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不同CC复合材料飞机刹车盘基本性能的对比分析

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-10-11  浏览次数:4 选择视力保护色:

[摘要]  中华不锈钢网报道上述:航空刹车副是飞机实现制动和保证飞行安全的最关键部位材料,目前使用的航空刹车副主要有金属基材料和炭

  中华不锈钢网报道上述:航空刹车副是飞机实现制动和保证飞行安全的最关键部位材料,目前使用的航空刹车副主要有金属基材料和炭纤维增强炭基复合材料两大类金属基刹车材料在高温使用条件下,容易出现变形开裂、刹车力矩不稳定等问题,而且磨损量大,外场维护频繁,寿命短与传统的金属基刹车材料相比,C/C复合材料具有许多优点,如比强度高,在非氧化环境下,2200C以上还可保持室温下的强度;比热容高,为一般金属的2. 5倍;耐高温;密度低一般小于2g°cm-3)另外导热性能优良,热膨胀系数小,抗热震性能妊C/C复合材料用作飞机刹车盘时,不仅因其密度低而大大减轻飞机重量(是金属基刹车盘重量60%左右),而且还有摩擦性能稳定,磨损小寿命长,外场维护简单等优点,因此,七十年代以来,英美、法等国几乎同时将C/C复合材料用于飞机刹车盘世界上40种以上的民机和22种以上的军基金项目:国家重点工业性试验项目(计高技1998-1817)机都采用了C/C刹车盘,其产量已占世界C/C复合材料总产量的90%以上。目前全球较大的C/C刹C刹车盘几乎全部从这几家公司进口。自七十年代以来,我国开始自行研制开发C/C刹车盘,前后有514厂、上海炭素厂、兰州炭素厂、上海硅酸盐研究所、中南大学粉末冶金研究所、航空部一院703所、航天部四部43所等单位在小样探索试验的基础上,研制1:1的大样由于技术封锁和起步较晚的原因,我国所研制开发的C/C刹车盘在性能上与国外同类产品存在一定差足距近年来,中南大学粉末冶金研究所研制出的C/C刹车盘在性能上取得较大的突破,已通过全部地面试验。本文中将对国外样件和我们早期与近期研制的样件,作各项性能上的对比分析,找出与国外同类产品之间的差距,明确今后的研究方向1试验过程C/C复合材料样件来源1.2显微结构表征以环氧树脂为主要镶嵌料,试样镶样后在MEF3A金相显微镜下作偏光观察。
  
  1.3石墨化度的测量与表征CVD热解炭属于乱层堆积的六方晶炭型,其结构和石墨相同,但缺乏晶体结构的二维有序排列。热解炭经适当的处理,其内部可产生一种石墨晶体结构。描述热解炭从乱层结构到单晶结构的结晶度标尺所处位置的一个参数就是石墨化度(g)。
  
  石墨化度是在Fmnldin模型的基础上,由Mering和Maire公式计算,其简化形式为g= d002的计算由Bragg公式算出:2d002s=入,0在日本理学3014X射线衍射仪上测出X射线衍射仪采用铜靶,工作电压为40kV,工作电流为200mA,:1.542(10"10m(波长)1.4热导率的测量与表征试样为只10以心<4的小圆柱,1'为试样热为试样比热(cal.g-1.k-1),d为试样表观密度(g.cm-3)热扩散率T在R-3激光导热仪上测出1.5洛氏硬度的测试为H6 35mm,以588N力在C/C复合材料垂直摩擦面方向的端面上测得1.6力学性能的测试87,在CSS-44100电子万能材料试验机上测试C/C复合材料压缩、弯曲、层间剪切强度与模量其中压缩样件尺寸为H10mmX18mm;弯曲样件尺寸为55mm跨距厚度比为10:1;层间剪切样件尺寸为36mm X10mm<6mm,跨距厚度比为4:11.7磨擦磨损性能的测试14mm的小试样,在MM-1000摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损性能测试其中一个试样模拟动盘,在主轴的带动下,达到一定的转速;另一个则模拟静盘,在刹车开始后,与高速转动的动盘相互贴合,直到两者刹停2结果和分析2.1显微结构C/C复合材料刹车盘不同的增密工艺,直接影响其微观结构。一般而言,C/C复合材料刹车盘的增密手段王要有化学气相沉积法(ChemicalVapourDeposite,简称CVD)和浸渍法CVD法得到的热解炭有光滑层(smoothlaminar),粗糖层(roughlaminar),过渡层(transition)和各向同性层(isotropic);浸渍所得基体炭主要有浙青炭和树脂炭,ABCDEF六种不同材料的显微结构可以从其偏振光显微金相照片上辨别出来,从而推知其不同的增密工艺不同C/C复合刹车材料的显微结构见由可看出,ABCEF五种复合材料主要是通过CVD法进行增密的,每根纤维周围都沉积了较厚的热解炭。炭纤维在偏振光下不具光学活性,而热解炭则大多呈现深浅不一的颜色ABCF四种复合材料的热解炭表面形貌粗糙,有很高的光学活性,色彩丰富,具有层次感,深浅不一的颜色形成公式为942丨5ehhaAeadeourmilEleetronicPublish大量不规则的消光十字,1属于以粗糙层结构为王的复合材料。而E中生成的热解炭表面光滑,光学活炭纤维外包围着树脂,可以推知D材料的增密工艺性大,具有大而规整的十字架形状,热处理后易出现主要以浸渍树脂为主。
  
