学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

新型三维网络SiC/Cu-Fe复合材料的制备、组织与性能

作　者: 魏文韬
导　师: 茹红强
学　校: 东北大学
专　业: 材料学
关键词: 摩擦材料三维网络SiC/Cu-Fe 溶胶-凝胶法金属氧化物薄膜界面显微组织力学性能摩擦磨损
分类号: TB33
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 64次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

随着飞机、重型车辆及工程机械等的运转速度及负荷迅速增长,对制动材料提出了越来越高的要求。一种高硬度、高耐磨性和良好的摩擦磨损性能的新型刹车材料——三维网络SiC陶瓷/金属复合材料引起了人们的注意。然而在三维网络SiC/金属复合材料中,增强相和基体之间的激烈界面反应影响该材料的性能发挥。为了有效阻止或减小该材料的界面反应,本文采用溶胶凝胶法在三维网络SiC骨架上制备一层金属氧化物薄膜,并在三维网络SiC骨架中填充Cu-Fe合金,制备三维网络SiC/Cu-Fe复合材料,论文通过对其材料的制备过程、力学性能、界面组织结构及摩擦磨损性能进行研究。结果表明：(1)采用不同的原料和不同的处理方法可以分别在三维网络SiC骨架表面形成一层均匀的Fe2O3、A12O3、ZrO2和MgO薄膜。(2)新型三维网络SiC/Cu-Fe复合材料的烧结工艺为：首先将涂覆有不同氧化物薄膜的三维网络SiC骨架包埋在一定配比的还原铁粉里,在氢气还原下1200℃保温2小时,之后在真空条件下,将金属Cu熔渗到预烧结试样中,1125℃下保温1.5小时。(3)涂覆有Fe203薄膜的三维网络SiC/Cu-Fe复合材料的抗弯强度为426.1MPa,抗压强度为(?)bc=410.2MPa,其强度值高于涂覆有A12O3、ZrO2、MgO等薄膜的三维网络SiC/Cu-Fe复合材料。(4)新型三维网络SiC/Cu-Fe复合材料在烧结过程中存在着SiC与Cu-Fe合金的界面反应,然而涂覆有不同氧化物薄膜三维网络SiC/Cu-Fe复合材料的界面反应尺寸却存在很大差异,Fe203薄膜在阻止或减小增强相和基体之间的界面反应方面优于另外三种氧化物薄膜,其形成的界面反应层也较窄。(5)转动惯量摩擦试验表明：随着转速增加平均摩擦系数减小、制动时间增大,随着压力的增加平均摩擦系数、制动时间减小；Fe203薄膜对三维网络SiC/Cu-Fe基复合材料的平均摩擦系数及其稳定性、刹车时间、磨损量等影响方面优于Zr02薄膜。论文的研究结果对于新型三维网络SiC/Cu-Fe复合材料生产和应用具有重要的参考价值。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-27
  1.1 摩擦材料的发展状况及前景  11-14
    1.1.1 石棉有机摩擦材料  11
    1.1.2 半金属材料  11-12
    1.1.3 非石棉有机摩擦材料  12
    1.1.4 粉末冶金摩擦材料  12-13
    1.1.5 C/C复合材料  13-14
  1.2 金属基复合材料的界面问题  14-19
    1.2.1 金属基复合材料的界面研究现状  14-16
    1.2.2 金属基复合材料界面研究意义  16
    1.2.3 SiC/钢铁复合材料界面的研究现状  16-18
    1.2.4 SiC/Cu复合材料界面研究现状  18-19
  1.3 三维网络金属基复合材料  19-21
    1.3.1 三维连续网络结构陶瓷/金属复合材料的国内外研究现状  19-20
    1.3.2 三维连续网络结构陶瓷/金属复合材料的的应用前景及发展趋势  20-21
  1.4 溶胶凝胶法镀膜  21-24
    1.4.1 溶胶凝胶法镀膜的基本原理与过程  21-22
    1.4.2 溶胶—凝胶技术在氧化物薄膜制备方面的进展与应用  22-24
  1.5 摩擦磨损性能  24-26
    1.5.1 摩擦与磨损  24-25
    1.5.2 三维网络SiC/金属基复合材料摩擦磨损性能研究现状  25-26
  1.6 研究内容及意义  26-27
