刹车和离合器片的改进制造技术

通过硅化不完全致密化的碳－碳纤维预制品，制造碳纤维增强陶瓷刹车和离合器片，所述不完全致密化的碳－碳纤维预制品通过单个化学气相渗透步骤制得，并使硅化后致密化预制品进入碳渗透步骤，例如化学气相或液相渗透。本方法与传统的化学气相渗透方法相比，大大减少了处理时间，降低了成本，同时生产出高效的最终产品，该最终产品具有优化的结构和摩擦特性，尤其是在高温时的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种制造刹车和离合器片的方法，例如用于陆地才几动车辆或航空器，以及 涉及其所获得的新刹车和离合器片。特别地，本专利技术涉及包含碳纤维增强陶资材料的刹车 和离合器片，该刹车和离合器片可以的获得方式是利用化学气相渗透(chemical vapour infiltration)在增强碳纤维的周围形成碳基体，用熔融硅浸渍碳基体，之后使珪化处理后的 产品进入渗碳阶段。
技术介绍
碳纤维增强陶乾刹车片的使用受到广泛关注，尤其是硅化的碳-碳纤维复合材料，因为 它们具有高强度，在高工作温度下能维持良好的物理和摩擦特性，以及与金属片相比重量 较低，例如相对于标准的铸铁片重量降低50-70%。这种重量的降低对于改善性能和节约燃 料非常重要；通过降低车辆的非弹簧承载重量，也可以提高车辆行驶性能、操作性能以及 舒适性。机动车也同样可以从离合器片使用低重量高摩擦材料中受益。现有的可以买到的硅化碳纤维增强陶瓷刹车片主要是"树脂碳化"方法，在该方法中， 增强碳纤维和可碳化树脂(例如沥青或酚醛树脂)通过热模塑在一起获得所需形状，所获 得的模制预制品进行碳化(例如在惰性气氛或真空中加热至摄氏1000。C),并可以选择石 墨化(例如，加热到>2000°0。所获得的坯体随后可以成形和/或连接在一起，以及可以 进行硅化处理，例如至少部分浸入熔融的硅浴里，或者热等静压处理，在真空容器中用过 量硅进行封装，之后在高温和等静压中处理。树脂碳化程序的优点在于操作相对简单，但是也存在很多缺点。因此，模具通常填充 有随机定向的纤维，典型地的平均长度少于30mm,更通常地为少于25mm。纤维可以从 预先浸渍了树脂的碳纤维的火柴杆状材料砍得，例如使用毡制品，其中树脂分别注入模具 中。短纤维的无规则取向最好能限制利用树脂碳化程序所获得的产品的再现性。另一个缺点是，树脂可能收缩，并在碳化过程中碳纤维暴露在外面。这些暴露纤维的 完整性可能在接下来的硅化步骤中与硅反应而遭到破坏。需要用到模具也使程序上有限 制，因为产品形状的任何改变将必然导致昂贵的重新加工费用。现有技术中，可以采用化学气相渗透来代替树脂碳化来形成碳-碳纤维复合材料，虽然 通常被认为对于特别用途例如航空器的碳-碳纤维复合刹车片，过于复杂且昂贵。这些刹车 片的制造通常包括生成最初的碳纤维预制品，该预制品随后进入化学气相渗透步骤，例如 采用曱烷作为热解碳源。需要一 系列的步骤，因为沉积碳容易堵塞增强纤维之间的小孔， 并从而阻碍碳的吸附。通常在10-14天后出现初始饱和；此时，预制品的密度大约为0.9-1.6 g/cm3,且将没有足够的强度或完整性来作为刹车片。因此，通常做法是从炉中去除部分致 密化的预制品，并加工其表面以重新打开被阻塞的小孔，之后继续化学气相渗透。通常需 要至少还有一个加工步骤和第三个化学气相渗透步骤，以获得具有密度约1.7-1.9g/cm3的 刹车片；总共处理时间通常大约为150天。美国专利号6,878,331证明了化学气相渗透通 常需要重复三次至五次，以获得所需的密度。这样获得的刹车片没有硅化，且能作为航空器刹车器。尽管如此，它们不适合用于陆 上车辆，因为其在室温下的摩擦性能较差，并不能用于提供突然的轻度刹车。迄今为止，已经有想法认为即使化学气相渗透产生的刹车片随后将进行硅化，也需要 至少两个化学气相渗透步骤。因此，美国专利号6,030,913中描述了如果每个过程只使用 一次化学气相渗透，那么在沉积的高温碳层有微裂紋，并允许了在硅化过程中不想要的硅 的渗透。可见，为了克服这个问题的多级渗透是相当昂贵的。