  中华不锈钢网报道上述:裂纹,说明E是以光滑层结构为主的复合材料。而2.2石墨化度和导热系数在D的金相照片中,很难看到有热解炭的存在,其不同微观结构的c/c复合材料,在石墨化度和导热性能方面有很大的不同。一般而言,粗糙层结构的热解炭易石墨化,导热性能好;光滑层结构的热解炭难石墨化,导热性能较低;各相同性结构的热解炭最难石墨化,导热性能最差EF经过相同的热处理温度,其余样品维持其最终状态,不再做任何热处理。测试ABCDEF的石墨化度和垂直纤维方向的导热系数,结果见表1表1不同C/C复合材料的石墨化度和导热系数Table由表1可知,ACF三种复合材料的石墨化度和导热系数都较高,其中石墨化度以A材料的为最高,导热系数以C材料的为最高,F材料在石墨化度和导热系数上与前两者相当。这与三者的微观结构都是典型的粗糙层有关B材料的石墨化度和导热系数较低,但其热解炭的显微结构为粗糙层,作者认为是其最终的热处理温度较低所致E材料的微观结构为典型的光滑层,因此其石墨化度和导热系数都很低。D材料由于其增密工艺主要以浸渍树脂为主,而树脂难以石墨化,所以其石墨化度和导热系数都较低。
  
  由于Al/SCp复合材料具有优良性能,如良好的强度、刚度抗蠕变、耐磨损、低密度可控膨胀等,是航天航空、汽车、兵器体育等领域应用的新型材料,而且成本低廉,应用前景广阔,是近年来新材料研究开发的重要领域制备Al/SiCp复合材料方法有熔铸法,即把SiC颗粒加入并均匀地分散在熔化的金属熔液中,然后浇注、凝固成形,这种方法制备的复合材料的Al与SiC颗粒容易发生界面反应,成分有偏析,晶粒粗大,材料性能不高;另一种常见的方法是粉末冶金因为工艺复杂成本高,粉末在储存运输过程容易氧化污染,难于制备大件;喷射共沉积法制备复合材料是一种新型工艺方法,它的制备过程温度低,界面反应少,晶粒细,偏析程度低本,保护气体流高速吹出将液态金属雾化成液态微粒,并使之向一方向喷射,在喷射途中与另一路由惰性气体送出的SiC颗粒会合,SiC颗粒混入金属液雾中,其中大部分SC颗粒与液雾一起沉积到锭托上,同时金属喷嘴作往返移动,金属熔液不断沉积,最后成为所需形状的构件或坯料喷射共沉积的参数为:熔融金属液温度1000C,金属液雾化气体压力为0.25MPa,SiC输送压力0.1MPa,液流直径4.制得的6066合金锭坯和含SiCp体积分数为15%的SiCp/6066复合材料锭坯加工成尺寸为096mm的圆锭,经400X4h退火消除热应力后分别在450°C的挤压温度下挤压比为10. 2,14.7,23.5,28.4,挤压成圆棒,在520C温度下进行固溶处理后于170°C时效7h,研究挤压比和挤压温度对材料性能的影响。利用阿基米德定律测定材料密度,重量称量采用TS14-2型光学分析天平,其最大称量值200g,分度值为0.1mg,用PLYVAR-MET金相显微镜观察材料的金相组织,在INSTRON上进行力学性能拉伸测试,拉伸速率为2mm/min;米用扫描电镜观察断口形貌2从表1数据看出,挤压温度对Al/SiCp复合材料和基体合金的致密程度并没有明显影响,这说明只要按足够挤压比进行挤压成型,挤压温度致密程度不会有大的影响。
  
  23挤压比和挤压温度对材料力学性能的影响表2为Al/SiCp复合材料和6066铝合金基体经不同挤压比挤压后固溶时效热处理状态下的力学性能,同时以喷射沉积态为对比。
  
  中华不锈钢网报道上述:可以看出,Al/SiCp复合材料在喷射沉积状态的力学性能很低,这与材料在喷射沉积状态的空隙多,组织不致密有直接关系,经过挤压比为10. 2的挤压成型后,复合材料的性能有较大的提高,挤压比超过14.7后性能进一步提高,但是挤压比的进一步增大,复合材料的性能提高不多,基本与(a)材料的挤压比与材料的致密程度的变化趋势符合,铝合金基体性随挤压比的变化也与其致密程度随挤压比的变化趋势一致,即挤压比超过10. 2后材料的性能变化随挤压比的变化不大。

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