CN102529117A - 用于沥青致密化的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于沥青致密化的装置。具体地，一种沥青致密化装置可用于形成碳-碳复合物材料。在一些示例中，该装置构造成采用多种不同沥青致密化技术中的一种或多种来沥青致密化材料。例如，该装置可采用树脂传递模塑循环、真空辅助树脂传递模塑循环和/或真空压力渗透循环中的可选择的一种来致密材料。该装置可响应于待被致密材料的初始或变化的性能。在一些其它的示例中，该装置包括模具，该模具构造成接收预制品以及与预制品分开的一部分固体沥青。该装置可包括与模具热耦合的加热源，该加热源构造成将固体沥青加热到高于固体沥青的熔化温度。该装置可在没有外部沥青熔化设备的情况下熔化沥青。

Description

用于沥青致密化的装置

技术领域

本公开涉及沥青致密化，并且更具体地涉及用于碳-碳复合物的沥青致密化。

背景技术

碳纤维增强碳材料，也被称为碳-碳(C-C)材料，是通常包括在碳材料基体中增强的碳纤维的复合物材料。C-C复合物材料已经用于很多严酷的高温应用。例如，已知航空工业利用C-C复合物材料生产不同的飞行器结构部件。示例性应用包括火箭喷管，鼻锥体以及用于商业和军用飞机的摩擦材料，例如制动器摩擦材料。

在一些示例中，用纺织或非纺织碳纤维生产C-C复合物材料。可以布置碳纤维以限定所得结构部件的形状，其可被称为预制品。预制品可以经历不同的处理步骤来增加预制品的碳含量和密度以将预制品转化为C-C复合物部件。例如，可以采用一种或多种沥青致密化工艺以将碳添加到预制品中。通常，沥青致密化工艺操作成用沥青浸渍碳纤维预制品，然后使碳纤维预制品冷却并固化以生成致密的高碳含量的C-C部件。

不同的沥青致密化工艺通常涉及不同的化学和机械力加载。不同的碳纤维预制品也可显示出不同的化学和机械性能，例如由于不同的材料形态、不同的制造技术或在大部分制造过程中固有的制造公差。对于特定的碳纤维预制品，如果所选择的沥青致密化工艺过于激进，则可能会在沥青致密化工艺的过程中损坏预制品。在优先考虑C-C部件的性能和质量的应用中，损坏的预制品通常可能用处不大并可能被丢弃。

公开内容

一般而言，本公开涉及用沥青来致密制品(例如碳纤维预制品)的装置和技术。在一些示例中，单个的装置可构造成通过多种不同的沥青致密化工艺用沥青来致密碳纤维制品(在这里也称为“沥青致密化”)以形成C-C复合物材料。例如，单个的装置可构造成实施树脂传递模塑(RTM)，真空辅助树脂传递模塑(VRTM)或者真空压力渗透(VPI)中的每一种，以在致密化装置的相同的模具中用沥青来致密碳基制品。

为了使用这样示例性的装置将制品致密到期望的水平，可将制品插入模具腔中并且使其经历同一沥青致密化工艺或多种不同致密化工艺的一个或多个循环。根据所用的颗粒致密化工艺，在致密化循环期间，装置可构造成使用夯压(ram pressure)、气压、真空压或其某些组合在装置的模具腔中用沥青浸渍碳纤维材料。对于使用两个或多个不同的沥青致密化工艺的一个或多个循环来致密碳纤维预制品或其它制品的情况，无需将制品从一个装置移开并插入到分离的装置中以实施不同的沥青致密化工艺。相反，可以在装置的同一模具腔中实施不同致密化工艺的每一个的一个或多个循环。在一些例子中，仅可利用单个类型的沥青致密化工艺(RTM，VRTM或VPI)致密预制品。然而，由于单个装置可以实施每种类型的沥青致密化工艺，不需要三个分离的装置来实施每种各自的沥青致密化工艺。

在一些示例中，基于例如待被致密制品的初始性能，可以从多种不同的沥青致密化工艺中选择沥青致密化工艺。在一些示例中，可以将所选择的沥青致密工艺在原处改变为多种不同的沥青致密化工艺中不同的一种。以这种方式，装置可以适于并响应于待被致密材料的初始或变化的性能。作为构造成实施多种沥青致密化工艺的装置的多功能性的结果，可以在较少伴随废品和部件损坏的情况下形成改进的C-C结构部件。

在一些示例中，沥青致密化装置可以包括模具，其构造成接收预制品(或者其它待被致密的材料)以及沥青材料的固体部分。该装置可构造成在模具中将沥青材料的固体部分加热到超过沥青材料的熔化温度。在一些示例中，该装置也可以提供一个或多个沥青驱动力以进一步将熔化的沥青驱入材料的不同孔中。通过在原处熔化固体沥青，可以提供没有外部沥青熔化设备的低成本装置。而且，可以通过消除传输管线损耗以及与从分离的熔化罐中输送熔化的沥青相关联的传输管线测量不一致性来精确地控制被提供到材料中的沥青的量。

在根据本公开的一个示例中，一种装置包括：模具，其构造成接收待被致密的材料；夯头(ram)，其构造成施加夯压以迫使沥青进入模具中以致密该材料；气体源，其构造成在模具中施加气压以迫使沥青进入模具中以致密该材料；以及真空源，其可操作以至少在施加夯压或气压前在模具中产生真空压力。根据该示例，该装置构造成采用夯头、气体源、夯头和真空源或者气体源和真空源中的可选择的一种在模具中致密该材料。

在根据本公开的另一示例中，一种装置包括：模具，其构造成接收制动盘预制品；夯头，其构造成施加夯压以迫使熔化的沥青进入模具中以在树脂传递模塑循环或真空辅助树脂传递模塑循环的至少一种期间致密该制动盘预制品；惰性气体源，其构造成在模具中施加气压以迫使熔化的沥青进入模具中以在真空压力渗透循环期间致密该制动盘预制品；以及真空源，其构造成在真空辅助树脂传递模塑循环或者真空压力渗透循环的至少一种期间在模具中产生真空压。根据该示例，该装置构造成采用树脂传递模塑循环、真空辅助树脂传递模塑循环或真空压力渗透循环中的可选择的一种在模具中致密该制动盘预制品。

在另一示例中，描述了一种方法，该方法包括将待被致密的材料插入模具中，其中该模具是装置的一部分，该装置构造成采用树脂传递模塑循环、真空辅助树脂传递模塑循环或者真空压力渗透循环中的可选择的一种来致密该材料。该方法包括选择树脂传递模塑循环、真空辅助树脂传递模塑循环或者真空压力渗透循环中的一种在模具中致密材料，并且使用树脂传递模塑循环、真空辅助树脂传递模塑循环或者真空压力渗透循环中所选择的一种在模具中致密该材料，以致密待被致密的材料。

