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C/C复合材料具有突出的高温力学性能及摩擦磨损特性,广泛应用于航空航天等领域。针对目前向C/C复合材料中添加改性剂以改进材料的抗氧化性能和摩擦磨损性能的研究趋势,本文初步探讨了采用原位反应法在C/C复合坯体内生成BN的技术途径;通过模压+浸渍/炭化补充增密法制备了短纤维增强的C/C-BN复合材料,并研究了材料的摩擦磨损性能和压缩性能。结果表明:
(1)以硼酸、尿素和氨气为原料,采用浸渍法、浸渍+坯体表面预置粉末熔渗法,在NH3气氛下于400～1100℃温度范围内均可在C/C复合坯体内原位反应合成t-BN。实验发现,采用无水乙醇作为浸渍溶液溶剂时,可以提高浸渍溶液的浓度,C/C复合坯体内BN的产率也较高;
(2)在MM-2000型摩擦试验机上测试了采用浸渍+预置粉末法制备的C/C-BN复合材料的摩擦磨损特性。测试发现,随载荷增加,材料的摩擦系数先大幅度降低,在100N时达最低值0.089,之后有所增加。除60N载荷外,材料在其他载荷下的摩擦系数均低于C/C复合材料的摩擦系数。随时间延长,不同载荷下材料的摩擦系数均趋于稳定。SEM结果表明材料摩擦表面均较完整;
(3)采用模压法制备了四种不同hBN质量分数的C/C-BN复合材料。材料的摩擦磨损实验结果表明:当对偶滑动方向与压制方向垂直时,hBN质量分数为5％的材料的摩擦系数变化范围在0.123～0.138之间,波动幅度最小;当hBN质量分数为30％,载荷为200N时,材料的摩擦系数达到最小值0.108。该方向上、hBN质量分数为30％时,材料的体积磨损量变化范围在0.402mm3～0.651mm3之间,波动幅度最小。经2300℃高温处理后,材料的摩擦系数略有上升,体积磨损较大;
(4)在hBN质量分数为30％时,模压法制备的C/C-BN复合材料的抗压强度最大,为82.43MPa。