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航空发动机轴间密封用C/C复合材料的滑动磨擦磨损特性研究

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航空发动机轴间密封用C/C复合材料的滑动磨擦磨损特性研究

作者：冯一雷中南大学

学位级别：硕士

密封环是航空发动机主轴密封的关键零件。其工作条件和环境要求密封材料具有高强度、高抗氧化性、良好的导热性和低而稳定的摩擦系数与低的磨损等性能。本论文着重对不同工艺制备出的C／C复合材料和高强石墨材料在室温和高温下的滑动摩... 详细信息

密封环是航空发动机主轴密封的关键零件。其工作条件和环境要求密封材料具有高强度、高抗氧化性、良好的导热性和低而稳定的摩擦系数与低的磨损等性能。本论文着重对不同工艺制备出的C／C复合材料和高强石墨材料在室温和高温下的滑动摩擦磨损特性进行了研究。所有试样按制备工艺不同分为三组：CVD+树脂浸渍增密、纯CVD增密和纯树脂浸渍增密。采用CVD和三次树脂浸渍增密并经过最终石墨化处理后，1材料的密度为1.87g／cm，石墨化度可达78％，其平行方向导热系数达75.9W／m·K。 C／C复合材料在室温下与钢的镀铬层对磨时，其摩擦磨损性能与制备工艺、石墨化度、密度、纤维取向等材料特性有着密切的关系。采用CVD+浸渍工艺制备并经过多次浸渍增密且石墨化后的1材料具有优良的摩擦磨损特性。其在150N载荷摩擦1h后，摩擦系数仅为0.12，体积磨损量仅为0.91×10cm。材料的石墨化程度越高，密度越大，其摩擦磨损性能也越好。一般情况下在载荷适中时，垂直试样的摩擦系数要大于平行试样，而体积磨损量却小于平行试样。总的来看，采用CVD+浸渍增密并具有以RL结构为主的1材料更适宜用作航空发动机主轴密封环。C／C复合材料在室温下的摩擦系数和磨损量都比高强石墨低，前者的摩擦系数在0.12～0.14范围内，而后者在0.25左右。C／C复合材料在室温下的摩擦磨损性能与时间、载荷、润滑状态等试验条件有着重要的联系。随时间的延长，材料的摩擦系数趋于稳定。载荷对摩擦膜有着重要影响，1材料在150N摩擦5h后，其摩擦系数仅为0.12。水润滑和油润滑状态下，材料的摩擦系数比干态下要低。但水润滑时材料的磨损量最大，4材料平行试样在150N水润滑摩擦5h后体积磨损量高达93.2×10cm。而油润滑时磨损量较小，干态下则最小。温度对C／C复合材料的摩擦磨损性能有着重要影响。温度的升高引起摩擦表面粘着趋势增加，材料的摩擦系数和磨损量增大。对于1材料，在300℃时摩擦1h后摩擦表面形成的摩擦膜降低了粘着磨损的趋势，使得材料摩擦系数和磨损量较小。这说明，摩擦表面形成良好的摩擦膜是C／C复合材料在高温下摩擦磨损性能优异的一个重要因素。在高温下，不同载荷、转速和时间等试验条件对C／C复合材料的摩擦磨损性能也有着重要影响。随着载荷和转速的提高，C／C复合材料摩擦系数和磨损量增大。随着时间的延长，在“跑合”期结束后，C/C复合材料摩擦系数较低，磨损量趋于稳定。 C/C复合材料在室温下的摩擦磨损过程以磨粒磨损机理为主，在高温下的摩擦磨损过程为粘着磨损和氧化磨损机理，还伴随着有磨粒磨损。

关键词： C/C复合材料,航空发动机,密封环,滑动摩擦磨损性能

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C/C复合材料特性对其摩擦磨损性能的影响

新型炭材料 2005年第2期20卷 151-156页

作者：李新春易茂中冯一雷葛毅成黄启忠中南大学粉末冶金国家重点实验室湖南长沙410083

在MM2000环-块摩擦试验机上研究了制备工艺、石墨化度、密度、纤维取向等材料特性对其摩擦磨损性能的影响。研究结果表明,采用化学气相渗透(CVI)+浸渍工艺制备并经过多次浸渍增密且石墨化后的材料具有优良的摩擦磨损特性。石墨化后试样... 详细信息

