石墨化度对C/C复合材料摩擦性能的影响

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C/C复合材料,即碳纤维增强碳基体复合材料,全部是由碳元素组成的,它克服了一般碳-石墨材料强度低的缺点,又保持了石墨的耐高温性能,具有高的比强度。最初这种材料是作为航天用高温结构材料和耐烧蚀材料,广泛用于固体火箭发动机喷管、喉衬、火箭重返大气层系统的保护罩。20世纪70年代后,随着高负荷飞机的出现,对刹车装置提出了严格的要求,传统的金属基刹车材料难以适应,C/C复合材料开始用做刹车材料,并表现出了良好的性能,现在已广泛用于干线飞机和军用飞机上。

碳-石墨材料的结构可分为石墨晶体结构和乱层结构,C/C复合材料一般是介于二者之间的微晶型。石墨晶体是网平面的三维有序堆聚,而乱层结构仅在网平面上二维有序,其整体呈紊乱状态,层间距d较大,表观微晶尺寸La和Lc均较小。不同石墨化度的碳可以通过d的大小不同而加以区别,而且,C/C复合材料中由碳纤维和碳基体两种碳组成,其结构也有很大的不同。

C/C复合材料由于晶体的结晶程度不同,即石墨化程度不同。超过2000℃的热处理温度,开始发生三维层面的排列。这种转化,即石墨化过程,伴随着层面间距的减小,表观微晶尺寸增加,石墨化度就是用来表征这一转化过程进行程度的重要参数。石墨化度的高低,表明了碳结构离理想石墨结构的远近程度。在C/C复合材料的制备工艺中,石墨化度的高低决定材料的力学性能和热物理性能。石墨化度升高,C/C复合材料力学性能值降低,韧性改善,热物理性能提高;反之,则力学性能值升高,韧性变差,热物理性能降低。适当的控制石墨化度,可以对材料性能进行调制,获得不同需求的C/C复合材料。

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