第2章实验材料和实验方法  27-33
  2.1 实验材料及其制备  27-28
    2.1.1 三维网络SiC骨架的制备  27
    2.1.2 三维网络SiC骨架膜涂敷  27
    2.1.3 生坯的制备  27-28
    2.1.4 三维网络SiC/Cu-Fe复合材料的制备  28
  2.2 实验设备  28-29
    2.2.1 金相显微镜  28
    2.2.2 扫描电子显微镜  28-29
    2.2.3 X射线衍射  29
    2.2.4 电子拉伸实验机  29
    2.2.5 MM1000-Ⅱ型惯性制动试验机  29
  2.3 样品制备及实验方法  29-33
    2.3.1 扫描和金相样品的制备  29
    2.3.2 抗弯强度试样制备及方法  29-30
    2.3.3 抗压强度试样制备及方法  30
    2.3.4 摩擦环及其卡盘的制备  30-33
第3章 3D-SiC陶瓷表面涂覆氧化物薄膜工艺  33-47
  3.1 Al_2O_3薄膜制备工艺  33-36
    3.1.1 实验方法  33-34
    3.1.2 胶溶剂浓度对溶胶的影响  34
    3.1.3 不同烧结机制对薄膜致密性的影响  34-35
    3.1.4 Al_2O_3薄膜的检测  35-36
  3.2 Fe_2O_3薄膜制备工艺  36-40
    3.2.1 实验方法  36-37
    3.2.2 溶胶浓度对薄膜的影响  37-38
    3.2.3 干燥机制对薄膜的影响  38-39
    3.2.4 热处理机制对薄膜的影响  39-40
  3.3 ZrO_2薄膜制备工艺  40-42
    3.3.1 试验方法  40
    3.3.2 热处理机制对薄膜的影响  40-41
    3.3.3 ZrO_2薄膜的检测  41-42
  3.4 MgO薄膜制备工艺  42-46
    3.4.1 试验方法  42-43
    3.4.2 基体处理方法对薄膜的影响  43
    3.4.3 表面活性剂对薄膜的影响  43-44
    3.4.4 热处理机制对薄膜的影响  44-45
    3.4.5 MgO薄膜的检测  45-46
  3.5 本章小结  46-47
第4章新型三维网络SiC/Cu-Fe复合材料显微组织  47-57
  4.1 三维网络SiC骨架物相分析  47
  4.2 涂覆有不同薄膜的SiC/Cu-Fe复合材料界面研究  47-56
    4.2.1 涂覆有Al_2O_3薄膜的SiC/Cu-Fe复合材料界面研究  47-50
    4.2.2 涂覆有Fe_2O_3薄膜的SiC/Cu-Fe复合材料界面研究  50-52
    4.2.3 涂覆有ZrO_2薄膜的SiC/Cu-Fe复合材料界面研究  52-54
    4.2.4 涂覆有MgO薄膜的SiC/Cu-Fe复合材料界面研究  54-56
  4.3 本章小结  56-57
第5章新型三维网络SiC/Cu-Fe复合材料的力学性能  57-63
  5.1 抗弯强度试验结果及分析  57-59
  5.2 抗压强度试验结果及分析  59-61
  5.3 本章小结  61-63
第6章新型三维网络SiC/Cu-Fe复合材料的摩擦磨损性能  63-73
  6.1 试验设备及样品  63-64
  6.2 试验方案设计  64-67
    6.2.1 汽车实际制动条件  64
    6.2.2 试验参数的确定  64-66
    6.2.3 试验机模拟制动条件  66-67
  6.3 试验结果及分析  67-70
    6.3.1 新型三维网络SiC/Cu-Fe复合材料的扭矩-时间曲线  67-68
    6.3.2 两种复合材料的平均摩擦系数-转速曲线  68-69
    6.3.3 两种复合材料的制动时间-转速曲线  69-70
    6.3.4 两种复合材料的磨损量  70
  6.4 摩擦磨损机理分析  70-71
  6.5 本章小结  71-73
第7章结论  73-75
参考文献  75-81
致谢  81

新型三维网络SiC/Cu-Fe复合材料的制备、组织与性能

内容摘要

全文目录

相似论文