一種炭/炭剎車盤的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及炭/炭剎車盤制造領(lǐng)域，具體是一種用于飛機(jī)、賽車、高速列車剎車材料的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]炭/炭剎車盤是一種以炭纖維為增強(qiáng)體，以熱解炭、樹脂炭或?yàn)r青炭為基體的復(fù)合材料，由于其具有高的比熱容、較高的力學(xué)性能、良好的導(dǎo)熱性能與摩擦磨損性能等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)剎車材料。
[0003]炭/炭剎車盤大批量制造的主要工藝方法為化學(xué)氣相滲透(CVI)。CVI工藝是在一定的溫度和壓力下，將碳源氣在真空條件下裂解，生成的炭逐步沉積到成型多孔預(yù)制體增強(qiáng)骨架的孔隙中，直至均勻致密化。炭/炭剎車盤在不同剎車條件下具有優(yōu)異的剎車性能，但炭/炭剎車盤在使用過程仍存在壽命不足的問題。
[0004]西安航空制動(dòng)科技有限公司在申請?zhí)枮?01010051490.X的發(fā)明創(chuàng)造中公開了一種碳/碳復(fù)合剎車材料的分段沉積方法，該方法是前期采用丙烯氣CVI致密化，后期采用天然氣CVI致密化，該方法主要改善了碳/碳復(fù)合剎車材料在高速剎車條件下的使用壽命，未完全解決炭/炭剎車盤壽命不足的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的炭/炭剎車盤壽命不足的問題，本發(fā)明提出了一種炭/炭剎車盤的制備方法。
[0006]本發(fā)明具體過程包括以下步驟:
[0007]步驟I，對炭纖維預(yù)制體進(jìn)行熱處理:將炭纖維預(yù)制體放入熱處理爐內(nèi)，抽真空至(lOOOPa，對熱處理爐升溫至2400?2600°C，保溫5?10小時(shí)進(jìn)行熱處理。當(dāng)溫度在1350?1450°C時(shí)，送氬氣保護(hù)；得到熱處理后的預(yù)制體。
[0008]步驟2，CVI前期致密化:將熱處理后的預(yù)制體放入CVI爐內(nèi)進(jìn)行前期致密化。前期致密化的工藝參數(shù)為:CVI爐爐溫為900?1100°C、CVI爐內(nèi)壓力< 5KPa、天然氣流量為2000?4000L/h。直至預(yù)制體密度增密為1.30?1.40g/cm3。得到經(jīng)過前期致密化的炭/炭剎車盤坯體。
[0009]步驟3，表面加工:按常規(guī)方法對得到的經(jīng)過前期致密化的炭/炭剎車盤坯體進(jìn)行表面加工。
[0010]步驟4，CVI中期致密化:將經(jīng)過前期致密化的炭/炭剎車盤坯體放入CVI爐內(nèi)進(jìn)行中期致密化。中期致密化的工藝參數(shù)為:CVI爐爐溫為900?1100°C、CVI爐內(nèi)壓力(5KPa、天然氣流量為4000?6000升/小時(shí)。直至預(yù)制體密度增密為1.50?1.60g/cm3。得到經(jīng)過中期致密化的炭/炭剎車盤坯體。
[0011 ] 步驟5，表面加工:按常規(guī)方法對得到的經(jīng)過前期致密化的炭/炭剎車盤坯體進(jìn)行表面加工。
[0012]步驟6，CVI后期致密化:將經(jīng)過中期致密化的炭/炭剎車盤坯體放入CVI爐內(nèi)進(jìn)行后期致密化。后期致密化的工藝參數(shù)為:CVI爐爐溫為900?1100°C、CVI爐內(nèi)壓力(5KPa、天然氣流量為3000?5000升/小時(shí)。直至預(yù)制體密度增密為1.80/cm3以上；得到經(jīng)過后期致密化的炭/炭剎車盤坯體。
[0013]步驟7，最終加工；將炭/炭剎車盤坯體按照產(chǎn)品圖紙要求進(jìn)行最終加工，得到炭/炭剎車盤。
[0014]炭/炭剎車盤主要包括由炭纖維針刺形成的炭/炭剎車盤坯體與致密化過程中形成的熱解炭兩部分。炭/炭剎車盤的強(qiáng)度與炭/炭剎車盤坯體密切相關(guān)，炭/炭剎車盤的使用壽命主要取決于熱解炭與炭/炭剎車盤的密度。熱解炭包括各向同性體、光滑體與粗糙體。各向同性體、光滑體與粗糙體中又分為無定性炭與晶體炭。熱解炭的結(jié)構(gòu)是由致密化過程中的工藝參數(shù)決定的。
