熔融渗硅法制备C/C-SiC复合材料的干态摩擦磨损行为及机制

本文以针刺炭纤维整体毡为预制体,采用化学气相渗透法和熔融渗硅法制得炭纤维增强双基体炭/碳化硅(C/C-SiC)摩擦材料;研究了C/C-SiC的干态摩擦磨损行为及机理.研究结果表明:C/C-SiC摩擦材料和30CrMoSiVA合金钢配对摩擦副制动性能稳定,当制动速度从5 000 r/min升至7 500 r/min,摩擦系数由0.33降至0.29,C/C-SiC线磨损率相应由2.01μm/次升至3.40μm/次;C/C-SiC与对偶件的摩擦是犁沟效应和黏着效应共同作用的结果,磨损是磨粒磨损、黏着磨损、氧化磨损和疲劳磨损相互作用的结果.     

PAN炭纤维预制体对C/C复合材料滑动摩擦磨损行为的影响

以二维平纹编织叠层炭纤维坯体(2D)、二维无纬布/炭毡混合叠层针刺毡坯体(2DN)、三维正交编织炭纤维坯体(3D)为预制体,采用化学气相渗透结合树脂浸渍炭化技术进行增密,制备了4种C/C复合材料.在室温干态条件下测试4种C/C复合材料与表面镀Cr的40Cr钢配副时的滑动摩擦行为.结果表明:在试验载荷下,采用2D坯体增强的C/C复合材料摩擦系数最高;随载荷增加,其摩擦系数和磨损体积的波动幅度最大,分别为0.17和1.22mm3;采用2DN坯体的2种C/C复合材料摩擦系数较低,在0.13～0.17之间,且随时间延长呈下降趋势;其余2种坯体的C/C复合材料摩擦系数则上升.4种材料摩擦系数的波动幅度均逐渐降低.SEM观察表明:采用2D坯体C/C复合材料在低载荷下的摩擦表面粗糙,充满磨屑,高载荷下能形成了较松散的摩擦膜.而采用2DN、3D坯体的C/C复合材料摩擦表面部分形成了较完整、致密的摩擦膜,部分呈现显著的纤维磨损和摩擦膜大块剥落形貌.     

化学液相汽化沉积法制备炭/炭复合材料的湿态摩擦磨损性能研究

采用化学液相汽化沉积工艺制备炭/炭(C/C)复合材料,通过惯量试验机对其湿态摩擦磨损性能进行研究.结果表明:C/C复合材料的组织主要以粗糙层为主;随着热处理温度升高,复合材料的石墨化度增加,制动过程平稳,动、静摩擦系数升高,摩擦稳定性增加,在较高转速和制动压力下力矩曲线尾翘现象明显减弱;石墨化度较高试样的表面能够形成一层光滑、致密的润滑膜,从而降低其磨损率;所制备的C/C复合材料能够满足湿式摩擦材料的性能要求,并大幅度降低成本.     

炭纤维增强双基体炭/碳化硅(C/C-SiC)制动材料的性能

以针刺炭纤维整体毡为预制体,采用呋喃树脂加压浸渍、加压固化和炭化制得密度为1.45g/cm3的多孔体C/C材料,然后熔融渗硅制得密度为2.37g/cm3的炭纤维增强双基体炭/碳化硅(C/C-SiC)材料.结果表明:熔融渗硅中反应生成的SiC基体主要分布在胎网层、针刺纤维附近以及无纬布层的纤维束间;C/C-SiC材料的弯曲强度为165MPa,垂直和平行于无纬布铺层方向的压缩强度分别为210和196MPa;C/C-SiC材料的摩擦性能稳定,平均动摩擦系数为0.38,静摩擦系数为0.40,和对偶件的线磨损率分别为5.3和3.7μm/(面.次),其磨损过程是由磨粒磨损、黏着磨损和氧化磨损共同作用的结果.     

