一种碳制造技术

本发明专利技术公开了一种碳

【技术实现步骤摘要】
一种碳/碳复合材料刹车盘及其制备方法


[0001]本专利技术属于刹车盘制造
，具体涉及一种碳
/
碳复合材料刹车盘及其制备方法
。

技术介绍

[0002]碳
/
碳复合材料具有密度小
、
比强度高
、
耐高温
、
抗热震性能优异
、
摩擦磨损性能优异以及制动吸收能量大的特点，成为一种良好的摩擦材料
。
尤其是应用于飞机刹车盘，显著提高了飞机的可靠性
、
安全性
、
经济性，因而在现代飞机上得到广泛应用
。
[0003]碳
/
碳复合材料是以碳纤维织物为增强材料
、
以碳为基体，主要通过气相增密和
(
或
)
液相增密工艺制备得到要求密度的全碳质复合材料
。
目前行业制备碳
/
碳复合材料刹车盘的增密方式主要有两种路线：一是以丙烯为碳源气体对碳纤维预制体气相增密至一定密度后，采用树脂或沥青继续液相增密至要求的密度；二是以天然气为主要的碳源气体对碳纤维预制体气相增密直至要求的密度
。
两种增密路线制备的碳
/
碳复合材料皆需通过最终高温热处理
(
通常为
2000
～
2400℃)
调整材料的热学
、
力学性能，以使碳
/
碳复合材料飞机刹车盘满足使用性能要求
。
[0004]以上两种制备碳
/
碳复合材料刹车盘的增密路线皆存在不足，路线一中产品中的碳包含碳纤维，气相沉积热解碳以及液相浸渍碳；路线二中产品中的碳包含碳纤维及气相沉积热解碳
。
上述三种碳在热学性能差异大，难以通过高温热处理将几种碳的导热系数调控为一致，且不同碳具有不同的摩擦磨损特性，因此将导致产品性能的稳定性差及寿命不满足使用要求
。
[0005]目前，通常将产品经最终高温热处理以兼顾材料热学及力学性能指标要求，并达到良好的摩擦磨损性能
。
因此，碳纤维预制体
、
增密碳工艺路线以及最终高温热处理的选择与匹配至关重要
。
过高温度的热处理，可提升材料的导热系数，但是可能导致产品摩擦磨损性能下降；过低的热处理温度，材料的导热系数可能无法满足要求，导致产品散热困难，甚至产品在刹车过程中温升过高引起摩擦磨损性能波动大而无法满足要求
。
[0006]因此，如何同时兼顾碳
/
碳复合材料刹车盘优异的导热性能和摩擦磨损性能，是开发高性能，长寿命刹车盘的重点及难点
。
[0007]业内人士针对高导热碳
/
碳复合材料进行了研究开发及应用，专利
CN
[0008]109437949A
以沥青基碳纤维为增强体，与中间相沥青粉末模压成型，再采用化学气相渗透法与树脂浸渍相结合的复合工艺制备高导热碳
/
碳复合材料
。
该碳
/
碳复合材料含有碳纤维
、
沥青碳
、
树脂碳以及气相沉积热解碳，若作为飞机刹车盘使用，可能存在无法同时满足产品的各项性能指标
。
因此，有必要针对飞机刹车盘使用要求
(
优异的导热性能和摩擦磨损性能
)
开发新型碳
/
碳复合材料
。