在MM2000环-块摩擦试验机上研究了制备工艺、石墨化度、密度、纤维取向等材料特性对其摩擦磨损性能的影响。研究结果表明,采用化学气相渗透(CVI)+浸渍工艺制备并经过多次浸渍增密且石墨化后的材料具有优良的摩擦磨损特性。石墨化后试样的密度越大,其摩擦磨损性能也越好。一般情况下在载荷适中时,垂直试样的摩擦系数要大于平行试样,而体积磨损量却小于平行试样。C/C复合材料比高强石墨材料更适宜用作航空发动机轴间密封材料。

关键词：炭/炭复合材料航空发动机密封摩擦磨损

C/C复合材料及高强石墨高温摩擦磨损性能对比研究

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摩擦学学报 2004年第3期24卷 235-239页

作者：易茂中葛毅成冯一雷黄启忠黄伯云中南大学粉末冶金国家重点实验室湖南长沙410083

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... 详细信息

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.

关键词： C/C复合材料高强石墨航空发动机密封材料高温摩擦磨损性能

C/C复合材料及高强石墨的滑动摩擦磨损行为

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中南工业大学学报 2003年第2期34卷 122-124页

作者：冯一雷易茂中彭春兰葛毅成黄伯云中南大学粉末冶金国家重点实验室湖南长沙410083

在M 2000环块摩擦试验机上测试了C/C复合材料及当前拟用作航空发动机主轴密封环材料的高强石墨的摩擦磨损行为.对材料试样在荷载为60,80,100,120和150N时的摩擦磨损行为进行研究,得出:高强石墨材料试样摩擦因数为0.22～0.24,而C/C复合... 详细信息

在M 2000环块摩擦试验机上测试了C/C复合材料及当前拟用作航空发动机主轴密封环材料的高强石墨的摩擦磨损行为.对材料试样在荷载为60,80,100,120和150N时的摩擦磨损行为进行研究,得出:高强石墨材料试样摩擦因数为0.22～0.24,而C/C复合材料试样摩擦因数仅为0.08～0.12.在80N时,2号试样体积磨损量达10.09×10-4cm3/次,而3号试样体积磨损量仅为1.36×10-4cm3/次;C/C复合材料与高强石墨材料相比摩擦因数低且稳定,磨损量小.这表明C/C复合材料比高强石墨材料更适合用作航空发动机主轴密封环.

关键词：炭/炭复合材料高强石墨滑动摩擦磨损行为 C/C复合材料

试验条件对C/C复合材料滑动摩擦磨损特性的影响

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矿冶工程 2004年第2期24卷 90-93页

作者：易茂中葛毅成冯一雷黄启忠黄伯云中南大学粉末冶金国家重点实验室湖南长沙410083

在MM 2 0 0 0环块摩擦试验机上测试了C/C复合材料的摩擦磨损行为。通过对试样在不同时间、不同载荷、不同润滑状态下的摩擦磨损试验得出 :随时间的延长 ,C/C复合材料的摩擦系数趋于稳定。在摩擦试验后期 ,材料摩擦系数一直保持在 0 .1... 详细信息

在MM 2 0 0 0环块摩擦试验机上测试了C/C复合材料的摩擦磨损行为。通过对试样在不同时间、不同载荷、不同润滑状态下的摩擦磨损试验得出 :随时间的延长 ,C/C复合材料的摩擦系数趋于稳定。在摩擦试验后期 ,材料摩擦系数一直保持在 0 .12。载荷对磨屑膜有着重要影响 ,材料平行试样和垂直试样在 15 0N摩擦 5h后 ,其摩擦系数仅为 0 .12。水润滑和油润滑状态下 ,材料的摩擦系数降低 ,仅为 0 .0 5～ 0 .0 8。水润滑时材料磨损量增加 ,油润滑时磨损量较小。

关键词：炭/炭复合材料航空发动机密封摩擦磨损试验条件

新型金属注射成形催化脱脂型粘结剂的催化快速分解研究

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材料科学与工艺 2001年第3期9卷 256-258页

作者：李笃信黄伯云曲选辉李益民林健凉冯一雷粉末冶金国家重点实验室长沙410083

催化脱脂是目前MIM技术领域新的发展方向 ,研究了新型金属注射成形催化脱脂型粘结剂的催化快速分解 .研究结果表明 :该催化脱脂型粘结剂在以HNO3 为催化剂进行催化脱脂时 ,注射成形坯经 3 - 4h催化脱脂后 ,脱脂坯内部已形成大量的连通孔... 详细信息

