[发明专利]一种炭/炭刹车盘的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及炭/炭刹车盘制造领域，具体是一种用于飞机、赛车、高速列车刹车材料的制造方法。

背景技术

炭/炭刹车盘是一种以炭纤维为增强体，以热解炭、树脂炭或沥青炭为基体的复合材料，由于其具有高的比热容、较高的力学性能、良好的导热性能与摩擦磨损性能等特点被广泛应用于飞机刹车材料。

炭/炭刹车盘大批量制造的主要工艺方法为化学气相渗透(CVI)。CVI工艺是在一定的温度和压力下，将碳源气在真空条件下裂解，生成的炭逐步沉积到成型多孔预制体增强骨架的孔隙中，直至均匀致密化。炭/炭刹车盘在不同刹车条件下具有优异的刹车性能，但炭/炭刹车盘在使用过程仍存在寿命不足的问题。

西安航空制动科技有限公司在申请号为201010051490.X的发明创造中公开了一种碳/碳复合刹车材料的分段沉积方法，该方法是前期采用丙烯气CVI致密化，后期采用天然气CVI致密化，该方法主要改善了碳/碳复合刹车材料在高速刹车条件下的使用寿命，未完全解决炭/炭刹车盘寿命不足的问题。

发明内容

为克服现有技术中存在的炭/炭刹车盘寿命不足的问题，本发明提出了一种炭/炭刹车盘的制备方法。

本发明具体过程包括以下步骤：

步骤1，对炭纤维预制体进行热处理：将炭纤维预制体放入热处理炉内，抽真空至≤1000Pa，对热处理炉升温至2400～2600℃，保温5～10小时进行热处理。当温度在1350～1450℃时，送氩气保护；得到热处理后的预制体。

步骤2，CVI前期致密化：将热处理后的预制体放入CVI炉内进行前期致密化。前期致密化的工艺参数为：CVI炉炉温为900～1100℃、CVI炉内压力≤5KPa、天然气流量为2000～4000L/h。直至预制体密度增密为1.30～1.40g/cm³。得到经过前期致密化的炭/炭刹车盘坯体。

步骤3，表面加工：按常规方法对得到的经过前期致密化的炭/炭刹车盘坯体进行表面加工。

步骤4，CVI中期致密化：将经过前期致密化的炭/炭刹车盘坯体放入CVI炉内进行中期致密化。中期致密化的工艺参数为：CVI炉炉温为900～1100℃、CVI炉内压力≤5KPa、天然气流量为4000～6000升/小时。直至预制体密度增密为1.50～1.60g/cm³。得到经过中期致密化的炭/炭刹车盘坯体。

步骤5，表面加工：按常规方法对得到的经过前期致密化的炭/炭刹车盘坯体进行表面加工。

步骤6，CVI后期致密化：将经过中期致密化的炭/炭刹车盘坯体放入CVI炉内进行后期致密化。后期致密化的工艺参数为：CVI炉炉温为900～1100℃、CVI炉内压力≤5KPa、天然气流量为3000～5000升/小时。直至预制体密度增密为1.80/cm³以上；得到经过后期致密化的炭/炭刹车盘坯体。

步骤7，最终加工；将炭/炭刹车盘坯体按照产品图纸要求进行最终加工，得到炭/炭刹车盘。

炭/炭刹车盘主要包括由炭纤维针刺形成的炭/炭刹车盘坯体与致密化过程中形成的热解炭两部分。炭/炭刹车盘的强度与炭/炭刹车盘坯体密切相关，炭/炭刹车盘的使用寿命主要取决于热解炭与炭/炭刹车盘的密度。热解炭包括各向同性体、光滑体与粗糙体。各向同性体、光滑体与粗糙体中又分为无定性炭与晶体炭。热解炭的结构是由致密化过程中的工艺参数决定的。

采用本发明形成的炭/炭刹车盘中的热解炭为无定性粗糙体结构。无定性粗糙体热解炭能够吸收空气中的水气并保持，易于形成摩擦膜，摩擦膜的形成能够大大降低炭/炭刹车盘的磨损。

本发明包括CVI前期致密化、CVI中期致密化与CVI后期致密化三个阶段。在致密化过程中，需合理控制致密化速率，当致密化速率过快，在炭/炭刹车盘内部会形成较多的闭孔，影响后续致密化及炭/炭刹车盘的最终密度；致密化速率过慢，会影响炭/炭刹车盘的制造周期。本发明通过调整工艺参数，在所述三个致密化阶段将致密化速率控制在每百小时增密0.2-0.4g/cm³，使炭/炭刹车盘最终密度可以达到1.80/cm³以上。

经测试，本发明制备的炭/炭刹车盘使用寿命能够提高50％以上。

具体实施方式

实施例1

本实施例是一种炭/炭刹车盘的工艺方法，具体过程包括以下步骤：