[发明专利]一种限域定向流动全饱和渗透反应器及制备炭/炭复合材料刹车盘的方法

说明书

本发明提供一种限域定向流动全饱和渗透反应器及制备炭/炭复合材料刹车盘的方法，涉及炭/炭复合材料刹车盘制备技术领域。该反应器包括：限域内体、限域外体、限气锥体、热电偶、盖板、垫块、进气腔、出气口、锲形环；所述限域内体设置在所述限气锥体上；所述限域外体包括石墨圆柱体和设于石墨圆柱体底部的石墨圆锥体；所述限气锥体通过垫块设置在石墨圆锥体上，并形成进气通道；所述限域内体和所述限域外体上等距交错设有锲形环，所述锲形环用于固定刹车盘预制件。本发明提供的限域反应器使碳源气体和稀释气按设计的路径定向流动，对预制件全饱和渗透增密，得到全粗糙层结构均匀的热解炭，提高了刹车盘的增密效率和可致密化程度。

技术领域

本发明涉及炭/炭复合材料刹车盘制备技术领域，具体涉及一种限域定向流动全饱和渗透反应器及制备炭/炭复合材料刹车盘的方法。

背景技术

炭/炭复合材料是一种炭纤维增强炭基体复合材料，具有密度低、比强度高、耐高温、热膨胀系数小、导热性能好、摩擦磨损性能优异等性能而广泛应用于航空航天和民用领域，特别是目前所有新机种民用飞机和高性能军机的刹车盘都是炭/炭复合材料或炭/炭-碳化硅复合材料。其中，炭/炭复合材料刹车盘的热解炭结构及其均匀性对其性能非常重要。

目前制备炭/炭复合材料刹车盘采用的工艺主要是化学气相渗透增密、树脂浸渍-碳化增密、沥青浸渍-碳化增密或者化学气相渗透增密+树脂浸渍-碳化增密或沥青浸渍-碳化增密，其中化学气相渗透增密是主要工艺，但目前在控制热解炭结构和结构均匀性方面有一定难度，批量生产时很难保证。CN112645727A提供了一种生产飞机刹车盘用炭/炭复合材料的方法，主要包括在CVI炉内以碳源气体对炭刹车盘预制件进行化学气相渗透，装炉时炭刹车盘预制体堆叠成圆筒状的料柱，任意相邻两层预制体之间铺有硫酸纸；通气时碳源气分两路由下到上达到料柱，其中一路通往料柱的内表面，另一路通往料柱的外表面，提供的方法有助于提高炭/炭复合材料中的粗糙层热解炭含量，进而提高产品质量一致性。该工艺内外两路气体很难沿刹车盘预制件径向渗透，因而很难保证刹车盘的热解炭结构和密度均匀性。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的刹车盘的结构不均匀的缺陷，从而提供一种限域定向流动全饱和渗透反应器及制备炭/炭复合材料刹车盘的方法，通过设计特殊的限域反应器和密封块，使碳源气体和稀释气按设计的路径定向流动，对炭纤维预制件全饱和渗透增密，得到全粗糙结构热解炭，所得炭/炭复合材料结构均匀，提高了炭/炭复合材料刹车盘的增密效率和可致密化程度。

本发明提供了一种限域定向流动全饱和渗透反应器，包括：限域内体、限域外体、限气锥体、热电偶、盖板、垫块、进气腔、出气口、锲形环；所述限域内体为圆柱形石墨内胆，所述限域内体设置在所述限气锥体上，所述限气锥体为石墨圆锥块；所述限域外体包括石墨圆柱体和设于石墨圆柱体底部的石墨圆锥体；所述限气锥体通过垫块设置在石墨圆锥体上，并形成进气通道；所述石墨圆锥体的底部中央设有贯通的进气腔，所述进气腔上还设有进气口；所述热电偶设置在所述进气腔的中央，其一端贯穿所述限气锥体和所述限域内体的中央；所述石墨圆柱体的顶部还设有用于密封的盖板，所述盖板的中央设有出气口；所述限域内体和所述限域外体上等距交错设有锲形环，所述锲形环用于固定刹车盘预制件。

优选地，所述石墨圆锥体的底部还设有螺纹，用于与气相沉积炉料墩或底座连接。

优选地，所述进气腔上还设有测压口；所述限气锥体与石墨圆锥体之间还设有预热挡气板，用于充分预热碳源气。

优选地，所述锲形环的材质为石墨或硬碳毡。

本发明还提供了一种气相沉积炉，该沉积炉包括上述的一种限域定向流动全饱和渗透反应器。

本发明还提供了一种限域定向流动全饱和渗透制备炭/炭复合材料刹车盘的方法，使用上述的一种限域定向流动全饱和渗透反应器进行气相渗透增密，包括以下步骤：