CN101328577A - 一种化学气相沉积制备飞机碳刹车盘的方法 - Google Patents
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Abstract
一种化学气相沉积制备飞机碳刹车盘的方法，涉及一种飞机碳刹车盘的制备方法，先将飞机碳刹车盘预制体以料柱的形式装入化学气相沉积炉中，相邻的预制体之间采用石墨垫环隔开，在料柱顶端加盖中部设有通孔的石墨盖板，所述石墨盖板和料柱之间还设有石墨垫环，料柱的最下端也通过石墨垫环和石墨下盖板支撑在外热式化学气相沉积炉内；在化学气相沉积炉内的上盖板的中间位置开设进气孔；在上盖板进气孔和石墨盖板的通孔之间密封连接一石墨管；对化学气相沉积炉内抽真空，保真空24±1小时；升温至沉积温度；依次通入碳源气体、稀释气体、载气和保护调节气体。本发明实现了缩短工期降低成本的目的，可提高产品的质量稳定性和相应的摩擦磨损性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种飞机碳刹车盘的制备方法，特别是外热式定向流动化学气相沉积(CVD)制备飞机碳刹车盘的方法。
背景技术
根据要求，飞机碳刹车盘较为理想的密度应该是在1.80g/cm3以上，但是经常发生的情况是增密到一定程度时再难继续增密，一般瓶颈在密度为1.60g/cm3的左右。在密度从0.60g/cm3达到1.60g/cm3之前增密所用时间只占整个增密过程的三分之一时间，另外从密度1.60g/cm3到密度1.80g/cm3所用的时间占到整个增密过程的三分之二，甚至在很多情况下密度无法到达理想的1.80g/cm3以上。
国内目前为了生产增密飞机碳刹车盘的方法采用的工艺主要有两类：第一类是温度梯度化学气相沉积法+浸渍碳化的复合工艺，第二类是等温化学气相沉积法。根据原料气体的流向设计的不同细分为跟多的子类。这些方法的共同特点是很难实现预制体的均匀增密，在整个增密过程中，由于预制体的内外侧半径的不同而造成的体积差异使得碳原料气体的流速差异较大，同时由于气体到达的时间有先后的不同，气体的温度也发生了较大的变化，再加上在沉积过程中还在发生浓度的变化和流场的不均匀，使得整个增密过程变得难于控制。
发明内容
本发明目的在于发明一种可以持续增密到密度1.80g/cm3以上的化学气相沉积制备飞机碳刹车盘的方法。
本发明的技术解决方案包括下列步骤：
1)将飞机碳刹车盘预制体以料柱的形式装入化学气相沉积炉中，相邻的预制体之间采用石墨垫环隔开，在料柱顶端加盖中部设有通孔的石墨盖板，所述石墨盖板和料柱之间还设有石墨垫环，料柱的最下端也通过石墨垫环和石墨下盖板支撑在外热式化学气相沉积炉内；在化学气相沉积炉内的上盖板的中间位置开设进气孔；在上盖板进气孔和石墨盖板的通孔之间密封连接一石墨管；
2)对化学气相沉积炉内抽真空，并保真空24±1小时；
3)升温至沉积温度；
4)依次通入包括碳源气体、稀释气体、载气和保护调节气体。
气体的流经路径为：首先通入炉体的沉积室内的料柱外侧，再通过预制体中的空隙向料柱的内侧渗透，在渗透的过程中沉积在预制体中，达到增密的效果，通过控制流速好方向实现预制体的均匀增密，从而实现缩短工期降低成本的目的，同时提高产品的质量稳定性和相应的摩擦磨损性能。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1、由于料柱的内外已经被隔开，所以气体的通路被限制必须通过预制体的内部的空隙，由此强制沉积气体通过预制体内部流动，克服了自由扩散的浓度梯度的问题，使得实现均匀沉积更加容易。
2、按照装炉量确定的气体流速使得大幅度提高了沉积气体的利用率。
3、按照不同的质量要求确定通入气体的配比，更好的保证了产品质量一致性和稳定性。
4、适应于各种碳/碳复合材料的生产和制造，关键是工装的设计和制造。
总之，本发明克服了原有技术的不足，该方法使得碳刹车盘的增密过程更加均匀，避免了沉积过程中在碳刹车盘未达到预期密度的情况下外层结壳的现象，碳刹车盘可以持续增密到密度1.80g/cm3以上。