在另一示例中，一种装置包括：模具，其构造成接收预制品以及与预制品分开的固体沥青；与模具热耦合的加热源，其中该加热源构造成在模具中将固体沥青加热到高于固体沥青的熔化温度以使固体沥青熔化；以及气体源，其构造成在模具中施加气压以迫使熔化的沥青进入预制品中以致密该预制品。

在另一个示例中，描述了一种方法，该方法包括：将预制品插入模具中；将固体沥青插入该模具中，其中固体沥青与预制品分开；在模具中将固体沥青加热到高于固体沥青的熔化温度的温度；在模具中通过至少对熔化的沥青加压来致密该预制品。

在另一示例中，描述了一种方法，该方法包括：将预制品插入模具中，其中该模具是装置的一部分，该装置构造成采用至少真空压力渗透循环来致密预制品；以及将固体沥青插入该模具中，其中，固体沥青与预制品分开，并且其中，固体沥青限定与模具的形状基本对应的形状。该方法还包括在模具中将固体沥青加热到高于固体沥青的熔化温度的温度，以及采用至少真空压力渗透循环迫使熔化的沥青进入预制品中以在模具中致密该预制品。

通过以下的附图和描述阐明一个或多个示例的详细内容。从说明书、附图以及权利要求中，其它的特征、目标和优势将变得明显。

附图说明

图1是示意性方框图，示出了示例性的飞机制动器组件。

图2是概念性方框图，示出了示例性沥青致密化装置，其构造成用多种不同的沥青致密化技术中的一种来致密制品。

图3是示意性的方框图，示出了另一示例性沥青致密化装置，其构造成用多种不同的沥青致密化技术中的一种来致密制品。

图4是示意性的方框图，示出了可以被包括在图3的示例性沥青致密化装置的示例性特征。

图5是流程图，示出了一种使用图3的示例性装置用沥青致密材料的示例性方法。

图6是概念性方框图，示出了另一示例性沥青致密化装置，其包括构造成接收预制品和一部分固体沥青的模具。

图7A和7B是概念图，从不同视角示出固体沥青的示例部分。

图8是概念图，示出了可以用在图6的示例性装置中的示例性模具。

图9是流程图，示出了用沥青致密示例制品的示例方法。

具体实施方式

在C-C复合物材料部件的制造中，碳基纤维材料可能要经历多个工艺步骤来布置，加强并将碳基纤维材料致密成所形成的部件。在不同的示例中，碳基纤维材料可能经由化学气相沉积(CVD)处理以将碳添加到材料中，经由树脂传递模塑(RTM)处理以用高压(例如，在500psi至3500psi之间)沥青浸渍材料，或者经由真空压力渗透(VPI)处理以用相对较低压力(例如，在25psi至800psi之间)沥青浸渍材料。在一些示例中，碳基纤维材料可以经历这些工艺的组合，或者经历额外或不同的工艺。例如，碳基纤维材料可以经历CVD以用沉积的碳来加强纤维，然后该纤维进一步经历使用RTM和/或VPI工艺进行的沥青致密化。

一般而言，CVD可涉及将碳基纤维材料与含碳前体材料一起在高温气氛下放置一段延长的时间。随着碳基纤维材料与含碳前体材料反应和/或降解，碳在碳基纤维材料上沉积，增强了材料并提高了材料的密度。在一些示例中，不同的工艺参数(例如不同的工艺控制公差或不同的材料形态)导致不同碳基纤维材料的密度和强度不一致。例如，可以在CVD室里在多个碳基纤维材料预制品上同时实施CVD。在CVD工艺之后，多个预制品中的每一个可能在密度或强度上显示出与平均密度和强度的一些变化，一些预制品与其它预制品相比显示出更加远离平均值的特征。这些不同的特征可能影响预制品的后续处理。

除CVD外或作为CVD的替代，碳基纤维材料可以经历沥青致密化以致密该材料。在沥青致密化工艺中，将沥青浸渍到碳基纤维材料中。不同的沥青致密化工艺一般涉及不同的机械加载力，例如，与不同的沥青驱动力和与每个特定工艺相关联的碳基纤维材料中的不同压力梯度相关联。如果碳基纤维材料不足以承受特定的沥青致密化工艺，则该碳基纤维材料在致密化过程中可能被切开或被分层(例如在碳预制品包括多个层的情况中)，致使该材料不适合形成高性能部件。此外，如果向碳基纤维材料中输送不正确量的沥青，则该材料可能致密不足(under densified)，也会导致该材料不适合形成高性能部件。

根据在本公开中描述的一些示例，一种沥青致密化装置可构造成实施多种不同的用沥青致密材料的工艺。如上所述，在一些示例中，一种装置可构造成采用RTM、VPI和VRTM来致密材料。这些沥青致密化工艺中的每一种都在下文中进一步描述。这样的沥青致密化装置可以使用多种驱动力以在装置的模具中用沥青浸渍碳基纤维材料。可用于在装置的模具中用沥青浸渍碳基纤维材料的示例驱动力包括夯压，气压，真空压及其组合。

由于示例的沥青致密化装置能够使用多种驱动力用沥青浸渍碳基纤维材料，可以基于一个或多个考虑因素来调整通过该装置实施的用沥青致密碳基纤维材料的一种或多种特定的工艺。例如，在一些情况下，可以确定碳基纤维材料的强度(例如通过确定材料的密度)，并且可以至少部分地基于材料的强度来选择所采用的用沥青致密相应材料的一种或多种特定的工艺。在一些示例中，可以通过该装置来确定材料的强度或者其它在选择特定工艺时可能有用的变量。在其它示例中，该装置不估算碳基纤维材料的强度。例如，材料的强度可由控制该装置的操作人员代为确定，且操作人员可操作该装置以实施基于所确定的材料强度而被确定为合适的一种或多种沥青致密化工艺。

无论如何，通过利用多种类型的沥青驱动力，该装置可使特定的沥青致密化工艺适合特定的碳基纤维材料。例如，对于具有相对低的初始密度的碳基纤维材料，该装置可使用VPI致密该材料。与具有更高初始密度的材料相比，具有低初始密度的材料可能具有较低的机械强度。然而与其他类型的致密化工艺(例如RTM或VRTM)相比，VPI可以在致密化过程中向材料施加相对更小的机械力。相反地，对于具有相对高的初始密度的碳基纤维材料，该装置可使用RTM或VRTM致密该材料。与具有较低初始密度的材料相比，具有高初始密度的材料可能具有更高的机械强度。此外，RTM或VRTM的循环可在致密化过程中将更多的沥青添加到材料的孔中，因而相比VPI将材料致密化到更大的程度。在一些另外的示例中，该装置可使用两种或更多种沥青致密化工艺来致密特定的碳基纤维材料。例如，对于具有相对低的初始密度的碳基纤维材料，装置可以首先使用VPI致密该材料以致密并增强该材料。然后可以将增强过的材料在装置的同一模具中用RTM和/或VRTM进一步致密。与单独使用VPI相比，RTM和/或VRTM可更快地增加材料的密度。然而，VPI可增强并初步致密材料以承受RTM和/或VRTM的力。结果，可在降低或消除对材料的损坏的同时有效地致密碳基材料。