C/C-SiC复合材料的制备及其湿式摩擦磨损性能研究

采用T700炭纤维针刺毡,经超声振动渗硅、化学气相沉积(CVD)、硅化处理及液相浸渍/炭化新工艺制备SiC呈"岛状"分布的C/C-SiC复合材料,利用偏光显微镜和扫描电子显微镜观察其微观组织结构并分析其形成机制,在MM-1000型湿式摩擦磨损试验机上研究C/C-SiC复合材料的摩擦磨损性能.结果表明:在初始转速恒定的条件下,动摩擦系数随制动比压的增加而逐渐减小;当制动比压恒定时,摩擦系数随初始转速的增加呈现出先增大而后降低的趋势;在本文试验条件下,摩擦系数稳定在0.088～0.126之间;在300次磨损试验后,其磨损量检测值为0.     

热处理温度对添加碳化硼炭/炭复合材料摩擦磨损性能的影响

以添加碳化硼的炭纤维针刺整体毡为预制体,经化学气相渗透以及树脂浸渍/炭化混合增密制备含碳化硼C/C复合材料,通过MM-1000型摩擦磨损试验机并结合摩擦表面和磨屑形貌的扫描电子显微镜观察分析,研究了热处理温度(2 000 ℃、2 300 ℃和2 500 ℃)对含碳化硼C/C复合材料摩擦磨损性能的影响.结果表明:在2 000 ℃时,含碳化硼C/C复合材料呈现出磨粒磨损特征,其磨损相当严重,摩擦系数较高,摩擦力拒曲线翘尾严重;在2 300 ℃时,碳化硼发挥了促进石墨化的作用,使得含碳化硼C/C复合材料的石墨化度提高,在摩擦过程中摩擦表面能够形成平整而光滑的自润滑膜,材料耐磨能力明显增强,摩擦系数略有下降,制动过程平稳;在2 500 ℃时,含碳化硼C/C复合材料的石墨化度提高至97.8%,与2 300 ℃时相比,其摩擦系数和磨损量具有一定程度的增加,摩擦力矩曲线抖动加剧.     

C/C复合材料及高强石墨高温摩擦磨损性能对比研究

采用MG-2000型摩擦磨损试验机对比考察了C／C复合材料及航空发动机主轴密封环拟用材料高强石墨的高温摩擦磨损行为，采用显微激光拉曼光谱仪及扫描电子显微镜分析了C／C复合材料磨损表面组成及形貌．结果表明：具有粗糙层和光滑层复合结构的C／C复合材料的高温摩擦磨损性能明显优于高强石墨材料，适合用作航空发动机主轴密封环材料；C／C复合材料的高温摩擦磨损性能取决于磨粒磨损、粘着磨损及氧化磨损的共同作用．     

纤维取向对C／C复合材料滑动摩擦磨损特性的影响

采用M-2000型摩擦磨损试验机研究了干摩擦条件下纤维取向对C／C复合材料与40Cr钢摩擦副摩擦磨损特性的影响．结果表明：随着载荷增加，纤维轴向与滑动方向一致（X方向）时的摩擦系数较垂直滑动方向／摩擦表面（Y／Z方向）时的变化幅度低，X方向试样基体炭的磨屑损耗快，磨损较大；Y／Z方向试样基体炭的磨屑移动能力低，易堆积成膜，但在高载荷下纤维易被剪切．对于全光滑层热解炭材料，随着载荷增加，其X方向的磨损体积损失在0．4266～0．997mm^3之间，Y方向的磨损体积损失在0．448～1．020mm^3之间，而Z方向的磨损体积损失在0．349～1．420mm^3之间；对于全树脂炭材料，X方向的磨损体积损失随载荷增加在0．429～1．134mm^3之M波动，而Y方向的磨损体积损失在0．237～0．981mm^3之间变化．     

新型C/C-Cu复合滑动导电材料电摩擦磨损行为研究

采用无压熔渗工艺制备一种新型的具有自润滑耐磨性能的炭纤维整体织物/炭-铜(C/C-Cu)复合材料,在改装的MM-2000型环-块摩擦磨损试验机上考察其载流摩擦磨损性能,探讨外加直流电对摩擦磨损行为的影响并分析其作用机理.结果表明:电流方向决定了复合材料摩擦面磨屑层存在与否,对摩擦系数有较大影响.正接条件下复合材料的摩擦系数和磨损率高于负接条件下.电流强度对C/C-Cu复合材料磨损率影响较为显著.随电流强度增大,磨损率增大,磨损机制由犁削磨损向黏着磨损转变.摩擦系数随电流强度的增大先升高后降低.     

