一种无湿态衰减碳/碳复合材料飞机刹车盘的制备方法技术

本发明专利技术涉及飞机用碳刹车盘的制备方法技术领域，尤其是一种无湿态衰减碳/碳复合材料飞机刹车盘的制备方法，包含以下步骤：制作刹车盘预制体→高温热处理→致密化处理→石墨化处理→机加工→疏水性防护涂层处理→精加工步骤，本发明专利技术利用紧凑完善的工艺步骤，获得摩擦磨损性能较为优异的刹车盘，并在工艺中采取辅助措施控制刹车盘预制体的密度以及CVD处理后刹车盘预制件的密度，配合疏水性防护涂层，一并提高刹车盘在湿态环境下的摩擦磨损性能，使碳/碳复合材料飞机刹车盘湿态环境下刹车性能无衰减。

【技术实现步骤摘要】
一种无湿态衰减碳/碳复合材料飞机刹车盘的制备方法
本专利技术涉及飞机用碳刹车盘的制备方法
，尤其是一种无湿态衰减碳/碳复合材料飞机刹车盘的制备方法。
技术介绍
碳/碳复合材料是一类碳纤维增强碳基体复合材料，具有良好的摩擦性能，而且密度小、抗热震性能好、高温强度高，是目前主要的飞机刹车材料，在波音B747、B757及空客A300、A320等大型民航客机及国内外军用飞机上得到了广泛的应用。飞机刹车盘是飞机实现制动和保证飞行安全的关键部位材料，材料的刹车性能直接决定了飞机的制动效果。由于飞机需要在不同的环境、气候等条件下飞行，尤其是军用飞机，为保证飞行安全，这就要求飞机刹车盘在不同的环境状况下都应具有良好的刹车性能。飞机碳/碳复合材料刹车盘在正常条件下刹车性能良好，但在潮湿、盐雾等环境条件下，刹车性能会有一定程度的湿态“衰减”，即湿态摩擦系数降低、刹车性能退化等，这将严重影响碳/碳复合材料刹车装置的可靠性和安全性。文献1“C/C复合材料飞机刹车盘湿态刹车性能研究，崔鹏，卢钢认，陈志军.炭素技术，2004，23(4):12-14”通过对比分析了英国Dunlop公司及采用不同工艺方法制备的C/C复合材料在正常条件和湿态条件下的摩擦磨损性能，指出国内生产的刹车盘仍存在湿态衰减现象。至今，这一问题仍然没有得到根本性的改变。
技术实现思路
为了克服现有的飞机刹车盘在湿态环境下刹车性能的衰减的不足，本专利技术提供了一种无湿态衰减碳/碳复合材料飞机刹车盘的制备方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无湿态衰减碳/碳复合材料飞机刹车盘的制备方法，包含以下步骤：①制作刹车盘预制体步骤：将无纬布和碳纤维网胎通过针刺正交编织工艺制作刹车盘预制体，其中，无纬布的重量百分率为80%～90%，可以为80%、85%或90%，碳纤维网胎的重量百分率为10%～20%，可以为10%、15%或20%；②高温热处理步骤：将步骤①所制作刹车盘预制体放入高温炉中进行热处理；③致密化处理步骤：将步骤②高温热处理后的刹车盘预制件通过化学气相沉积（CVD）进行致密化处理；④石墨化处理步骤：将步骤③得到的刹车盘预制件进行石墨化处理；⑤机加工步骤：将步骤④得到的刹车盘预制件进行机加工，得到半成品刹车盘；⑥疏水性防护涂层处理步骤：将步骤⑤得到的半成品刹车盘的表面施加疏水性防护涂层处理；⑦精加工步骤：将步骤⑥得到的涂层后半成品刹车盘进行精细加工，最终得到碳/碳复合材料刹车盘成品。优选的，所述步骤①中制作的刹车盘预制体的密度由中心向边缘逐渐降低，平均密度为0.50～0.55g/cm3，可以为0.50g/cm3、0.52g/cm3、0.53g/cm3或0.55g/cm3。优选的，所述步骤②的高温热处理温度为2000℃以上，可以为2000℃、2100℃或2200℃；优选的，所述步骤③中化学气相沉积（CVD）具体工艺为，沉积温度800～1150℃，可以为800℃、950℃、1000℃、1050℃或1150℃，沉积总时间为500～600小时，可以为500小时、550小时或600小时，在沉积过程中每150小时取出进行打磨清理处理，从而保证基体的清洁和成品品质。