包含包封的各向同性碳的碳-碳复合材料制造技术

本发明专利技术公开了包含包封的各向同性碳的碳‑碳复合材料。具体而言，本公开描述了形成碳‑碳复合材料组件的方法，其包括使用化学气相沉积（CVD）或化学气相渗透（CVI）将初始碳材料沉积到多孔预制体中以形成刚性化多孔预制体，用各向同性树脂灌注该刚性化多孔预制体，热解灌注的各向同性树脂以便在刚性化多孔预制体的孔隙内形成各向同性碳，并用可石墨化碳包封各向同性碳以形成碳‑碳复合材料组件。

Carbon-Carbon Composites Containing Encapsulated Isotropic Carbon

The invention discloses a carbon carbon carbon carbon composite material containing encapsulated isotropic carbon. Specifically, the present disclosure describes a method for forming carbon-carbon composite components, which includes deposition of initial carbon materials into porous preforms using chemical vapor deposition (CVD) or chemical vapor infiltration (CVI) to form rigid porous preforms, filling the rigid porous preforms with isotropic resins, and pyrolysis irrigation. The isotropic resin is injected to form isotropic carbon in the pore of the rigid porous preform, and graphitizable carbon is used to encapsulate isotropic carbon to form carbon carbon-carbon composite components.