由于石墨垫环的厚度是根据预制体的不同设计而设计为不同厚度和直径的，故，步骤1)中，各石墨垫环的厚度为5～10mm，每炉装入的飞机碳刹车盘预制体数为44～45盘。
另外，步骤2)中，化学气相沉积炉内的真空度为1Pa～50KPa。
步骤3)中，升温至化学气相沉积炉内温度为800℃～1400℃。
在步骤4)前，先从石墨管通入氮气，再通入沉积用的碳源气体，直到碳源气体通入量为每1公斤预制体30克碳源气体。
为了方便制作，也方便气体的流通，本发明所述上盖板进气孔和石墨盖板的通孔的孔径相等。
所述上盖板进气孔和石墨盖板的通孔的孔径为50～200mm。由于气体必须由此处通过被抽出沉积室，是为了保证气体的流向。孔径是即能保证通常、又对炉体保温性能影响较小的尺寸。
附图说明
图1为本发明的一种使用示意图。
具体实施方式
如图1所示，图中1飞机碳刹车盘预制体、2石墨垫环、3石墨下盖板、4石墨盖板、5下托板、6外发热体、7上盖板、8石墨管、9保温层。
操作步骤：
1、将飞机碳刹车盘预制体1(通常44～45盘)以料柱的形式装入化学气相沉积炉中，相邻的飞机碳刹车盘预制体1之间采用石墨垫环2隔开。
在由各飞机碳刹车盘预制体1和石墨垫环2组成的料柱顶端加盖中部设有通孔的石墨盖板4，还在石墨盖板和料柱之间加以一块石墨垫环2，料柱的最下端也通过另一块石墨垫环2和石墨下盖板3支撑在外热式化学气相沉积炉内。
在上盖板7的中间位置开设进气孔，上盖板7和石墨盖板4的孔径尺寸应在50～200mm之间，并且孔径相等。在上盖板7进气孔和石墨盖板4的通孔之间密封连接一两头通的石墨管8。图中，12、11为紧固螺母。
2、对保温层内抽真空至1Pa～50KPa，并保真空24±1小时后关闭真空泵。
3、将保温层内温度升至800℃～1400℃。
4、首先从石墨管8通入氮气，氮气的通入会使所控制的温度产生短时的波动，需要一定的时间稳定，待稳定后开始逐渐减少氮气，通入沉积用的碳源气体，直到氮气减少到一定的流量后通入的碳源气体也要同时达到工艺要求的设定值(一般是30克/每公斤预制体)。
5、依次再通入碳源气体、稀释气体、载气和保护调节气体。
6、从打开上盖板7，并拆除石墨管8，从保温层9中取出由各飞机碳刹车盘预制体1和石墨垫环2组成的料柱，并从中分捡出已加增密的飞机碳刹车盘。
Claims (7)
1、一种化学气相沉积制备飞机碳刹车盘的方法，其特征在于包括下列步骤：
1)将飞机碳刹车盘预制体以料柱的形式装入化学气相沉积炉中，相邻的预制体之间采用石墨垫环隔开，在料柱顶端加盖中部设有通孔的石墨盖板，所述石墨盖板和料柱之间还设有石墨垫环，料柱的最下端也通过石墨垫环和石墨下盖板支撑在外热式化学气相沉积炉内；在化学气相沉积炉内的上盖板的中间位置开设进气孔；在上盖板进气孔和石墨盖板的通孔之间密封连接一石墨管；
2)对化学气相沉积炉内抽真空，并保真空24±1小时；
3)将化学气相沉积炉升温至沉积温度；
4)依次通入包括碳源气体、稀释气体、载气和保护调节气体。
2、根据权利要求1所述化学气相沉积制备飞机碳刹车盘的方法，其特征在于步骤1)中，各石墨垫环的厚度为5～10mm，每炉装入的飞机碳刹车盘预制体数为44～45盘。
3、根据权利要求1所述化学气相沉积制备飞机碳刹车盘的方法，其特征在于步骤2)中，化学气相沉积炉内的真空度为1Pa～50KPa。
4、根据权利要求1所述化学气相沉积制备飞机碳刹车盘的方法，其特征在于步骤3)中，升温至化学气相沉积炉内温度为800℃～1400℃。
5、根据权利要求1所述化学气相沉积制备飞机碳刹车盘的方法，其特征在于在步骤4)前，先从石墨管通入氮气，再通入沉积用的碳源气体，直到碳源气体通入量为30克/公斤预制体。
6、根据权利要求1所述化学气相沉积制备飞机碳刹车盘的方法，其特征在于上盖板进气孔和石墨盖板的通孔的孔径相等。
7、根据权利要求6所述化学气相沉积制备飞机碳刹车盘的方法，其特征在于所述上盖板进气孔和石墨盖板的通孔的孔径为50～200mm。
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