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原文传递碳化硅泡沫陶瓷/铜双连续相复合材料摩擦性能研究

论文题名：	碳化硅泡沫陶瓷/铜双连续相复合材料摩擦性能研究
关键词：	汽车刹车材料;碳化硅泡沫陶瓷;铜基金属;挤压铸造法;摩擦性能
摘要：	随着交通运输速度和承载能力的不断提升，人们对刹车材料的性能提出了越来越高的要求。目前，铜基粉末冶金闸片材料工艺技术相对成熟、综合性能较好，有着广泛的应用，但其磨损率偏高、高温性能较差，在很大程度上制约着它的发展。近年来，碳化硅泡沫陶瓷/金属双连续相复合材料引起了人们的广泛关注。作为一种新型复合摩擦材料，它具有全新的整体增强机制，其中碳化硅陶瓷和金属基体之间形成相互贯通的网络结构，既发挥了碳化硅陶瓷高硬度、高耐磨性和高耐热性等优点，又发挥了金属高韧性、高强度和高导热性等优点，从而使得该材料具有优异的摩擦性能，表现为优良的耐热性、稳定的摩擦系数、低的磨损率、和快的响应速度等。　　本文利用挤压铸造法制备碳化硅泡沫陶瓷/铜双连续相复合材料，并对其热物理性能、力学性能和摩擦磨损性能及机理进行了系统的研究。　　碳化硅陶瓷骨架限制金属变形的作用使得碳化硅泡沫陶瓷/铜双连续相复合材料具有良好的热物理性能。复合材料的线膨胀系数为(8.69～13.7)×10-6/℃(20～100℃)，比热容为455～563J·kg-1·℃-1(20～100℃)，热导率为59.9～63.5W·m-1·℃-1(20～100℃)。　　碳化硅陶瓷骨架的刚性承载和阻碍基体铜滑移的作用使得碳化硅泡沫陶瓷/铜双连续相复合材料具有优异的力学性能。复合材料的冲击韧性最大值为3.69J/cm2(20vol.％SiC)，弯曲强度最大值为267.0MPa(30vol.％SiC)，压缩强度最大值为568.9MPa(70vol.％SiC)。碳化硅泡沫陶瓷/铜双连续相复合材料的断裂方式为混合断裂，其裂纹通常起源于泡沫陶瓷骨架，金属相则具有桥接裂纹并使裂纹发生偏转的作用。　　以碳化硅泡沫陶瓷/铜双连续相复合材料为静块，以28CrMoV铸钢盘为动环进行了摩擦磨损试验。结果表明:复合材料的摩擦系数和磨损率均随着碳化硅体积分数的增加而降低;添加摩擦组元的复合材料的摩擦系数及其稳定性显著增加，但磨损率增加。与粉末冶金碳化硅/铜复合材料相比，碳化硅泡沫陶瓷/铜双连续相复合材料的摩擦系数稳定性更高，磨损率仅为粉末冶金材料的1/5～1/4。　　以碳化硅泡沫陶瓷/铜双连续相复合材料为静块，以28CrMoV铸钢盘为动环进行了模拟制动试验。结果表明:随着制动速度的增加，制动时间增加，复合材料的摩擦系数呈下降趋势，摩擦系数稳定性较高;随着制动压力的增加，制动时间缩短，复合材料的摩擦系数同样呈下降趋势，摩擦系数稳定性较高。与粉末冶金碳化硅/铜复合材料相比，碳化硅泡沫陶瓷/铜双连续相复合材料的制动时间更短，响应速度更快。　　碳化硅泡沫陶瓷/铜双连续相复合材料的磨损机理以粘着磨损为主，摩擦磨损过程中发生了主要从28CrMoV铸钢盘向碳化硅泡沫陶瓷/铜双连续相复合材料方向的物质转移，“过铁”现象较为明显，同时伴有氧化磨损;添加摩擦组元的复合材料以粘着磨损和磨粒磨损为主，伴有氧化磨损。
作者：	段锦
专业：	材料加工工程
导师：	左良;张劲松
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东北大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文