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传统轴承合金铅青铜具有良好的抗咬合性、顺应性、嵌藏性和减摩性,但强度和韧性不足限制了其应用范围。碳纤维是先进复合材料中最重要的增强材料,具有比强度高、比模量高和热物理性、化学稳定性、阻尼降噪性优异等特点。
本文的研究目的是结合铅青铜和碳纤维各自的特点,研制一种具有高强度、高阻尼和优良减摩性能的新型轴承材料,即碳纤维三维连续增强铜基复合材料。碳纤维三维连续增强铜基复合材料的研究对于提高军事装备的可靠性、隐蔽性和改善工程机械设备的噪声环境都具有重要意义。
本文先通过化学镀加电镀的方法在碳纤维表面沉积铜层,接着借助辅助框架将镀铜碳纤维编织成三维网络结构预制体,再分别通过粉末冶金法和无压浸渗法将碳纤维预制体与铅青铜基体复合成形,最后测试了所得复合材料的力学性能。
试验结果表明,粉末冶金法和无压浸渗法对于本复合材料的成形具备其可操作性,但也存在一些缺陷,例如粉末冶金试样中沿着碳纤维产生了大量宏观裂纹,无压浸渗试样中碳纤维与基体之间的界面结合不理想,无压浸渗复合材料的抗拉强度不到70MPa,远低于基体标准值。针对这些问题,本文从成形工艺的各个环节和预制体的结构设计等方面分析了原因,并提出了改进措施。