根据本公开中描述的一些示例，一种沥青致密化装置包括模具，其在模具腔内容纳待被致密的材料以及沥青材料的固体部分。该装置构造成在模具腔内将沥青材料的固体部分加热到超过沥青材料的熔化温度。在一些示例中，沥青材料的固体部分限定与待被致密材料的截面形状基本一致的形状。在一些示例中，沥青致密化装置构造成提供一个或多个沥青驱动力以驱动熔化的沥青进入待被致密材料的孔中。结果，在没有外部沥青熔化罐和输送系统的成本和复杂性的情况下，可将精确量的沥青添加到待被致密材料中。

将参照图2-4更加详细地描述一种示例性的装置，其构造成采用多种不同的沥青致密化技术中的一种或多种来致密材料。下文参照图5描述相关联的示例性技术。另外，参照图6-9更加详细地描述一种示例性的技术和一种示例性的装置，其构造成采用模具来致密材料，该模具构造成接收沥青的固体部分以及碳基纤维材料。然而，首先将参照图1来描述示例性的飞机制动器组件，其可包括根据本公开的示例制造的一种或多种C-C复合物材料。

图1是概念图，示出了示例性的组件，其可包括一种或多种根据本公开的技术形成的C-C复合物材料。具体地，图1示出了飞机制动器组件10，其包括轮子12，致动器组件14，制动器堆16和轮轴18。轮子12包括轮毂20，轮支架法兰22，轮辋底24A和24B，扁尾螺栓26和扁尾螺母28。致动器组件14包括致动器壳体30，致动器壳体螺钉32和夯头34。制动器堆16包括交替的转子盘36和定子38，它们彼此之间相对移动。转子盘36通过梁键40设置在轮12上，特别是在轮毂20上。定子盘通过齿条(spline)44设置在轮轴18上，特别是在转矩管42上。轮组件10可支撑任意的多种私人，商业或军用飞机。

轮组件10包括在图1的示例中通过轮毂20和轮支架法兰22限定的轮子18。轮支架法兰22通过扁尾螺栓26和扁尾螺母28机械地附接到轮毂20上。轮12限定轮辋底24A和24B。在组装期间，可以在轮毂20上放置可充气轮胎(未示出)并通过轮支架法兰22将其固定在相对侧。此后，可将扁尾螺母28在扁尾螺栓26上拧紧，并可用轮辋底24A和24B对可充气轮胎充气，从而为可充气轮胎提供气密密封。

可以通过转矩管42和轮轴18将轮组件10设置在飞机上。在图1的示例中，转矩管42通过多个螺栓46附接到轮轴18上。转矩管42支撑致动器组件14和定子38。可将轮轴18设置在起落装置(未示出)的支柱上以将轮组件10连接到飞机上。

在飞机的操作期间，有时需要用到制动，例如着陆和滑行期间。因此，轮组件10可通过致动器组件14和制动器堆16来支持制动。致动器组件14包括致动器壳体30和夯头34。致动器组件14可包括不同类型的致动器，例如，电-机械致动器，液压致动器，气动致动器等等。在操作中，夯头34可伸出离开致动器壳体30，以对着压缩点48轴向压缩制动器堆16来进行制动。

制动器堆16包括交替的转子盘36和定子盘38。转子盘36安装在轮毂20上以便通过梁键40共同旋转，定子盘38安装在转矩管42上以便通过齿条44共同旋转。在图1的示例中，制动器堆16包括4个转子和5个定子。然而，在制动器堆16中可以包括不同数量的转子和/或定子。此外，转子和定子的相对位置可以颠倒，例如使得转子盘36可以设置在转矩管42上而定子盘38设置在轮毂20上。

转子盘36和定子盘38可以为飞机的制动提供相对的摩擦表面。随着移动的飞机的动能转化为制动器堆16中的热能，制动器堆16中的温度可急速升高，例如超过200摄氏度。对于一些飞机，紧急制动可能导致温度超过500摄氏度，在一些情况下，甚至超过800摄氏度。因此，形成制动器堆16的转子盘36和定子盘38可包括耐用的、热稳定的材料，其能够在这样的温度下操作。在一个示例中，转子盘36和定子盘38由金属合金制成，例如基于Ni，Co，Fe等的超级合金。

在另一示例中，转子盘36和/或定子盘38由根据本公开的一个或多个示例性技术的C-C复合物材料制成。具体地，转子盘36中的至少一个和/或定子盘38中的至少一个由使用沥青致密化装置制造的碳基纤维材料制成，其中，该装置能够用多种不同的沥青致密化工艺中的一种或多种来致密材料。在一些示例中，转子盘36中的至少一个和/或定子盘38中的至少一个可以用示例的装置制成，该示例的装置包括模具，该模具构造成接收待被致密的材料和沥青材料的固体部分。通过使用根据本公开的示例的装置，可以形成限定转子盘或定子盘的一般形状的C-C复合物部件。

不依赖于所选择的特定材料，转子盘36和定子盘38可以由相同的材料或不同的材料形成。例如，轮组件10可以包括金属转子盘36和C-C复合物定子盘38，反之亦然。此外，转子盘36的每个盘和/或定子盘38的每个盘都可以由相同的材料形成，或者转子盘36和/或定子盘38中的至少一个盘与转子盘36和/或定子盘38中的至少一个其它盘相比可以由不同的材料形成。

如上所述，转子盘36和定子盘38可以分别通过梁键40和齿条44设置在轮组件10上。梁键42可绕轮毂20的内部圆周地间隔开。梁键的形状可设置成具有相对端(例如，长方形的相对侧)并且可使得一端机械地附接在轮毂20的内部而相对端机械地附接在轮毂20的外部。梁键42可与轮毂20一体地形成或者可以与轮毂20分开并与之机械地附接，例如在转子盘36和轮毂20之间提供热障。为此，在不同的示例中，轮组件10可以包括热防护罩(未示出)，其径向地伸出并围绕在制动器堆16外部，例如用来限制制动器堆16和轮子12之间的热传递。

