[实用新型]基于快速沉积工艺的碳/碳复合材料刹车盘制备设备

说明书

本实用新型公开一种基于快速沉积工艺的碳/碳复合材料刹车盘制备设备，包括高温气相沉积炉炉体与炉体内石墨或碳/碳复合材料工装，炉体内部空间被石墨或碳/碳复合材料工装分为气体预热区和气体沉积区，所述气体预热区根据进气位置的不同，其位置可位于炉体的上部或下部，所述气体预热区通过石墨或碳/碳复合材料管道与进气孔和所述气体沉积区设有的一个或一个以上进气柱相连通。通过本实用新型实现的制备方法通过控制沉积过程的速度场、气体浓度场与温度场分布，在大幅缩短CVI工艺周期的同时，有效控制预制体孔隙的致密化过程，从而做到有效控制碳/碳复合材料的密度。

技术领域

本实用新型公开一种基于快速沉积工艺的碳/碳复合材料刹车盘制备设备。

背景技术

化学气相渗透(CVI)法是碳/碳(陶)复合材料致密化常用的一种方法，该项致密化方法具有对纤维损伤小，性能可设计性强，工艺灵活等特点，能够赋予复合材料更优异的综合性能，是制备高性能碳基及陶瓷基复合材料的主要技术手段。但其缺点在于制备周期较长，制备成本较高，无法实现大规模工程化应用。

CVI工艺致密化就是碳源气体在增强体预制体表面及内部裂解沉积热解碳的程。其本质上是一个伴随有化学反应的传质过程。其反应历程大致为三个阶段：1.碳源气体由预制体表面向内部扩散，并伴随着热解反应；2.裂解生成的热解碳在预制体或热解碳表面沉积，同时生成气态副产物；3.气态副产物从预制体内排出。但常规CVI工艺的缺点主要体现在以下两方面：(1)基体的致密化需要进行多次CVI工艺，导致生产周期长、制备成本高；(2)预制体的孔隙入口附近气体浓度高，表面沉积速度大于内部沉积速度，导致气孔封闭，气体无法流动至预制体内部，容易产生密度梯度。

对于飞机而言，在刹车制动过程中大量的动能转化为热能。其刹车盘表面温度甚至能从室温急剧上升到上千摄氏度。与传统的金属及粉末冶金刹车盘相比，碳/碳复合材料刹车盘具有重量轻，耐磨损、比热高、高温不黏连等优点，因而在飞机刹车领域得到了广泛应用。碳/陶刹车材料是在碳/碳刹车材料基础上发展而来的一种新型刹车材料，与碳/碳刹车材料相比，碳/陶刹车材料具有优良的抗氧化性能及湿态摩擦性能衰减小，耐磨损使用寿命长等特点。基于以上特点，碳/陶刹车材料在高速列车，载重汽车及大型工程车辆等刹车领域具有广泛的应用前景。CVI工艺可以通过调整沉积工艺参数制得不同结构的热解碳，以此满足不同性能要求的复合材料应用领域。

专利CN103982578A《一种飞机碳/碳复合材料刹车盘摩擦对偶的制备方法》采用了丙烯气+氮气混合气源进行沉积制备的刹车盘作为静盘，天然气+丙烷气混合气源进行沉积制备的刹车盘作为动盘组成摩擦对偶。静盘和动盘均经过两次气相沉积，沉积时间至少在600h～900h。

专利CN102128225A《一种碳陶刹车盘的制造方法》采用了CVI+RMI的工艺方法制备碳陶复合材料刹车盘。该专利采用常规的CVI工艺制备了C/C坯体，然后在坯体上进行渗硅，进而制得碳陶刹车材料。在制备C/C坯体过程中，气相沉积时间长达 250～300h。

实用新型内容

为解决以上现有技术存在的问题，本实用新型目的是提出一种基于快速沉积工艺的碳/碳复合材料刹车盘制备设备，利用该制备设备实现的工艺方法通过控制沉积过程的速度场、气体浓度场与温度场分布，在大幅缩短CVI工艺周期的同时，有效控制预制体孔隙的致密化过程，从而做到有效控制碳/碳复合材料的密度。

本实用新型的一种基于快速沉积工艺的碳/碳复合材料刹车盘制备设备，包括高温气相沉积炉炉体与炉体内石墨或碳/碳复合材料工装，炉体内部空间被石墨或碳/碳复合材料工装分为气体预热区和气体沉积区，所述气体预热区根据进气位置的不同，其位置可位于炉体的上部或下部，所述气体预热区通过石墨或碳/碳复合材料管道与进气孔和所述气体沉积区设有的一个或一个以上进气柱相连通；所述气体沉积区顶部或底部设有的出气孔与真空泵系统连通。

作为本发明的优选实施例，若干碳纤维预制体依次套在所述进气柱上，每层所述碳纤维预制体之间用小碳块支撑形成与所述进气孔连通的气体通道。