FexSiy改性C/C-SiC摩擦材料的微观结构设计与摩擦性能研究

C/C-SiC摩擦材料具有低密度、耐高温、抗熔焊撕裂、高耐磨等优点，是新一代高性能制动材料。高能载金属盘制动器的高速发展亟待大幅度提高C/C-SiC摩擦材料的动摩擦系数。根据粘着摩擦理论，本项目提出FexSiy增摩组元改性C/C-SiC摩擦材料以提高摩擦系数的研究思路，采用反应熔体浸渗法制备FexSiy改性C/C-SiC摩擦材料。通过研究Si-Fe在多孔C/C材料中的反应熔体浸渗行为，不同结构类型FexSiy的形成机制与控制方法，不同结构类型FexSiy对C/C-SiC摩擦材料热物理性能、力学性能和摩擦磨损性能的影响规律，以及改性材料的摩擦磨损机制，以此基础优化设计FexSiy改性C/C-SiC摩擦材料的微观结构和界面结构，提高动摩擦系数和保持低磨损率，为制备高能载、高摩擦系数的FexSiy改性C/C-SiC摩擦材料奠定基础。

本项目组开展三年来，已完成或超额完成了各项研究内容，研究了Si-Fe在多孔C/C材料中的反应熔体浸渗过程特征，阐明了不同结构类型FexSiy的形成机制及其改性C/C-SiC摩擦材料的微观结构，揭示了FexSiy改性C/C-SiC摩擦材料的热物理性能、力学性能和冲击失效模式，研究了FexSiy改性C/C-SiC摩擦材料的摩擦磨损机制。. 研究结果表明：随着Fe含量的增加，FexSiy相中Fe:Si的原子摩尔比逐渐增大，由FeSi2变为FeSi2和FeSi，当Fe含量最大时为Fe3Si和Fe5Si3；随着Fe含量的增加其力学强度降低。不含Fe的C/C-SiC摩擦材料压缩强度最大为348.6MPa，含Fe 15％的Fe改性C/C-SiC摩擦材料压缩强度最小为121.1MPa；不含Fe的C/C-SiC摩擦材料摩擦系数随滑动速度的增加先降低后增加，磨损率随着滑动速度的增加先增加，后降低，然后再增加。16m•s-1时，摩擦系数最低（0.31），磨损率也较低为0.232×10-7 cm3•N-1•m-1；当速度达到最大24m•s-1时摩擦系数最高为0.46，磨损率较大为0.750×10-7cm3•N-1•m-1，摩擦表面有大块的转移层，此时磨损机制为粘着磨损和氧化磨损。当速度为8m•s-1、压力为1MPa时，随着Fe含量的增加，摩擦系数先增加到0.47后减低到0.28；磨损率随Fe含量增加，波动很大，当含Fe 15％时，材料的磨损率达到最大0.586×10-7cm3•N-1•m-1。. 本项目的相关研究成果以二十九篇学术论文的形式在国内外期刊及会议论文上发表，其中SCI收录8篇，EI收录15篇。项目申请国家发明专利六项，获得授权3项。以本项目研究内容作为发明点之一的“新型高性能碳陶摩擦材料及其低成本制备技术”获得湖南省技术发明奖一等奖。本项目在研究过程中共培养博士后1人、培养博士研究生2人，培养硕士研究生5人，形成了一支由1名博士生导师、2名副研究员、2名工程师，以及多名研究生为主的研究队伍。