A carbon/carbon composite spring production method and device belongs to the field of carbon/carbon composite material manufacturing, which is characterized by: using graphite to make core mould; drawing spring spiral line range on the outer surface of core mould, drilling along the radial direction of core mould in the drawing range; inserting carbon fiber rod into the foregoing hole; winding carbon fiber bundles along the gap between the aforementioned carbon fiber rods to make carbon fiber spring prefabrication. Carbon/carbon composite spring blank is made from carbon fiber spring preform by carbonization, and carbon/carbon composite spring blank is processed into helical spring according to the required size. By improving the existing technology, the invention can be better realized. Because carbon fiber rod replaces needle-punched Z-direction carbon fiber, the continuity and integrity of carbon fiber bundles are guaranteed to the greatest extent, the spring performance is improved, and the fabrication is simple. The mechanical properties of carbon/carbon composite spring are good.
【技术实现步骤摘要】
一种碳/碳复合材料弹簧生产方法及装置
本专利技术属于碳/碳复合材料制造领域,尤其涉及一种碳/碳复合材料弹簧生产方法及装置。
技术介绍
随着科技的发展,普通金属弹簧已经无法满足特殊行业的需求,即使是特种耐热弹簧钢所制造的弹簧使用温度也仅在500℃左右,而耐600℃以上高温合金弹簧不仅价格昂贵,而且会造成金属污染。为此,有采用陶瓷材料制备的弹簧,但陶瓷材料呈脆性、抗热冲击性差,虽然通过改性可提高其韧性,但是由于受到成形难度大和工艺的复杂性限制,性能有限,且价格不菲。碳/碳复合材料具有比重轻、模量高、比强度大、热膨胀系数低、耐高温、耐热冲击、耐腐蚀、吸振性好、摩擦性好等优异性能,是名副其实的多功能、可设计、结构与功能兼备的新材料。专利EP0684216A2公开了一种碳/碳复合材料螺旋弹簧制备的方法。该方法是将碳纤维经预成型后整体缠绕于芯模,然后通过高温模压定型、碳化等制备而成。但是,由于预成型条在缠绕过程中,靠近中心轴线近的螺旋路径短,远离中轴线的螺旋路径长,因此,不同层间将沿着各自的路径铺排,必然会产生应力并导致分层,且缠绕时在垂直于弹簧的轴线方向没有Z向碳纤维,最终使得弹簧整体结构能力差、刚性偏低。专利CN107285796A公开了一种碳基复合材料螺旋弹簧及生产方法。该方法是将碳纤维束或碳纤维布沿弹簧的螺旋线方向缠绕在芯模上,然后将碳纤维网胎卷绕在芯模上,沿芯模的径向进行针刺,引入Z向碳纤维,重复以上步骤制得螺旋弹簧碳纤维预制体,最终经过增密和机加工等步骤制成碳基复合材料螺旋弹簧。该方法采用针刺方式引入Z向碳纤维,针刺过程对纤维损伤较大,影响弹簧性能。专利技 ...
【技术保护点】
1.一种碳/碳复合材料弹簧生产方法,其特征在于:采用石墨制成芯模;在芯模外表画制弹簧螺旋线范围,在画制范围内沿芯模径向打孔;在前述孔内插入碳纤维棒;采用碳纤维束沿前述碳纤维棒之间的间隙缠绕制成碳纤维弹簧预制体;将碳纤维弹簧预制体经过碳化制成碳/碳复合材料弹簧坯体;将碳/碳复合材料弹簧坯体按所需尺寸加工成螺旋状弹簧。
【技术特征摘要】
1.一种碳/碳复合材料弹簧生产方法,其特征在于:采用石墨制成芯模;在芯模外表画制弹簧螺旋线范围,在画制范围内沿芯模径向打孔;在前述孔内插入碳纤维棒;采用碳纤维束沿前述碳纤维棒之间的间隙缠绕制成碳纤维弹簧预制体;将碳纤维弹簧预制体经过碳化制成碳/碳复合材料弹簧坯体;将碳/碳复合材料弹簧坯体按所需尺寸加工成螺旋状弹簧。2.根据权利要求1所述碳/碳复合材料弹簧生产方法,其特征在于包括如下步骤:(1)制模:用石墨加工成芯模,在芯模表面画制弹簧螺旋线范围,并在弹簧螺旋线范围内沿芯模径向打孔,将外径与前述孔的孔径相等的碳纤维棒插入孔内;(2)绕制预制体:将与碳纤维棒间距宽度相等的碳纤维束沿弹簧螺旋线方向缠绕,使所述碳纤维束连续长纤维的走向与弹簧的螺旋线方向一致;再将碳纤维束沿与弹簧的螺旋线方向垂直的碳纤维棒之间缠绕;重复以上过程制成碳纤维弹簧预制体;(3)增密:将步骤(2)制备的碳纤维弹簧预制体经化学气相沉积或/和液相浸渍碳化,制成碳/碳复合材料弹簧坯体;将碳/碳复合材料弹簧坯体放入高温炉内,在真空环境下进行石墨化处理,温度为2000℃-2500℃,保温时间为2h-4h;(4)机加工:将步骤(3)经石墨化处理后的碳/碳复合材料弹簧坯体按所需尺寸加工成螺旋状弹簧,完成生产。3.根据权利要求2所述碳/碳复合材料弹簧生产方法,其特征在于:所述步骤(1)所述孔在弹簧螺旋线范围内的分布规律为:沿弹簧螺旋线方向呈阵列分布;孔的孔径为0.5-5mm,孔间距为孔径的1.5-3倍,孔深度为1-50mm。4.根据权利要求3所述碳/碳复合材料弹簧生产方法,其特征在于:所述步骤(2)所述碳纤维弹簧预制体的密度为0.4g/cm3-0.6g/cm3。...
【专利技术属性】
技术研发人员:侯光远,
申请(专利权)人:陕西美兰德炭素有限责任公司,
类型:发明
国别省市:陕西,61
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