CN100460359C - 一种炭/炭磁浮列车滑撬的制造方法 - Google Patents

一种炭/炭磁浮列车滑撬的制造方法 Download PDF

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Abstract

炭/炭磁浮列车滑撬的制造方法，采用针刺工艺制取炭布、炭纤维复合的准三维结构预制体，将预制体置于负压定向流气相沉炭炉内，采用等温CVI致密工艺，形成热解炭基体；然后在真空-压力浸渍罐内，浸渍添加SiC、Al2O3、ZrO2超细粉末的糠酮树脂或酚醛树脂，经固化处理及炭化处理，并经高温处理，形成改性双元炭基体的滑撬材料。本发明显著地提高了滑撬炭/炭材料的层间剪切强度和导热系数，克服了原二维炭/炭滑撬在使用中发生分层缺陷的不足之处。并具有优异的耐磨性能，降低了生产成本，适用于工业化规模生产等优点。

Description

一种炭/炭磁浮列车滑撬的制造方法
技术领域
本发明涉及一种磁浮列车滑撬用炭/炭复合材料的制造方法。
背景技术
磁浮交通在国际上尚属一项新技术，运行速度最高达500km/h。磁浮列车没有车轮，取而代之的是若干对滑撬。当列车在运行中紧急刹车，或因车辆故障需要引拖至修理场地时，滑撬支撑列车在轨道上滑行，并不磨损轨道。为此，滑撬是磁浮列车承载的关键部件。目前，我国引进的磁浮列车滑撬由德国生产的二维炭布增强树脂炭复合材料。其不足之处是：滑撬炭/炭厚度方向没有增强炭纤维，导热系数小，层间剪切强度低，在使用过程易发生分层缺陷而导致滑撬功能失效。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种针刺炭布、炭纤维复合结构炭/炭磁浮列车滑撬的制造方法。该方法由于采用炭布、炭纤维针刺工艺，使滑撬炭/炭材料厚度方向有增强炭纤维，提高了层间剪切强度和导热系数。在滑撬耐磨层仍保留了耐磨性较好的炭布，并增加了基体炭中耐磨性能最佳的热解炭基体，以及添加耐磨的SiC、Al2O3、ZrO2超细粉末等耐磨损措施，克服了原滑撬二维炭/炭材料在使用过程发生分层的弱点。
本发明的技术解决方案是：炭/炭磁浮列车滑撬的制造方法，其特点在于包括下列步骤：
(1)采用刺工艺制取炭布、炭纤维复合的准三维结构预制体，所述的准三维预制体是指滑撬下端面耐磨层采用针刺炭布与炭纤维网胎交替叠层制成，余者采用针刺长炭纤维与炭纤维网胎交替叠层制成，预制体中针刺长炭纤维与炭纤维网胎重量百分比为75-85％:25-15％；
(2)将步骤(1)所述的准三维结构预制体置于负压定向流气相沉积炭炉内，控制温度800℃-1200℃，经300-500小时等温CVI致密工艺，形成热解炭基体，即多孔的炭/炭坯体；
(3)将多孔的炭/炭坯体在真空-压力浸渍罐内，浸渍添加有SiC或Al2O3或ZrO2超细粉末的糠酮树脂或酚醛树脂，经固化、炭化处理，形成改性的树脂炭基体，即改性双元炭基体炭/炭坯体；
(4)改性双元炭基体炭/炭坯体经1500℃-2000℃高温处理，形成针刺炭布、炭纤维复合结构炭/炭材料；
(5)针刺炭布、炭纤维复合结构炭/炭材料经铣削加工、磨削加工工序，制成磁浮列车滑撬。
所述步骤(1)中针刺炭布与炭纤维网胎交替叠层的厚度控制在2-8mm，针刺长炭纤维与炭纤维网胎交替叠层的厚度控制在25-35mm。
所述步骤(2)中在等温CVI致密工艺中，炉内压力为5-15KPa，碳源气体C3H6流量为100-300L/h。
所述步骤(3)中浸渍糠酮树脂或酚醛树脂的量为整个设计滑撬重量的15-35％，糠酮树脂或酚醛树脂中添加SiC、或Al2O3、或ZrO2超细粉末，其添加的超细粉末重量占糠酮树脂或酚醛树脂重量的1-15％。
所述步骤(3)中真空-压力浸渍罐内加负压5-15KPa，温度为20～100℃，再加正压1.0～3.0MPa；炭化温度为800～1000℃。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)采用针刺炭布、炭纤维复合结构预制体，既可保留滑撬耐磨层炭布耐磨的特点，其余为针刺长炭纤维，又降低了生产成本。
