[发明专利]超长寿命碳-碳摩擦材料

说明书

发明领域

本发明涉及碳-碳复合材料的制造，特别涉及由碳-碳复合材料制 成的改进的飞机制动盘的制造。

发明背景

长抗磨寿命为飞机着陆体系构件(包括制动盘)所需的性能。目 前，许多飞机制动盘由碳-碳复合材料制成。

数年来，已有许多努力致力于碳-碳复合材料技术的改进。该技 术中的一些反映在US 5,599,603(“碳纤维预制品的制造” (Manufacture of Carbon Fiber Preform))、US 5,705,008(“纤维增强的碳 和石墨制品及其制备方法”(Fiber-reinforced Carbon and Graphicte Articles and Method for the Production Thereof))、US 5,803,210(“盘式 制动装置”(Disk Brake))、US 6,631,722 B1(“生产具有成丝的复合材料 纤维底材的碳-碳零件的方法”(Method of Producing Carbon-Carbon Parts Having Filamentized Composite Fiber Substrates))、US 2003/0214064 A1(“制造碳-碳复合材料的方法”(Method for Producing Carbon-Carbon Composites))、US 6,749,937 B2(“熔体渗入的沥青-PAN 预制品”(Melt-Infiltrated Pitch-PAN Preforms))、US 6,886,668 B2(经涂 布的碳制动盘材料)、US 2005/0221051 A1(“在摩擦材料中用作摩擦和 磨损改性剂的碳化钛”(Titanium Carbide As a Friction and Wear Modifier in Friction Materials))和US 2006/0008647 A1(“用于具有提高 的耐湿度暴露的碳-碳制动材料的抗氧化剂体系”(Antioxidant System for Carbon-Carbon Brake Materials with Enhanced Resistance to Humidity Exposure))。

例如，US 5,705,008涉及由热固性沥青纤维制成的预制品。该专 利描述了在1200-2200℃范围内的预成型热处理温度。该专利还教导 了在高温下进行的最终热处理工艺。

发明概述

本发明证实了具有高模量碳纤维的C-C复合材料(其衍生自经氧 化的聚丙烯腈)，和未经热处理的高度可石墨化的各向异性热解碳基 体。与市售可得的C-C复合材料制动材料相比，本发明的工艺提供了 具有足够摩擦性能和显著提高的抗磨寿命的C-C复合材料。

生产碳-碳复合材料制动盘的典型工艺包括：提供切成多份宽环 形状的纺织品片段，并在环形模具中将其排列，厚达多层，将纺织品 片段针刺在一起以形成纺织品基体预制品，将纺织品基体预制品放置 在反应炉中，并碳化纺织品中的纤维以形成碳纤维预制品，从反应炉 中移出经碳化的预制品，冲模切割预制品，以形成其形状，将经冲模 切割的预制品放置在CVD/CVI反应炉中并增密，将经增密的制动盘 预制品放置在烘箱中并对其进行热处理，从热处理烘箱中除去经增密 的制动盘，将传动部(drive region)机械加工入所述盘，最后使用抗氧 化剂涂布碳-碳复合材料制动盘。

本发明将热处理步骤从CVD/CVI增密后调整至紧接在碳化后进 行。在等于或大于2400℃的该高温热处理可与碳化步骤合并，或者 可在碳化后在单独的高温反应炉中进行。还可将该热处理合并到可用 于CVD/CVI增密的反应炉中。随后，在增密步骤之后，将圆盘机械 加工以形成形状。意外地发现，在该工艺阶段进行热处理显著提高采 用这种方式生产的由碳-碳复合材料制成的制动盘的抗磨寿命。

发明详述