碳纤维预成型件制造技术

在一些实例中，一种用于形成碳纤维预成型件的方法包含经由三维打印系统的打印头沉积第一多个碳纤维以在大致x‑y平面中形成第一碳纤维层，其中所述第一多个碳纤维沉积在相对于所述x‑y平面在大致z轴方向上延伸的碳纤维细丝阵列周围。

【技术实现步骤摘要】

本公开内容涉及碳纤维预成型件，例如，如用于形成碳-碳复合材料。
技术介绍
碳纤维-增强型碳材料（也称为碳-碳(C-C)复合材料）是包含碳材料基质中的增强碳纤维的复合材料。所述C-C复合材料可在许多高温应用中使用。例如，航空航天工业采用C-C复合材料作为商用和军用飞行器的摩擦材料，例如制动摩擦材料。
技术实现思路
描述用于形成碳纤维预成型件的装置、系统和技术。还描述由所述技术产生的碳纤维预成型件和碳-碳复合材料组件的实例。在一些实例中，碳纤维预成型件可包含多个个别碳纤维层。所述个别层可通过使用三维打印系统沉积碳纤维而在逐层基础上形成。同时，所述个别层可形成具有所期望几何结构的碳纤维预成型件。在一个方面中，本公开内容贯注于一种用于形成碳纤维预成型件的方法，所述方法包括经由三维打印系统的打印头沉积第一多个碳纤维以在大致x-y平面中形成第一碳纤维层，其中所述第一多个碳纤维沉积在相对于所述x-y平面在大致z轴方向上延伸的碳纤维细丝阵列的相应碳纤维细丝周围和之间。在一些实例中，所述方法进一步包含：相对于所述x-y平面平移所述碳纤维阵列或在所述第一碳纤维层的所述形成之后围绕实质上平行于所述z轴方向的轴线旋转所述碳纤维细丝阵列中的至少一者；以及经由所述三维打印系统的所述打印头在所述第一碳纤维层上沉积第二多个碳纤维以在大致所述x-y平面中形成第二碳纤维层，其中所述第二多个碳纤维在所述碳纤维细丝阵列的平移或旋转中的所述至少一者之后沉积在相对于所述x-y平面在大致z轴方向上延伸的所述碳纤维细丝阵列的相应碳纤维细丝周围和之间，并且其中所述碳纤维预成型件包含所述第一碳纤维层、第二碳纤维层和所述碳纤维细丝阵列。在另一方面中，本公开内容贯注于一种碳纤维预成型件，其包括：第一碳纤维层，其通过经由三维打印系统的打印头在大致x-y平面中沉积第一多个碳纤维而形成；以及碳纤维细丝阵列，其相对于所述x-y平面在大致z轴方向上延伸，其中所述第一多个碳纤维沉积在所述碳纤维细丝阵列的相应碳纤维细丝周围和之间。在附图和以下描述中陈述一个或多个实例的细节。根据描述和图式并根据权利要求书，将显而易见本公开内容的其它特征、目的和优点。附图说明图1是示出实例飞行器制动组合件的示意性框图。图2是示出根据本公开内容的若干方面的实例碳纤维预成型件的概念图。图3是示出可用于制造图2的实例预成型件的实例三维打印系统的示意图。图4是示出可由图3的三维打印系统采用的实例设备的概念图。图5是示出图2的碳纤维预成型件的实例方法的流程图。具体实施方式本文中描述用于形成碳纤维预成型件的实例技术，以及由所述碳纤维预成型件形成的碳-碳复合材料和结构。在（例如）航空航天应用（例如制动盘）中使用的致致密化C-C复合材料可由已使用一个或多个致密化技术致密化的碳纤维预成型件形成。例如，碳纤维预成型件可通过堆叠由织造或非织造碳纤维制成的织物薄片而形成。可然后同时针缝所述织物薄片堆栈以在轴向（z轴方向）上缠结所述薄片。所述经堆叠碳纤维预成型件或其它预成型件可然后（例如）通过使用真空压力浸渗(VPI)和/或树脂传递模制(RTM)使所述预成型件浸渗液体沥青、后跟所述沥青的碳化来致密化以实现展现所期望最终密度的C-C复合材料。另外或另一选择为，可使用化学气相浸渗(CVI)或化学气相沉积(CVD)来致密化所述碳纤维预成型件或其它预成型件。在飞行器制动盘的情况下，在一些实例中，所述碳化的预成型件可采用环形圈的形式，虽然还可使用其它形状。根据本公开内容的一个或多个实例，碳纤维预成型件可由彼此堆叠的多个碳纤维层形成。个别碳纤维层可通过经由三维打印系统的打印头沉积碳纤维以在大致x-y平面中形成一层（例如，在x-y平面中，或几乎在x-y平面中，除了由所述层界定的表面的细微差异）而形成。x-y平面可沿着x轴和y轴界定，x轴和y轴可彼此正交。每一层的碳纤维可沉积在相对于x-y平面在大致z轴方向上（例如，在z轴方向上，或几乎在z轴方向上，除了细丝的细微差异）延伸的碳纤维细丝阵列的个别碳纤维细丝周围和之间。z轴可正交于x轴和y轴。