齿条44可绕转矩管42外部圆周地间隔开。齿条44可与转矩管42一体地形成或者可以与转矩管42分开并与之机械地附接。在一些示例中，齿条44可以限定转矩管42中的侧向凹槽。这样，定子盘38可以包括多个径向向内设置的槽口，其构造成被插入齿条中。

由于梁键40和齿条44可分别与转子盘36和定子盘38热接触，梁键40和/或齿条44可由热稳定材料制成，包括例如上文关于转子盘36和定子盘38所讨论的材料。因此，在一些示例中，可以使用本公开的示例技术来形成轮组件10的梁键和/或齿条。例如，一种沥青致密化装置，例如装置50(图2)，其构造成采用多种不同的沥青致密化循环中的一种或多种来致密材料，可以用于形成限定梁键40和/或齿条44的一般形状的C-C复合物部件。在一些示例中，一种沥青致密化装置，例如装置300(图6)，其包括构造成接收待被致密的材料和沥青材料的固体部分的模具，可用于形成限定梁键40或齿条44的一般形状的C-C复合物部件。

图2是概念性的方框图，示出了示例的沥青致密装置50。装置50构造成采用多种不同的沥青致密化工艺中的一种或多种来致密材料。具体地，装置50构造成通过树脂传递模塑(RTM)工艺(在图2中表示为树脂传递模塑模块58)，真空辅助树脂传递模塑(VRTM)工艺(在图2中表示为真空辅助树脂传递模塑模块60)，和/或真空压力渗透(VPI)工艺(在图2中表示为真空压力渗透模块62)中的一种或多种来致密材料。一般来说，RTM模块58，VRTM模块60和VPI模块62在图2中代表装置50中的允许装置50实行每种各自的工艺以致密预制品52的各种结构特征和部件。由RTM模块58，VRTM模块60和VPI模块62代表的结构特征和部件的示例包括本文中关于每种各自的工艺所描述的那些。

然而，虽然RTM模块58，VRTM模块60和VPI模块62在图2中被彼此分开地示出，但所构想的是，可以利用装置50的某些结构特征和部件来实施上述工艺中的多于一种工艺。也就是说，虽然RTM模块58，VRTM模块60和VPI模块62被分别示出，装置50的允许实施各自工艺的部件和结构特征不必将一种或多种工艺排除在外。在一些示例中，装置50的某些部件和结构特征可以用于实施RTM，VRTM和VPI中的两种或更多种。如下文所述，在一些示例中，RTM模块58，VRTM模块60和VPI模块62的组合包括施加夯压的夯头，施加气压的气体源和产生真空压的真空源，其选择性地均在模具54中以用沥青浸渍材料，例如预制品52。

装置50包括模具54，其限定一个或多个模具腔55，该模具腔55容纳待通过装置50致密的预制品52(或其它碳基材料)。在一些示例中，预制品52在被插入模具54之前限定与成品部件的形状对应的形状。在装置50的操作中，将沥青56压入模具54的模具腔55中以填充预制品52的孔。在一些示例中，在操作装置50致密预制品52的过程中将熔化的沥青56运送到模具54的模具腔55中。在其它示例中，如下文更加详细描述的，可在沥青致密化循环的开始，将固体沥青与预制品52一起插入模具54的模具腔55中。在任何一组示例中，装置可以选择性地用RTM模块58，VRTM模块60和VPI模块62中的一种或多种将沥青压入模具腔55中。如此，装置50可以用于通过用沥青浸渍预制品52以形成C-C复合物部件来提高预制品52的密度。

一般来说，C-C复合物组件包括在碳基体中增强的碳材料。因此，预制品52或其它待通过装置50致密的材料可以包括但不限于纺织和非纺织碳基纤维材料。在一些示例中，碳基纤维材料可以是直的，短切的，粒状的或其它形状。在一些示例中，碳基纤维材料可以包括聚丙烯腈(PAN)纤维。在其它示例中，碳基纤维材料可以包括碳纤维，沥青纤维或上述提及的纤维的组合。

在插入装置50进行致密化之前，待在装置50中被致密的材料可经历处理以使得该材料准备好致密化。根据一个示例，在材料插入模具54的腔55之前可将其处理成预制品52。预制品52可限定期望完成部件的一般形状。例如，预制品52可限定转子盘36，定子盘38，梁键40或飞机制动器组件10(图1)的另一部件的一般形状。所述形状可以是通过单层碳基纤维材料限定的一般二维形状。替代地，所述形状可以是三维形状。例如，可以将多层碳基纤维材料堆积到彼此顶部以限定三维形状的工件。

在一些示例中，可以沿基本垂直于多层中的每一层的方法对工件进行针刺(needled)以缠结多个层之间的纤维。例如，工件可经历机械针刺或水缠结(hydroentanglement)以缠结多个层之间的纤维。如此，该工件可以在多层件的不同层之间被轴向增强。然后可将工件切割以限定与期望的成品组件对应的预制形状。替代地，可在组装前切割多层预制品的不同层，并且不同的层可以组合以限定预制形状。在任一情况下，可以在将待被致密材料插入模具腔55进行沥青致密化之前，将待被致密的材料进行处理形成预制品52。

作为可以在将预制品52或另一材料插入模具腔55之前在预制品52或另一材料上实施的另一个工艺步骤的示例，预制品52可经历化学气相沉积的一个或多个循环。在被处理成预制品52之前或之后，形成预制品52的材料可经历化学气相沉积以增强并初步致密该材料，以准备在装置50中进一步处理。一般来说，化学气相沉积(CVD)，也被称为化学气相渗透(CVI)，包括将预制品52与含碳前本材料一起在高温气氛下放置一段延长的时间。在一些示例中，可将预制品52置于在惰性气体覆盖层下操作的烘箱中，例如防止预制品52的过早氧化。在烘箱达到合适的温度后，例如在850摄氏度到1250摄氏度之间，可以用含碳气体取代惰性气体。示例性的气体包括但不限于甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、丙烯、乙炔及其组合。随着烃类气体在预制品52的多孔结构中以及周围流动，可发生一系列的脱氢、缩合和/或聚合反应，从而在预制品52的表面上并通过预制品52的表面沉积碳原子。随着沉积在预制品52上碳原子数量的增多，可以增强预制品52的纤维并增加预制品52的密度。

在一些示例中，预制品52在化学气相沉积之前可以表现出约0.4克每立方厘米(g/cc)和约0.6g/cc之间的密度。在化学气相沉积的循环后，预制品52可以表现出约0.9g/cc和约1.45g/cc之间的密度。然而，不同的初始和处理后密度都是可能的。一般来说，可以将化学气相沉积的循环定义为单个致密化过程，在其期间用沥青在一组限定条件(例如，气体流速，温度，时间等)下渗透预制品52。虽然预制品52可以经历化学气相沉积的多个循环，例如在使用装置50之前和/或之后，化学气相沉积的每个循环可持续一段延长的时间。在一些示例中，化学气相沉积的循环可持续一到五个星期之间。

