[发明专利]碳-碳复合材料导轨及其制备方法

权利要求书

1.一种碳-碳复合材料导轨，其特征在于，所述导轨用碳-碳复合材料制成；所述碳-碳复合材料导轨横截面均为U形或平底V形或直槽V形，分别为U形导轨或平底V形导轨或直槽V形导轨。

2.如权利要求1所述一种碳-碳复合材料导轨，其特征在于，所述平底V形槽的V形槽两侧内侧壁之间的夹角为10～30°，并且该平底V形槽导轨槽底部的宽度与机轮导轨台的宽度相适应；所述直槽V形导轨两侧槽壁外表面与该V形槽的内槽底之间的夹角为95～105°；所述直槽V形导轨两侧槽壁内表面与该V形槽的内槽底之间的夹角为90°。

3.一种制备权利要求1所述碳-碳复合材料导轨方法，其特征在于，利用浸渍法和化学气相沉积法制备所述碳-碳复合材料导轨，或者利用化学气相沉积法制备所述碳-碳复合材料导轨；

Ⅰ当利用浸渍法和化学气相沉积法制备所述碳-碳复合材料导轨时，具体步骤是：

步骤1、制做预制体；按导轨零件毛料尺寸，用PAN基碳布叠层至所需厚度，再用碳纤维沿叠层厚度方向穿刺，形成一个长方体预制体，碳纤维体积分数为30～60%；

步骤2、浸渍；将预制体放入高压釜内预热抽真空，在真空和压力作用下将浸渍剂充填到预制体的孔隙内；浸渍时间为2～6h，真空度不超过10kPa，采用氮气加压，压力为5～20MPa；浸渍剂可采用热塑性沥青，或者热固性呋喃树脂；

使用树脂做浸渍剂时，浸渍后需将预制体放在导轨模具内，固定好上下模板，放进烘箱除湿烘干，然后放入固化炉进行固化，得到与导轨形状相同的预制体；烘干温度为120～200℃，时间1～2h；固化温度为230～450℃，时间2～6h；

使用沥青做浸渍剂时，浸渍前需将沥青加热到熔融状态后再注入高压釜进行压力浸渍；浸渍后没有烘干和固化工序；

步骤3、炭化；将浸渍树脂固化后的预制体，或浸渍沥青后装在导轨模具内的预制体连同模具放入炭化炉进行压力炭化；炭化温度最高为850～1500℃，时间3～6h，压力15～25MPa，氮气保护；

步骤4、再浸渍和炭化；重复步骤2和步骤3，直至预制体密度达到要求值90%以上；

步骤5、补充增密；完成步骤4后，再通过化学气相沉积（CVD）工艺使预制体密度达到最终要求值，得到碳-碳复合材料导轨毛坯件；增密的具体过程是：

将预制体放入化学气相沉积炉内抽真空，升温至所需温度,以丙烯气为碳源气，氮气为载气进行化学气相沉积；真空度不超过10kPa，升温速率为5～15℃/min，达到650℃后通入碳源气和载气；沉积工艺参数：沉积温度为850～1200℃，沉积时间为150～300h/次，丙烯与氮气体积比为1:1～3.5，丙烯气的流量为15～30L/min；步骤6、高温处理；将碳-碳复合材料导轨毛坯件放入高温炉内进行高温处理，以调节碳-碳复合材料微观结构，改善综合性能；高温处理温度为1500～2000℃，保持0.5～2h；加热保温中采用氮气作为保护气体；

步骤7，机械加工；按导轨零件设计要求钻孔和磨削表面，将碳-碳复合材料导轨毛坯件加工到成品尺寸；

步骤8、防氧化处理；采用涂刷防氧化剂的方法对导轨进行防氧化处理；在加工到成品尺寸的碳-碳复合材料导轨表面连续涂刷2～3遍防氧化剂；将涂刷有防氧化剂的导轨置于烘箱内对涂层烘干除湿，烘干温度为120～250℃；将烘干后的碳-碳复合材料导轨置于高温炉内进行固化处理；所述固化处理的温度为600～950℃；固化过程中通氮气保护；得到飞机轮毂用的导轨；

Ⅱ当利用化学气相沉积法制备所述碳-碳复合材料导轨时，具体过程是：

步骤1、制做预制体；按导轨零件毛料尺寸，用PAN基碳布叠层至所需厚度，再用碳纤维沿叠层厚度方向穿刺，形成一个长方体预制体，碳纤维体积分数为30～60%；

步骤2、致密化；将预制体放在导轨模具内，固定好上下模板放入化学气相沉积炉内抽真空，升温至所需温度,以丙烯气为碳源气，氮气为载气进行化学气相沉积，使预制体成型和致密化，得到碳-碳复合材料导轨毛坯件；真空度不超过10kPa，升温速率为5～15℃/min，达到650℃后通入碳源气和载气；沉积工艺参数：沉积温度为850～1200℃，沉积时间为150～300h/次，丙烯与氮气体积比为1:1～3.5，丙烯气的流量为15～30L/min；

在沉积50～100h后，得到成形的导轨预制体，拆卸导轨模具；

步骤3，反复致密化；

对成形的导轨预制体继续进行CVD致密过程；具体是：对预制体表面进行加工，以打开表面堵塞的孔隙，保障CVD过程的有效进行；将经过表面加工的导轨预制体置于化学气相沉积炉内，按照步骤2，对该导轨预制体进行化学气相沉积，反复致密化；所述反复致密化的次数为3～5次，直至该导轨预制体的密度达到设计要求，得到增密后的碳-碳复合材料导轨毛坯件；

步骤4、高温处理；将碳-碳复合材料导轨毛坯件放入高温炉内进行高温处理，以调节碳-碳复合材料微观结构，改善综合性能；高温处理温度为1500～2000℃，保持0.5～2h；加热中采用氮气作为保护气体；

步骤5，机械加工；按导轨零件设计要求钻孔和磨削表面，将碳-碳复合材料导轨毛坯件加工到成品尺寸；

步骤6、防氧化处理；采用浸渍防氧化剂的方法对导轨进行防氧化处理；将加工到成品尺寸的碳-碳复合材料导轨浸入防氧化剂溶液中2～5min后取出；将浸渍过防氧化剂的导轨置于烘箱内对涂层烘干除湿，烘干温度为120～250℃；将烘干后的碳-碳复合材料导轨置于高温炉内进行固化处理；所述固化处理的温度为600～950℃；固化过程中通氮气保护；得到碳-碳复合材料导轨。