[发明专利]一种碳/碳复合材料弹簧生产方法及装置

权利要求书

1.一种碳/碳复合材料弹簧生产方法，其特征在于：采用石墨制成芯模；在芯模外表画制弹簧螺旋线范围，在画制范围内沿芯模径向打孔；在前述孔内插入碳纤维棒；采用碳纤维束沿前述碳纤维棒之间的间隙缠绕制成碳纤维弹簧预制体；将碳纤维弹簧预制体经过碳化制成碳/碳复合材料弹簧坯体；将碳/碳复合材料弹簧坯体按所需尺寸加工成螺旋状弹簧。

2.根据权利要求1所述碳/碳复合材料弹簧生产方法，其特征在于包括如下步骤：(1)制模：用石墨加工成芯模，在芯模表面画制弹簧螺旋线范围，并在弹簧螺旋线范围内沿芯模径向打孔，将外径与前述孔的孔径相等的碳纤维棒插入孔内；

（2）绕制预制体:将与碳纤维棒间距宽度相等的碳纤维束沿弹簧螺旋线方向缠绕，使所述碳纤维束连续长纤维的走向与弹簧的螺旋线方向一致；再将碳纤维束沿与弹簧的螺旋线方向垂直的碳纤维棒之间缠绕；重复以上过程制成碳纤维弹簧预制体；

(3)增密：将步骤(2)制备的碳纤维弹簧预制体经化学气相沉积或/和液相浸渍碳化，制成碳/碳复合材料弹簧坯体；将碳/碳复合材料弹簧坯体放入高温炉内，在真空环境下进行石墨化处理，温度为2000℃-2500℃，保温时间为2h-4h;

(4)机加工:将步骤(3)经石墨化处理后的碳/碳复合材料弹簧坯体按所需尺寸加工成螺旋状弹簧，完成生产。

3.根据权利要求2所述碳/碳复合材料弹簧生产方法，其特征在于：所述步骤（1）所述孔在弹簧螺旋线范围内的分布规律为：沿弹簧螺旋线方向呈阵列分布；孔的孔径为0.5-5mm，孔间距为孔径的1.5-3倍，孔深度为1-50mm。

4.根据权利要求3所述碳/碳复合材料弹簧生产方法，其特征在于：所述步骤（2）所述碳纤维弹簧预制体的密度为0.4g/cm³-0.6g/cm³。

5.根据权利要求4所述碳/碳复合材料弹簧生产方法，其特征在于：所述步骤（3）所述碳/碳复合材料弹簧坯体的体积密度为1.2g/cm³-1.8g/cm³。

6.根据权利要求5所述碳/碳复合材料弹簧生产方法，其特征在于：所述碳纤维棒采用碳纤维原丝经浸树脂高温固化拉挤或缠绕制成；所述碳纤维棒的密度为1.0g/cm³-1.5g/cm³，直径为0.5-5mm，长度为10-500mm。

7.根据权利要求2或6所述碳/碳复合材料弹簧生产方法，其特征在于：所述步骤(3)增密的过程为：将步骤(2)制备的碳纤维弹簧预制体经化学气相沉积或/和液相浸渍碳化，制成碳/碳复合材料弹簧坯体；将碳/碳复合材料弹簧坯体经含硅树脂浸渍一裂解或三氯甲基硅烷归化学气相沉积或反应熔渗硅制备碳/碳/碳化硅复合材料弹簧坯体；将碳/碳/碳化硅复合材料弹簧坯体放入高温炉内，在真空环境下进行石墨化处理，温度为2000℃-2500℃，保温时间为2h-4h；

(4)机加工:将步骤(3)经石墨化处理后的碳/碳/碳化硅复合材料弹簧坯体按所需尺寸加工成螺旋状弹簧，完成生产。

8.根据权利要求7所述碳/碳复合材料弹簧生产方法，其特征在于：所述碳/碳/碳化硅复合材料弹簧坯体的体积密度为1.8g/cm³-2.6g/cm³。

9.一种碳/碳复合材料弹簧生产装置，其特征在于：包括石墨芯模、碳纤维棒和碳纤维束；所述石墨芯模的外表面上沿弹簧螺旋方向设置有若干孔；所述碳纤维棒设置于前述孔内；所述碳纤维束缠绕设置于前述碳纤维棒之间。

10.根据权利要求9所述碳/碳复合材料弹簧生产装置，其特征在于：所述孔沿弹簧螺旋线方向呈阵列分布；孔的孔径为0.5-5mm，孔间距为孔径的1.5-3倍，孔深度为1-50mm。