【技术实现步骤摘要】
包含包封的各向同性碳的碳-碳复合材料
本公开涉及碳-碳复合材料和形成碳-碳复合材料的技术。
技术介绍
一些碳-碳复合体，例如用于航空航天工业的一些碳-碳复合材料制动盘，可以由多孔预制体制造。可以使用若干种方法之一（例如化学气相沉积/化学气相渗透(CVD/CVI)、真空/压力浸渗(VPI)或树脂传递模塑(RTM)）来使预制体致密化并随后碳化，其可以在多孔预制体内施加碳。
技术实现思路
在一些实例中，本公开描述了形成碳-碳复合材料组件的方法，包括使用化学气相沉积（CVD）或化学气相渗透（CVI）将初始碳材料沉积到多孔预制体中以形成刚性化多孔预制体，用各向同性树脂灌注该刚性化多孔预制体，热解灌注的各向同性树脂以便在刚性化多孔预制体的孔隙内形成各向同性碳，并用可石墨化碳包封各向同性碳以形成碳-碳复合材料组件。在一些实例中，本公开描述了形成碳-碳复合材料组件的方法，包括使用化学气相沉积（CVD）或化学气相渗透（CVI）将初始碳材料沉积到多孔预制体中以形成刚性化多孔预制体，用各向同性树脂灌注该刚性化多孔预制体，热解灌注的各向同性树脂以便在刚性化多孔预制体的孔隙内形成各向同性碳，并使用CVD或CVI在各向同性碳上沉积可石墨化碳以形成碳-碳复合材料组件。在一些实例中，本公开描述了碳-碳复合材料组件，其包含具有多个碳涂覆纤维的刚性化多孔碳纤维预制体，所述多个碳涂覆纤维限定了在碳涂覆纤维之间的多个孔隙；在所述多个孔隙内和在所述碳涂覆纤维上的各向同性碳；以及在所述各向同性碳上的可石墨化碳。在附图和下面的说明书中阐述了一个或多个实例的细节。本公开的其它特征、目的和优点将从说明书和附图中以及从权利要求书中显现。本专利技术公开了以下技术方案：1.形成碳-碳复合材料组件的方法，其包括：使用化学气相沉积（CVD）或化学气相渗透（CVI）将初始碳材料沉积到多孔预制体中以形成刚性化多孔预制体；用各向同性树脂灌注所述刚性化多孔预制体；热解灌注的各向同性树脂以便在刚性化多孔预制体的孔隙内形成各向同性碳；和用可石墨化碳包封所述各向同性碳以形成所述碳-碳复合材料组件。2.方案1的方法，其中所述各向同性树脂包括酚醛树脂或呋喃树脂。3.方案1的方法，其中用可石墨化碳包封所述各向同性碳包括：将至少一个CVI/CVD循环施加至包括所述各向同性碳的刚性化多孔预制体以便用可石墨化碳包封所述各向同性碳。4.方案3的方法，其中可石墨化碳包含具有大约16°至大约24°的消光角的粗糙层热解碳。5.方案1的方法，其中所述可石墨化碳在所述碳-碳复合材料组件中形成碳材料的最外层。6.方案1的方法，其中所述多孔预制体包含多孔碳预制体。7.方案6的方法，其中所述多孔碳预制体包含碳纤维预制体。8.方案1的方法，其中重复用各向同性树脂灌注所述刚性化多孔预制体和热解灌注的各向同性树脂以形成各向同性碳的步骤以便产生具有大约1.7g/cm3至大约1.85g/cm3的密度的中间体复合材料组件。9.方案8的方法，用可石墨化碳包封所述各向同性碳包括在所述中间体复合材料组件内沉积可石墨化碳，直到所述碳-碳复合材料组件的密度为大约1.72g/cm3至大约1.87g/cm3。10.方案1的方法，其进一步包括在用可石墨化碳包封所述各向同性碳之前热处理所述各向同性碳。11.方案1的方法，其进一步包括机械加工所述碳-碳复合材料组件以形成制动盘。12.形成碳-碳复合材料组件的方法，其包括：使用化学气相沉积（CVD）或化学气相渗透（CVI）将初始碳材料沉积到多孔预制体中以形成刚性化多孔预制体；用各向同性树脂灌注所述刚性化多孔预制体；热解灌注的各向同性树脂以便在刚性化多孔预制体的孔隙内形成各向同性碳；和使用CVD或CVI在所述各向同性碳上沉积可石墨化碳以形成所述碳-碳复合材料组件。13.方案12的方法，其中可石墨化碳包含具有大约16°至大约24°的消光角的粗糙层热解碳。14.方案12的方法，其中所述可石墨化碳在所述碳-碳复合材料组件中形成碳材料的最外层。15.方案12的方法，其进一步包括在用可石墨化碳包封所述各向同性碳之前热处理所述各向同性碳。16.方案12的方法，其进一步包括机械加工所述碳-碳复合材料组件以形成制动盘。17.碳-碳复合材料组件，其包含：包含多个碳涂覆纤维的刚性化多孔碳纤维预制体，所述多个碳涂覆纤维限定了在碳涂覆纤维之间的多个孔隙；在所述多个孔隙内和在所述碳涂覆纤维上的各向同性碳；和在所述各向同性碳上的可石墨化碳。18.方案17的碳-碳复合材料组件，其中可石墨化碳包含具有大约16°至大约24°的消光角的粗糙层热解碳。19.方案17的碳-碳复合材料组件，其中所述碳-碳复合材料组件限定了大约1.72g/cm3至大约1.87g/cm3的密度。20.方案17的碳-碳复合材料组件，其中所述可石墨化碳包封所述各向同性碳。附图说明图1是图解由多孔预制体形成碳-碳复合体的示例性技术的流程图。图2是可用于形成碳-碳复合体的示例性多孔预制体的透视图。图3是可用于形成碳-碳复合体的示例性多孔预制体的侧向截面图。图4是在对图3的多孔预制体施以初始CVI/CVD循环之后的示例性刚性化多孔预制体的侧向截面图。图5是在将各向同性树脂灌注到图4的多孔预制体中并热解各向同性树脂以形成各向同性碳之后的示例性中间体复合材料组件的侧向截面图。图6是在用可石墨化碳包封中间体复合材料组件内的各向同性碳之后的示例性碳-碳复合材料组件的侧向截面图。具体实施方式本公开描述了碳-碳复合材料和形成碳-碳复合材料的技术。在一些实例中，碳-碳复合材料可以由包括多个碳纤维或碳前体纤维的碳纤维预制体制成。在一些实例中，可以对碳纤维预制体施以初始化学气相沉积/化学气相渗透（CVD/CVI）以使碳纤维预制体刚性化。在初始CVD/CVI循环后，可以使用各向同性树脂材料（例如酚醛树脂或呋喃树脂）对刚性化碳纤维预制体施以一个或多个树脂渗透/碳化循环以便在刚性化碳纤维预制体内形成各向同性碳。在一些实例中，通过酚醛树脂材料或呋喃树脂材料形成的各向同性碳可以基本上在刚性化碳纤维预制体的整个体积内扩展以提高碳材料的量和所得致密化预制体的整体密度。随后可以对致密化预制体施以一个或多个最终致密化步骤以便用可石墨化碳（例如粗糙层热解碳）至少部分包封各向同性碳，得到碳-碳复合材料。在中间阶段过程中使用的各向同性树脂材料提供了累积在所得制品内的密度和碳材料的相对廉价而有效的手段。例如，在一些实例中，各向同性树脂材料可以包括相对快速的热固性树脂材料，其一旦固化，则在碳化过程中在刚性化碳纤维预制体内保持定型（例如，各向同性树脂材料在碳化过程中不会熔融或从该预制体中流出）。在一些实例中，各向同性树脂材料可以显著减少或消除与非各向同性树脂或沥青浸渍剂材料相关的稳定化周期时间的持续期。此外或可替代地，各向同性树脂材料可以提供与传统的非各向同性树脂或沥青浸渍剂材料相比成本相对较低的替代物。一旦碳化，各向同性树脂材料转化为粘附到刚性化碳纤维预制体上的各向同性碳。在一些实例中，各向同性碳可能是相对硬且脆的。与非各向同性碳（例如由非各向同性树脂或沥青浸渍剂材料产生的碳）相比，各向同性碳提供了对所得组件的良好的结构支撑，但提供了较差的摩擦特性。例如，由于各向同性碳的脆性性质，施加到所得组件上的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.形成碳‑碳复合材料组件的方法，其包括：使用化学气相沉积（CVD）或化学气相渗透（CVI）将初始碳材料沉积到多孔预制体中以形成刚性化多孔预制体；用各向同性树脂灌注所述刚性化多孔预制体；热解灌注的各向同性树脂以便在刚性化多孔预制体的孔隙内形成各向同性碳；和用可石墨化碳包封所述各向同性碳以形成所述碳‑碳复合材料组件。

【技术特征摘要】
2017.05.10 US 15/5919511.形成碳-碳复合材料组件的方法，其包括：使用化学气相沉积（CVD）或化学气相渗透（CVI）将初始碳材料沉积到多孔预制体中以形成刚性化多孔预制体；用各向同性树脂灌注所述刚性化多孔预制体；热解灌注的各向同性树脂以便在刚性化多孔预制体的孔隙内形成各向同性碳；和用可石...

【专利技术属性】
技术研发人员：ST弗里斯卡，N默迪，ML拉富里斯特，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国,US