(2)采用针刺炭布、炭纤维复合结构的准三维结构预制体，使滑撬厚度方向增加了炭纤维，降低了材料的热膨胀系数，提高了热导系数和层间剪切强度，解决了原二维炭/炭滑撬在成型工艺中及使用过程发生的分层缺陷而导致功能失效的弱点。
(3)采用等温CVI工艺致密炭/炭滑撬，形成耐磨的热解炭基体，提高了滑撬材料的耐磨性能。
(4)在浸渍树脂工艺中添加SiC、Al2O3、ZrO2超细粉末，形成改性树脂炭基体，提高了炭/炭滑撬的抗氧化和耐磨性能。
(5)采用上述技术途径制备的炭/炭滑撬材料，缩短了生产周期，可在二个月内生产一批产品。
总之，本发明由于采用炭布、炭纤维针刺工艺，使滑撬炭/炭材料厚度方向由增强炭纤维，提高了层间剪切强度和导热系数，在滑撬耐磨层仍保留了耐磨性较好的炭布，并增加了基体炭中耐磨性能最佳的热解炭基体，以及添加耐磨的SiC、Al2O3、ZrO2超细粉末等耐磨损措施，克服了原滑撬二维炭/炭材料在使用过程发生分层的弱点。
附图说明
图1为本发明的针刺炭布、炭纤维复合结构准三维结构预制体结构示意图；其中1为刺布2-8mm，2为针刺无纬布25-35mm；
图2为采用本发明生产后的炭/炭滑撬结构示意图。
具体实施方式
实施例1
(1)采用针刺炭布、炭纤维复合结构准三维结构预制体，其针刺炭布的厚度为2-4mm，余下厚度为针刺长炭纤维，预制体中针刺长炭纤维与纤维网胎的重量百分比约为75％:25％。
(2)将预制体装入负压定向流气相沉炭炉内，采取等温CVI致密工艺，其温度为1000℃，炉内压力为10KPa，碳源气体(C3H6)的流量为100L/h，经300小时致密化处理，形成热解炭基体。
(3)将多孔的炭/炭坯体在真空-压力浸渍罐内，浸渍糠酮树脂重量为120kg，并添加重量百分比为6kg(糠酮树脂的5％)的SiC超细粉末，负压为12KPa，浸渍温度为40-80℃，加正压1.5MPa，浸渍糠酮树脂量为15％，并经固化、炭化处理，形成改性树脂炭基体。
(4)将双元炭基体炭/炭坯体置于中频感应石墨化炉中，其温度为1500-2000℃，保温2小时，制成针刺炭布、炭纤维复合结构炭/炭材料。
(5)针刺炭布、炭纤维复合结构炭/炭材料经铣削、磨削等工序加工，制成图2所示磁浮列车滑撬。
实施例2
(1)采用针刺炭布、炭纤维复合结构准三维结构预制体，其针刺炭布与纤维网胎交替叠层制成，厚度为6-8mm，余下厚度为针刺长炭纤维与纤维网胎交替叠层制成，厚度为25mm，预制体中针刺长炭纤维与纤维网胎的重量百分比为78％:22％。
(2)将预制体装入负压定向流气相沉炭炉内，采取等温CVI致密工艺，其温度为900-1100℃，炉内压力为5KPa，碳源气体(C3H6)的流量为2000L/h，经500小时致密化处理，形成热解炭基体。
(3)将多孔的炭/炭坯体在真空-压力浸渍罐内，糠酮树脂重为100kg，并添加重量百分比为10％的Al2O3超细粉末，负压为8KPa，浸渍温度为40-80℃，加正压1.0MPa，浸渍糠酮树脂量为20％，并经固化、炭化处理，形成改性树脂炭基体。
(4)将双元炭基体炭/炭坯体置于中频感应石墨化炉中，其温度为1800℃，保温1小时，制成针刺炭布、炭纤维复合结构炭/炭材料。
(5)针刺炭布、炭纤维复合炭/炭结构材料经铣削、磨削等工序加工，制成如图2所示结构的磁浮列车滑撬。
实施例3
(1)采用针刺炭布、炭纤维复合结构准三维结构预制体，其针刺炭布与纤维网胎交替叠层制成，其厚度为8-10mm，余下为针刺长炭纤维与纤维网胎交替叠层制成，其厚度为30mm，预制体中针刺长炭纤维与纤维网胎的重量百分比约为85％:15％。
(2)将预制体装入负压定向流气相沉炭炉内，采取等温CVI致密工艺，其温度为950-1200℃，炉内压力为5KPa，碳源气体(C3H6)的流量为3000L/h，经300-500小时致密化处理，形成热解炭基体。
(3)将多孔的炭/炭坯体在真空-压力浸渍罐内，浸渍糠酮树脂80kg，并添加重量百分比为4％的ZrO2超细粉末，负压为5KPa，浸渍温度为80℃，加正压3.0MPa，并经固化、炭化处理，形成改性树脂炭基体。
(4)将双元炭基体炭/炭坯体置于中频感应石墨化炉中，其温度为2000℃，保温1.5小时，制成针刺炭布、炭纤维复合结构炭/炭材料。
(5)针刺炭布、炭纤维复合结构炭/炭材料经铣削、磨削等工序加工，制成如图2所示结构的磁浮列车滑撬。

