C∕C素坯密度对GSI﹢C∕C-SiC复合材料摩擦磨损性能的影响

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1、专稿FEATUREC/C素坯密度对GSIC/C-SiC*复合材料摩擦磨损性能的影响刘荣军，缪花明，王衍飞，孙国帅（国防科技大学新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室，长沙410073）[摘要]采用气相渗硅工艺（GSI）制备C/C-SiC复合材料，研究了C/C素坯密度对GSIC/C-SiC复合材料物相组成与摩擦磨损性能的影响，分析了C/C-SiC复合材料的制动过程，并归纳了其摩擦磨损机理。结果表明，随着C/C素坯密度的增大，GSIC/C-SiC复合材料的密度呈递减趋势，且C含量和开气孔率逐渐增加，而SiC含量和残余Si含量逐渐减少；自对偶条件下，复合材

2、料的平均摩擦系数、磨损率均呈现先增大后减小的趋势，当C/C素坯密度为31.25g/cm时有最大值，而制动稳定系数则不断增大。GSIC/C-SiC复合材料的制动过程是犁沟效应和粘着效应共同作用的结果，制动初始阶段和刹停阶段以犁沟效应为主，中间阶段以粘着效应为主。关键词：C/C素坯密度；GSI；C/C-SiC复合材料；摩擦磨损性能DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2017.16.016C/C-SiC复合材料因其具有密常用的方法。相比于LSI过程，GSI度低、强度和热导率高、热物理性能采用气相Si与C反应，反应过程温和摩擦磨损性

3、能优异等特点，成为新和，渗透深度高，制备的C/C-SiC复一代高性能结构/功能复合材料，在合材料结构均匀性好。本课题组前空间光机结构件、飞行器面板等航空期曾报道素坯密度对气相渗硅法制航天领域及飞机、高速列车和重型汽备的复合材料结构与力学性能的影车刹车片等高能载制动领域具有非响，但素坯密度对其摩擦磨损性能[1-6]常广泛的应用前景。的影响研究未见报道。本文通过气C/C-SiC复合材料常用的相渗硅法（GSI）制备C/C-SiC复合制备方法有：先驱体浸渍裂解法材料，研究不同C/C素坯密度对C/（Precursorinfiltrationandpyrol

4、ysis，C-SiC复合材料物相组成与摩擦磨PIP）、化学气相渗透法（Chemical损性能的影响。vaporinfiltration，CVI）和气相/液相刘荣军渗硅法（Gassiliconinfiltration/Liquid试验材料与方法博士,副研究员,硕士研究生导师。siliconinfiltration，GSI/LSI）等。PIP1试环制备主要从事碳化硅陶瓷基复合材料的基础3法和CVI法制备的复合材料力学性试验选用密度分别为1.00g/cm、及应用研究工作。获湖南省技术发明一333等奖1项,累计发表学术论文70余篇,能比较优异，但其缺点是

5、制备周期1.25g/cm、1.32g/cm、1.55g/cm的三获发明专利授权20余项。长、生产成本高，所得复合材料的致维针刺C/C为原材料，将C/C素坯[7-12]密度较低。而GSI/LSI法因其具置于底部铺满硅粉的坩埚中，在氩备工艺简单、制备周期短、生产成本气保护下经过6h升温到1650℃，然[13-17]低和易实现近净成形等优点，后真空保温一段时间，使Si熔融并*基金项目：国防科学技术大学科研计划项目成为目前制备C/C-SiC复合材料较蒸发，并以气态形式充分渗入到材（JC14-01-01）。16航空制造技术·2017年第16期专稿FEATU

6、RE料内部，与C充分接触反应生成SiCGSI-1~GSI-4四组C/C-SiC试GSI-1~GSI-4试环的摩擦磨损基体，最后在真空条件下冷却，得到环GSI前后的密度、开气孔率及各相性能见表2，C/C素坯密度对GSIC/GSIC/C-SiC复合材料试样。同时，组成情况如表1所示。随着C/C素C-SiC试环摩擦磨损性能的影响见采用以上4种密度的C/C加工成试坯密度的增大，GSIC/C-SiC复合材图1。环，经GSI处理后共制备4对用于摩料的密度呈递减趋势，且C含量和从表2和图1可以看出，随着C擦磨损试验的C/C-SiC试环，编号为开气孔率依次增加，

7、SiC含量和残余含量增加，复合材料的平均摩擦系GSI-1~GSI-4。Si含量依次减少。这是由C/C密度数、磨损率均呈现先增大后变小的趋2性能测试增大即热解C含量增加，使得气态势，而制动稳定系数则不断增大，制采用阿基米德排水法测量材料Si向材料内部渗透通道受阻，气态Si动时间除GSI-1试环较长外，其余均的密度及开气孔率；采用HF-HNO3不能充分与热解C接触反应所致。为14s左右。3混酸腐蚀法测定残余Si含量；采用2C/C-SiC复合材料的摩擦磨损当C/C素坯密度从1.00g/cm增3空气热氧化法使C在800℃下充分性能至1.25g/cm时，G

8、SIC/C-SiC试环的氧化，从而测定C含量，余量即为表1GSIC/C-SiC试环密度、孔隙率及各相组成体积分数SiC含量。摩擦磨损试验