在个别碳纤维层的形成之后，所述碳纤维细丝阵列可相对于x-y平面平移和/或围绕实质上平行于z轴方向的轴线旋转。在所述碳纤维细丝阵列的平移和/或旋转之后，另一碳纤维层可通过经由三维打印系统的打印头再次在如先前平移/旋转的所述碳细丝阵列周围和之间沉积碳纤维而形成于先前形成的层上。可重复在碳细丝阵列周围和之间形成一个或多个碳纤维层、后跟相对于x-y平面的平移和/或碳纤维细丝围绕实质上平行于z轴方向的轴线的旋转的过程，直到所述碳纤维层沿着x-y平面堆叠以形成具有所期望性质和几何结构的碳纤维预成型件。所述碳纤维细丝阵列可通过在z轴方向上在所述层之间提供连接来帮助所述碳纤维层相对于彼此固定。在一些实例中，可使用所述碳纤维预成型件来（例如）通过进一步将所产生的碳纤维预成型件碳化和致密化来形成致密化C-C复合材料。本公开内容的实例可允许一个或多个优点。例如，通过利用三维打印过程来形成界定整体碳纤维预成型件的个别层，碳纤维预成型件可跨越所述预成型件以及具有所期望几何结构的碳纤维预成型件的体积制作具有对性质（诸如例如，组合物、密度、纤维图案和/或织造图案）的经改进控制（例如，均匀度）。作为另一实例，可形成具有多个个别碳纤维层的碳纤维预成型件，而无需碳纤维织物段的先前制作、后跟这些段的针缝，同时仍提供所述个别碳纤维层在z轴方向上的附接。作为另一实例，可在（例如）通过使用先前碳化的纤维形成个别层来形成所有这些层之后形成碳纤维预成型件，而不必碳化所述预成型件或最小化所述预成型件的碳化。相比之下，关于某些其它预成型件，聚丙烯腈(PAN)纤维织物经分层和针缝以形成预成型件，立即后跟所有这些织物层的碳化。PAN纤维可相对具有挠性以允许纺织品风格制造过程经由针缝用于z轴纤维（例如，沿着z轴大致纵向延伸的纤维）的生产中，而无需担忧破坏硬质碳纤维。在针缝后，这些纤维然后必须被碳化以将所述纤维的状态从PAN改变为碳。此过程可产生不期望排气，诸如例如，氰化物。图1是示出实例组合件10的概念图，其可包含根据本公开内容的技术形成的一个或多个C-C复合材料组件。为便于描述，将主要关于由C-C复合材料形成的飞行器制动盘描述本公开内容的实例。然而，可使用本公开内容的C-C复合材料和前述碳纤维预成型件来形成除飞行器制动盘以外的其它部件。例如，在其它类型的制动应用中并且在其它应用（诸如例如，热交换器和防热罩）中，所述C-C复合材料可用作摩擦材料。在图1的实例中，飞行器制动组合件10包含轮12、致动器组合件14、制动堆栈16和轮轴18。轮12包含轮毂20、轮外伸法兰22、胎圈座24A和24B、带耳螺栓26以及带耳螺母28。致动器组合件14包含致动器外壳30、致动器外壳螺栓32和柱塞34。制动堆栈16包含交替转子盘36和定子盘38；转子盘36被构造成相对于定子盘38移动。转子盘36通过梁键40安装至轮12，并且特定来说轮毂20。定子盘38通过栓槽44安装至轮轴18，并且特定来说扭矩管42。轮组合件10可支持任何种类的私人、商用或军用飞行器。轮组合件10包含轮18，其在图1的实例中由轮毂20和轮外伸法兰22界定。轮外伸法兰22通过带耳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成碳纤维预成型件的方法，所述方法包括经由三维打印系统的打印头沉积第一多个碳纤维以在大致x‑y平面中形成第一碳纤维层，其中，所述第一多个碳纤维沉积于在相对于所述x‑y平面的大致z轴方向上延伸的碳纤维细丝阵列的相应碳纤维细丝周围和之间。

【技术特征摘要】
2015.05.13 US 14/7114261. 一种用于形成碳纤维预成型件的方法，所述方法包括经由三维打印系统的打印头沉积第一多个碳纤维以在大致x-y平面中形成第一碳纤维层，其中，所述第一多个碳纤维沉积于在相对于所述x-y平面的大致z轴方向上延伸的碳纤维细丝阵列的相应碳纤维细丝周围和之间。2. 根据权利要求1所述的方法，还包括：如下项中的至少一者：相对于所述x-y平面平移所述碳纤维细丝阵列；或在所述第一碳纤维层形成之后围绕实质上平行于所述z轴方向的轴线旋转所述碳纤维细丝阵列；以及经由所述三维打印系统的所述打印头在所述第一碳纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员：J特雷斯特，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