由碳/碳复合材料制造摩擦部件的方法技术

本发明专利技术涉及一种由碳／碳复合材料制造摩擦部件的方法，该方法包含：获得用溶液或悬浮液浸渍的碳纤维的三维纤维预成型体，所述溶液或悬浮液使得耐火金属氧化物粒子的分散体能够留在预成型体的纤维上；通过耐火氧化物与纤维的碳的碳还原反应进行热处理以形成金属碳化物；以及继续所述热处理直至所述碳化物通过消除金属转化为碳；然后通过化学气相渗透用碳基体将预成型体致密化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及由碳/碳(c/c)复合材料制造摩擦部件，所述碳/碳复合材料即为包含由碳纤维制成的纤维增强件和由碳制成的基体的材 料。本专利技术的应用领域为由c/c复合材料制造航空刹车盘的领域。
技术介绍
为了改进由c/c复合材料制成的摩擦部件的耐磨性，已提出在其 中引入耐火陶瓷，特别是碳化硅，SiC。因此，根据文献WO 99/23049，用如二氧化硅Si02的耐火氧化物 的胶体溶液浸渍由碳纤维制成的纤维预成型体，所述氧化物通过热处 理转化为碳化物，由此导致氧化物与预成型体纤维的碳之间的反应。 然后通过化学气相渗透(CVI)用碳基体将所述预成型体致密化。在文献US 6 376 431中，提出用如SiC前体的陶瓷前体的溶液浸 渍纤维预成型体，然后在通过CVI用碳基体致密化之前进行热处理以 将所述前体陶瓷化。以本申请人名义的文献WO 2006/067184描述了一种方法，其包含 用溶液或悬浮液浸渍由碳纤维制成的二维结构或纤维层片，从而使得 有可能在由所述二维结构或层片制备三维纤维预成型体之后获得浸渍的纤维预成型体。所述溶液或悬浮液为如Si02的耐火氧化物的前体的溶胶-凝胶，或者为氧化物的胶体悬浮液，如胶体二氧化硅。通过与纤 维的碳反应而将氧化物转化为碳化物的热处理在通过CVI使用碳基体 的致密化之前进行。本申请人观察到陶瓷粒子的存在的确能够降低摩擦损耗，但其影 响了所得C/C复合材料摩擦部件的机械性能。文献WO 2006/067184 的方法试图通过控制陶瓷粒子在部件内的分布来减小陶瓷粒子的存在 的影响，特别是为了避免这种粒子存在于经受高度机械应力的区域，如起到传递制动扭矩作用的刹车盘芯。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够获得c/c复合材料摩擦部件的方法，所述摩擦部件显示降低的摩擦损耗，特别是在高温下，并同时在整个 部件体积内仍显示良好的机械性能。该目的通过一种实现，所述方法包含 获得用溶液或悬浮液浸渍的碳纤维的三维纤维预成型体，所述 溶液或悬浮液使得耐火金属氧化物粒子的分散体能够留在预成型体的 纤维上； 通过耐火氧化物与纤维的碳的碳还原(carboreduction)反应来进行热处理以形成金属碳化物； 继续所述热处理直至所述碳化物通过消除金属转化为碳；然后 通过化学气相渗透用碳基体将预成型体致密化。如下详细所述，申请人已惊奇地发现尽管碳化物转化为碳，但本 专利技术的方法也有可能获得优良的耐磨性，并同时显示类似于以常规方 式通过将未在先用溶液或悬浮液浸渍的碳纤维预成型体致密化而获得 的C/C复合材料摩擦部件的机械性能，所述溶液或悬浮液使得陶瓷粒 子分布于预成型体内。热处理在惰性或基本上惰性的气氛下进行，所述气氛即为由惰性 气体和少量氧气(通常为大约数百万分之一 (ppm)至数百ppm，例如 2 ppm至250 ppm的氧气浓度)组成的气氛。所述热处理优选在1450°C至2300°C的温度下进行。热处理的总 持续时间优选不少于2小时(h)且优选不多于40h。此外，所述热处理可在低压下进行，例如在低真空下。所述浸渍可通过氧化物粒子的胶体悬浮液或通过含有至少一种氧 化物前体的溶胶-凝胶进行。优选地，通过浸渍引入纤维预成型体的氧化物构成0.01重量％至 10重量％，且更优选0.1重量％至5重量％的浸渍之前纤维预成型体的 重量。在一种实施方案中，如下步骤连续进行制造纤维预成型体的步 骤；和用溶液或悬浮液浸渍所述纤维预成型体的步骤。在另一实施方案中，如下步骤连续进行用溶液或悬浮液浸渍二 维纤维结构的步骤；和由所述浸渍的纤维结构制备浸渍的纤维预成型 体的步骤。在又一实施方案中，如下步骤连续进行用溶液或悬浮液浸渍纱 的歩骤；由所述浸渍的纱制备浸渍的二维纤维结构的步骤；和由所述浸渍的纤维结构制备浸渍的纤维预成型体的步骤。