材料摩擦学性能及摩擦机制研究进展

６０材料工程／２００４年ｉ２期

（ｏ．０１％，质量分数）也显示良好的润滑效果。这主要是由于碳原子能够与水蒸汽和氧气反应嘲，反应生成的络合物对碳／碳复合材料有润滑效果。这一点和许多其它碳材料一样，可能由于它们的结构中都含有ＳＰ２杂化轨道［１…。

图ｌ磨损面形貌扫描电镜图

（ａ）类型Ｉ；（ｂ）类型Ⅱ；（ｃ）类型ｉｌｌ；

（ｄ）类型Ⅱ和类型Ⅲ的混合

（箭头代表滑动方向）

Ｆｉｇ．１Ｓｃａｎｎｉｎｇ

ｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｇｒａｐｈｓｏｆｗｏｒｎ

ｓｕｒｆａｃｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓ

（ａ）ｔｙｐｅＩ；（ｂ）ｔｙｐｅⅡ；（ｃ）ｔｙｐｅⅢ；（ｄ）Ⅱ一Ⅲｍｉｘｅｄ

（ａｒｒｏｗｓｉｎｄｉｃａｔｅｓｌｉｄｉｎｇｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ）２影响碳／碳复合材料摩擦磨损性能的因素

２．１碳／碳复合材料制备工艺及其结构对摩擦磨损性能的影响

２．１．１基体类型的影响

基体的类型是影响摩擦磨损性能的一个重要因素［１¨。在二维的不同密度的碳／碳复合材料中，中等密度的碳／碳复合材料具有良好的摩擦性能，其摩擦系数较低，磨损量也比低密度和高密度的碳／碳复合材料低一个数量级。在摩擦磨损的过程中，各种碳／碳复合材料的摩擦系数的变化情况也不尽相同。２Ｄｐｉｔｃｈ／ｒｅｓｉｎ／ＣＶＩ、高密度的２ＤＰＡＮ／ｐｉｔｃｈ和中等密度２ＤＰＡＮ／ｐｉｔｃｈ碳／碳复合材料摩擦系数都发生转变，而低密度的２ＤＰＡＮ／ｐｉｔｃｈ和２ＤＰＡＮ／ＣＶＩ摩擦系数不发生改变。转变前的摩擦系数为０．１～ｏ．２，在极短的改变过程中，摩擦系数突升至０。５～０．９。而３ＤＰＡＮ／ｐｉｔｃｈ碳／碳复合材料在高转速下其结构会被破坏，因此不适合在高转速下使用。

２．１．２纤维取向的影响

碳纤维取向对碳／碳复合材料摩擦磨损性能有强烈的影响。在低转速下，当纤维平行于摩擦面时，磨损率比纤维垂直于摩擦面方向要低得多，而摩擦系数比纤维垂直于摩擦面方向要高得多；在高转速下，摩擦系数和磨损率都没有大的差别［１引。ｚ向纤维的含量增加，能提高碳／碳复合材料的热导率，降低摩擦面的温度，也会影响碳／碳复合材料的摩擦磨损性能［１３｜。ｚ向纤维的含量为５％时，摩擦系数为０．４～ｏ．５；Ｚ向纤维的含量为１５％时，摩擦系数为０．３～ｏ．５；Ｚ向纤维的含量为２５％时，摩擦系数为０．２～０．４。而罗瑞盈等［１４３在研究三维和二维碳／碳复合材料的摩擦性能时，得到了不同的结果：三维碳／碳复合材料摩擦系数较大，磨损率小；二维碳／碳复合材料的摩擦系数小，但磨损率较大。

２．１．３热处理温度的影响

热处理温度不同，碳／碳复合材料摩擦磨损性能也不同。对于不同的增强体，热处理温度的影响也不尽相同。针刺毡增强的碳／碳复合材料样件［１５］随着热处理温度升高，摩擦系数增大，温度在２３００。ｃ时摩擦系数出现峰值，继续升高热处理温度，摩擦系数却下降；而对于短切纤维增强碳／碳复合材料［１引，在２２００，２５００℃热处理温度下，摩擦系数不稳定，而在２７００℃热处理温度下，摩擦系数曲线平稳，摩擦系数增加。对于碳布叠层碳／碳复合材料，随着热处理温度的升高，干态平均动摩擦系数由大变小，湿态平均动摩擦系数及干态静摩擦系数由小变大［１…。若将碳布叠层碳／碳复合材料用作刹车材料，其合适的热处理温度为２０００。Ｃ［１

８。，在此温度处理的碳／碳复合材料具有足够

碳/碳复合材料摩擦学性能及摩擦机制研究进展

作者：胡志彪， 李贺军， 陈强， 李克智， 黄荔海

作者单位：西北工业大学碳/碳复合材料工程技术研究中心,西安,710072

刊名：

材料工程

英文刊名：JOURNAL OF MATERIALS ENGINEERING

年，卷(期)：2004(12)

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