[0015]采用本發(fā)明形成的炭/炭剎車盤中的熱解炭為無定性粗糙體結(jié)構(gòu)。無定性粗糙體熱解炭能夠吸收空氣中的水氣并保持，易于形成摩擦膜，摩擦膜的形成能夠大大降低炭/炭剎車盤的磨損。
[0016]本發(fā)明包括CVI前期致密化、CVI中期致密化與CVI后期致密化三個(gè)階段。在致密化過程中，需合理控制致密化速率，當(dāng)致密化速率過快，在炭/炭剎車盤內(nèi)部會(huì)形成較多的閉孔，影響后續(xù)致密化及炭/炭剎車盤的最終密度；致密化速率過慢，會(huì)影響炭/炭剎車盤的制造周期。本發(fā)明通過調(diào)整工藝參數(shù)，在所述三個(gè)致密化階段將致密化速率控制在每百小時(shí)增密0.2-0.4g/cm3，使炭/炭剎車盤最終密度可以達(dá)到1.80/cm3以上。
[0017]經(jīng)測試，本發(fā)明制備的炭/炭剎車盤使用壽命能夠提高50%以上。
【具體實(shí)施方式】
[0018]實(shí)施例1
[0019]本實(shí)施例是一種炭/炭剎車盤的工藝方法，具體過程包括以下步驟:
[0020]步驟I，對炭纖維預(yù)制體進(jìn)行熱處理:將炭纖維預(yù)制體放入熱處理爐內(nèi)，抽真空至(lOOOPa，對熱處理爐升溫至2400?2600°C，保溫5?10小時(shí)進(jìn)行熱處理。當(dāng)溫度在1350?1450°C時(shí)，送氬氣保護(hù)；得到熱處理后的預(yù)制體。本實(shí)施例中，熱處理爐的溫度為2400°C，保溫時(shí)間為5h。
[0021]步驟2，CVI前期致密化:將熱處理后的預(yù)制體放入CVI爐內(nèi)進(jìn)行前期致密化。前期致密化的工藝參數(shù)為:CVI爐爐溫為900?1100°C、CVI爐內(nèi)壓力< 5KPa、天然氣流量為2000?4000L/h。直至預(yù)制體密度增密為1.30?1.40g/cm3。得到經(jīng)過前期致密化的炭/炭剎車盤坯體。本實(shí)施例中，CVI爐的溫度為900 °C，天然氣流量為2000L/h。
[0022]步驟3，表面加工:用機(jī)加的方式對經(jīng)過前期致密化后的炭/炭剎車盤坯體表面進(jìn)行加工，單面加工1mm，以打開表面的封孔，有利于CVI后期致密化。
[0023]步驟4，CVI中期致密化:將經(jīng)過前期致密化的炭/炭剎車盤坯體放入CVI爐內(nèi)進(jìn)行中期致密化。中期致密化的工藝參數(shù)為:CVI爐爐溫為900?1100°C、CVI爐內(nèi)壓力(5KPa、天然氣流量為4000?6000升/小時(shí)。直至預(yù)制體密度增密為1.50?1.60g/cm3。得到經(jīng)過中期致密化的炭/炭剎車盤坯體。本實(shí)施例中，CVI爐的溫度為900°C，天然氣流量為 4000L/h。
[0024]步驟5，表面加工:用機(jī)加的方式對經(jīng)過中期致密化后的炭/炭剎車盤坯體表面進(jìn)行加工，單面加工1mm，以打開表面的封孔，有利于CVI后期致密化。
[0025]步驟6，CVI后期致密化:將經(jīng)過中期致密化的炭/炭剎車盤坯體放入CVI爐內(nèi)進(jìn)行后期致密化。后期致密化的工藝參數(shù)為:CVI爐爐溫為900?1100°C、CVI爐內(nèi)壓力(5KPa、天然氣流量為3000?5000升/小時(shí)。直至預(yù)制體密度增密為1.80/cm3以上；得到經(jīng)過后期致密化的炭/炭剎車盤坯體。本實(shí)施例中，CVI爐的溫度為900°C，天然氣流量為 3000L/ho
[0026]步驟7，最終加工；將炭/炭剎車盤坯體按照產(chǎn)品圖紙要求進(jìn)行最終加工，得到炭/炭剎車盤。
[0027]實(shí)施例2
[0028]本實(shí)施例是一種炭/炭剎車盤的工藝方法，具體過程包括以下步驟:
[0029]步驟I，對炭纖維預(yù)制體進(jìn)行熱處理:將炭纖維預(yù)制體放入熱處理爐內(nèi)，抽真空至(lOOOPa，對熱處理爐升溫至2400?2600°C，保溫5?10小時(shí)進(jìn)行熱處理。當(dāng)溫度在1350?1450°C時(shí)，送氬氣保護(hù)；得到熱處理后的預(yù)制體。本實(shí)施例中，熱處理爐的溫度為2600°C，保溫時(shí)