碳纤维含量对银_二硫化钼_石墨复合材料强度的影响

第27卷　第2期兵器材料科学与工程Vol127　No12

　　　　　　　　　　　　　　　　

2004年　　3月ORDNANCEMATERIALSCIENCEANDENGINEERING　Mar.　2004

碳纤维含量对银-二硫化钼-石墨

　

复合材料强度的影响

Ξ

许少凡

(合肥工业大学材料科学与工程学院,安徽合肥230009摘　要:用粉末冶金法制备了碳纤维含量不同的碳纤维/银-度,:,并且随碳纤维含量的增加,碳纤维/银--。关键词:碳纤维/银-;中图分类号:TB333:A:1004—244X(2004)02—0006—03

　　银-二硫化钼金属基自润滑复合材料,它主要是利用金属银所具有优良的导电、导热性和化学稳定性,而二硫化钼具有良好的润滑、减摩作用,特别是在真空条件下,其润滑、减摩作用更佳。而加入少量石墨还能起到灭弧作用。所以这种复合材料多用于真空条件下工作的滑动接触部件,如宇航机械中的微型轴承,密封垫,齿轮,电机电刷,滑动圈和电接触器等[1-2]。随着航空工业的发展,对人造卫星,宇宙飞船,航天飞机中应用的金属基自润滑材料的性能要求越来越高。目前多采用添加合金元素和不同的二硫化物来改善其摩擦磨损性能,提高零件的使用寿命[3]。

碳纤维具有高的比强度、比模量,低的密度和轴向热膨胀系数,良好的润滑、减摩性和一定的导电、导热性,并且价格低,被广泛用作复合材料的增强体。制成的碳纤维-铜基复合材料和碳纤维-银基复合材料,集碳纤维和铜,银的优点于一体,具有许多优异的性能,如优良的导电导热性,强度高,摩擦系数小,磨损率低,允许通过的工作电流大,接触电压降小,抗热变形性能好等[4-7]。

利用碳纤维和碳纤维/银基复合材料的优异特性,将镀铜短碳纤维加入银-二硫化钼-石墨复合材料中,用冷压烧结的粉末冶金法制成碳纤维/银-二硫化钼-石墨复合材料,以期进一步改善银-二硫化钼-石墨复合材料的性能,并就碳纤维含量对银-二硫化钼-石墨复合材料强度的影响进行研究分析。

1　实验材料与方法

1.1　原材料与试样制备

所用碳纤维为国产HT型碳纤维,单丝直径约μm,银粉粒度80%(均为质量分7

μm,含量>10%;余量为石数);二硫化钼粒度

μm。为了改善碳纤维与银的浸润墨粉,粒度

性,先将碳纤维表面进行镀铜处理,然后切割成长度

为0.5～1.0mm的镀铜短碳纤维,经配料-混料-压制-烧结后,制成含碳纤维质量分数为0,0.5%,1.0%,1.5%的碳纤维/银-二硫化钼-石墨复合材料。采用的压制压力为200～300MPa,烧结温度为600～700℃。1.2　试验方法

用HV120型维氏硬度计测量不同碳纤维含量的碳纤维/银-二硫化钼-石墨复合材料的硬度值,所用载荷为49N,保压时间30s;并用AG25T电子万能力学试验机测定抗弯强度,测量条件按GB—1994.7—88进行,加载方向平行于试样的压制方向;用S-570扫描电子显微镜观察了断口形貌和显微组织。

2　试验结果与分析

2.1　力学性能

　　表1列出了不同碳纤维含量的碳纤维/银-二硫化钼-石墨复合材料的有关性能。可以看出,随碳纤维含量的增加,该复合材料的硬度和抗弯强度

Ξ收稿日期:2003-07-31;修订日期:2003-12-02

　作者简介:许少凡,男,副教授

第2期　　　　　　　　　　　许少凡:碳纤维含量对银-二硫化钼-石墨复合材料强度的影响　　　　　　　　　　　7

明显提高,这表明碳纤维的加入起到了对基体的增强作用。硬度一般与材料强度成正比关系,而且材料的硬度高有利于提高其耐磨性能。由于随碳纤维含量的增加,使阻碍基体变形的抗力增大,所以其硬度明显升高。