不考虑所使用的特定的预处理步骤，在装置50中用RTM模块58，VRTM模块60和/或VPI模块62致密预制品52之前，可以将预制品52插入模具54的模具腔55中。模具腔55可限定与期望的成品C-C复合物部件的形状大致对应的形状。例如，模具54可限定具有与预制品52的形状大致对应的形状的模具腔55。模具54可包括不同的的端口，用于在腔55内接收沥青56，用沥青56将空气从材料的孔中排出，接收加压气体，排出气体以产生真空压力，等等。在装置50的操作期间，可以将预制品52与加压沥青56一起约束在模具腔55中。在一些示例中，模具54可与装置50分离并可插入装置50中。在其它示例中，模具54可与装置50一体地形成。

在插入模具54的模具腔55中之后，装置50可通过用沥青56浸渍预制品52以致密预制品52。沥青56可以是富含碳氢化合物的材料，其可被提取自例如煤焦油和石油。也可以通过合成方法来生产沥青56。在不同的示例中，沥青56可来自单个的来源(例如，煤)或可以是来自不同来源的不同沥青的组合。在一些示例中，沥青56可以是中间相沥青。在其它示例中，沥青56可以是各向同性沥青。中间相沥青和各向同性沥青的组合也是可以预期的。

沥青56可以具有高于典型环境温度的熔化温度。这样，可在致密预制品52之前将沥青56加热到可流动状态。在一些示例中，如以下参照图6更加详细描述的，在致密化过程中，可以将沥青56以固体状态与预制品52一起添加到装置50中，特别是模具54的模具腔55中，然后在装置50中被加热到高于熔化温度。在其它示例中，如以下参照图3更加详细描述的，沥青56可与装置50分离并被加热到高于熔化温度，并作为熔化沥青被输送到装置50的模具腔55中。在一些示例中，可以将沥青56加热到约200摄氏度和约450摄氏度之间(例如约275摄氏度和约330摄氏度之间)的温度，以熔化为可流动状态。

图2的示例中的装置50构造成采用多种沥青致密化技术来致密预制品52。根据一种技术，装置50构造成经由RTM模块58使用RTM的至少一个循环而用沥青56致密预制品52。一般来说，RTM的循环包括通过模具54中限定的一个或多个注射端口将加压沥青56注入模具腔55中。如以下参照图3更加详细描述的，在RTM循环期间，采用夯头(例如活塞或柱塞)加压沥青56。在RTM循环期间，夯头的后退冲程(backstroke)可产生将熔化的沥青56抽入夯头腔的真空。替代地，可以例如使用挤出机螺杆迫使熔化的沥青载入夯头腔。在任一情况下，夯头的前进冲程可施加夯压，对沥青56进行加压并迫使沥青56进入模具54的模具腔55中。加压的沥青56可穿过通道进入模具54的模具腔55中，取代模具腔55和预制品52的孔中的空气。如此，可以通过RTM用沥青56浸渍预制品52，从而提高预制品52的密度。

与由装置50提供的其它沥青致密化过程，例如VRTM模塑循环和/或VPI循环相比，在RTM循环期间的操作压力可以相对较高。在一些示例中，RTM循环可包括约100磅每平方英寸(psi)和约5000psi之间(例如约500psi和约3500psi之间)的夯压(即，使用夯头迫使沥青56进入模具54的模具腔55中时沥青56所被加压的压力的量)。

高压RTM循环可有效地使沥青56渗透并浸渍到预制品52的各个孔中。例如，在RTM循环之前，预制品52可表现出约1.0g/cc和约1.5g/cc之间的密度。然而，在RTM循环之后，预制品52可表现出约1.6g/cc和约1.8g/cc之间的密度，其中可将树脂传递模塑的循环定义为单个致密化过程，在其期间用沥青在一组限定条件(例如，气体流速、温度、时间等)下渗透预制品52。此外，在装置50中通过RTM的致密化可以是迅速的，例如与VRTM和/或VPI相比，在一些情况下持续少于约10分钟，例如每次循环少于约3分钟。例如，当预制品52具有小的孔尺寸时，与VRTM和/或VPI相比，RTM可能能够以更快的速度驱动沥青56进入预制品52中。然而，在致密化过程中，如果预制品52在通过装置50致密化之前结构上脆弱，则与RTM循环相关联的高压沥青56可能导致预制品52的断裂，或者导致预制品52结构的损坏。不限于任何特定的理论，认为随着沥青56初步渗透预制品52，产生了预制品上的压力梯度。压力梯度可能导致预制品52中的内应力。如果预制品52没有坚固到足以适应该内应力，则所有或部分的预制品52将剪切，或者预制品52的不同层可能分层，从而对预制品52的形状和机械强度造成破坏。预制品52中产生的内应力可随着沥青56压力的升高而升高。

因此，为了适应具有不同类型性质的预制品，除RTM外或作为RTM的替代，装置50可构造成采用不同的致密化技术来致密预制品52。例如，装置50可通过VRTM模块60采用一个或多个VRTM循环来致密预制品52。可以认为VRTM循环是RTM循环的一种形式，其中至少在RTM循环开始之前在模具54的模具腔55中产生真空压。通过至少在RTM开始之前在模具54的模具腔55中产生真空压，在一些示例中，与未在模具54的模具腔55中产生真空压相比，在RTM循环中用沥青56致密预制品52所需要的夯压可以降低。再一次不希望被任何特定的理论所限，认为在致密化的过程中，在模具54的模具腔55中特别是在预制品52的孔中的空气可以产生抑制沥青56自由流动的反压力。当最初将沥青注入预制品52时，该反压力可使预制品52上的压力梯度加剧。通过在RTM循环期间至少在将沥青56注入模具54的模具腔55之前在模具54的模具腔55中产生真空，可以适应更低的夯压，而同时仍适于用沥青56浸渍预制品52。而且，通过至少在将沥青56注入模具腔55之前在模具腔55中产生真空，预制品52的孔可以打开并且可以将气泡从预制品52中移出，从而允许在VRTM循环的RTM部分中降低或消除对预制品52造成破坏(例如，分层)的可能性的同时致密预制品52。

在一些示例中，VRTM循环可包括将模具腔55中的压力降低到约1torr和约100torr之间，例如约10torr和约20torr之间。在一些示例中，在将模具54中的压力降低后实施的RTM循环可包括约500psi和约3500psi之间(例如约750psi和约2000psi之间，或约800psi和约1000psi之间)的夯压。然而，可以考虑其它压力，并且本公开不受这方面的限制。