Claims (6)

1.一种炭/炭磁浮列车滑撬的制造方法，其特征在于包括下列步骤：
(1)采用针刺工艺制取炭布、炭纤维复合的准三维结构预制体，所述的准三维预制体是指滑撬下端面耐磨层采用针刺炭布与炭纤维网胎交替叠层制成，余者采用针刺长炭纤维与炭纤维网胎交替叠层制成，预制体中针刺长炭纤维与炭纤维网胎重量百分比为75-85％:25-15％；
(2)将步骤(1)所述的准三维结构预制体置于负压定向流气相沉积炭炉内，控制温度800℃-1200℃，经300-500小时等温CVI致密工艺，形成热解炭基体，即多孔的炭/炭坯体；
(3)将多孔的炭/炭坯体在真空-压力浸渍罐内，浸渍添加有SiC或Al2O3或ZrO2超细粉末的糠酮树脂或酚醛树脂，经固化、炭化处理，形成改性的树脂炭基体，即改性双元炭基体炭/炭坯体；
(4)改性双元炭基体炭/炭坯体经1500℃-2000℃高温处理，形成针刺炭布、炭纤维复合结构炭/炭材料；
(5)针刺炭布、炭纤维复合结构炭/炭材料经铣削加工、磨削加工工序，制成磁浮列车滑撬。
2.根据权利要求1所述的炭/炭磁浮列车滑撬的制造方法，其特征在于：所述步骤(1)中针刺炭布与炭纤维网胎交替叠层的厚度控制在2-8mm，针刺长炭纤维与炭纤维网胎交替叠层的厚度控制在25-35mm。
3.根据权利要求1所述的炭/炭磁浮列车滑撬的制造方法，其特征在于：所述步骤(2)中在等温CVI致密工艺中，炉内压力为5-15KPa，碳源气体C3H6流量为100-300L/h。
4.根据权利要求1所述的炭/炭磁浮列车滑撬的制造方法，其特征在于：所述步骤(3)中浸渍糠酮树脂或酚醛树脂的量为整个设计滑撬重量的15-35％，糠酮树脂或酚醛树脂中添加SiC、或Al2O3、或ZrO2超细粉末，其添加的超细粉末重量占糠酮树脂或酚醛树脂重量的1-15％。
5.根据权利要求1所述的炭/炭磁浮列车滑撬的制造方法，其特征在于：所述步骤(3)中真空-压力浸渍罐内加负压5-15KPa，温度为20～100℃，再加正压1.0～3.0MPa。
6.根据权利要求1所述的炭/炭磁浮列车滑撬的制造方法，其特征在于：所述步骤(3)中的炭化温度为800～1000℃。
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