用于盘式制动器的复合材料纤维预制件制造技术

本发明专利技术题为“用于盘式制动器的复合材料纤维预制件”。本发明专利技术公开了一种纤维预制件，该纤维预制件限定沿着中心纵向轴线延伸的环。该纤维预制件包括多个层，该多个层相对于该纵向轴线沿轴向方向和周向方向延伸。该多个层中的每个层包括多根细长纤维。该多根细长纤维包括基本上沿该轴向方向延伸的多根细长轴向纤维以及基本上沿该周向方向延伸的多根细长周向纤维。该纤维预制件也包括基本上沿该径向方向延伸的多根径向纤维。该多根径向纤维机械地粘结该多个层中的一个或多个相邻层。该多根细长纤维的至少40％基本上沿该轴向方向延伸。

【技术实现步骤摘要】
用于盘式制动器的复合材料纤维预制件
本公开涉及碳-碳复合材料的制造，诸如由碳-碳复合材料制成的飞机制动盘的制造。
技术介绍
碳-碳复合材料是包括基质的复合材料，该基质包括用碳纤维增强的碳。碳-碳(C-C)复合材料部件可用于许多高温应用中。例如，航空航天工业采用C-C复合材料部件作为商用和军用飞机的摩擦材料，诸如摩擦制动材料。一些碳-碳复合材料，诸如用于航空航天工业的一些碳-碳复合材料制动盘，可由包括碳纤维层的多孔预制件制造，其可使用包括化学气相沉积/化学气相渗透(CVD/CVI)、真空/压力渗透(VPI)或树脂转移模塑(RTM)在内的若干种工艺中的一种或多种来致密化以用碳渗透多孔预制件。
技术实现思路
在一些示例中，本公开描述了限定沿着中心纵向轴线延伸的环的纤维预制件，该纤维预制件包括多个层和多根径向纤维。多个层相对于纵向轴线沿轴向方向和周向方向延伸。多个层中的每个层由多根细长纤维形成，该多根细长纤维包括基本上沿轴向方向延伸的细长轴向纤维以及基本上沿周向方向延伸的细长周向纤维。多根细长纤维的至少约40％基本上沿轴向方向延伸。相对于纵向轴线基本上沿径向方向延伸的多根径向纤维机械地粘结多个层中的一个或多个相邻层。在一些示例中，本公开描述了纤维预制件，该纤维预制件限定沿着中心纵向轴线延伸的圆筒。纤维预制件包括多个纤维层和多根径向纤维。多个纤维层相对于圆筒沿轴向方向和周向方向延伸。多个层中的每个层包括织造织物，该织造织物包括基本上沿轴向方向延伸的多根细长轴向纤维以及基本上沿周向方向延伸的多根细长周向纤维。织造织物的至少40％的纤维基本上沿轴向方向延伸。多根径向纤维相对于圆筒基本上沿径向方向延伸并且机械地粘结多个层中的一个或多个相邻层。在一些示例中，本公开描述了碳-碳复合材料盘式制动器，该盘式制动器限定沿着中心纵向轴线延伸的环。碳-碳复合材料盘式制动器包括多个层和多个径向碳纤维。多个层相对于纵向轴线沿轴向方向和周向方向延伸。多个层中的每个层包括多根细长碳纤维，该多根细长碳纤维包括基本上沿轴向方向延伸的多根细长轴向纤维以及基本上沿周向方向延伸的多根细长周向纤维。多根细长纤维的至少40％基本上沿轴向方向延伸。多根径向碳纤维相对于纵向轴线基本上沿径向方向延伸并且机械地粘结多个层中的一个或多个相邻层。在一些示例中，本公开描述了方法，该方法包括围绕芯轴卷绕复合材料织物以形成多个层，该多个层限定沿着中心纵向轴线延伸的环。复合材料织物包括相对于纵向轴线基本上沿轴向方向延伸的多根细长轴向纤维以及相对于纵向轴线基本上沿周向方向延伸的多根细长周向纤维。该方法还包括将多根径向纤维引入多个层的至少一部分中，该多根径向纤维相对于纵向轴线基本上沿径向方向延伸。多根径向纤维机械地粘结多个层中的一个或多个相邻层。在一些示例中，本公开描述了用于形成复合材料制动垫的方法，该方法包括将碳纤维织物缠绕在旋转芯轴周围以形成多个层，该多个层限定沿着中心纵向轴线延伸的圆筒。碳纤维织物包括多根细长碳纤维，该多根细长碳纤维的至少40％沿轴向方向延伸。该方法还包括簇绒或针刺多个层中的至少一者，以将径向延伸的纤维引入多个层中以形成碳纤维预制件。该方法还包括使碳纤维预制件热解，至少部分地使碳纤维预制件致密化，以及将碳纤维预制件分割成限定多个复合材料盘式制动器的盘。在一些示例中，本公开描述了包括复合材料织物源和芯轴的系统。复合材料织物源包括复合材料织物。芯轴被构造成围绕芯轴卷绕复合材料织物以形成纤维预制件，该纤维预制件限定沿着中心纵向轴线延伸的环。