粉末冶金材料科学与工程热解炭结构对C/C复合材料摩擦磨损性能的影响。由它的光学本性决定的。经热处理后，RL结构的偏光显微组织并没有发生很大的变化，只是表面变得更加粗糙。SL结构在偏振光下显现非常大的“十”字消光条纹，表面上看较光滑。经篼温热处理后，在碳纤维的外围产生同心环状裂纹（如SL和RL结构基体碳同为乱层石墨结构，在偏振光下容易分辨，用一般的明场观察则难以区分。为了分析这2种结构炭的不同，设想在CVI增密过程中，碳氢化合物经一系列复杂的热解反应，最终生成巨大的平面分子的聚集，即杂乱堆砌的六角碳网平面，这就是所谓的微晶。SL与RL结构沉积炭在结构上的差别应该与微晶的聚集状态和取向有关。可以采用富兰克林的碳结构模型来解释3种典型的沉积炭结构。分别为ISO结构、SL结构及RL结构热解炭的模型，一个层状小段为一微晶。这些微晶在二维空间是有序的，但在三维空间却无远程有序性，属于乱层2、3种典型热解炭结构模型偏振光照明下与微晶的取向相对应的干涉颜色从可以看出，在偏振光下，RL结构有很多不规则消光条纹。这种现象只有当基体碳的基平面垂直或平行于偏振光时才会出现，这说明这种结构具有一定的晶体取向性。在偏光显微镜下，粗糙层表面看上去比较粗糙，但这不是因抛光技术造成石墨结构，因此，微晶并不是真正的晶体。在偏振光的照射下，不同取向的微晶对偏振光的反射能力不一样，使得照片上显微组织的亮暗程度不一样。由于微晶的取向不同而引起反射光的位相差不同，于是不同取向的微晶便呈现出不同的干涉色。比如3种微晶取向相对应的干涉颜色分别为紫色、蓝色和黄色。因此，在偏振光照明下，RL与SL基体炭显微结构中出现黄、蓝相间的色与微晶的取向有关。

　　C/Cft合材料的热物理性能3种不同结构C/C复合材料的物理性能。可以看出，在沉积态，2种不同结构材料A和B的面间距心。2及微晶尺寸相差不大，但经2 300C热处理，材料A的石墨化度达到59.6%，而材料B的石墨化度只有26.5%.这说明材料A较易石墨化，而材料B较难石墨化，这种差异是材料内部结构不同造成的。由于材料A中CVD炭为RL结构，而材料B中的CVD炭为SL结构，这2种基本结构都属于乱层石墨结构，但其中微晶的聚集状态却大不一样。微晶的聚集状态以基本平行的定向和杂乱交错的定向为2个极端，其间还存在一些定向不同的中间状态，对于RL结构，微晶基本平行定向，而对于SL结构，微晶的定向性变差。微晶间出现一定程度的交叉连接，在微晶的交叉连接中间形成微孔（<2rnn）。关于RL及SL结构，CVD炭的篼分辨TEM像及SAD图证实了如中的模型所示的结构特点。

　　在石墨化过程中，微晶的结构发生两个方面的变化：一方面一些大致处于同一平面的微晶层片逐渐结合成新的平面体，碳网平面迅速增大；另一方面，在垂直于层面的方向上进行层面的扭转重排，从而使有序排列的层数增加。总之，石墨化的结果使得炭材料的‘。2值下降，值升篼。但不同结构的炭材料对石墨化温度的敏感程度或者说在同等的热处理温度下所能达到的石墨化度是不一样的。由于微晶的择优取向在乱层结构炭到石墨的转变过程中十分重要，因此，RL结构材料比SL结构材料更易石墨化。

　　不同结构C/C复合材料的热物理性能材料状态结构体积密度p/ig晶面间距dooz/nm微晶尺寸表观硬度石墨化度热导率沉积态热处理态沉积态热处理态注：表中石墨化度出现负值，是由于计算公式的局限性所致，这里仅表示材料偏离石墨结构的程度。

