材料科学技术著作丛书 碳陶摩擦材料的制备、性能与应用
作者：肖鹏 等著
出版时间：2016年版
内容简介
碳纤维增韧碳化硅复合材料（C/C-SiC），是一种应现代航天航空科技发展而涌现出来的新型复合材料。20世纪90年代中期，C/C-SiC复合材料开始应用于摩擦领域，成为*新一代高性能制动材料引起科研工作者广泛的关注和重视，迅速引起了我国和德、美、日等国研究者的青睐。自2001年以来，中南大学研制的C/C-SiC制动材料在高性能制动系统的应用取得了显著的发展，攻克了多项关键技术。使我国成为继德国之后第二个生产碳陶摩擦材料产品的国家。所开发的碳陶摩擦材料产品在国际上**应用于坦克、风力发电机组和港口机械，在国内**应用于磁悬浮列车和汽车，并且正推广应用于高速列车、直升机和军机。本书深入地总结了作者十五年来在碳陶摩擦材料领域的研究成果，系统地介绍了碳陶摩擦材料的发展历史，中南大学采用不同工艺制备的C/C-SiC材料，及其显微结构、热物理性能、力学性能及其失效机制、氧化行为及机制和摩擦磨损行为及机理，以及开发的C/C-SiC产品在汽车、高速铁路、工程机械等高速高能载制动系统上的应用情况。
目 录
目录
序
前言
第1章 绪论1
1.1摩擦材料的特点及性能要求1
1.2摩擦材料的分类及发展趋势2
1.2.1树脂基摩擦材料2
1.2.2金属基摩擦材料4
1.2.3炭/炭复合材料7
1.2.4陶瓷基摩擦材料11
1.2.5碳陶摩擦材料12
参考文献13
第2章 C/C-SiC摩擦材料的发展16
2.1C/C-SiC摩擦材料的起源16
2.2C/C-SiC摩擦材料的组成和结构18
2.2.1C/C-SiC的组成18
2.2.2C/C-SiC的结构23
2.3C/C-SiC摩擦材料的性能特点29
2.3.1C/C-SiC的热物理性能29
2.3.2C/C-SiC的力学性能30
2.3.3C/C-SiC的氧化性能30
2.3.4C/C-SiC的摩擦磨损性能32
参考文献33
第3章 C/C-SiC摩擦材料的制备技术36
3.1气相法36
3.1.1等温CVI法37
3.1.2热梯度CVI法38
3.1.3等温迫流CVI法39
3.1.4差温迫流CVI法39
3.1.5脉冲CVI法40
3.1.6微波CVI法40
3.1.7连续同步CVI法40
3.1.8多元耦合场CVI法40
3.2固相法41
3.2.1粉浆-热压烧结法41
3.2.2温压-原位反应法42
3.3液相法42
3.3.1聚合物浸渗热解法42
3.3.2溶胶-凝胶法45
3.3.3熔硅浸渗法46
3.4综合法47
参考文献47
第4章 C/C-SiC用炭纤维预制体的制备及增密52
4.1炭纤维预制体结构与特性52
4.1.1连续纤维编织预制体53
4.1.2非连续纤维预制体56
4.2炭纤维预制体的致密化61
4.2.1气态先驱体61
4.2.2液态先驱体61
4.3预制体CVI致密化过程数值模拟69
4.3.1基本假设71
4.3.2三维正交结构炭纤维预制体71
4.3.3针刺炭纤维预制体76
参考文献82
第5章 化学气相渗透法制备C/C-SiC摩擦材料85
5.1化学气相渗透过程的理论分析85
5.1.1SiC前驱体85
5.1.2CVI沉积SiC基体的机理86
5.2CVI制备C/C-SiC摩擦材料及影响因素88
5.2.1CVI制备C/C-SiC的工艺流程88
5.2.2C/C-SiC摩擦材料的物相组成90
5.2.3C/C-SiC摩擦材料制备的影响因素92
5.3C/C-SiC摩擦材料的微观结构100
5.3.1C/C-SiC的微结构100
5.3.2SiC的显微结构103
5.3.3C/C-SiC的界面形貌105
参考文献107
第6章 熔硅浸渗法制备C/C-SiC摩擦材料109
6.1熔硅浸渗过程的理论分析109
6.1.1熔硅浸渗过程的热力学和动力学109
6.1.2熔硅浸渗过程的影响因素110
6.2长纤维增强C/C-SiC摩擦材料的制备及结构118
6.2.1C/C-SiC摩擦材料的制备118
6.2.2C/C-SiC摩擦材料制备的主要影响因素120
6.2.3C/C-SiC摩擦材料的微观结构125
6.3短纤维增强C/C-SiC摩擦材料的制备及结构131
6.3.1C/C多孔体的制备131
6.3.2C/C-SiC摩擦材料的微观结构134
6.3.3C/C-SiC摩擦材料的孔隙结构分析135
6.4Si+C熔渗反应模型141
参考文献142
第7章 温压-原位反应法制备C/C-SiC摩擦材料145
7.1温压-原位反应的理论分析及设计145
