性最好。(6)对于C_f/SiC制动材料,弯曲破坏时,碳纤维的脱粘和纤维拔出是主要的增韧机制;压缩破坏时,垂直纤维层方向表现出明显的剪切破坏方式,在平行纤维层方向时表现出分层劈裂破坏方式;在摩擦磨损过程中,主要的磨损机理是磨粒磨损和粘着磨损。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
主要符号说明  9-10
第一章 绪论  10-23
  1.1 引言  10-11
  1.2 纤维增韧陶瓷基复合材料的研究进展  11-12
  1.3 Cf/SiC复合材料组成及研究现状  12-17
    1.3.1 碳纤维  12-13
    1.3.2 SiC基体  13
    1.3.3 界面相  13-15
    1.3.4 Cf/SiC复合材料的应用及研究现状  15-17
  1.4 Cf/SiC复合材料制备技术  17-22
    1.4.1 热压烧结法  17
    1.4.2 先驱体转化法  17-18
    1.4.3 化学气相渗透法  18-19
    1.4.4 反应熔体浸渗法  19-20
    1.4.5 综合工艺  20-21
    1.4.6 温压-原位法  21-22
  1.5 本课题研究背景及意义  22
  1.6 研究的主要内容  22-23
第二章 Cf/SiC制动材料的制备及性能检测  23-32
  2.1 材料的制备  23-28
    2.1.1 原材料  23
    2.1.2 材料成分设计  23-25
    2.1.3 材料制备工艺设计  25-28
  2.2 性能检测  28-32
    2.2.1 密度及孔隙率的测定  28
    2.2.2 力学性能测试  28-29
    2.2.3 摩擦磨损性能测试  29-30
    2.2.4 扫描电子显微镜分析  30-32
第三章 Cf/SiC制动材料弯曲性能的研究  32-45
  3.1 概述  32
  3.2 Cf/SiC制动材料弯曲性能的研究  32-40
    3.2.1 烧结助剂含量对制动材料弯曲性能的影响  32-33
    3.2.2 烧结温度对制动材料弯曲性能的影响  33-34
    3.2.3 碳纤维分布对制动材料弯曲性能的影响  34-36
    3.2.4 碳纤维长度对制动材料弯曲性能的影响  36-38
    3.2.5 碳纤维体积分数对制动材料弯曲性能的影响  38-40
  3.3 弯曲断裂机理的分析  40-44
    3.3.1 材料界面结合强度对断裂模式的影响  40-41
    3.3.2 增韧机理分析  41-43
    3.3.3 弯曲失效破坏分析  43-44
  3.4 小结  44-45
第四章 Cf/SiC制动材料压缩性能的研究  45-52
  4.1 概述  45
  4.2 碳纤维分布对制动材料压缩性能的影响  45-46
  4.3 碳纤维长度对制动材料压缩性能的影响  46
  4.4 碳纤维体积分数对制动材料压缩性能的影响  46-47
  4.5 压缩破坏机理  47-51
    4.5.1 载荷-位移曲线分析  47-49
    4.5.2 破坏机理分析  49-51
  4.6 小结  51-52
第五章 Cf/SiC制动材料摩擦磨损性能的研究  52-60
  5.1 概述  52
  5.2 摩擦磨损实验结果  52-53
  5.3 碳纤维分布对制动材料摩擦磨损性能的影响  53-54
  5.4 碳纤维长度对材料摩擦磨损性能的影响  54-56
  5.5 碳纤维体积分数对材料摩擦磨损性能的影响  56-58
  5.6 摩擦磨损机理  58
  5.7 小结  58-60
第六章 总结  60-62
  6.1 主要工作回顾  60-61
  6.2 本课题今后需进一步研究的地方  61-62
参考文献  62-67
个人简历 在读期间发表的学术论文  67-68
致谢  68

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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