纤维预制件包括多个层和多根径向纤维。多个层相对于纵向轴线沿轴向方向和周向方向延伸。多个层中的每个层包括多根细长纤维，该多根细长纤维包括基本上沿轴向方向延伸的多根细长轴向纤维以及基本上沿周向方向延伸的多根细长周向纤维。多根细长纤维的至少40％基本上沿轴向方向延伸。多根径向纤维相对于纵向轴线基本上沿径向方向延伸并且机械地粘结多个层中的一个或多个相邻层。本公开的一个或多个示例的细节在以下附图和说明书中阐述。本公开的其他特征、目的和优点将从描述和附图以及从权利要求书中显而易见。附图说明图1是示出示例性车轮和制动器组件的概念图，该车轮和制动器组件可包括根据本公开的技术和结构特征形成的盘式制动器中的一个或多个盘式制动器。图2是限定内径(ID)和外径(OD)的示例性定子制动盘的示意性透视图。图3A是可用于制造本文所述的复合摩擦材料的示例性纤维预制件的示意性透视图。图3B是如图3A所指示的纤维预制件的一部分的局部横截面。图4是示出用于制造图3A的纤维预制件的示例性系统的概念图。图5A和图5B是示出在使用本文所述的技术制造的示例性摩擦复合材料以及示例性非织造摩擦复合材料的制动过程期间的示例性峰值温度的热图。图6是使用本文所述的技术制造的示例性摩擦复合材料以及示例性非织造摩擦复合材料的峰值抗氧化剂温度与时间的曲线图。图7是示出制造纤维预制件的示例性技术的流程图。具体实施方式在一些示例中，本公开描述了用于生产复合摩擦材料的纤维预制件，该复合摩擦材料可用于例如形成盘式制动器。所描述的纤维预制件可限定沿着中心纵向轴线延伸的环。纤维预制件可包括多个层，该多个层相对于纵向轴线沿轴向方向和周向方向延伸。多个层中的每个层可包括复合材料织物。复合材料织物包括沿着长轴延伸的多根细长纤维。在一些示例中，多根细长纤维中的纤维的长轴的至少40％相对于纵向轴线沿轴向方向延伸。例如，多根细长纤维中的大部分纤维可相对于纵向轴线沿轴向方向延伸，其余纤维相对于纵向轴线沿周向方向或径向方向延伸。在一些示例中，可选择沿轴向方向、周向方向和径向方向中的每一者延伸的纤维的百分比以改善摩擦特性、剪切强度、扭矩强度以及它们的组合。复合摩擦材料，诸如复合材料飞机制动器，在操作期间磨损。在飞机制动器的示例中，增加制动器的使用寿命可通过增加耐磨销长度、降低摩擦材料的磨损率或两者来实现。通常，耐磨销已经处于最大长度。因此，降低磨损率可能是有益的。复合材料中的纤维取向可影响磨损率和热导率。在一些示例中，复合材料飞机制动器包括径向纤维区段和弦向纤维区段的交替层，使得大部分纤维位于制动盘的径向方向和弦向方向上。针刺可用于在轴向方向上引入相对较低百分比的纤维。使复合摩擦材料的大部分纤维相对于由盘式制动器限定的环的纵向轴线在轴向方向上(例如，垂直于摩擦表面)取向可降低磨损率，增加热导率(在轴向方向上)，并且增加复合摩擦材料的使用寿命。附加地或另选地，大多数纤维的轴向取向可提高从摩擦表面到散热器(诸如背衬板)的热导率。例如，通过更好地传导热，轴向取向的纤维可降低峰值温度和/或减少操作期间暴露于温度的时间，这可增加摩擦材料和/或摩擦材料上的抗氧化剂涂层的使用寿命。附加地或另选地，大部分纤维的轴向取向可通过提供优先取向的纤维经由化学气相渗透或化学气相沉积(CVI/CVD)工艺来改善中盘致密化，这可减小密度梯度，潜在地增加体密度，从而导致较低的整体温度，和/或潜在地减少本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纤维预制件，所述纤维预制件限定沿着中心纵向轴线延伸的环，所述纤维预制件包括：/n多个层，所述多个层相对于所述纵向轴线沿轴向方向和周向方向延伸，其中所述多个层中的每个层包括多根细长纤维，所述多根细长纤维包括：/n多根细长轴向纤维，所述多根细长轴向纤维基本上沿所述轴向方向延伸；和/n多根细长周向纤维，所述多根细长周向纤维基本上沿所述周向方向延伸，/n其中所述多根细长纤维的至少40％基本上沿所述轴向方向延伸；和/n多根径向纤维，所述多根径向纤维相对于所述纵向轴线基本上沿所述径向方向延伸，其中所述多根径向纤维机械地粘结所述多个层中的一个或多个相邻层。/n

