具有抗氧化剂涂层的碳碳复合部件制造技术

在一个示例中，方法包括经由三维打印设备的打印头在碳碳复合基底的第一表面区域上沉积抗氧化剂材料以在基底的第一表面区域上形成第一抗氧化剂材料层；以及经由三维打印设备的打印头在基底的第二表面区域上沉积抗氧化剂材料以在第二表面区域上形成第二抗氧化剂材料层。方法例如可以是用于形成包括抗氧化剂涂层的碳碳复合部件的方法，抗氧化剂涂层包括第一抗氧化剂材料层和第二抗氧化剂材料层。

【技术实现步骤摘要】
本申请要求2015年5月13日提交的Rowe等人的美国临时专利申请号62/161,109的权益，其全部内容通过引用并入本文。
本公开涉及碳碳复合材料。
技术介绍
碳纤维加强碳材料（也称为碳碳（C-C）复合材料）是包括在碳材料基体中加强的碳纤维的复合材料。C-C复合材料可以用于许多高温应用中。例如，航天航空工业使用C-C复合材料作为摩擦材料用于商业和军用飞机，诸如制动摩擦材料。
技术实现思路
描述了用于形成包括抗氧化剂涂层的碳碳复合部件的设备、系统和技术以及由其产生的那些部件。在一些示例中，碳碳复合部件可以包括在碳碳基底的表面的至少一部分上的抗氧化剂涂层，例如在基底的非工作表面区域上，其可以是非摩擦表面区域。在一些示例中，抗氧化剂涂层可以通过添加制造过程形成并且可以包括多个单独的抗氧化剂材料层。多个单独的层中的每一个可以通过由三维（3D）打印设备的打印头（直接或间接地）在碳碳基底的希望的表面区域上沉积抗氧化剂材料而形成。例如，单独的抗氧化剂材料层可以在碳碳复合基底上三维地在逐层的基础顺序地形成。在单独的抗氧化剂层形成的整个过程中，打印头所处的三维位置可以在自动控制下以在碳碳基底的希望表面区域上产生具有希望的3D几何形状的抗氧化剂涂层。在一个方面中，本公开指向用于形成包括抗氧化剂涂层的碳碳复合部件的方法，该方法包括经由三维打印设备的打印头在碳碳复合基底的第一表面区域上沉积抗氧化剂材料以在基底的第一表面区域上形成第一抗氧化剂材料层，以及经由三维打印设备的打印头在基底的第二表面区域上沉积抗氧化剂材料以在第二表面区域上形成第二抗氧化剂材料层，其中抗氧化剂涂层包括的第一抗氧化剂材料层和第二抗氧化剂层。在另一个方面中，本公开指向一种系统，系统包括构造成在碳碳复合部件上沉积抗氧化剂材料以形成抗氧化剂涂层的三维打印头；以及控制器，构造成控制打印头以在碳碳复合基底的第一表面区域上沉积抗氧化剂材料以在基底的第一表面区域上形成第一抗氧化剂材料层，并且控制打印头经由三维打印设备的打印头在基底的第二表面区域上沉积抗氧化剂材料以在第二表面区域上形成第二抗氧化剂材料层，其中抗氧化涂层包括第一层和第二层。在另一方面中，本公开指向一种制品，其包括碳碳复合基底；以及在基底表面上的抗氧化剂涂层，其中抗氧化剂涂层包括在基底的第一表面区域上的第一抗氧化剂材料层和在第二表面区域上的第二抗氧化剂材料层，其中第一层和第二层中的每一个通过经由三维打印设备的打印头沉积抗氧化剂材料而形成。在下面的附图和描述中阐述了一个或多个示例的细节。本公开的其他特征、目标和优点根据描述和附图以及根据权利要求将是显而易见的。附图说明图1是示出示例性飞机制动组件的示意结构图。图2是示出示例性碳碳复合部件的概念图。图3是示出示例性添加制造系统的示意方框图。图4是示出根据本公开的各方面的形成包括抗氧化剂涂层的碳碳复合部件的示例性方法的流程图。图5-7是示出包括抗氧化剂涂层的示例性碳碳复合部件的各种部分截面的概念图。具体实施方式如所述的，本公开的一些示例涉及碳碳复合部件。例如用于航天航空应用（诸如制动盘）中的C-C复合部件可以由已使用多种密实技术进行密实的碳纤维预制件形成。例如，碳纤维预制件可以通过层叠由纺织或无纺碳纤维形成的织物薄片而形成，其随后可以通过使用真空压力浸透（VPI）用液态沥青浸透预制件和/或跟随有沥青的碳化的树脂转移成型（RTM）而进行密实，以实现显示希望的最终密度的C-C复合材料。附加地或替代地，可以使用化学气相浸透（CVI）或化学气相沉积（CVD）以密实织物预制件或其他预制件。在飞机制动盘的情况下，在一些示例中，碳化的预制件可以采用环形圈的形式，尽管还可以使用其他形状。在一些示例中，碳碳复合部件可能在升高的温度下（例如在500摄氏度或更高温度）显示较低的对氧化（由大气氧气导致）的抵抗力。这种氧化可能不仅侵害碳碳复合物的表面而且还会进入在这种结构中总是存在的孔中并且氧化邻近孔的碳纤维和孔的表面，由此潜在地削弱复合物。