[发明专利]由碳纤维增强的碳制备模制体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及由用碳短纤维增强的碳制备模制体例如刹车片的方法。

背景技术

包括一个用碳纤维增强的碳基质的复合材料(CFRC材料)，也称作碳/碳复合材料(C/C材料)，显示出高的机械和热负载能力。因此，该复合材料尤其是一种适合用于高效刹车例如用于飞机或赛车运动中的材料。

增强性碳纤维经常以平面或三维的纺织织构(Gebilde)，例如作为织物或针刺的预成型体存在。但是两种变型在制备时都是比较费事的并且只能有限地与复杂的几何形状相匹配。

另一种情形在于由疏松的短纤维和/或短纤维束形成纤维增强体。

在专利文本US 5,242,746中，公开了一种包括多个不同功能层的由碳纤维增强的碳形成的摩擦部件。该摩擦部件包括至少一个典型地为10-20mm厚的结构层，该结构层显示出高机械强度，和至少一个典型地为3-7mm厚的具有有利的摩擦性能和高磨损强度的摩擦层。

结构层的纤维增强体具有较粗的质地并通过长丝股(粗纱)的束状片断形成，其中片断具有5-60mm的平均长度和包括1,000-320,000根几乎平行定向的单根长丝。切成束的长丝股可以被预浸渍，以便避免束分解。

摩擦层的纤维增强体具有细的质地并由粉碎的单根长丝或少于100根平均长度为0.05-60mm，优选0.2-2mm的单根长丝的束形成。

结构层中的纤维束同样如同单根长丝一样在摩擦层中是随机分布的。在两层之间存在一个在纤维增强体和碳基质质地中的连续过渡区，使得层形成一个单块构件。

如果象在US5,242,746中建议的那样，纤维束通过将长丝股切割来制备，则通过将长丝股预浸渍尽管可以降低束的分解。但是，如此获得的束仅能通过平均长度和单根长丝的数目进行确定，即它不具有确定的可针对性调整的宽度(垂直于纤维长度方向上的尺寸，取决于并排放置的纤维数目)和厚度(垂直于长度和宽度的尺寸，取决于上下放置的纤维数目)。在长丝股中单根长丝也就是既可以相互并排存在也可以上下存在，并且其布置强烈取决于长丝股或由其切断的片断经受的外部条件(混合时的压力、拉伸、剪切力等)，直到浸渍被固化到将长丝以该时刻存在的布置固定的程度。

利用本发明，提供一种用含有碳纤维增强体的碳基质制备模制体(C/C模制体)的方法，该方法使得可以由具有确定尺寸的纤维束形成增强体，其中纤维在束中的结合和平行空间布置在混入到模塑材料中时得到保持。纤维在束中的确定布置允许增强纤维在碳基质中的针对性布置，和因此允许对增强体进行适合负荷的设计。

本发明由用碳短纤维束增强的碳基质制备模制体尤其刹车片的方法包括下列步骤：

-制备或提供由通过形状地稳定固化的可碳化粘结剂结合在一起的平行定向的碳纤维形成的束，其中该束具有针对性调整的确定的长度、宽度和厚度，

-通过将纤维束、可碳化的基质形成剂和任选的助剂混合而制备模塑材料，

-通过将模塑材料在接近最终轮廓的压制模具中在升高的温度下压制，同时固化可碳化的基质形成剂，接着脱模，制备接近最终轮廓的坯料型体，

-将坯料型体碳化成碳化的模制体，

-将碳化的模制体进行机械后处理，如果需要

-碳化的模制体用一种可碳化的基质形成剂任选地进一步浸渍并碳化，

-通过将碳基质借助于CVI方法沉积而压实碳化的模制体。

根据本发明的第二个变型方案，该方法包括下列步骤：

-制备或提供由通过碳化的粘结剂结合在一起的平行定向的碳纤维形成的束，其中该束具有针对性调整的确定的长度、宽度和厚度，

-用一种可碳化的基质粘结剂在机械产生的流化床中浸渍纤维束，

-通过将浸渍的纤维束、可碳化的基质形成剂和任选的助剂混合制备模塑材料，

-通过将模塑材料在接近最终轮廓的压制模具中在升高的温度下压制，同时固化可碳化的基质形成剂，接着脱模，制备接近最终轮廓的坯料型体，

-将坯料型体碳化成碳化的模制体，

-将碳化的模制体机械后处理，如果需要

-碳化的模制体用一种可碳化的基质形成剂任选地进一步浸渍并碳化，

-通过将碳基质借助于CVI方法沉积而压实碳化的模制体。

在该方式中，纤维束通过在流化床中浸渍而压实。由含有浸渍纤维束的模塑材料形成的坯料型体和由其获得的碳化模制体因此比第一变型方案中的压实度高。因此，在第二种变型方案中，用于借助CVI沉积而压实碳化的模制体需要的时间较少。

本发明的其它细节、变型和优点可以从下面的说明书，实施例和附图得知。