混雜纖維增強陶瓷基摩擦材料及其性能研究.pdf

1、工業(yè)制動、高速列車、風(fēng)電設(shè)備等由于制動失效而產(chǎn)生的事故直接經(jīng)濟損失及重大人員傷亡的相關(guān)報道較多,而引起制動失效的主要原因之一與摩擦材料性能的好壞緊密相關(guān),如機械性能、抗熱衰退性能和耐磨損性能等。制動摩擦材料是制動裝置的關(guān)鍵與核心,具有機械性能高、摩擦穩(wěn)定性好和耐磨損性高的摩擦材料能為安全制動提供重要的技術(shù)保證和不可或缺的技術(shù)前提。開展制動摩擦材料的研制,對提高制動裝置的技術(shù)水平有關(guān)鍵性的作用和重要實際價值。目前,針對半金屬等類型的摩擦材

2、料的相關(guān)研究較多,并獲得了較多成果。然而,迄今為此對于混雜纖維增強陶瓷基摩擦材料的研究甚少。
　　 本文在研究摩擦材料現(xiàn)狀和存在問題的基礎(chǔ)上,采用多種纖維混雜增強陶瓷基摩擦材料,從陶瓷基摩擦材料中增強纖維的組分出發(fā),結(jié)合試驗研究和理論分析,系統(tǒng)和深入分析研究了陶瓷基摩擦材料的機械性能和摩擦磨損性能,探討了其磨損機理,并優(yōu)化了陶瓷基摩擦材料配方,獲得了摩擦性能穩(wěn)定和高耐磨損性的陶瓷基摩擦材料。對該陶瓷基摩擦材料的研制能大大降低摩擦

3、材料的成本,并具有廣闊的應(yīng)用前景。本文的主要研究工作與創(chuàng)新成果如下:
　　 (1)采用廉價、資源廣泛的氧化鋁、黏土和鉀長石為陶瓷復(fù)合基體組分,鋼纖維為增強纖維,碳化硅、還原鐵粉和鱗片石墨為摩擦調(diào)節(jié)劑,制備出鋼纖維增強陶瓷基摩擦材料,并研究了鋼纖維含量對陶瓷基摩擦材料的抗熱衰退性、恢復(fù)性能以及耐磨損性的影響。結(jié)果表明,添加鋼纖維能夠改善陶瓷基摩擦材料的韌性、熱穩(wěn)定性和耐磨損性,認(rèn)為采用鋼纖維作為增強纖維來增強陶瓷基摩擦材料是可行的

4、。但鋼纖維與陶瓷材料的相容性存在一定問題,在摩擦過程中會引起鋼纖維增強陶瓷基摩擦材料的磨損表面產(chǎn)生微裂紋,加劇其磨損。因此在使用鋼纖維作為增強纖維來增強陶瓷基摩擦材料的同時應(yīng)適當(dāng)添加與陶瓷材料相容性較好的增強材料。
　　 (2)制出鋼纖維/莫來石陶瓷纖維和鋼纖維/硅酸鋁陶瓷纖維兩種組合纖維混雜增強陶瓷基摩擦材料,對比分析了其機械性能和摩擦磨損性能。研究表明,陶瓷基摩擦材料中應(yīng)包含一定數(shù)量的鋼纖維可保證其有一定程度的導(dǎo)熱性能;鋼纖

5、維與莫來石陶瓷纖維或硅酸鋁陶瓷纖維都有較好的混雜效應(yīng),各種纖維與陶瓷復(fù)合基體間的界面結(jié)合性能都表現(xiàn)較好,均可以起到協(xié)同互補作用的增強效果,提高了陶瓷基摩擦材料的機械性能,為陶瓷基摩擦材料的進一步研制提供了技術(shù)方向。
　　 (3)對鋼纖維/莫來石陶瓷纖維和鋼纖維/硅酸鋁陶瓷纖維兩種組合纖維混雜增強陶瓷基摩擦材料中陶瓷纖維含量對其性能的影響進行了系統(tǒng)地研究,獲得了陶瓷纖維含量對陶瓷基摩擦材料性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明,莫來石陶瓷纖維和

6、硅酸鋁陶瓷纖維含量的越大,受摩擦力的持續(xù)作用更易斷裂脫落,使得陶瓷基摩擦材料的磨損表面粗糙,摩擦副之間的滑動阻力將增大,進而摩擦系數(shù)增大,同時降低了陶瓷基摩擦材料的高溫耐磨性能。對陶瓷基摩擦材料配方的研制有重要參考價值。
　　 (4)運用黃金分割法、正交設(shè)計試驗法、灰色相關(guān)系數(shù)分析法以及模糊綜合評價法優(yōu)選出具有較好綜合性能的陶瓷基摩擦材料。研究表明,優(yōu)選出鋼纖維/莫來石陶瓷纖維/硅酸鋁陶瓷纖維混雜增強的陶瓷基摩擦材料擁有較高的抗

7、熱衰退性能,與由鋼纖維/莫來石陶瓷纖維和鋼纖維/硅酸鋁陶瓷纖維兩種組合的纖維混雜增強和僅由鋼纖維纖維增強的陶瓷基摩擦材料相比較,三種組合纖維混雜增強陶瓷基摩擦材料的耐磨性能最高。對于三種組合纖維混雜增強的陶瓷基摩擦材料,鋼纖維更有利于改善其摩擦學(xué)性能。
　　 (5)對優(yōu)選出的三種組合纖維混雜增強的陶瓷基摩擦材料進行了慣性臺架試驗,并觀察了其磨損表面形貌。結(jié)果表明,優(yōu)選出的陶瓷基摩擦材料具有相對較好的制動性能,其磨損表面并沒有出現(xiàn)