7.1.1Si+C原位反应机理145
7.1.2C/C-SiC摩擦材料的设计147
7.2C/C-SiC摩擦材料的制备150
7.2.1温压-原位反应法的制备工艺150
7.2.2C/C-SiC摩擦材料制备的影响因素153
7.2.3酚醛树脂的热分解过程及结构157
7.2.4C/C-SiC坯体裂纹形成及影响因素166
7.3C/C-SiC摩擦材料的微观结构169
7.3.1C/C-SiC的微结构169
7.3.2C/C-SiC的界面形貌174
参考文献176
第8章 基体改性C/C-SiC摩擦材料的制备179
8.1Cu改性179
8.1.1Cu-Si-C体系热力学分析179
8.1.2材料制备及物相组成181
8.1.3材料微观结构182
8.1.4组元的显微硬度185
8.2Cu-Ti改性186
8.2.1材料制备及物相组成186
8.2.2材料微观结构186
8.2.3熔渗过程中的反应机制188
8.3Fe改性189
8.3.1Fe-Si-C体系热力学分析189
8.3.2材料制备及物相组成191
8.3.3材料微观结构192
参考文献194
第9章 C/C-SiC摩擦材料的热物理性能195
9.1LSI-C/C-SiC摩擦材料的热物理性能195
9.1.1LSI-C/C-SiC的热扩散率及影响因素195
9.1.2LSI-C/C-SiC的热膨胀系数199
9.2WCISR-C/C-SiC摩擦材料的热物理性能201
9.3CVI-C/C-SiC摩擦材料的热物理性能203
9.3.1CVI-C/C-SiC的热扩散率及影响因素203
9.3.2CVI-C/C-SiC的热膨胀系数206
9.4C/C-SiC在室温～1300℃的导热性能及其导热机制208
参考文献212
第10章 C/C-SiC摩擦材料的力学性能及其失效机制214
10.1LSI-C/C-SiC的力学性能及影响因素214
10.1.1弯曲和压缩性能214
10.1.2拉伸性能224
10.2WCISR-C/C-SiC的力学性能及失效机制225
10.2.1弯曲性能225
10.2.2压缩性能230
10.3CVI-C/C-SiC的力学性能及失效机制237
10.3.1弯曲性能237
10.3.2拉伸性能241
参考文献245
第11章 C/C-SiC摩擦材料的氧化行为及机制247
11.1单一组元的氧化行为247
11.1.1组元的TG-DSC分析247
11.1.2碳相的氧化248
11.1.3SiC的氧化249
11.1.4Si的氧化250
11.2LSI-C/C-SiC的氧化性能及机制254
11.2.1C/C-SiC复合材料的非等温氧化行为254
11.2.2C/C-SiC复合材料的等温氧化动力学和机理257
11.2.3C/C-SiC复合材料的长时间氧化行为259
11.3CVI-C/C-SiC的氧化性能及机制264
11.3.1C/C-SiC复合材料的非等温氧化行为264
11.3.2C/C-SiC复合材料的等温氧化行为266
11.4WCISR-C/C-SiC的氧化行为及机理270
11.4.1C/C-SiC的非等温氧化行为270
11.4.2C/C-SiC的等温氧化行为272
11.5Cu3Si改性C/C-SiC的氧化行为及机理279
11.5.1材料的等温氧化行为279
11.5.2材料的长时间氧化行为284
参考文献286
第12章 C/C-SiC摩擦材料的摩擦磨损行为及机理289
12.1LSI-C/C-SiC的摩擦磨损性能及影响因素289
12.1.1预制体结构289
12.1.2基体炭结构293
12.2WCISR-C/C-SiC的摩擦磨损性能298
12.3CVI-C/C-SiC的摩擦磨损性能305
12.3.1自对偶低载能305
12.3.2自身对偶高载能308
12.3.3与钢对偶312
12.4改性C/C-SiC的摩擦磨损性能315
12.5环境对C/C-SiC摩擦磨损性能的影响319
12.5.1湿态条件319
12.5.2油性环境321
12.5.3制动速度326
12.6C/C-SiC的摩擦磨损机理328
12.6.1摩擦机理329
12.6.2磨损机理331
参考文献335
第13章 C/C-SiC摩擦材料在不同制动系统上的应用337
13.1汽车337
13.1.1台架考核338
13.1.2应用347
13.2高速列车351
13.3工程机械358
13.4风力发电机组363
13.5其他366
13.5.1磁悬浮列车366
13.5.2重载卡车367
13.5.3摩托车368
13.5.4特种机械369
参考文献371
