碳/碳复合材料刹车盘的制备方法技术

本发明专利技术涉及刹车盘制备方法领域，尤其是碳/碳复合材料刹车盘的制备方法。该制备方法包括以下步骤：A、首先制作变密度的碳纤维整体针刺毡预制体；B、然后按刹车盘规格要求将预制体切割成圆环并装入气相沉积炉，同一规格的圆环预制体装在同一料柱中，相邻的预制体之间用石墨垫环隔离。该发明专利技术采用变密度碳纤维预制体及控制料柱内腔反应气体入口温度的方法，实现碳/碳复合材料刹车盘定向化学气相沉积渗碳，保证碳/碳复合材料刹车盘芯部和表层密度一致性，使刹车盘的整体密度突破了1.82g/

【技术实现步骤摘要】
碳/碳复合材料刹车盘的制备方法


[0001]本专利技术涉及刹车盘制备方法领域，尤其是碳/碳复合材料刹车盘的制备方法。

技术介绍

[0002]碳/碳复合材料刹车盘是飞机刹车装置中的关键部件，由于其重量轻、耐高温、寿命长，得到了广泛应用。在世界范围内，新型飞机基本上都采用了碳/碳复合材料刹车盘。随着飞机性能和安全性要求的不断提高，对刹车的要求也越来越高。特别是对碳/碳复合材料刹车盘的要求不断提升。早期使用的碳/碳复合材料刹车盘密度在（1.68~1.75）g/
㎝3之间，碳刹车盘的使用寿命在1500~2000起落之间。碳/碳复合材料的化学气相沉积（CVD）密度一直徘佪在1.75 g/
㎝3以下，规模化生产效率低，且碳/碳复合材料刹车盘的密度分散性较大，这直接影响了飞机刹车性能和安全性，并且带来了生产成本居高不下，规模化生产能力难以形成。
[0003]专利一ZL90110359公开了一种碳/碳复合材料刹车盘的制备方法，专利一采用碳布叠层制做均质预制体和恒温恒压法进行气相沉积（CVD）制备碳/碳复合材料刹车盘。此方法是将碳布叠层预制体置于气相沉积炉中，在恒温恒压条件下，经过3~4次化学气相沉积过程将预制体增密至（1.68~1.75 ）g/
㎝3的密度。每个化学气相沉积过程结束后，将沉积后的碳坯体表层致密层加工掉，并采用高温热处理的方法打开碳坯体表层孔隙，便于继续进行渗碳增密。
[0004]专利二CN105697614B公开了一种制备碳/碳复合材料刹车盘的制备方法，专利二采用整体针刺毡碳纤维制做均质预制体和恒温恒压法进行化学气相沉积增密方法制备碳/碳复合材料刹车盘。
[0005]专利三CN101671189B公开了一种高性能炭基复合材料的制备方法，专利三采用国产炭纤维制做整体针刺毡预制体，将炭纤维整体针刺毡预制体置于专用的电热法定向沉积渗炭炉中，通过专用工装直接对炭纤维构件通电加热，使炭纤维构件达到气源气裂解温度，从而使构件快速从芯部逐次渗炭增密。
[0006]综上所述，专利一和专利二制备碳/碳复合材料刹车盘，采用二维碳布叠层预制体或准三维针刺毡预制体，利用常规的气相沉积设备在恒温恒压条件下进行渗碳增密，工艺简单稳定，便于规模化生产。但是对于较厚尺寸（厚度>20mm）的碳刹车盘，一是沉积过程反复次数较多，生产周期较长；二是最终密度达到1.75g/
㎝3左右就很难增密；三是易形成“空心萝卜”，碳刹车盘表层密度高，芯部密度较低。以上问题导致现有技术生产的碳刹车盘制造成本高，生产周期长，湿态摩擦性能衰退大，使用寿命短，不同磨损状态下碳刹车盘的刹车性能变化较大。专利三提出的电热法定向渗碳工艺从碳盘芯部逐次向外层渗碳，可以解决“空心萝卜”问题，但实施工艺复杂，设备要求高，每炉装炉量极少，不易于规模化生产。