催化脱脂是目前MIM技术领域新的发展方向 ,研究了新型金属注射成形催化脱脂型粘结剂的催化快速分解 .研究结果表明 :该催化脱脂型粘结剂在以HNO3 为催化剂进行催化脱脂时 ,注射成形坯经 3 - 4h催化脱脂后 ,脱脂坯内部已形成大量的连通孔道 .脱脂时间。

关键词：金属粉末注射成型粘结剂催化脱脂

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注射成形用催化脱脂型粘结剂的研究

粉末冶金材料科学与工程 2000年第4期5卷 254-258页

作者：李笃信曲选辉黄伯云林健凉冯一雷粉末冶金国家重点实验室长沙410083

研究了一种催化脱脂型粘结剂,结果表明:开发的催化脱脂型粘结剂,其组成以聚合物共混物含量45％～75％、其它组元含量55％～25％较为适宜,是一种较为理想的MIM用粘结剂。用该粘结剂制得的喂料注射成形性能好,成形坯强度高.在以HNO_3为催... 详细信息

研究了一种催化脱脂型粘结剂,结果表明:开发的催化脱脂型粘结剂,其组成以聚合物共混物含量45％～75％、其它组元含量55％～25％较为适宜,是一种较为理想的MIM用粘结剂。用该粘结剂制得的喂料注射成形性能好,成形坯强度高.在以HNO_3为催化剂进行催化脱脂时脱脂速度快,脱脂效果好,脱脂坯维形能力强。

关键词：金属注射成形粘结剂催化脱脂喂料

炭/炭复合材料MoSi_2/SiC抗氧化涂层的研究

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湖南冶金 2004年第1期32卷 14-18页

作者：蒋建献易茂中葛毅成冯一雷刘兴昉中南大学粉末冶金国家重点实验室湖南长沙410083

采用包埋法制备C/C复合材料抗氧化MoSi2/SiC梯度涂层,同时对抗氧化涂层的形成、组织结构以及抗氧化性能与渗料的关系和抗氧化机理进行了研究。结果表明:采用包埋法制备的C/C复合材料抗氧化MoSi2/SiC梯度涂层致密,但有少量裂纹,涂层有良... 详细信息

采用包埋法制备C/C复合材料抗氧化MoSi2/SiC梯度涂层,同时对抗氧化涂层的形成、组织结构以及抗氧化性能与渗料的关系和抗氧化机理进行了研究。结果表明:采用包埋法制备的C/C复合材料抗氧化MoSi2/SiC梯度涂层致密,但有少量裂纹,涂层有良好的抗氧化效果。当硅与SiC保持一定的比例,渗料中MoSi2的含量为50%时,涂层具有最好的抗氧化效果;当MoSi2与SiC保持一定的比例,渗料中硅的含量为20%时,涂层具有最好的抗氧化效果。

关键词：炭/炭复合材料包埋法 MoSi2/SiC涂层

炭/炭复合材料MoSi_2/SiC抗氧化涂层的研究

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炭素技术 2004年第3期23卷 5-9页

作者：蒋建献易茂中葛毅成冯一雷刘兴昉中南大学粉末冶金国家重点实验室湖南长沙410083

采用包埋法制备C/C复合材料抗氧化MoSi2/SiC梯度涂层,同时对抗氧化涂层的形成、组织结构以及抗氧化性能与渗料的关系和抗氧化机理进行了研究。结果表明:采用包埋法制备的C/C复合材料抗氧化MoSi2/SiC梯度涂层致密,但有少量裂纹,涂层有良好的抗氧化效果。当Si与SiC保持一定的比例时,渗料中MoSi2的含量为50%时,涂层具有最好的抗氧化效果;当MoSi2与SiC保持一定的比例时,渗料中Si的含量为20%时,涂层具有最好的抗氧化效果。

关键词：炭炭复合材料包埋法 MoSi2 SiC涂层抗氧化