同时，美国专利号6,110,535描述了一种用于将熔融硅成分渗入碳复合材料的多孔基 体的技术，该多孔基体通过利用化学气相渗透的致密作用来获得，这通常是两级致密化过 程的第一步，并接着是树脂碳化致密化，从而在化学气相渗透之后在小孔中形成焦炭颗粒。另外一种获得碳-碳纤维复合材料的途径是，润湿单体渗透方法(wetting monomer infiltration),如WO-A-9964361和美国专利号6,756,112所描迷。在该方法中，碳纤维预 制品浸渍在一种或多种单体中，例如多环芳烃如萘，并优选有聚合催化剂例如路易斯酸 (Lewis acid )。浸渍后的预制品之后被加热，以促进单体的聚合，所获得的聚合体随后进 一步被加热碳化。浸渍、聚合和碳化步骤按顺序通常重复几次，以获得所需程度的致密化。因此，总共 四个循环为期4-5天用来产生密度约1.8 g/cm的碳-碳纤维复合材料；在第一个循环后的典 型密度约为1.4 g/cm。所获得的产品据称优于通过为期6-8个月的多级化学气相渗透工艺 所得到的复合材料。在我们的PCT国际专利申请号PCT/GB2006/002815中，描述了我们意想不到的发现， 只经过单次化学气相渗透步骤获得未完全致密化的预制品，该预制品再进行石圭化，可以获 得高效硅化的碳-碳纤维复合材料刹车和离合片。因此，可以降低化学气相渗透的处理时间， 从约150天减少到例如7天或更少；这将大大降低处理成本，并《吏刹车和离合片的制造比 树脂碳化处理的成本低。成本的降低使产品从商业上可以买到，并用于机动陆上车辆，包 括赛车、摩托车、货车、卡车、巴士、客车、军用车辆、火车头、铁路客车和铁路货车。
技术实现思路
本专利技术基于我们的发现，如果上述PCT国际申请所获得的i^圭化的未完全致密化预制 品，经过一个碳渗透步骤，那么可以获得更好的产品。此处理将有利于增强航空器刹车片的寿命和性能，例如耐磨特性和摩擦性能。该航空 器刹车片在着陆时可以达到非常高的工作温度，有时会超过硅的熔点U410。C)。在这种 情况下，硅化的碳-碳纤维复合材料片中的游离硅可能在表面区域熔融，其中硅可能反应形 成碳化硅或凝固成薄片。前面的可能性可以导致配合的刹车元件的磨损增加，这是由于碳 化硅较高的研磨特性，同时后者危及刹车片摩擦特性的安全性。根据本专利技术的碳渗透可以消除这个问题，通过与残留的自由珪反应和/或覆盖自由硅， 或者在刹车片结构中存留有碳，以在使用过程中当刹车片超过硅的熔点时，碳与游离硅反 应。同样也可以釆用控制碳/硅和碳/碳化硅比例，以获得硬度、耐磨性和研磨特性的最佳 平衡。因此，根据本专利技术的一个方面，提供一种碳纤维增强陶瓷刹车或离合器片的制造方法, 包括制造具有相应于所需刹车片形状的碳纤维预制品，通过一个化学气相渗透步骤采用碳 使所述预制品致密化，通过与熔融硅反应使所述致密化的预制品硅化，以及使所述硅化后 的致密化预制品经过一个碳渗透步骤。本专利技术的主要优点在于，通过避免使用模具，降低了碳纤维预制品的形状限制，可以 根据需要而变动，无需重新加工，因此使制造方法可以通用。同样，碳纤维的长度没有限制。因此，预制品最好包含长的纤维，例如平均长度为至 少50mm,优选至少75,100,125,150或250mm,因为长纤维提高了产品的强度和完整性。 不希望受到理论方面的限制，与上述美国专利号6,030,913所述的单级化学气相渗透产生 的产品相比，长纤维的存在有利于保证产品保持没有结构缺陷，例如微裂紋。优选地，增强碳纤维为连续的，即平均纤维长度等于或超过刹车片的外边界和内边界 之间的径向距离。连续的纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纤维增强陶瓷刹车或离合器片的制造方法，其特征在于，包括：制造具有相应于所需刹车或离合器片形状的碳纤维预制品，采用碳、通过单个化学气相渗透步骤、使所述预制品致密化，通过与熔融硅反应使所述致密化的预制品硅化，以及使所述硅化后的致密化预制品经过渗碳步骤。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡里奥J法利亚，
申请(专利权)人：表面转换公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]