通过首先降低模具腔55中的压力并随后将沥青强制注入模具腔55中，可以用沥青致密预制品50。与RTM循环一样，预制品52在致密之前可表现出约0.9g/cc和约1.4g/cc之间的密度。然而在VRTM循环之后，预制品52可表现出约1.5g/cc和约1.7g/cc之间的密度，其中可以将VRTM循环定义为单个的致密化过程，在其期间用沥青在一组限定条件(例如，气流速度，温度，时间等)下渗透预制品52。

作为另一种沥青致密化技术，装置50可构造成通过VPI模块62实施VPI的一个或多个循环。在VPI循环中，可将模具腔55降低到真空压力以清空预制品52的孔。在一些示例中，可以产生约1torr和约100torr之间(例如，约10torr和约20torr之间)的真空压力。当预制品52的孔准备接收沥青56时，可用沥青56充满模具腔55。在模具腔55中提供一部分固体沥青的示例中，如将参照图6描述的，可通过将沥青56加热到高于沥青56的熔化温度来完成注入。在将沥青56以可流动状态输送到模具54的示例中，如将参照图3描述的，可以例如通过加压沥青56的罐，机械地运送沥青56，或在模具腔55中允许真空压抽吸沥青56进入模具腔55中以开始渗透预制品52来完成注入。注入之后，可以采用例如惰性氮气的气体对模具腔55中的沥青56加压。在一些示例中，所使用的气压可以是约10磅每平方英寸(psi)和约1000psi之间，例如约300psi和约700psi之间。加压可有助于沥青56在预制品52的不同孔中穿行。如此，装置50可用于通过VPI的一个或多个循环来致密材料。

在一些示例中，预制品52在致密化之前可表现出约0.4g/cc和约0.6g/cc之间的密度。另一方面，在VPI循环后，在一些示例中，预制品52可表现出约1.5g/cc和约1.8g/cc之间的密度。可以将真空压力渗透的循环(62)定义为单个的致密化过程，在其期间用沥青在一组限定条件(例如，气流速度，温度，时间等)下渗透预制品52。

由于VPI循环不包括用夯压驱动沥青56进入预制品52中，与其它类型的致密化循环例如RTM和VRTM相比，该致密化循环在预制品52上可能是更温和的。这可通过允许装置50加工具有不同类型物理特性的预制品来提供多功能性。例如，可以在装置50上被致密之前，在未经历化学气相沉积增强工艺的预制品52上实施VPI循环。作为另一示例，可以将VPI循环用在未在化学气相沉积工艺期间被适当增强的预制品52上。换句话说，可以用一个或多个VPI循环致密可比较地预制品52。可以预期真空压力渗透循环的其它应用。

一般来说，装置50可以使用RTM模块58，VRTM模块60和VPI模块62中的一个或多个在模具腔55中用沥青致密预制品52。在一些例子中，装置50可用同种工艺(也就是RTM，VRTM，VPI中的一种)的一个或多个循环用沥青将预制品52致密到期望的密度。预制品52致密化之后，可将另一预制品插入模具腔55中，并且装置50可用同种工艺的一个或多个循环将另一预制品致密到期望的密度，其中该工艺不同于致密前一预制品52的工艺。例如，当用RTM致密前一预制品52时，装置50可用VRTM或VPI致密另一预制品。如此，装置50具体表现为单个装置，其能够实施所有的RTM，VRTM和VPI以在模具54中致密预制品52，例如，而不是需要三个独立的装置以实施每一种各自的沥青致密化工艺。在一些示例中，装置50可以使用RTM，VRTM和VPI中的两种或更多种来致密预制品52。例如，在插入模具腔55之后，装置50可以实施VPI的一个或多个循环以将预制品52致密到期望的密度，接着通过RTM和/或VRTM的一个或多个循环进一步致密预制品52。如本领域技术人员将意识到的，可以使用RTM，VRTM和VPI的替代组合来致密预制品52。

通过提供不同类型的沥青致密化驱动力，装置50可能能够致密具有一系列不同特性的预制品。在一些示例中，可基于在装置50中致密之前预制品52的初始密度来选择RTM，VRTM和VPI循环中的一种或多种。如上文所述，预制品52的初始密度可以指示预制品52的初始强度。进一步地，预制品的强度可以指示特定预制品在没有证实的结构破坏的情况下经受特定致密技术的能力。

预制品52的强度可以变化，例如基于用于形成预制品52的特定材料和工艺步骤。与特定的致密技术相关联的力也可以变化，例如基于所用的特定致密化装置和所选择的特定工艺参数。然而，在一些示例中，如果预制品52具有大于或等于1.0g/cc的初始密度，则预制品52可能能够承受与RTM相关联的力。在一些示例中，如果预制品52具有约0.8g/cc和约1.2g/cc之间的初始密度，则预制品52可能能够承受与VRTM相关联的力。在另外一些示例中，如果预制品52具有小于或等于0.8g/cc，例如小于约0.5g/cc的密度，则预制品52可能能够承受与VPI相关联的力。这些密度值可基于多种因素(例如预制品52的总体积)而改变，然而，应意识到本公开不受这方面的限制。

在一些示例中，可在装置50的外部确定预制品52的密度并基于该外部确定的密度例如通过操作员入口选择特定的致密化循环(RTM，VRTM或VPI)。然而，在其它示例中，装置50可包括处理器59，其确定预制品52密度并基于所确定的预制品52的密度自动地选择RTM，VRTM和/或VPI循环中的一种或多种。在一个示例中，装置50可包括天平(未示出)，其称量腔55中的预制品52的重量。可以单个地例如通过操作员向装置50中输入预制品52的体积，装置50的处理器59可以基于输入的体积和用天平称量的重量来确定密度。在另一示例中，装置50可包括确定预制品52的重量和体积的仪器，并且装置50的处理器59可以接收所测量的数据并确定预制品52的密度。在其它的示例中，装置50的处理器59可通信地耦合到装置50的不同仪器(例如密度计)来确定预制品52的密度。

不依赖于装置50所采用的确定预制品52密度的工艺，装置50的处理器59可将所确定的密度与储存在与装置50相关联的存储器61中的一个或多个阈值密度值进行比较。在一些示例中，阈值密度值可对应于允许预制品52承受如上文所述的与RTM，VRTM和VPI中的一种或多种相关联的力的不同密度阈值。基于此比较，装置50的处理器59可选择种特定的致密化循环以在腔55内用沥青致密预制品52。

