[发明专利]由碳/碳复合材料制造摩擦部件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及由碳/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。

本发明的应用领域为由C/C复合材料制造航空刹车盘的领域。

背景技术

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SiO₂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SiO₂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。

发明内容

本发明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。

该目的通过一种由碳/碳复合材料制造摩擦部件的方法实现，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 发明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 2ppm至250ppm的氧气浓度)组成的气氛。

所述热处理优选在1450℃至2300℃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 的步骤；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SiO₂。

附图说明