International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials
Volume 17, Number 4, August 2010, Page 500
DOI: 10.1007/s12613-010-0348-y
Corresponding author: Zhuan Li E-mail: li_zhuan@
© University of Science and Technology Beijing and Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2010 Preparation and properties of C/C-SiC brake composites
fabricated by warm compacted-in situ reaction Zhuan Li, Peng Xiao, and Xiang Xiong
State Key Laboratory of Powder Metallurgy, Central South University, Changsha 410083, China
(Received: 12 August 2009; revised: 28 August 2009; accepted: 2 September 2009)
Abstract: Carbon fibre reinforced carbon and silicon carbide dual matrix composites (C/C-SiC) were fabricated by the warm compacted-in
situ reaction. The microstructure, mechanical properties, tribological properties, and wear mechanism of C/C-SiC composites at different
brake speeds were investigated. The results indicate that the composites are composed of 58wt% C, 37wt% SiC, and 5wt% Si. The density
and open porosity are 2.0 g·cm–3 and 10%, respectively. The C/C-SiC brake composites exhibit good mechanical properties. The flexural
strength can reach up to 160 MPa, and the impact strength can reach 2.5 kJ·m–2. The C/C-SiC brake composites show excellent tribological
performances. The friction coefficient is between 0.57 and 0.67 at the brake speeds from 8 to 24 m·s−1. The brake is stable, and the wear rate
is less than 2.02×10−6 cm3·J−1. These results show that the C/C-SiC brake composites are the promising candidates for advanced brake and
clutch systems.
Keywords: C/C-SiC; ceramic matrix composites; tribological properties; microstructure [This work was financially supported by the National High-Tech Research and Development Program of China (No.2006AA03Z560) and the
Graduate Degree Thesis Innovation Foundation of Central South University (No.2008yb019).]
温压-原位反应法制备C / C-SiC刹车复合材料的工艺和性能
李专，肖鹏，熊翔
粉末冶金国家重点实验室，中南大学，湖南长沙410083，中国（收稿日期：2009年8月12日修订：2009年8月28日;接受日期：2009年9月2日）
摘要：采用温压−原位反应法制备炭纤维增强炭和碳化硅双基体(C/C-SiC)复合材
料。本文研究了在不同的制动速度下C / C-SiC复合材料的显微组织，力学性能，摩擦磨损性能，以及磨损机理。结果表明，由58wt％的C，37wt％的SiC，和5wt％的Si组成的复合材料的密度和开孔隙率分别是是2.0g·cm3-和10％。 C / C-SiC 制动复合材料具有良好的机械性能。其抗弯强度可达到160兆帕，冲击强度可以达到2.5 kJ·M-2。C / C-SiC的制动复合材料表现出优异的耐磨损能力。在8到24 m·s-1的制动速度之间的摩擦系数是0.57和0.67。这种制动是稳定的且磨损率小于2.02×10-6cm3·J-1。这些结果表明，对于先进的制动离合器系统C / C-SiC 的制动复合材料是极具潜力的。
关键词：C / C-碳化硅；陶瓷基复合材料；摩擦磨损性能；显微结构
1、引言
目前，粉末冶金（PM）和碳/碳（C / C + +）的摩擦垫或衬板是两种被用在先进的制动系统里的材料。PM制动器的优点是成熟的开发材料，低的成本，而其主要缺点是密度高（7.8为2g·cm-3），在高温下性能较差[1-2]。与PM刹车相比，C / C刹车克服了PM刹车的缺点。C/C刹车具有明显的优势，例如优良的机械性能和较低的重量。然而，C / C刹车也承受由湿度引起的摩擦系数稳定性不足的缺点。此外，在高于400℃的温度下C / C 复合材料容易氧化和高的成本，这阻止了制动复合材料在客运汽车和火车或紧急制动的电梯和起重机中的广泛使用[3-5]。
C / C-SiC复合材料是随着PM材料和C/C复合材料的开发而研制的一种新型的高性能制动材料。在组合中密度较低（约2.0g·cm-3的），高抗热震性，使用寿命更长，特别是降低对周围环境和温度的敏感性，碳化硅份额至少占20wt％，未来，在先进的摩擦材料中，C / C-SiC复合材料是极具潜力的[2，6-7]。几个机构和行业一直在研究C / C-SiC的复合材料作为摩擦材料在制动垫和磁盘中的应用[8-10]。例如，斯图加特大学的研究人员，德国航空航天中心已经将C / C-SiC 复合材料应用在摩擦领域，自从20世纪90年代中期，C / C-SiC刹车衬片被开发应用在新款911 Turbo保时捷与奥迪A8汽车。