图3是示意图，示出了示例性的沥青致密化装置100。沥青致密化装置100构造成用多种不同的沥青致密化技术中的一种或多种来致密材料。装置100是装置50(图2)的示例，并且示出了各种部件，所述部件可被包括在装置50中且构造成用RTM，VRTM和VPI致密预制品52。在图3的示例中，装置100连接到分离的沥青熔化装置102，沥青熔化装置102在沥青致密化循环期间向装置100提供熔化的沥青。然而，在不同的示例中，装置100可包括一体的沥青熔化系统，或者如下文参照图6更加详细描述的，可将一部分固体沥青放置在装置100的模具中。

装置100包括按压板104A和104B，承梁106，夹板108A和108B，垫板110，绝缘板112A和112B，承梁推顶板116，推顶杆118，夯头气缸120，沥青加压夯头122，真空管道控制气缸124，真空管道控制杆126，真空端口128，气体进料控制气缸130，气体控制杆132，气体端口133，沥青进料控制气缸134和沥青控制杆136。模具114处于绝缘板112A和112B之间。模具114(在图3的示例中用阴影表示)限定了容纳预制品113的模具腔115。

沥青排放阀140将沥青熔化装置102连接到装置100的模具腔115。沥青熔化装置102包括沥青罐142，沥青进料口144，温度控制套146以及沥青液化系统148。沥青罐气体阀150和装置气体阀152分别将装置100和沥青熔化装置102与气体源129连接。

一般来说，在沥青致密循环期间，按压板104A和104B从相对方向施加压力以约束装置100的各种特征。按压板104A和104B中的一个或两个可在如图3所示的Z方向上移动以允许模具114在由模具分开密封160密封的模具分开线上打开，例如以从装置100的模具腔115插入或移除预制品113。按压板104A和104B可以与装置100的其它特征一体地形成(即永久地连接)，或者按压板104A和104B可以是如图3所示的分离的特征。换言之，按压板104A和104B可以是为特定目的设定的或者可以是标准压床的一部分，装置100的其它部件被添加到该压床上。

按压板104A和104B分别与承梁106和夹板108B连接。进而，承梁106与夹板108A连接，而夹板108B与承梁推顶板116连接。一般来说，承梁106和承梁推顶板116可用于限定腔，该腔用于接收和容纳装置100的各种特征。例如，承梁106限定了接收夯头气缸106的腔而承梁推顶板116限定了接收推顶杆118的腔。承梁106和承梁推顶板116可在装置100的操作期间保护各种特征不受到按压板104A和104B的压力。

夹板108A处于承梁106和垫板110之间。相对照地，夹板108B处于承梁推顶板116和绝缘板112B之间。夹板108A和108B用于夹住装置100的不同特征以防止其移动而失去对准。

装置100包括处于夹板108A和绝缘板112A之间的垫板110。垫板110限定了用于接收和容纳装置100的各种特征的腔。例如，垫板110限定了接收沥青加压夯头122，真空管道控制气缸124，真空管道控制杆126，气体进料控制气缸130，气体控制杆132，沥青进料控制气缸134和沥青控制杆136的腔。垫板110可在装置100的操作期间保护不同的特征不受到按压板104A和104B的压力。

模具114位于绝缘板112A和112B之间。绝缘板112A和112B可限制离开模具114的热传递，例如以帮助模具114在沥青致密化操作期间保存热量。因此，在一些示例中，绝缘板112A和112B可由低导热率材料制成。为了进一步限制离开模具114的热传递，在一些示例中，如图3所示，在模具114和装置100的其它特征之间延伸的连接管道可设置有绝缘密封162。绝缘密封162可阻止通过绝缘板112A和112B中的开口的热传递。

模具114构造成通过装置100接受待被致密的材料，例如预制品113。模具114是模具54(图2)的示例。模具114限定了容纳待被致密预制品113(或其它碳材料)的一个或多个模具腔115。模具114可由软加工材料制成，例如聚酯或环氧聚合物。替代地，模具114可由硬加工材料制成，例如铸铝或机加工铝、镍、钢、钛等等。模具114可限定通向模具腔115的用于输送沥青、通风空气、抽真空、接收压缩气体等等的不同通道。

在一个或多个沥青致密化循环期间，对于致密化循环的至少一股份，可在模具腔115中产生真空压力。因此，装置100可包括真空硬件，其可连接到真空源以在模具腔115中产生真空压。在图3的示例中，真空硬件由真空管道控制气缸124，真空管道控制杆126以及真空端口128提供。真空端口128提供真空源125和特别是包含预制品113的模具腔115之间的连接点，真空源125可操作以在模具114中产生真空。真空管道控制气缸124连接到真空管道控制杆126。在操作中，可以在图3所示的Z方向上可控地致动真空管道控制杆126以选择性地使真空源125与模具腔115处于压力连通，从而控制模具腔115中产生的真空压力。在不同的示例中，真空管道控制气缸124可以是单作用气缸，其采用可压缩流体以在一个方向上致动真空管道控制杆126并采用弹簧使真空管道控制杆126返回到返回位置，或者真空管道控制气缸124可以是双作用气缸，其采用可压缩流体使真空管道控制杆126伸出和返回。在根据本公开的不同组件中，可以使用不同的真空控制硬件，并且本公开不受这方面的限制。

有时，例如在VPI循环期间，可将加压气体施加到模具腔115中的沥青以帮助致密预制品113。为了控制加压气体，装置100可包括连接到加压气体源的气体控制硬件。例如，在图3的示例中，装置100包括气体进料控制气缸130，气体控制杆132和气体端口133。气体端口133将供应加压气体的气体源129连接到包含预制品113的模具腔115。在各种示例中，气体源129可以是加压惰性气体源，所述惰性气体包括但不限于氮气、氦气、氩气，二氧化碳等等。气体控制杆132连接到气体进料控制气缸130。在操作中，可以在图3所示的Z方向上可控地致动气体控制杆132以选择性地使气体源129与模具腔115处于流体连通，从而控制模具腔115中产生的气压。在不同的示例中，如上文关于真空管道控制气缸124所描述的，气体进料控制气缸130可以是单作用气缸或者是双作用气缸。进一步地，如上文关于装置100中的真空控制硬件的所类似地讨论的，在根据本公开的不同组件中，可采用不同的特征来控制加压气体流到模具腔115，并且本公开不受这方面的限制。

除了使用加压气体在模具腔115中加压沥青之外或者作为使用加压气体在模具腔115中加压沥青的替代，装置100可例如在RTM循环期间用沥青加压夯头122在模具腔115中加压沥青。沥青加压夯头122可以是活塞、柱塞或其它用于对沥青施加机械压缩力的设备。沥青加压夯头122在图3中被示出处于伸出状态。在操作中，可在如图3所示的Z方向上可控地致动沥青加压夯头122前后运动。在缩回时，沥青加压夯头122可限定用于接收沥青的夯头腔。可以采用多种装载力(例如，由缩回的沥青加压夯头122所产生的真空或者沥青罐142和夯头腔之间的压力差)将沥青载入夯头腔中。无论如何，在装载夯头腔时，可以致动沥青加压夯头122向前(伸出)以在夯头腔中加压沥青，通过模具114上的沥青注入端口(在图3中未示出)注入沥青。

