高致密碳‑碳摩擦材料制造技术

本发明专利技术涉及高致密碳‑碳摩擦材料。一种通过下述过程制作碳‑碳复合材料制动盘的方法：用树脂渗透多孔碳预制体并且在至少大约5000 psi的高压下碳化树脂渗透的预制体以形成具有至少大约1.9 g/cc的最终密度的致密碳‑碳复合材料盘式制动器。多孔碳预制体包括多个织物片，其具有非织造的氧化聚丙烯腈纤维、沥青纤维或人造纤维及在从大约1250到大约3000克每平方米的范围内的基重。织物片被针刺在一起。多孔碳预制体被用树脂渗透，所述树脂包括各向同性树脂或中间相树脂中的至少一种。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及碳-碳复合材料的制造，并且尤其涉及由碳-碳复合材料制成的航空器制动盘的制造。
技术介绍
碳纤维增强碳材料（也被称为碳-碳复合材料）是包括含有由碳纤维增强的碳的基体的复合材料。碳-碳（C-C）复合部件能够被用在许多高温应用中。例如，航空航天工业采用C-C复合部件作为用于商用和军用航空器的摩擦材料，诸如制动摩擦材料。一些碳-碳复合体（诸如在航空航天工业中使用的一些碳-碳复合制动盘）可由多孔预制体制成。预制体可使用可将碳施加在多孔预制体内的若干过程的组合被致密化，所述若干过程包括化学气相沉积/化学气相渗透（CVD/CVI）、真空/压力渗透（VPI）、或树脂传递模塑（RTM）。CVD/CVI处理是昂贵的、资本密集的并且耗费时间的过程，通常需要数月才完成。在一些示例中，可通过使用与CVI/CVD结合的VPI或RTM过程来减少与CVD/CVI处理相关联的循环时间和成本。然而，VPI和RTM过程可能需要在导致小于1.75g/cc的最终密度的延长时间段内进行若干循环。
技术实现思路
在一些示例中，本公开描述一种用于制作碳-碳复合材料制动盘的方法，其包括：（i）用树脂渗透多孔预制体以形成树脂渗透的预制体，其中，所述树脂包括各向同性树脂或中间相树脂中的至少一种，并且其中，所述多孔预制体源自：多个织物片，其包括从由氧化聚丙烯腈纤维、沥青纤维或人造纤维组成的组中选择的非织造纤维，其中，所述多个织物片中的每个织物片均具有在从大约1250到大约3000克每平方米的范围内的基重；以及针刺纤维，其从由氧化聚丙烯腈纤维、沥青纤维或人造纤维组成的组中选择，其中，所述针刺纤维将所述多个织物片结合在一起。所述方法还包括（ii）在至少大约5000psi的压力下碳化所述树脂渗透的预制体以形成致密碳-碳复合材料盘式制动器。此外，所述方法还包括（iii）重复步骤（i）-（ii）直到所述致密碳-碳复合材料盘式制动器具有至少大约1.9g/cc的密度。在一些示例中，本公开描述一种用于制作碳-碳复合材料制动盘的方法，其包括：（i）将多孔预制体放置在高压容器中，其中，所述多孔预制体源自：多个织物片，其包括：从由氧化聚丙烯腈纤维、沥青纤维或人造纤维组成的组中选择的非织造纤维，其中，所述多个织物片中的每个织物片均具有在从大约1250到大约3000克每平方米的范围内的基重；以及针刺纤维，其从由氧化聚丙烯腈纤维、沥青纤维或人造纤维组成的组中选择，其中，所述针刺纤维将所述多个织物片结合在一起。所述方法还包括（ii）在所述高压容器中使用至少大约50psi的第一压力用树脂渗透所述多孔预制体以形成树脂渗透的预制体，其中，所述树脂包括各向同性树脂或中间相树脂中的至少一种。所述方法额外地可以包括（iii）在至少大约5000psi的第二高压下碳化所述树脂渗透的预制体以形成致密碳-碳复合材料盘式制动器。在一些示例中，本公开描述一种用于制作碳-碳复合材料盘式制动器的组件，其包括高压容器和盘式制动器形状的树脂渗透的预制体，该预制体包括非稳定的树脂和多孔预制体，所述非稳定的树脂包括各向同性树脂或中间相树脂中的至少一种，所述多孔预制体源自：多个织物片，其包括：从由氧化聚丙烯腈纤维、沥青纤维或人造纤维组成的组中选择的非织造纤维，其中，所述多个织物片中的每个织物片均具有在从大约1250到大约3000克每平方米的范围内的基重；以及针刺纤维，其从由氧化聚丙烯腈纤维、沥青纤维或人造纤维组成的组中选择，其中，所述针刺纤维将所述多个织物片结合在一起，并且其中，将所述树脂渗透的预制体布置在所述高压容器中。所述组件还可包括压力源和热源，所述压力源被构造成将所述高压容器增压到至少大约5000psi的压力，并且所述热源被构造成将所述高压容器和树脂渗透的预制体加热到足以碳化所述非稳定树脂的温度。下面在附图和描述中阐述本公开的一个或多个示例的细节。根据描述和附图，以及根据权利要求，本公开的其他特征、目标和优点将是明显的。附图说明图1是说明从多孔预制体制造致密碳-碳复合材料的示例方法的流程图。图2是可以被用于制造致密碳-碳复合材料的示例多孔碳预制体的透视图。图3是来自图2的区段A的放大图。图4示出含有多孔碳预制体的示例模具的侧向横截面视图。