炭纤维对ccsic摩擦材料力学性能的影响

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1、摘要模压一原位反应法制备炭纤维增强C／C-SiC摩擦材料，具有周期短、成本低的优点，是一种很有希望的工业化生产工艺。本文用运模压．原位反应法制各C／C．SiC摩擦材料，研究了纤维分布、纤维长度、纤维体积分数以及后续炭化工艺等因素对制备材料力学性能的影响。通过抗弯、抗压和冲击韧性的测试，断口宏观和微观的观察和分析，初步探明了上述因素影响C／C．SiC摩擦材料力学性能的原因以及材料断裂失效的机理，并得出以下结论：(1)纤维在基体中的分布状态影响纤维与基体的结合状况，以纤维束分布时，纤维／基体结合界面少，纤维束内有残留孔隙；以分散纤

2、维分布时，纤维／基体结合界面多，纤维之间被基体致密填充，受力作用时，材料通过纤维的拔出、脱粘以及脆性断裂可吸收大量的断裂能，强度得到提高。(2)纤维长度是影响纤维增强复合材料力学性能的因数，当纤维长度大于临界纤维长度时，材料的破坏以纤维的断裂为主；纤维长度小于I临界纤维长度时，材料的失效主要是基体的开裂或破坏。本实验中纤维长度取2mm、5mm、8mm、12ram，以5mra纤维增强材料的综合力学性能较好，其抗弯、垂直和平行抗压、冲击强度分别为59．06ⅣⅢa、147．03MPa、134．25Ⅳma、2．45KJ．nl-2。(3

3、)当纤维的体积分数为5％、10％、15％时，随纤维体积分数的提高，材料的抗弯、抗压、冲击强度均有提高。体积分数过低，纤维不能有利的支撑基体，增强作用无法发挥，材料破坏主要表现为基体的开裂。体积分数提高，纤维成为支撑基体的骨架，与基体结合加强，提高了材料抵抗载荷的能力。(4)后续炭化工艺的增加使材料压缩强度提高，冲击强度下降。树脂被炭化后，留下的树脂炭硬且脆，分布在基体中可提高材料抗压缩能力。但炭化收缩形成的微孔和裂纹成为材料断裂破坏源和裂纹扩展的通道。(5)弯曲破坏机制主要为短纤维从基体中的“拔鞘”、劈裂或直接脆断，以及材料在

4、基体炭和碳化硅处的脆性断裂。压缩破坏表现为脆性断裂方式，垂直方向压缩主要表现为裂纹通过基体和纤维层的剪切破坏，平行方向压缩呈现出沿纤维层与基体结合处的劈裂破坏。冲击破坏则是在冲击力作用下由纤维折断和基体开裂所引起的脆性失效。关键词：C／C．SiC摩擦材料，模压．原位反应法，纤维分布，纤维长度，体积分数，炭化处理，力学性能ⅡABSTRACT’IheshortcarbonfiberreinforcedC／C-siCfrictionmaterialmadethroughttheMolding—in-suitreactionproce

5、ssing，whichisahopefulindustrialproductionprocessing，themeritsofitareshortcycle，lowcost．Onthisarticle，C／C-SiCfrictionmaterialmadethroughttheMolding-in-suitreactionprocessing，111einfluenceoffibersdistributing,fiberslength,fibervolume,andsuccessivecarbonizationdisposal

6、onmechanicalpropertieswereinvestigatedbymeasuringthebending，compressiveandimpactstrength,andthefracturesurfacemorphologieswereobservedandanalyzedthroughmacroscopicallyphotographsandscanningelectronmicroscope．Theeffectfactorsofmechanicalpropertiesandthefracturemechan

7、ismwerebeenrealized．TheconclusionsCanbedrawnasthefollowing：(1)Thedistributingoffibersinmatrixcaninfluencethecombineoffiberandmatrix．Bundlefibersdistributinghavefewinterfacesoffiber／matrix，andporousonthebundlefibers．Dispersingfiberdistributinghavecompactfillbetweensi

8、nglefibers，moreinterfaceoffiber／matrix．Thestrengthofcompositecanbeenimprovedbythefiberspulloutandbrittlefracturewhichabsorbedlargenumberso