　　可以看出，在沉积态，2种结构材料的导热系数均很低，说明在沉积态，2种材料的导热性能都很差。但经2300T：热处理后，与SL结构材料相比，RL结构材料的导热系数要篼得多。根据现代热传导机理，固体材料的热传导是靠晶格原子的热振动和自由电子的流动而实现的。对于C/C复合材料，导热机理是弹性晶格的非简谐振动（即声子间的相互振动）传导热量。在室温下材料的热传导系数A主要由声子平均自由程L来决定，而L的大小取决于声子碰撞和散射，与平均微晶尺寸成正比经过热处理后的C/C复合材料，微晶层间距越小，其石墨化度g越篼，微晶平均尺寸就越大，声子的平均自由程L就越大，材料的导热系数就越高。此外，热处理使材料的晶格缺陷减少，晶体结构趋于完善，导致影响声子散射的因素减弱，导热系数相应增大。

　　另外，从试验中A和B2种材料在不同状态下的表观硬度值的比较可以看出，在沉积态，RL结构材料的表观硬度值略篼于材料B.经2 300"C热处理后，2种材料的硬度均明显下降，且A材料下降得更多，这可能是由于RL结构材料的石墨化度比SL结构材料的石墨化度篼造成的。

　　C/C复合材料的摩擦磨损性能，C/C复合材料的摩擦性能所示为2种不同结构材料在沉积态和热处理态的摩擦性能曲线。其中横坐标为刹车时间，纵坐标为摩擦因素。将每种条件下的摩擦性能曲线的特征进行归纳总结。

　　从中可以看出，尽管RL结构材料的密度比SL结构材料的密度要低得多，但不管是沉积态，还是热处理态，其摩擦曲线均比SL结构材料的要平稳得多。通常认为，RL结构材料摩擦因数曲线较平稳，是因为RL结构材料经篼温热处理后石墨化度较篼，导热性强。这一结论可以解释在热处理态RL结构材料与SL结构材料的摩擦性能差异，但不能解释两者在沉积态的摩擦性能差异。由本研究结果可知，在沉积态，RL与SL结构都远离石墨结构，两者在垂直方向上的导热性都很弱，在沉积态的表观硬度值也较接近。作者认为，造成这种差异的根本原因是材料的微观结构，更确切地说，在于CVD炭的微观结构嬴予其不同的摩擦行为。Mrdie认为M，在摩擦制动过程中摩擦表面形成的膜对C/C复合材料的摩擦磨损性能有很大的影响，对此作者持相同的看法。可能是由于材料的微观结构不同，使得在摩擦制动时，膜的形成机制与膜的不同特性造成了摩擦行为的差异。由于对膜的形成与特性还缺乏足够的认识，因此，这一推断尚有待于进一步通过，可以看到炭盘内侧与外侧氧化烧蚀明显，部分烧蚀十分严重，只剩下碳纤维裸露在外面。而炭盘中间部分由于在刹车过程中紧贴在一起，空气不易进人，因而氧化轻微，从磨面上可以看到一层光亮的碎屑膜，膜屑的形状、尺寸、组成以及膜的厚度、连续性则在很大程度上取决于CVD碳的结构。从（c）和5（d）可以看到，与SL结构材料相比，刹车时RL结构材料在表面能形成一层较细、分布较均匀、较连续的磨屑膜，这层磨屑膜对材料的摩擦因数、刹车平稳性以及材料的磨损都有重大的影响。

　　在C/C复合材料的摩擦制动过程中，可能出现的主要磨损形式有粘着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损及氧化磨损。对于不同材质、不同），这说明当材料的石墨化度提篼到一定程度时，决定刹车材料磨损性能的主要磨损机制发生了变化。在一般情况下，若不考虑氧化的作用，则石墨化度越高的材料，磨损量越大。因为石墨化度越高，材料越软，摩擦副抗粘着磨损、磨粒磨损和疲劳磨损的能力均要下降。