[发明专利]基于碳/碳复合材料的摩擦部件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及制造碳/碳复合材料摩擦部件，特别地但不排他地，本发明涉及飞机制动盘。

背景技术

本文，术语“基于”碳/碳复合材料的摩擦部件用于意指由碳/碳复合材料制成的摩擦部件或基本上由碳/碳复合材料制成(即可包含小重量百分比的另外的元素，例如陶瓷粒子，特别是为了改进耐磨性的目的)的摩擦部件。

基于碳/碳复合材料的飞机制动盘被广泛使用。制造这种盘的公知方法包括如下步骤：

·由碳前体纤维，通常为预氧化的聚丙烯腈(PAN)纤维制造环状预成型体；

·施加碳化热处理以转化碳前体并获得由碳纤维组成，并旨在形成复合材料的纤维增强件的环状预成型体；以及

·用碳基体将碳纤维预成型体致密化。

碳前体纤维的环状预成型体可以各种方式制得：

·通过重叠二维纤维结构的层，将重叠的层结合在一起而形成厚的纤维结构，从该纤维结构上切下环状预成型体，所述二维纤维结构为例如通过重叠单向(UD)纤维片并将UD片通过例如光针刺(light needling)结合在一起而获得的多向(nD)纤维片；

·从二维纤维结构(例如nD片)切下环状层或固体盘形式的层，然后重叠环状纤维层并将重叠的层结合在一起以直接获得环状纤维预成型体或盘状纤维预成型体，然后从所述盘状纤维预成型体切下中央部分，从而获得环状预成型体；或者

·缠绕螺旋织带或织物的扁平转向(flat turn)以形成重叠的环状纤维层，并将所述层结合在一起。

在那些各种方法中，重叠的层之间的结合通常通过针刺进行。为此目的，通常地，将重叠的层置于水平支撑上，当层彼此重叠时逐渐进行针刺，每当增加一个新的层时进行一个针刺途径(pass)。针刺利用钩针进行，所述钩针垂直(Z方向)穿透至正在形成的纤维结构或纤维预成型体，层之间的结合通过由针移动而使得它们占据Z方向的纤维获得。每当在一个针刺途径之后施加一个新的层时，将水平支撑向下移动一步，从而控制穿过纤维结构或纤维预成型体的厚度的纤维在Z方向上的密度。

有关由碳前体纤维组成的环状预成型体的制备，可参考例如如下文献：US 4 790 052、US 5 792 715和US 6 009 605。

应观察到也已提出直接通过重叠碳纤维层并通过针刺将那些层结合在一起来由碳纤维制备环状预成型体。

在用PyC基体致密化之前，已知对碳纤维预成型体进行高温热处理(通常在至少1600℃的温度下)，从而特别地去除包含于纤维中的任何杂质，特别是由制备碳前体纤维的过程产生的剩余钠。举例而言，可参考如下文献：US 7,351,390、US 7,052,643和US 7,410,630。

可通过液体型方法，即通过用如树脂或沥青的液态碳前体浸渍预成型体，然后通过在热处理下的碳化将前体转化为碳，从而实现利用碳基体的致密化。

用碳基体致密化也可通过化学气相渗透(CVI)法进行，所述化学气相渗透法以已知的方式包括将碳纤维预成型体置于封闭壳中，使含有一种或多种气态碳前体的气体进入封闭壳中，控制封闭壳内的条件，特别是温度和压力以使得气体能够扩散至预成型体内并通过前体分解而在其中形成PyC沉淀。所述气体通常包含甲烷和/或丙烷作为碳前体，应了解可使用其他气态烃前体。置于一堆中的多个环状预成型体可同时在单个封闭壳内致密化，特别如文献US 5904957所述。

也有可能使用“蒸发”法用PyC基体进行致密化，所述“蒸发”法同样以已知的方式包括将碳的环状预成型体浸入液体碳前体的浴中，并例如通过与感应线圈偶联来加热该预成型体。当与加热的预成型体接触时，液体蒸发。蒸汽扩散并通过在预成型体内分解而产生PyC沉淀。可特别参考文献US 5 733 611。

也已知通过结合CVI法和液体型法而实现致密化。文献EP 2 088347和EP 2 093 453公开了通过CVI的致密化步骤，接着是通过用沥青浸渍的致密化步骤和碳化。沥青碳化在1200℃和1800℃之间，通常在1600℃的温度下进行，并可接着在1600℃和2400℃之间的温度下的石墨化热处理以将沥青前体碳石墨化。

本发明涉及基于碳/碳复合材料的摩擦部件的制造，其中基体的碳至少在碳基体的主要外相中由源自气态前体的PyC形成。本文中“源自气态前体的PyC”意指通过常规CVI法获得的PyC以及通过上述蒸发法获得的PyC。