[发明专利]一种飞机碳/碳复合材料刹车盘的制备方法

说明书

本发明涉及航空刹车制动材料技术领域，尤其是一种飞机碳/碳复合材料刹车盘的制备方法，所述刹车盘包括环形基体及若干二维碳布叠层板结构的碳/碳槽型夹，所述碳/碳槽型夹固定在环形基体的键槽内，包括制作预制体、第一真空热处理、第一化学气相沉积、第二真空热处理、机加工处理、第二化学气相沉积、第三真空热处理、磨削精加工等步骤，通过采用二维碳布叠层板结构的碳/碳槽型夹取代钢制槽型夹，可以减轻刹车盘整体重量，还可以调整刹车盘键槽受力方向由沿碳纤维叠层板层间方向变化为垂直于层间方向，同时刹车盘的环形基体无需开孔，解决刹车盘键槽部位易早期失效的问题，可使其安全使用寿命提高40%以上，大幅度降低了使用维护成本。

技术领域

本发明涉及航空刹车制动材料技术领域，尤其是一种飞机碳/碳复合材料刹车盘的制备方法。

背景技术

碳/碳复合材料刹车盘是飞机刹车的关键部件，也是飞机使用中的高价值易耗品。飞机在着陆刹车过程中摩擦对偶(即刹车动盘和静盘)在刹车压力的作用下产生摩擦阻力使机轮减速而刹停飞机。而飞机刹车中的刹车动盘和静盘通过刹车盘上的键槽将摩擦力矩传递到起落架轮轴上，刹车盘键槽是刹车盘上的关键受力部位，即受刹车力的作用，更为严重的是要承受由刹车振动引起的冲击裁荷。正是这种冲击载荷的反复作用，才会引起碳/碳复合材料刹车盘键槽部位损伤而导致刹车盘早期失效，影响刹车盘的使用寿命及安全性。

现有制备碳/碳复合材料刹车盘的技术，通常采用环形整体针刺毡预制体置入气相沉积炉中进行渗碳，当密度达到1.75g/cm³以上后出炉，高温热处理后进行机械加工，包括动、静盘机加工开键槽，最后在非摩擦表面涂防氧化涂层和热处理。而动盘是在圆环外圈开键槽，静盘在圆环内圈机加工开键槽。键槽部位连续纤维被切断，键槽驱动面纤维端头被暴露，而碳/碳复合材料纤维端头是高温氧化的敏感部位。虽然这些部位涂覆了防氧化涂层，但刹车盘在使用过程中由于刹车振动冲击引起键槽驱动面部位微动摩擦，导致表面防氧化涂层磨损失效，致使键槽驱动面氧化。另外，碳/碳复合材料刹车盘属于叠层板结构，碳/碳复合材料在垂直于纤维平面的方向承压强度较高，碳纤维层间通过短纤维联结，缺乏长纤维，其垂直于叠层板的抗压强度是沿层间方向的挤压强度的两倍多。而刹车盘键槽驱动面受力正处于最不利的方向，在使用中是最薄弱部位，由于其受载工况严酷，最容易早期出现损伤而引起刹车盘失效。外场的使用情况也充分的证明了这一点。

为了改善碳/碳复合材料刹车盘键槽部位受力状况，增强抗冲击损伤能力，延长使用寿命，特提出本发明。

发明内容

为了克服上述现有问题的不足，本发明提供了一种飞机碳/碳复合材料刹车盘的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种飞机碳/碳复合材料刹车盘的制备方法，其特征是，所述刹车盘包括环形基体及若干二维碳布叠层板结构的碳/碳槽型夹，所述碳/碳槽型夹固定在环形基体的键槽内，具体包括以下步骤：

S1，制作预制体，按常规技术制做全碳纤维针刺毡，并按刹车盘规格切割成环形基体的预制体，同时按常规技术制做碳/碳槽形夹的预制体，得到所述环形基体及碳/碳槽型夹的预制体；

采用二维碳布叠层板高碳纤维含量的预制件目的是为了增强键槽部位抗压强度，改善承力状态。

S2，第一真空热处理，将所述预制体置入热处理炉中进行第一真空热处理；

第一真空热处理的目的是为消除预制体的表面杂质，纯化碳纤维，有利于碳纤维与沉积碳的化学结合。

第一真空热处理可直接在气相沉积炉中，第一化学气相沉积渗碳未进行之前完成，可以省去一个独立热处理的工序，缩短生产周期，节约生产成本。

S3，第一化学气相沉积，将所述预制体置入化学气相沉积炉中进行第一化学气相沉积，至所述预制体密度达到1.15-1.30g/cm³，得到低密度的环形基体及碳/碳槽型夹的坯体；

S4，第二真空热处理，对所述坯体进行第二真空热处理；