刹车速度对C／C复合材料制动摩擦性能的影响

在MM－1000型摩擦磨损试验上考察了碳布叠层结构的C／C复合材料在不同速度下的制动摩擦磨损行为,并用扫描电子显微镜观察分析了试样磨损表面形貌,结果表明：随着刹车速度的增大,摩擦系数增大,在20－25m/s速度范围出现峰值;当刹车速度增大至28－30m/s时,摩擦系数仍保持较高,体现了优良的高能摩擦特性;磨损量在低速时较小,当刹车速度大于15m/s,磨损量迅速增大,低速时磨损表面由一层薄的磨屑层所覆盖,当速度大于15m／s,大量的磨屑形成一层较厚的磨屑层,高速时由于剧烈的氧化和剪切作用,很多基质碳被氧化剥落,炭纤维被磨断、拔出,使磨损增大。     

短切碳纤维C/SiC陶瓷基复合材料的动态劈裂拉伸实验

为了探究C/SiC陶瓷基复合材料的动态断裂力学行为和破坏形态,利用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)装置对3种不同短切碳纤维体积分数的C/SiC陶瓷基复合材料进行了动态劈裂实验,并利用扫描电子显微镜扫描了C/SiC复合材料试件的破坏界面,分析了C/SiC陶瓷基复合材料的失效特征和增韧机理。实验结果表明:C/SiC复合材料在冲击劈裂实验过程中,同一短切碳纤维体积分数下试件的动态抗拉强度随着冲击气压的增大而增大; 短切碳纤维体积分数为16.0%时, 材料的抗拉强度最低; 冲击后,试件的整体破坏情况与冲击气压、短切碳纤维体积分数有关。     

Novel methanol-tolerant Ir-S/C chalcogenide electrocatalysts for oxygen reduction in DMFC fuel cell

Novel methanol-tolerant oxygen-reduction catalysts,iridium-sulphur (Ir-S) chalcogenides with different Ir/S atomic ratios,were synthesized via a precipitation method using H 2 IrCl 6 and Na 2 SO 3 as the Ir and S precursors.Powder X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM) were used to characterize the Ir x S 1 x/C chalcogenide catalysts.Particle size ranging from 2.5 to 2.8 nm though obvious agglomeration was found on carbon support.However,these chalcogenide catalysts showed strong...     

高温空气下C/SiC复合材料断裂韧性实时测试和微观结构表征分析

为了研究高温空气下C/SiC复合材料断裂韧性和微观结构,采用单边切口梁三点弯曲法实时测试了C/SiC复合材料在高温空气下的断裂韧性,并采用电子扫描显微镜 (scanning electron microscope,SEM)和X 射线衍射分析仪 (X-ray diffraction, XRD)分析了复合材料在不同温度下的破坏断口和失效机制。研究结果表明随测试温度升高,C/SiC复合材料断裂韧性降低,材料的断裂形式由脆性断裂逐渐演变成塑性断裂。从室温升温到1 000 ℃测试温度条件下,C/SiC复合材料的断裂韧性由12.5 MPa·m1/2降低为10.96 MPa·m1/2,降幅仅为12%,C/SiC复合材料高温断裂韧性良好。不同温度下,材料呈现出不同形式的断裂形貌。常温下断口形貌主要可以看到纤维拔出的现象,随着温度的升高,该现象基本消失,断裂截面变得更平整,材料的强度主要取决于基体的强度。     

