[发明专利]碳/碳复合刹车材料制备工艺

说明书

本发明涉及一种制备碳/碳复合刹车材料的方法，它包括碳布冲裁、热处理、迭层、沈积、增密、机加工直至成品的工艺过程。

碳/碳复合刹车材料是一种比重小、比热大的轻质高强结构材料，主要被用于制造飞机的刹车盘。国外已有近70个机种采用了这种重量轻，承载能力高、抗热震性能好的碳/碳刹车盘。正因为如此，少数国家一直将碳/碳复合刹车材料的制备工艺视为绝密技术而长期严加封锁，我国的碳材料密度也因此一直徘徊在1.4g/cm³左右，难以达到实用水平。英国邓录普公司申请的4134360号美国专利中提到了一种碳/碳材料的制备工艺，由于该工艺中的预沉积工艺，是把碳盘骨架环迭在一起，构成一个环状基质，然后用压差法进行，使得沿圆周方向沉积气体浓度过大，反应速度过快，易堵塞气体通道，致使碳盘沉积密度不均匀，在工艺中出现了在“机械加工”与“CVD”（化学气相沉积增密）二个工序的多次循环，使生产周期很长，约需6个月的时间;再有对于预沉积前的CFV%（碳纤维体积含量）是靠炉子上的特殊加压装置实现的，在我国要实现这种加压装置不公要花费大量的资金，而且在真空炉中要增设活动的密封装置，结构复杂、维修费用高。

为了避免上述现有技术的不足之处，本发明提出了一种改进的工艺方法，旨在通过采用专用夹具取代英国专用炉子来保证CFV%，降低设备的投资;采用夹具板开槽使沉积均匀化并提高沉积速率。改进后的工艺使整个工艺周期由6个月缩短为3个月，产品密度由1.609g/cm³提高到1.75g/cm₃-1.82g/cm³，产品提高，成本大大下降。

本发明是采用以下措施实现的：C/C复合刹车材料的制备工艺由九道工序组成;①、冲裁碳布;②、将载好的碳布装入真空炉进行高温热处理;③、对碳布进行迭层;④、将数个碳盘压紧形成碳盘骨架⑤、将碳盘骨架装入真空炉进行预沉积;⑥、卸掉夹具，进行表面机加工;⑦、入炉进行CVD增密;⑧、高温热处理;⑨、机加工形成产品。本发明的特征主要在于：

1、改进了预沉积工序中的CFV%和原有的工艺方式。在CFV%中即碳盘加形成中是用石墨垫板放置于两层碳盘之中，通过六个不锈钢螺钉和两块限位垫块把数个碳盘的碳布压紧以形成碳盘骨架，限位垫块保证了碳纤维的初始体积含量，省支了原工序中需要在真空炉中增设密封装置的复杂结构。另外在与迭层碳布所接触的夹具及中间隔板的颊上加工出槽子，以引导气体定向流动，并强制气体通过碳盘基质，使碳盘与沉积气体的接触面积扩大3-4倍。

2、在CVD增密工艺中，卸掉预沉积夹具后，在每二片碳盘毛坯中间外圆周处加一个垫环。以在两个碳盘毛坯中间形成一个加圆周状的气体流动通道，强迫气体沿预定方向通过碳盘，并在压差下自动寻找密度较低的部位进行沉积，使碳盘与沉积气体的接触面积比原工艺方法扩大五倍以上，大大加快沉积速率。

由于以上二点的改变，特别是预沉积工艺和CVD工艺的改进，使得碳盘的沉积质量好、密度始终十分均匀，极少产生涂层和碳盘，因此减化了原工艺中的机械加工与CVD增密二工序间的多次循环，大大缩短了工艺周期。

本发明还可以采用以下措施：

在碳布迭层中，为了消除由于经纬线的差异所引起的热应力，有利于克服碳布分层，在迭层中保持一定角度，以0°、90°、36-40°为宜。

CVD工艺中的丙烯气沉积温度：840-910℃，丙烷气沉积温度：960-1100℃，炉内压力≯8KPa，沉积气流量：600-1400L/hr，混合气体比例：N₂/C₃H₆＝0.8-1.8。

现结合实施例对本发明作进一步描述：

1、将聚丙烯腈碳布冲裁成一定大小的（视机型而定）圆环状碳布片。

2、将裁好的碳布装入直空炉进行一次高温热处理，炉温1800℃-2500℃，通氩气保护。

3、将热处理后的碳布以0°、90°、36-40°的角度进行迭层，具体方法是：先将每二片碳布正交相迭为一组，而组与组再按36-40°的角度进行铺设。每一个碳盘的碳布片数由事先选定的碳纤维初始体积含量（即CFV%）及碳盘要求的厚度决定。

4、在迭好的碳盘与碳盘之中，热一层石墨隔板，隔板的平面加工出深3mm的槽子，然后再如法泡制第二个碳盘的碳布。最后通过六个不锈钢螺钉和两块石墨垫板把数个碳盘的碳布压紧，从而形成碳盘的骨架，碳纤维的初始体积含量通过放在两块石墨隔板间的限位垫块来达到。