优选的，所述步骤③得到的刹车盘预制件的热解碳组织结构80%以上为粗糙层结构。通过化学气相沉积（CVD）得到的热解碳组织一般包含粗糙层结构和光滑层结构，粗糙层结构的表面粗糙，层间分界线不分明，而光滑层结构的表面光滑，层间分界线清晰。若热解碳组织结构光滑层多、粗糙层少，湿态条件下，刹车性能衰减大；反之，光滑层少、粗糙层多，其密度高，在湿态条件下刹车性能并不会衰减，因此控制粗糙层结构的比例，以期获得湿态环境下刹车性能无衰减。优选的，所述步骤③得到的刹车盘预制件密度在1.75g/cm3以上，可以为1.75g/cm3、1.76g/cm3或1.78g/cm3。由于密度高，有利于保障湿态条件下刹车性能，刹车盘预制件密度在1.75g/cm3以上时，有利于保证湿态环境下刹车性能无衰减。优选的，所述步骤④石墨化处理温度为2200°C，处理时间不少于10小时。优选的，所述步骤⑥中的疏水性防护涂层为无磷Al-B-Si-Ce-O系陶瓷材料涂层，此涂层具有自愈合和疏水性特点。优选的，所述步骤⑥的具体工艺为，在半成品刹车盘表面涂刷疏水性涂层原料，涂刷完成经烘干处理后装入烧结炉进行烧结，其中，烧结温度为800°C以上，可以为800℃、900℃、950℃等，烧结时间为3~5小时，可以为3小时、3.5小时、4小时或5小时。涂层后通过烘干和烧结，能快速去除水分，保证涂层稳定性。优选的，所述步骤⑦后还包含步骤⑧，所述步骤⑧为刹车性能试验步骤，按照GA31984HX/SY《A320－200型飞机碳刹车盘组件地面试验大纲》对步骤⑦得到的碳/碳复合材料刹车盘成品进行刹车性能试验。本专利技术的有益效果是，利用针刺正交编织工艺形成平面和层间均具有一定强度的预制体结构；经高温热处理以改善纤维微晶的序态和沿纤维轴向的择优取向，使碳纤维在微观结构上由二维乱层石墨结构向三维有序结构转变，进而影响CVD致密化过程热解碳的取向和组织结构；利用化学气相沉积（CVD）技术使蒸气相碳源气体“渗透”到碳纤维预制体中裂解为热解碳而达到致密化；利用石墨化处理是在石墨化炉中进行，经过石墨化处理，使热力学不稳定的非石墨质无定形碳通过热活化作用由乱层结构转变为石墨晶体结构，以提高其摩擦性能、比热容、热导率以及化学稳定性；利用疏水性防护涂层处理，使材料获得自愈合疏水性能，在潮湿的环境中增加材料对水分的排斥作用，从而使刹车盘的刹车性能无明显衰减。本专利技术利用紧凑完善的工艺步骤，获得摩擦磨损性能较为优异的刹车盘，并在工艺中采取辅助措施控制刹车盘预制体的密度以及CVD处理后刹车盘预制件的密度，配合疏水性防护涂层，一并提高刹车盘在湿态环境下的摩擦磨损性能，使碳/碳复合材料飞机刹车盘湿态环境下刹车性能无衰减。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1为本专利技术的工艺流程图；图2湿态条件下刹车试验中刹车力矩与刹车时间关系曲线；图3正常条件下刹车试验中刹车力矩与刹车时间关系曲线。具体实施方式一种无湿态衰减碳/碳复合材料飞机刹车盘的制备方法，包含以下步骤：①制作刹车盘预制体步骤：将无纬布和碳纤维网胎通过针刺正交编织工艺制作刹车盘预制体，其中，无纬布的重量百分率为80%～90%，可以为80%、85%或90%，碳纤维网胎的重量百分率为10%～20%，可以为10%、15%或20%；②高温热处理步骤：将步骤①所制作刹车盘预制体放入高温炉中进行热处理；③致密化处理步骤：将步骤②高温热处理后的刹车盘预制件通过化学气相沉积（CVD）进行致密化处理；④石墨化处理步骤：将步骤③得到的刹车盘预制件进行石墨化处理；⑤机加工步骤：将步骤④得到的刹车盘预制件进行机加工，得到半成品刹车盘；...