MoS2和PTFE改性炭纤维织物复合材料的摩擦磨损性能研究

采用玄武三号栓-盘式摩擦磨损试验机研究了炭纤维织物及辐照PTFE粉和MoS2粉改性炭纤维织物复合材料的摩擦磨损性能,考察了MoS2的添加量及环境温度对改性炭纤维织物复合材料的摩擦磨损性能的影响,并用配备X射线能量色散谱的扫描电子显微镜对其磨损表面和偶件栓表面进行了观察和分析.结果表明:MoS2改性炭纤维织物可以明显改善炭纤维织物复合材料的摩擦磨损性能,而PTFE的加入则不利于其摩擦磨损性能的改善;当MoS2质量分数在5%～15%之间时,MoS2可以有效降低炭纤维织物复合材料的摩擦系数;当MoS2质量分数为10%时,MoS2改性炭纤维织物复合材料的综合摩擦磨损性能最佳;在不同温度条件下,MoS2改性炭纤维织物复合材料的摩擦系数和磨损率均低于炭纤维织物材料;当温度达到240 ℃时,炭纤维织物复合材料的磨损率急剧增大,但MoS2改性炭纤维织物复合材料的磨损率比炭纤维织物材料降低近35%.     

Microwave-hydrothermal preparation of a graphene/hierarchy structure MnO2 composite for a supercapacitor

Graphene/hierarchy structure manganese dioxide （GN/MnO2） composites were synthesized using a simple microwave-hydrothermal method. The properties of the prepared composites were analyzed using field emission scanning electron microscopy （FE-SEM）, X-ray diffraction （XRD）, transmission electron microscopy （TEM）, and X-ray photoelectron spectroscopy （XPS） measurements. The electrochemical performances of the composites were analyzed using cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectrometry （EIS）, and chronopotentiometry. The results showed that GN/MnO2 （10 wt% graphene） displayed a specific capacitance of 244 F/g at a current density of 100 mA/g. An excellent cyclic stability was obtained with a capacity retention of approximately 94.3% after 500 cycles in a 1 mol/L Li2SO4 solution. The improved electrochemical performance is attributed to the hierarchy structure of the manganese dioxide, which can enlarge the interface between the active materials and the electrolyte. The prepa- ration route provides a new approach for hierarchy structure graphene composites; this work could be readily extended to the preparation of other graphene-based composites with different structures for use in energy storage devices.     

载荷对MoS2/C复合薄膜摩擦学行为的影响

采用直流磁控溅射与高功率磁脉冲磁控溅射制备了以Ti为过渡层的MoS_2/C复合薄膜,并对其结构、组分、力学性能以及摩擦学行为进行了研究.摩擦测试结果表明:载荷增加时,摩擦系数与磨损率呈规律性降低趋势;通过赫兹接触模型对平均摩擦系数进行分析拟合,发现载荷的变化带来赫兹接触面积与接触压强的不同,导致了摩擦系数的变化;通过对摩擦产物的拉曼光谱分析发现不同载荷对非晶碳石墨化程度影响不明显;借助透射电子显微镜对转移膜的微结构进行分析,发现转移膜主要是排列有序且基面平行于滑移界面的MoS_2层,使其在较高载荷下仍具有低的剪切强度,因而获得低的摩擦系数.进一步采用同一磨球、磨痕体系从高载荷到低载荷变化的连续摩擦验证式试验,可以得出,MoS_2/C复合薄膜在所有高载荷条件下获得低摩擦系数,赫兹接触起着主导作用.     

Preparation and Li^＋ storage properties of hierarchical hollow porous carbon spheres

Hollow ordered porous carbon spheres （HOPCS） with a hierarchical structure were prepared by templating with hollow ordered mesoporous silica spheres （HOMSS）. Scanning electron microscopy （SEM） and transmission electron microscopy （TEM） showed that HOPCS exhibited a spherical hollow morphology. High-resolution TEM, small angle X-ray diffraction （SAXRD） and N2 sorption measurements confirmed that HOPCS inversely replicated the unconnected hexagonal-stacked pore structure of HOMSS, and possessed ordered porosity. HOPCS exhibited a higher storage capacity for Li^＋ ion battery （LIB） of 527.6 mA h/g, and good cycling performance. A large capacity loss during the first discharge-charge cycle was found attributed to the high content of micropores. The cycling performance was derived from the hierarchical structure.