图5是示例致密碳-碳复合材料的透视图。图6是围封多孔碳预制体的示例模具的侧向横截面视图。具体实施方式本公开描述一种生产盘式制动器形式且密度至少大约1.9克每立方厘米（g/cc）的致密碳-碳（C-C）复合材料的低成本且具有时效性的方法。至少大约1.9g/cc的密度可具备与低密度C-C复合材料相比改进的机械和热性能，包括摩擦和磨损性能。例如，在碳-碳复合材料中获得更高的密度可改进复合材料的热导率或可提供增强的结构强度。根据本公开的拥有改进的密度的致密C-C复合材料盘式制动器可被用在各种应用中，包括例如被用在航空航天工业中。在本公开中描述的致密C-C复合材料制造方法使用具有大约1250到大约3000克每平方米（g/m2）的面积基重（arealbasisweight）的非织造预制体和渗透沥青的高压碳化以获得具有整体密度大于1.9g/cc的致密C-C复合材料。在一些示例中，在本公开中描述的致密C-C复合材料制造方法可省略CVD/CVI致密化步骤、树脂稳定化、或全部两者，而同时能够获得具有整体密度大于1.9g/cc的致密C-C复合材料。CVD/CVI处理是需要大量资本投资才得以实施的相对较慢且昂贵的过程。此外，CVD/CVI的单个循环通常对预制体的整体密度仅提供增量式增加，因此需要CVD/CVI的若干循环以获得具有增加的密度的C-C复合材料。其他预制体可使用真空压力渗透（VPI）或树脂传递模塑（RTM）来经受树脂致密化循环。VPI和RTM涉及将熔融树脂沉积在多孔预制体的表面上，同时使预制体经受将熔融树脂吸入（例如，VPI的真空压力）或推动（RTM的头压力）到预制体的敞开孔隙中的压力差。一旦树脂充分地渗透预制体，树脂渗透的预制体被冷却以使得树脂在预制体中固化。接下来，树脂渗透的预制体经历树脂稳定化循环，其使得树脂能进行某种程度的交联，从而防止树脂在随后的碳化过程（该过程在树脂的熔点之上进行）期间从预制体中挤出。然而，树脂稳定化循环可能是相当耗费时间的，需要数月以使得树脂经历充分的交联，并且甚至在树脂稳定化的情况下，一些量的树脂可在碳化期间由于在树脂转变为木炭时从树脂逸出的气体而被从预制体中推出。相对于CVD/CVI，包括树脂稳定化（通过利用本文中描述的预制体）和在施加高压力下渗透树脂的碳化的技术可减少制造时间和成本，同时还提供高密度（例如，大于大约1.90g/cc）的碳-碳复合材料。图1是说明从多孔碳预制体制造致密碳-碳复合材料的示例技术的流程图。为了便于说明，关于图2-5的物品和系统描述图1的示例方法；然而，通过本公开还可以设想用于制造致密碳-碳复合材料的其他物品和系统。图1的示例技术包括用熔融树脂对多孔碳预制体进行渗透（10），以及当在高压下时碳化树脂渗透的预制体，不需要使树脂在碳化之前经受树脂稳定化循环（12）。在一些示例中，如需要获得具有至少1.9g/cc的最终密度的致密C-C复合材料，可重复上面的步骤（14）。图1的示例技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制作碳‑碳复合材料制动盘的方法，其包括：（i）用树脂渗透多孔碳预制体以形成树脂渗透的预制体，其中，所述树脂包括各向同性树脂或中间相树脂中的至少一种，并且其中，所述多孔碳预制体源自：多个织物片，所述多个织物片包括从由氧化聚丙烯腈纤维、沥青纤维或人造纤维组成的组中选择的非织造纤维，其中，所述多个织物片中的每个织物片均具有在从大约1250到大约3000克每平方米的范围内的基重，以及针刺纤维，所述针刺纤维从由氧化聚丙烯腈纤维、沥青纤维或人造纤维组成的组中选择，其中，所述针刺纤维将所述多个织物片结合在一起；（ii）在至少大约5000 psi的压力下碳化所述树脂渗透的预制体以形成致密碳‑碳复合材料盘式制动器；以及（iii）重复步骤（i）‑（ii）直到所述致密碳‑碳复合材料盘式制动器具有至少大约1.9 g/cc的密度。

【技术特征摘要】
2015.06.30 US 14/7883361.一种用于制作碳-碳复合材料制动盘的方法，其包括：（i）用树脂渗透多孔碳预制体以形成树脂渗透的预制体，其中，所述树脂包括各向同性树脂或中间相树脂中的至少一种，并且其中，所述多孔碳预制体源自：多个织物片，所述多个织物片包括从由氧化聚丙烯腈纤维、沥青纤维或人造纤维组成的组中选择的非织造纤维，其中，所述多个织物片中的每个织物片均具有在从大约1250到大约3000克每平方米的范围内的基重，以及针刺纤维，所述针刺纤维从由氧化聚丙烯腈纤维、沥青纤维或人造纤维组成的组中选择，其中，所述针刺纤维将所述多个织物片结合在一起；（ii）在至少大约5000p...

【专利技术属性】
技术研发人员：ML拉富里斯特，ME贝恩克，N默迪，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