【技术特征摘要】
20191008 US 16/596,5571.一种纤维预制件，所述纤维预制件限定沿着中心纵向轴线延伸的环，所述纤维预制件包括：
多个层，所述多个层相对于所述纵向轴线沿轴向方向和周向方向延伸，其中所述多个层中的每个层包括多根细长纤维，所述多根细长纤维包括：
多根细长轴向纤维，所述多根细长轴向纤维基本上沿所述轴向方向延伸；和
多根细长周向纤维，所述多根细长周向纤维基本上沿所述周向方向延伸，
其中所述多根细长纤维的至少40％基本上沿所述轴向方向延伸；和
多根径向纤维，所述多根径向纤维相对于所述纵向轴线基本上沿所述径向方向延伸，其中所述多根径向纤维机械地粘结所述多个层中的一个或多个相邻层。


2.根据权利要求1所述的纤维预制件，其中所述多根细长纤维中的至少40％沿所述周向方向延伸。


3.根据权利要求1所述的纤维预制件，其中所述纤维预制件中的纤维的少于20％沿所述径向方向延伸。


4.根据权利要求1所述的纤维预制件，其中所述多根纤维的体积为所述纤维预制件的总体积的约15％至约50％。


5.根据权利要求1所述的纤维预制件，其中所述多根细长纤维包括连续的细长纤维。


6.根据权利要求1所述的纤维预制件，其中所述多个层中的每个层包括具有连续纤维织物的第一层和具有非织造纤维织物的第二层。


7.根据权利要求1所述的纤维预制件，其中所述环包括：
内部径向节段，所述内部径向节段包括所述多个层中的限定内部预制件直径的至少内层，所述内部径向节段具有沿所述径向方向延伸的所述多根细长纤维中的第一百分比的纤维；
外部径向节段，所述外部径向节段包括所述多个层中的限定外部预制件直径的至少外层，所述外部径向节段具有沿所述径向方向延伸的所述多根细长纤维中的第二百...

【专利技术属性】
技术研发人员：布莱恩·舒拉，
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