技术实现思路

[0009]针对目前碳
/
碳复合材料刹车盘成分多，各成分之间性能差异难以通过工艺参数
调整至一致，导致碳
/
碳复合材料刹车盘无法同时兼顾各项性能指标要求，从而导致刹车盘性能差，寿命短，本专利技术的第一个目的在于提供一种碳
/
碳复合材料刹车盘，中间含有石墨纸，刹车盘的增密碳为全粗糙层结构，材料性能满足要求，具有优异的导热性能和摩擦磨损性能，且刹车盘寿命长，使用成本低
。
[0010]本专利技术的第二个目的在于提供一种碳
/
碳复合材料刹车副的制备方法
。
[0011]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0012]本专利技术一种碳
/
碳复合材料刹车盘，所述碳
/
碳复合材料刹车盘包括圆环状的刹车盘盘体以及周向分布于刹车盘盘体内圈或外圈的多个齿部，所述刹车盘盘体的中心位置设置有圆环状的石墨纸
。
[0013]本专利技术所提供的碳
/
碳复合材料刹车盘，在刹车盘盘体的厚度的中心位置设置有石墨纸，充分利用石墨纸优异的热导性能，可将刹车制动时碳
/
碳复合材料中心处的热量快速传导至表面，从而降低碳
/
碳复合材料的表面温升，有利于碳
/
碳复合材料刹车盘性能的稳定，此外，齿部区域不含有石墨纸，其他位置含有石墨纸，其目的使得齿部区域材料的热导性能与含有石墨纸位置的热导性能差异化，且使得齿部区域的热导率小于其他部位
(
如齿槽位置
)
，以此避免齿部区域过热而导致齿部及齿部钢夹性能恶化，从而避免极端工况下
(
如中止起飞
/RTO)
刹车盘的失效
。
[0014]优选的方案，所述石墨纸的厚度为
0.6
‑
1mm。
将石墨纸的厚度控制在上述范围内碳
/
碳复合材料刹车盘的性能最优，过薄的石墨纸在碳纤维预制体制备过程中易脆断，导致无法有效发挥石墨纸的优异导热性能；过厚的石墨纸，碳纤维预制体制备过程中针刺
Z
向纤维回拉时纤维易受到卡阻，将导致
Z
向纤维含量
、
分布无法达到设计要求，影响碳
/
碳复合材料刹车盘的力学性能
。
[0015]优选的方案，所述的石墨纸热面向热导率
≥400W/m.K
，优选为
400
～
600W/m.K
，厚度向热导率＜
22W/m.K,
，优选为8～
22W/m.K。
[0016]本专利技术中的石墨纸特性为面向热导率远大于厚度向热导率，要求面向
、
厚度向热导率高，有利于刹车盘芯部热量的快速传递至表面
(
尤其是
XY
向
)
从而散热，降低刹车盘温升
。
[0017]优选的方案，所述石墨纸的碳含量
≥99.0
％
。
[0018]优选的方案，所述齿部
≤16
个
。
[0019]其中，齿部设置于刹车盘盘体内圈的为碳
/
碳复合材料刹车本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种碳
/
碳复合材料刹车盘，其特征在于：所述碳
/
碳复合材料刹车盘包括圆环状的刹车盘盘体以及周向分布于刹车盘盘体内圈或外圈的多个齿部，所述刹车盘盘体的中心位置设置有圆环状的石墨纸
。2.
根据权利要求要1所述的一种碳
/
碳复合材料刹车盘，其特征在于：所述石墨纸的厚度为
0.6
‑
1mm
；所述的石墨纸热面向热导率
≥400W/m.K
；厚度向热导率＜
22W/m.K
，所述石墨纸的碳含量
≥99.0
％
。3.
根据权利要求要1所述的一种碳
/
碳复合材料刹车盘，其特征在于：所述碳
/
碳复合材料刹车盘中的碳基体为全粗糙层结构，所述碳
/
碳复合材料刹车盘的密度
≥1.78g/cm3。4.
权利要求1‑3任意一项所述的一种碳
/
碳复合材料刹车盘的制备方法，其特征在于：将碳纤维无纬布与碳纤维网胎交替铺层，且在中心位置铺设一层石墨纸，然后逐层针刺即得碳纤维预制体，将碳纤维预制体进行热处理，然后再进行化学气相沉积，获得碳
/
碳复合材料坯体，再经热处理
、
机加工即得碳
/
碳复合材料刹车盘
。5.
根据权利要求4所述的一种碳
/
碳复合材料刹车盘的制备方法，其特征在于：将碳纤维无纬布与碳纤维网胎交替铺层，控制层间密度为
10
～
20
层
/cm
，碳纤维无纬布与碳纤维网胎的重量比为
60
～
80
：
40
～
20
，相邻近碳纤维无纬布的铺层角度为0°
/90
°
；针刺时，以石墨纸表面为基准，距离石墨纸上下表面2～
4mm
的厚度方向区域的针刺行间距为1～
3mm
，其他区域的行间距为2～4，且距离石墨纸上下表面2～
4mm
的厚度方向区域的针刺行距比其他区域的针刺行间距小
0.5mm
以上
。6.
根据权利要求4所述的一种碳
/
碳复合材料刹车盘的制备方法，其特征在于：所述碳纤维预制体的体积密度为
0.4
～
0.6g/cm3。7.
根据权利要求4所述的一种碳
/
碳复合材料刹车盘的制备方法，其特征在于：所述碳纤维预制体热处理的温度为
1500
～
2000℃
，热处理的时间为2～
4h
，升温速率
≤200℃/h
，炉内压力＜
3000Pa。8.
根据权利要求4所述的一种碳

【专利技术属性】
技术研发人员：沈益顺，陈灵涛，陈亮，刘婵，谢建伟，邵南子，熊杰，
申请(专利权)人：湖南博云新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：