[发明专利]用于沥青致密化的装置

说明书

技术领域

本公开涉及沥青致密化，并且更具体地涉及用于碳-碳复合物的沥青致密化。

背景技术

碳纤维增强碳材料，也被称为碳-碳(C-C)材料，是通常包括在碳材料基体中增强的碳纤维的复合物材料。C-C复合物材料已经用于很多严酷的高温应用。例如，已知航空工业利用C-C复合物材料生产不同的飞行器结构部件。示例性应用包括火箭喷管，鼻锥体以及用于商业和军用飞机的摩擦材料，例如制动器摩擦材料。

在一些示例中，用纺织或非纺织碳纤维生产C-C复合物材料。可以布置碳纤维以限定所得结构部件的形状，其可被称为预制品。预制品可以经历不同的处理步骤来增加预制品的碳含量和密度以将预制品转化为C-C复合物部件。例如，可以采用一种或多种沥青致密化工艺以将碳添加到预制品中。通常，沥青致密化工艺操作成用沥青浸渍碳纤维预制品，然后使碳纤维预制品冷却并固化以生成致密的高碳含量的C-C部件。

不同的沥青致密化工艺通常涉及不同的化学和机械力加载。不同的碳纤维预制品也可显示出不同的化学和机械性能，例如由于不同的材料形态、不同的制造技术或在大部分制造过程中固有的制造公差。对于特定的碳纤维预制品，如果所选择的沥青致密化工艺过于激进，则可能会在沥青致密化工艺的过程中损坏预制品。在优先考虑C-C部件的性能和质量的应用中，损坏的预制品通常可能用处不大并可能被丢弃。

公开内容

一般而言，本公开涉及用沥青来致密制品(例如碳纤维预制品)的装置和技术。在一些示例中，单个的装置可构造成通过多种不同的沥青致密化工艺用沥青来致密碳纤维制品(在这里也称为“沥青致密化”)以形成C-C复合物材料。例如，单个的装置可构造成实施树脂传递模塑(RTM)，真空辅助树脂传递模塑(VRTM)或者真空压力渗透(VPI)中的每一种，以在致密化装置的相同的模具中用沥青来致密碳基制品。

为了使用这样示例性的装置将制品致密到期望的水平，可将制品插入模具腔中并且使其经历同一沥青致密化工艺或多种不同致密化工艺的一个或多个循环。根据所用的颗粒致密化工艺，在致密化循环期间，装置可构造成使用夯压(ram pressure)、气压、真空压或其某些组合在装置的模具腔中用沥青浸渍碳纤维材料。对于使用两个或多个不同的沥青致密化工艺的一个或多个循环来致密碳纤维预制品或其它制品的情况，无需将制品从一个装置移开并插入到分离的装置中以实施不同的沥青致密化工艺。相反，可以在装置的同一模具腔中实施不同致密化工艺的每一个的一个或多个循环。在一些例子中，仅可利用单个类型的沥青致密化工艺(RTM，VRTM或VPI)致密预制品。然而，由于单个装置可以实施每种类型的沥青致密化工艺，不需要三个分离的装置来实施每种各自的沥青致密化工艺。

在一些示例中，基于例如待被致密制品的初始性能，可以从多种不同的沥青致密化工艺中选择沥青致密化工艺。在一些示例中，可以将所选择的沥青致密工艺在原处改变为多种不同的沥青致密化工艺中不同的一种。以这种方式，装置可以适于并响应于待被致密材料的初始或变化的性能。作为构造成实施多种沥青致密化工艺的装置的多功能性的结果，可以在较少伴随废品和部件损坏的情况下形成改进的C-C结构部件。

在一些示例中，沥青致密化装置可以包括模具，其构造成接收预制品(或者其它待被致密的材料)以及沥青材料的固体部分。该装置可构造成在模具中将沥青材料的固体部分加热到超过沥青材料的熔化温度。在一些示例中，该装置也可以提供一个或多个沥青驱动力以进一步将熔化的沥青驱入材料的不同孔中。通过在原处熔化固体沥青，可以提供没有外部沥青熔化设备的低成本装置。而且，可以通过消除传输管线损耗以及与从分离的熔化罐中输送熔化的沥青相关联的传输管线测量不一致性来精确地控制被提供到材料中的沥青的量。

在根据本公开的一个示例中，一种装置包括：模具，其构造成接收待被致密的材料；夯头(ram)，其构造成施加夯压以迫使沥青进入模具中以致密该材料；气体源，其构造成在模具中施加气压以迫使沥青进入模具中以致密该材料；以及真空源，其可操作以至少在施加夯压或气压前在模具中产生真空压力。根据该示例，该装置构造成采用夯头、气体源、夯头和真空源或者气体源和真空源中的可选择的一种在模具中致密该材料。