CLVD快速致密CC复合材料的高温热物理性能

万方数据

新型炭材料第２５卷

料，密度为１．７８９・ｃｍ—ｏ

２．２微观形貌观察

采用ＬＥＩＣＡ高温光学金相显微镜，在正交偏光下观察Ｃ／Ｃ制动材料的光学显微形貌。

２．３热物理性能测量

２．３．１热膨胀系数Ｏｔ的测定

在垂直于无纬布纤维方向上取Ｄ６ｍｍＸ１５ｍｉｌｌ的样品，用ＤＬ一１５００型热膨胀仪测试样品的热膨胀系数。测量温度为１００ｏｃ一８００ｏＣ。热膨胀系数计算公式为：

一乞一厶，．、

ａ２面，Ｌ１，

ＪＪ＇’Ｌｊ■

式中，厶为样品膨胀前长度，Ｌ：为样品膨胀后长度，△ｔ为膨胀前后温度变化。

２．３．２导热系数Ａ的测定

采用激光脉冲法¨０１，用瓜一３激光导热仪测定比热容和热扩散率，导热系数Ａ根据以下公式计算：

Ａ＝４１８．６８ＸＯｔ×Ｃｘｐ，（２）式中，Ａ为导热系数（Ｗ・ｍ一・Ｋ一），ａ为热扩散率（ｃｍ２－ｓ－１），Ｃ为比热（ｃａｌ・ｇ～・Ｋ。），ｐ为样品表观密度（ｇ・ｃｍ‘３）。分别在平行、垂直于无纬布纤维方向上取Ｄ１０ｍｍＸ（３～４）１１１１１１的圆柱形试样，测量温度区间为室温一８００ｏＣ。

３结果与讨论

３．１ＣＬＶＤ致密Ｃ／Ｃ复合材料的显微结构

材料的热物理性能取决于其结构和成分，Ｃ／Ｃ复合材料的热物理性能与增强纤维种类及体积分数、热解炭微观结构、坯体致密情况、界面结合情况、石墨化工艺及工作温度等因素密切相关。图１为所制Ｃ／Ｃ复合材料在偏振光下的光学显微结构。由图可见环绕炭纤维的热解炭呈现出明显的十字消光条纹，且同心圆状裂纹清晰可见，属于典型的光滑层结构特征。沥青炭填充于ＣＬＶＤ致密化后留下的孔隙中，呈各向同性特征。

３．２温度对Ｃ／Ｃ复合材料热扩散率的影响

图２为不同温度下ＣＬＶＤ致密Ｃ／Ｃ复合材料的热扩散率。可以看出热扩散率具有明显的各向异性特征，在平行于纤维叠层方向（ｘ—Ｙ方向）的热扩散率比垂直于纤维叠层方向（Ｚ方向）的高，且两者均随温度升高而呈非线性降低，ｘ—Ｙ方向的热扩散率随温度降低的趋势较ｚ方向的大。由于列车在制动过程中，制动材料需经历温度急剧升高的非稳态传热过程，制动材料的热扩散率直接影响其本身温度场的强度和均匀性；而ＣＬＶＤ致密Ｃ／Ｃ复合材料ｘ．Ｙ方向的热扩散率高，温度趋向一致的能力强，ｚ方向热扩散率低；因此，Ｃ／Ｃ复合材料作为列车的制动材料，在列车制动过程中热应力将会导致其体积微裂纹无限制扩展而使层间剥落的可能性增加。

图ＩＣ／Ｃ复合材料的微观形貌

Ｆ碴．１ＭｉｃｒｏｓｔｔｕｅｔｕｒｅｏｆｔｈｅＣ／Ｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｕｎｄｅｒ

ｔｈｅｐｏｌａｒｉｚｅｄｌｉｇｈｔｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ

图２Ｃ／Ｃ复合材料在不同温度下的热扩散率

Ｆｉｇ．２Ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅｏｆｔｈｅｒｍａｌｄｉｆｆｕｓｉｖｉｔｉｅｓｏｎｔｅｍｌｍａｔｕｒｅ

ｆｏｒｔｈｅＣ／Ｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅ

３．３温度对Ｃ／Ｃ复合材料比热容的影响

比热容是材料储热能力的标度，与测试方向无关，平行和垂直于纤维方向比热容相等。图３展示了材料比热容随温度升高呈非线性增大的变化规律，根据德拜模型可知，低温下材料的比热容与绝对温度丁的三次方成正比，随温度升高，比热容增大，而在较高温度下，热容与温度无关。Ｃ／Ｃ复合制动材料作为高温蓄热材料，希望具有较高的比热容，以期在使用中吸收更多的热量。

妒。，ｂ

万方数据

万方数据

万方数据

万方数据