技术实现思路

[0007]为了克服现有的复合材料刹车盘规模化生产困难，且刹车性能低的不足，本专利技术
提供了碳/碳复合材料刹车盘的制备方法。
[0008]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种碳/碳复合材料刹车盘的制备方法，包括以下步骤：A、首先制作变密度的碳纤维整体针刺毡预制体；B、然后按刹车盘规格要求将预制体切割成圆环并装入气相沉积炉，同一规格的圆环预制体装在同一料柱中，相邻的预制体之间用石墨垫环隔离；C、对气相沉积炉内的预制体进行第一次真空热处理；D、对经过第一次真空热处理后的预制体进行第一次化学气相沉积渗碳，增密至1.45 g/
㎝3以上密度的碳坯体；E、将经过第一次化学气相沉积的碳坯体进行机加工及第二次真空热处理；F、将经过第二次真空热处理后的碳坯体置入化学气相沉积炉中，同一规格的碳坯体置入同一料柱中，料柱高度、在1.1m~1.5m之间，相邻的碳坯体之间用石墨垫环隔开，并保持料柱腔内气密性，然后进行第二次化学气相沉积。
[0009]G、将经过第二次气相沉积增密至1.82 g/
㎝3以上密度的碳坯体置入真空热处理炉中进行第三次真空热处理。
[0010]根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述碳纤维整体针刺毡预制体由中间结构层和摩擦层组成，中间结构层位于两个摩擦层之间。
[0011]根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述中间结构层由两层无纬布和一层网胎组成，中间结构层密度为0.8 g/
㎝3，无纬布和网胎采用T300/24K PAN基碳纤维，中间结构层的无纬布体积含量为80%，网胎体积含量为20%。
[0012]根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述摩擦层由一层无纬布和一层网胎组成，摩擦层密度为0.45 g/
㎝3，无纬布和网胎采用T300/24K PAN基碳纤维，摩擦层的无纬布体积含量为40%，网胎体积含量为60%。
[0013]根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述化学气相沉积以天燃气、甲烷或丙烷为化学反应气。
[0014]根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述第一次真空热处理温度为950~1100℃，炉内压力为1~3kPa，保温时间为2~3h。
[0015]根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述第一次化学气相沉积的料柱腔内化学反应气入口温度为850℃~890℃，沉积压力为1~3kPa，沉积温度为915~955℃，沉积时间为350~450h。
[0016]根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述第二次真空热处理的温度为1600~1800℃，压力为1~3kPa，保温时间为2~4h。
[0017]根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述第二次化学气相沉积的料柱腔内化学反应气入口处温度为880~910℃，化学气相沉积炉内压力为1~3kPa，温度为950~980℃，沉积时间为400~500h。
[0018]根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述第三次真空热处理的温度为1850℃~2600℃，炉内压力为1~3kPa，保温时间为2~4h。
[0019]本专利技术的有益效果是，该专利技术采用变密度碳纤维预制体及控制料柱内腔反应气体入口温度的方法，实现碳/碳复合材料刹车盘定向化学气相沉积渗碳，保证碳/碳复合材料
刹车盘芯部和表层密度一致性，使刹车盘的整体密度突破了1.82g/
㎝3。本专利技术制备的碳/碳复合材料刹车盘性能大幅提高，刹车热衰退显著降低，且生产工艺简单，易于规模化生产，提高了生产效率，降低了成本。
附图说明
[0020]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0021]图1是本专利技术的碳纤维整体针刺毡预制体的结构示意图；图2是本专利技术的料柱腔内化学反应气的流场示意图；图3是本专利技术的预制体和石墨垫环的结构示意图；图中1. 中间结构层，2. 摩擦层，3. 预制体，4. 石墨垫环。
具体实施方式
[0022]图1是本专利技术的碳纤维整体针刺毡预制体的结构示意图；图2是本专利技术的料柱腔内化学反应气的流场示意图；图3是本专利技术的预制体和石墨垫环的结构示意图。
[0023]结合附图1、附图2和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳/碳复合材料刹车盘的制备方法，其特征是，包括以下步骤：A、首先制作变密度的碳纤维整体针刺毡预制体（3）；B、然后按刹车盘规格要求将预制体（3）切割成圆环并装入气相沉积炉，同一规格的圆环预制体（3）装在同一料柱中，相邻的预制体（3）之间用石墨垫环（4）隔离；C、对气相沉积炉内的预制体（3）进行第一次真空热处理；D、对经过第一次真空热处理后的预制体（3）进行第一次化学气相沉积渗碳，增密至1.45 g/
㎝3以上密度的碳坯体；E、将经过第一次化学气相沉积的碳坯体进行机加工及第二次真空热处理；F、将经过第二次真空热处理后的碳坯体置入化学气相沉积炉中，同一规格的碳坯体置入同一料柱中，料柱高度、在1.1m~1.5m之间，相邻的碳坯体之间用石墨垫环（4）隔开，并保持料柱腔内气密性，然后进行第二次化学气相沉积。2.G、将经过第二次气相沉积增密至1.82 g/
㎝3以上密度的碳坯体置入真空热处理炉中进行第三次真空热处理。3.根据权利要求1所述的碳/碳复合材料刹车盘的制备方法，其特征是，所述碳纤维整体针刺毡预制体（3）由中间结构层（1）和摩擦层（2）组成，中间结构层（1）位于两个摩擦层（2）之间。4.根据权利要求2所述的碳/碳复合材料刹车盘的制备方法，其特征是，所述中间结构层（1）由两层无纬布和一层网胎组成，中间结构层（1）密度为0.8 g/
㎝3，无纬布和网胎采用T300/24K PAN基碳纤维，中间结构层（1）的无纬布体积含量为80%，网胎体积含量为20%。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：楼建军，尹延琪，唐族娟，
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：