耐火氧化物优选为Si02。附图说明在如下给出的详细描述中参照附图，其中图1和2显示本专利技术方法的两个实施方案中的连续步骤；图3绘出显示对于根据本专利技术获得的刹车盘和现有技术的刹车盘，在由C/C复合材料制成的刹车盘上测得的损耗作为温度的函数的曲线；以及图4为用于穿层(trans-laminar)剪切强度测试的由C/C复合材料 制成的试样的高度示意图。具体实施例方式本专利技术方法的第一种实施方案参照图1描述。 第一步IO为从碳纤维制备三维(3D)纤维预成型体。 以公知的方式，这种3D预成型体可由重叠和粘合在一起的二维 (2D)纤维结构的层片或层制得。所述2D纤维结构可为机织织物、 毛毡、针织物，或者单向(UD)片或多向(nD)片的形式。UD片由 基本上彼此平行延伸的纱或单丝构成，且可提供横向粘合，例如通过 光针刺，从而产生对UD片的一定量的粘合。nD片由在不同方向上延 伸并通过例如针剌、缝合等彼此粘结的重叠的UD片构成。因此能使 用包含机织织物或者片或者置于织物或片上且通过例如针刺粘结的自 由纤维的棉网的复合2D纤维结构。2D纤维结构的重叠的层或层片之 间的粘结可通过例如针刺，或通过植入线进行，从而获得粘合的(即6能被处理而不失去其粘合的)粘合3D纤维预成型体。可参考描述3D 纤维板(如用于刹车盘的环状预成型体的预成型体能从该纤维板上切 割)的制造的文献US 4 790 052和US 5 792 715，或者参考描述通过重 叠环状层片并通过环形针刺制造环状预成型体的文献EP 0 232 059。所述2D纤维结构也可为螺旋结构的形式，所述螺旋结构以重叠的 平面捻回(turns)缠绕从而形成如刹车盘预成型体的环状预成型体。 所述重叠的捻回可通过针刺粘结在一起。可参考文献US 6 009 605和 US 6 363 593。所述2D纤维结构可由碳制成，或更常见地由例如预氧化的聚丙烯 腈(PAN)的碳前体制得。PAN前体在制得3D纤维预成型体之后通过 热处理转化为碳。方法的第二步12为用悬浮液或溶液浸渍纤维预成型体，所述悬浮 液或溶液使得至少一种耐火氧化物能够分布于预成型体的纤维上。有 可能使用含有氧化物前体的溶胶-凝胶溶液。例如，含有SiCb的前体的 溶胶-凝胶可通过将一种Si02的前体四乙氧基硅烷(TEOS)， Si(OC2H5)4 与乙醇、盐酸和水混合获得，Si02粒子在干燥之后获得。也有可能使 用氧化物的胶体悬浮液，所述氧化物粒子的平均大小优选为100纳米 (nm)以下，或甚至为50nm以下。优选地，使用含有Si02的前体的溶液，或者使用Si02的胶体悬浮液。所述纤维预成型体可通过浸入浴中被浸渍，且浸渍可通过应用真 空协助。在干燥(歩骤14)之后，-耐火氧化物粒子分布于整个体积的纤维 预成型体的纤维上。浸渍进行一个或多个循环，并通过选择溶胶-凝胶 溶液的浓度或悬浮液的浓度使得分布于纤维预成型体内的耐火氧化物 的量为浸渍之前纤维预成型体重量的0.1%至20%，且优选为1%至15% 而进行。然后进行热处理(步骤16)以通过与预成型体的纤维的碳的碳还 原反应将耐火氧化物转化为碳化物，然后通过消除硅将该碳化物转化 为碳。进行热处理的温度优选为1450°C至2300°C。加热温度的总持 续时间优选不少于2 h且优选不多于40 h，应了解用于获得碳化物至碳的完全转化的该持续时间具体取决于温度。所选的温度越高，能获得越短的持本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由碳／碳复合材料制造摩擦部件的方法，该方法包含：　.获得用溶液或悬浮液浸渍的碳纤维的三维纤维预成型体，所述溶液或悬浮液使得耐火金属氧化物粒子的分散体能够留在预成型体的纤维上；　.通过耐火氧化物与纤维的碳的碳还原反应进行热处理 以形成金属碳化物；　.继续所述热处理直至所述碳化物通过消除金属转化为碳；然后　.通过化学气相渗透用碳基体将预成型体致密化。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：M罗兰，R帕耶，M卡塔尔迪，S博，P雅克马尔，
申请(专利权)人：马塞尔布加蒂股份有限公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]