【技术保护点】
1.一种无湿态衰减碳/碳复合材料飞机刹车盘的制备方法，其特征是，包含以下步骤：/n①制作刹车盘预制体步骤：将无纬布和碳纤维网胎通过针刺正交编织工艺制作刹车盘预制体，其中，无纬布的重量百分率为80%～90%，碳纤维网胎的重量百分率为10%～20%；/n②高温热处理步骤：将步骤①所制作刹车盘预制体放入高温炉中进行热处理；/n③致密化处理步骤：将步骤②高温热处理后的刹车盘预制件通过化学气相沉积（CVD）进行致密化处理；/n④石墨化处理步骤：将步骤③得到的刹车盘预制件进行石墨化处理；/n⑤机加工步骤：将步骤④得到的刹车盘预制件进行机加工，得到半成品刹车盘；/n⑥疏水性防护涂层处理步骤：将步骤⑤得到的半成品刹车盘的表面施加疏水性防护涂层处理；/n⑦精加工步骤：将步骤⑥得到的涂层后半成品刹车盘进行精细加工，最终得到碳/碳复合材料刹车盘成品。/n

【技术特征摘要】
1.一种无湿态衰减碳/碳复合材料飞机刹车盘的制备方法，其特征是，包含以下步骤：
①制作刹车盘预制体步骤：将无纬布和碳纤维网胎通过针刺正交编织工艺制作刹车盘预制体，其中，无纬布的重量百分率为80%～90%，碳纤维网胎的重量百分率为10%～20%；
②高温热处理步骤：将步骤①所制作刹车盘预制体放入高温炉中进行热处理；
③致密化处理步骤：将步骤②高温热处理后的刹车盘预制件通过化学气相沉积（CVD）进行致密化处理；
④石墨化处理步骤：将步骤③得到的刹车盘预制件进行石墨化处理；
⑤机加工步骤：将步骤④得到的刹车盘预制件进行机加工，得到半成品刹车盘；
⑥疏水性防护涂层处理步骤：将步骤⑤得到的半成品刹车盘的表面施加疏水性防护涂层处理；
⑦精加工步骤：将步骤⑥得到的涂层后半成品刹车盘进行精细加工，最终得到碳/碳复合材料刹车盘成品。


2.根据权利要求1所述的一种无湿态衰减碳/碳复合材料飞机刹车盘的制备方法，其特征是，所述步骤①中制作的刹车盘预制体的密度由中心向边缘逐渐降低，平均密度为0.50～0.55g/cm3。


3.根据权利要求1所述的一种无湿态衰减碳/碳复合材料飞机刹车盘的制备方法，其特征是，所述步骤②的高温热处理温度为2000℃以上。


4.根据权利要求1所述的一种无湿态衰减碳/碳复合材料飞机刹车盘的制备方法，其特征是，所述步骤③中化学气相沉积（CVD）具体工艺为，沉积温度800～1150°C，沉积总时间为500～...

【专利技术属性】
技术研发人员：楼建军，
申请(专利权)人：常州翊翔炭材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32