因此，特别是在高温环境中使用时（例如飞机制动组件），碳碳复合部件的氧化可能是磨损碳碳复合部件的重要因素。在一些示例中，抗氧化剂涂层可以施加在碳碳复合制动盘的非摩擦表面。抗氧化剂涂层的施加可以通过“视线”喷涂（例如经由瓶和泡沫喷洒头）、浸涂或刷涂而进行施加。但是这些技术中每一种都会产生困难，其中困难可能涉及例如实现横过碳碳复合制动盘的施加表面的复杂几何形状的完全并且均匀的覆盖。例如，在使用视线施加技术（诸如喷涂）时，复杂部分几何形状可能遮挡或以其他方式阻挡要涂覆的意图区域。遮挡可能会导致具有不一玫厚度的抗氧化剂涂层，并且在一些示例中，可能会应用将基底的区域完全屏蔽于涂层。作为另一个示例，刷涂可以导致不一致量的材料被施加到基底。在刷涂复杂几何形状期间，涂层可能仅被施加到刷子的刷毛触及基底的区域内，因此限制了刷涂例如将涂层施加至尖的角部、小半径内部等的能力。用于施加这种涂层的这些技术（诸如视线喷涂、浸涂和刷涂）可以包括批量地混合涂层材料、将批量的涂层材料施加至基底并随后热处理涂覆的部件以实现最终的化学性质。均匀地批量地混合和施加一致浓度的批量混合物至碳碳复合基底的表面以实现希望的涂层化学性质可能是困难的。例如，热处理之前涂层的浓度和批量施加中的变化可能引起最终化学性质的变化，因此引起产品可靠性和性能的变化。根据本公开的一个或多个示例，碳碳复合部件可以包括在碳碳基底的至少一部分表面上的抗氧化剂涂层（例如在基底的非工作表面区域上）。抗氧化剂涂层可以通过添加制造过程形成并且可以包括一个或多个单独的抗氧化剂材料层。每个单独的层可以通过由3D打印设备的打印头将抗氧化剂材料（直接或间接地）沉积在碳碳基底的希望的表面区域上。例如，单独的抗氧化剂材料层可以顺序地三维地在逐层的基础上形成在碳碳复合基底上。在单独的抗氧化剂层形成的整个过程中，打印头所处的3D位置可以在自动控制下以在基底的希望的表面区域上产生具有希望的3D几何形状的抗氧化剂涂层。本公开的示例可以提供一个或多个益处。在一些示例中，抗氧化剂涂层的3D打印的使用可以允许对抗氧化剂涂层的厚度分布的更大的控制，例如与喷涂、刷涂或浸涂中的控制相比。例如，由于3D打印设备的打印头可能能够实现多得多的至复杂区域（例如尖锐的半径范围、角部等的可达性，所以单独的抗氧化剂层的3D打印可以允许在复合基底的表面上的具有基本一致厚度和/或调整的厚度分布的抗氧化剂涂层。附加地或替代地，抗氧化剂涂层的3D打印的使用可以允许具有相对更复杂的几何形状的碳碳复合基底，同时仍保持基本均匀的涂层。而且，由于3D打印可以允许化学性质的更好的控制（在一些情况中甚至控制至原子水平），所以通过在打印过程期间建立小的单独的抗氧化剂材料层（而不是由喷涂或刷涂产生的涂层的批量施加）可以实现更一致的涂层化学性质（例如从组成的角度）。在一些示例中，通过在3D打印期间抗氧化剂材料的热处理可以实现最终的涂层化学性质，并且在一些情况中，可能不需要在已形成完整的抗氧化剂涂层之后的另外的热处理。抗氧化剂的热处理可以指固化抗氧化剂以实现防止碳氧化的必要性质。在一些示例中，固化可以例如是应用至基于磷的抗氧化系统的煅烧过程或应用于基于陶磁的抗氧化涂层的化学转化过程。图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成包括抗氧化剂涂层的碳碳复合部件的方法，所述方法包括：经由三维打印设备的打印头在碳碳复合基底的第一表面区域上沉积抗氧化剂材料以在基底的第一表面区域上形成第一抗氧化剂材料层；以及经由三维打印设备的打印头在基底的第二表面区域上沉积抗氧化剂材料以在第二表面区域上形成第二抗氧化剂材料层，其中抗氧化剂涂层包括第一抗氧化剂材料层和第二抗氧化剂材料层。

【技术特征摘要】
2015.05.13 US 62/161109;2016.02.19 US 15/0488401.一种用于形成包括抗氧化剂涂层的碳碳复合部件的方法，所述方法包括：经由三维打印设备的打印头在碳碳复合基底的第一表面区域上沉积抗氧化剂材料以在基底的第一表面区域上形成第一抗氧化剂材料层；以及经由三维打印设备的打印头在基底的第二表面区域上沉积抗氧化剂材料以在第...

【专利技术属性】
技术研发人员：J罗维，A戈麦斯，ST弗里斯卡，
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