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C/C-SiC飞机刹车材料具有摩擦系数高而且稳定、湿态摩擦系数衰减小、抗磨损能力强的优点,能大幅度提高刹车效率及刹车盘的使用寿命,成为极具竞争力的新一代飞机刹车材料。由于飞机刹车副是在反复热冲击的条件下工作,氧化会使刹车材料中碳相氧化,这一氧化会造成刹车副摩擦磨损性能和热物理性能衰减,严重影响刹车副的刹车性能,尤其会大幅度降低C/C-SiC飞机刹车材料的强度,发生灾难性事故。由于磷酸盐系涂层抗水性很差。因此,研究抗水性能好的防氧化涂层是C/C-SiC飞机刹车材料应用的关键。
本文通过优化涂层组成、涂层结构和制备工艺,获得了性能良好的防氧化涂层;分析了C/C-SiC裸样和带涂层试样的氧化动力学行为和氧化机制;探讨了带涂层材料的作用机理及失效机制。主要研究内容与结果如下。
1.研究了C/C-SiC飞机刹车材料在500~900℃的氧化行为。结果表明,C/C-SiC飞机刹车材料的氧化敏感温度为700℃。在700℃静态空气中,氧化1h失重率约为6.1﹪,氧化10h失重率达40﹪。700℃以下氧化失重率较小,且随温度的升高迅速增大;700℃以上氧化失重较大,且随温度的升高缓慢增大。
2.研究了溶胶法制备硼硅玻璃涂层的结构和性能。结果表明,采用溶胶法制备的硼硅玻璃涂层均匀、完整、致密、组成均一稳定。在静态空气中,无海水条件先具有较好的防氧化性能,800℃氧化10h失重率约为11﹪;在有海水条件下防氧化效果明显下降,800℃氧化10h失重率约为25﹪。该涂层的抗热震效果较好,在空气中800℃×3min←→室温x2min,循环50次,失重率约为2.44﹪。
3.研究了溶液法制备硼硅玻璃涂层的结构和性能。结果表明,采用溶液法制备的硼硅玻璃涂层均匀、完整、致密。在静态空气中,无海水条件下具有良好的防氧化性能,800℃氧化10h失重率约为17﹪;有海水条件下防氧化效果较差,800℃氧化10h失重率约为35﹪。该涂层的抗热震性能良好,空气中800℃×3min←→室温x2min,循环50次,失重率约为5.5﹪。
4.研究了复合硼硅玻璃涂层的制备和性能。结果表明,采用溶液法结合溶胶法制备的硼硅玻璃涂层具有优异的防氧化性能,满足C/C-SiC飞机刹车材料的使用要求,尤其是在海水作用条件下。在800℃,无海水条件下静态空气中氧化1Oh,失重率约为0.45﹪,有海水条件下,失重率约为2.36﹪;在静态空气中,800℃×3min←→室温x2min,共循环50次,失重率约为1.1﹪。