表1　碳纤维/银-二硫化钼-石墨复合材料的力学性能材料编号

1234

基体材料

Ag-MoS2-graphiteAg-MoS2-graphiteAg-MoS2-graphiteAg-MoS2-graphite

碳纤维含量维氏硬度抗弯强度

00.51.01.5

28.532.937.640.8

80.52387.06988.18995.139

2.2　显微组织

a—w(Cf)=0

　　图1二硫化钼-由图1可以看出该复合材料的组织致密,基体中,与基体结合良好。当它与观察面垂直时为黑色圆点状,与观察面成一定夹角时为黑色椭圆状,而与观察面平行时为黑色短棒状

。这说明碳纤维在三维空间成任意分布。还说明碳纤维经表面镀铜处理后,采用正确的复合工艺,可以与银基体建立良好的界面结合,能够充分发挥出碳纤维的增强和承载作用。2.3　断口形貌

　　图2为银

-二硫化钼-石墨复合材料和碳纤维/银-二硫化钼-石墨复合材料的弯曲断口形貌

。比较图2可以发现两者的断口形貌主要为韧性断口形貌,即银基体为许多细小的撕裂微坑,而二硫化钼和石墨为六方结构,多发生解理断裂,一般为裂纹源。在载荷作用下裂纹多从该处形成和扩展。对于银-二硫化钼-石墨复合材料,其强度主要取决于

b—w(Cf)=1.5%

图2　碳纤维/银-二硫化钼-石墨复合

)材料的弯曲断口SEM照片(1000×

基体相银颗粒之间的结合力大小和银基体构成的三

维骨架的强度及烧结工艺等。

碳纤维/银-二硫化钼-石墨复合材料,由于碳纤维的加入对银基体起到了增强作用,使其承载能力增大,裂纹扩展阻力增大,并且随碳纤维含量的增加,银基体中的增强相数量增加,结合界面增大,复合材料变形抗力增大,裂纹扩展更加困难,故其抗弯强度明显提高。

3　结论

1)在银-二硫化钼-石墨复合材料中加入镀铜

短碳纤维,经正确的复合工艺制备后,碳纤维能对基体材料起到增强作用。

2)随碳纤维含量的增加碳纤维/银-二硫化钼-石墨复合材料的硬度和抗弯强度显著提高。

300×

图1　w(Cf)=1.5%的碳纤维/银-二硫化钼

-石墨复合材料的显微组织

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Effectsofcarbonfiberonthe2matrixcomposites

S-fan

(Institute,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009Anhui,China)Abstract:Carbon-2-graphitecompositeshavebeenmadebythepowdermetallurgy.Thehardnessandtransversestrengthofthecompositesweretested,andtheirmicrostructureandfracturesurfacewereobservedandanalyzedunderthescanningelectronmicroscope.Theresultsshowthatthesilver-MoS2-graphitecompositeisreinforcedwhenaddingcopper-coatedshortcarbonfiber,andthatthehardnessandtransversestrengthofthecarbonfiber/silver-MoS2-graphitecompositesareremarkablyincreasedwiththeincreaseofcarbonfibercontent.Keywords:carbonfiber/silver-MoS2-graphitecomposite;hardness;transversestrength(上接第5页)

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Studyonsuper-finegrainobtainedinlow-carbonsectionsteelsbyaddingZrO2

LEIYi,LIUZhi-yi,LIHai

1

2

2

(1.SchoolofMechanicalandElectronicEngineering,UniversityofPetroleum,ShandongDongying257061,Chi2na;2.SchoolofMaterialsScienceandEngineering,CentralSouthUniversity,HunanChangsha410083,China)Abstract:Bysimulatingtheprincipleofsuperplasticpre-treatmentforrefininggrains,acertainvolumefractionandsizedistributionofZrO2particles,whichactedasdeformationzonenucleiandrecrystallizationnuclei,wereaddedintolow-carbonsteel.Theeffectsonthemicrostructureandmechanicalpropertiesoftheteststeelwereinvestigatedbydifferentdeformationofhotrollingprocess.Theresultsshowedthatundertheconditionsofwaterquenchedafterhotrollingdefor2

μmwhileZrO2particlesofaveragediameterweremationby76%,averagegrainsizeoftheteststeelwasrefinedto7.8

μmandvolumefraction0.2%wereaddedintothesteel.Theintegratingmechanicalpropertiesoftheteststeelarein20.5

creasedobviously.

Keywords:superplasticpre-treatment;ZrO2particle;low-carbonandlow-alloysteel;grainrefining