沥青加压夯头122连接到夯头气缸120。夯头气缸120用于致动沥青加压夯头122。夯头气缸120延伸通过承梁106，夹板108A，绝缘板112A和模具114。在一些示例中，夯头气缸120可以是气动气缸，其用于将气动功率转化为机械功率以致动沥青加压夯头122。在其它的示例中，夯头气缸120可以是液压气缸，其用于将液压功率转化为机械功率以致动沥青加压夯头122。在另外的示例中，可以用不同的机械致动力(例如滚柱和丝杠装置)来取代夯头气缸120。

为了控制输送到模具腔115中的沥青，装置100也可包括沥青流动控制特征。例如，装置100包括沥青进料控制气缸134，沥青控制杆136和沥青端口137。沥青端口137提供沥青罐142和包含预制品113的模具腔115之间的连接点。沥青控制杆136连接到沥青进料控制气缸134。在操作中，可以在如图3所示的Z方向上可控地致动沥青控制杆136以选择性地使沥青罐142与夯头腔(即缩回的夯头122产生的空间)流体连通，夯头腔进而与模具腔115流体连通。如此，可以控制沥青到模具腔115的流动。在不同的示例中，如上文关于真空管道控制气缸124和气体进料控制气缸130讨论的，沥青进料控制气缸134可以是单作用气缸或者是双作用气缸。进一步地，如同上文关于装置100中的真空控制特征和气体控制特征所述的，在根据本公开的不同组件中，可采用不同的特征来控制沥青到模具114的流动，并且本公开不受这方面的限制。

在图3的示例中，沥青熔化装置102向沥青端口137供应熔化的沥青。沥青熔化装置102包括沥青罐142，沥青进料口144，温度控制套146和沥青液化系统148。沥青排放阀140将沥青熔化装置102连接到模具114的沥青端口137。沥青罐142可通过沥青进料口144接收固体沥青。在一些示例中，温度控制套146可加热沥青罐142。在其它示例中，可以用另外的或不同的加热元件加热沥青罐142，例如，直接罐加热或罐内加热线圈。当将沥青罐142加热到高于罐中沥青的熔点时，沥青可液化。

在致密预制品113之后，可从按压板104A和104B释放压力以允许模具114打开。在一些示例中，可以在打开模具取出经致密的预制品113之前将模具114从装置100中移出。在其它示例中，可在模具114留在装置110中时将模具114的一部分打开。例如，在图3中，可以在装置100中在由模具分开密封160密封的分开线上将模具114打开。在这些示例中，为了促进经致密预制品113的移出，装置100可包括推顶杆118。可以在图3所示的Z方向上可控地致动推顶杆118以帮助将预制品113从模具114中推出。

在操作中，如上文关于图2的装置50所描述的，装置100可以用于在模具114的同一模具腔115中用RTM循环，VPI循环，VRTM循环中的一种或多种或这些循环的组合来致密预制品113。例如，装置100可通过RTM循环在模具腔115中致密预制品113。在RTM循环期间，可将预制品113置于模具腔115内。随后可在按压板104A和104B之间压缩模具114以密封模具腔115用于致密化循环。可以通过沥青熔化装置102(特别是沥青罐104)用温度控制套146所提供的热量来熔化沥青。在将沥青加压夯头122致动到缩回位置时，可打开沥青排放阀140并且可控制沥青进料控制气缸134来致动沥青控制杆136，从而使沥青罐142与缩回的沥青加压夯头122所产生的腔流体连通。在用沥青填充夯头腔后，可以向前致动沥青加压夯头122以施加夯压而迫使沥青进入模具腔115中。随着沥青进入模具腔115，预制品113的孔中的空气可以例如通过真空端口128或模具114上的分离的通风口(在图3中未示出)排空。如此，可以通过RTM循环在装置100的模具腔115内沥青致密化预制品113。

如参照图2描述的，装置100也可用于采用VRTM模塑循环来致密预制品113。如上文关于RTM循环描述的，在VRTM循环期间，可将预制品113置于模具腔115内并可在沥青熔化装置102内熔化沥青。可以通过控制真空管道控制气缸124来致动真空管道控制杆126而将模具腔115中的压力降低到真空。在致动真空管道控制杆126时，可使模具腔115通过真空端口128与真空源125压力连通。可以将沥青加压夯头122缩回并用沥青填充由缩回的沥青加压夯头122所产生的腔。其后，可向前致动沥青加压夯头122以将沥青压入夯头腔中，通过沥青注射端口将沥青注入模具腔115中并进入之前在模具114中建立的真空压力条件。如此，可通过VRTM循环在装置100的模具腔115中沥青致密化预制品113。

如也参照图2讨论的，装置100也可用于采用VPI循环来致密预制品113。如上文关于RTM循环描述的，在VPI循环中，可将预制品113置于模具腔115内并可在沥青熔化装置102内熔化沥青。可通过控制真空管道控制气缸124来致动真空管道控制杆126而将模具腔115中的压力降低到真空。在致动真空管道控制杆126时，可使模具腔115通过真空端口128与真空源125压力连通。可以将沥青加压夯头122缩回并用沥青填充由缩回的沥青加压夯头122所产生的腔。随着由缩回的沥青加压夯头122所产生的腔与模具腔115(例如通过未在图3中示出的模具114中的沥青注射端口)流体连通，模具腔115中的真空可将沥青从夯头腔抽入模具腔115中，从而用沥青填充模具腔115。在用沥青填充模具腔115的情况下，可以控制真空管道控制气缸124以致动真空管道控制杆126来关闭真空端口128。随后，可以控制气体进料控制气缸130以致动气体控制杆132。气体控制杆132可致动以打开气体端口133，使得容纳预制品113的模具腔115与加压气体源129连通。如此，可以通过VPI循环在装置100的模具腔115中沥青致密化预制品113。

在如上所述的示例特征的情况下，装置100构造成用RTM循环，VRTM循环或VPI循环中的至少一种来沥青致密化预制品。如上关于装置50(图2)描述的，可基于预制品113的初始密度为装置100选择特定的沥青致密化循环。在一些示例中，装置100可构造成确定预制品113的密度并且基于所确定的密度自动选择特定的沥青致密化循环。因此，装置100可包括天平(例如，测压元件)和/或任何其它特征来确定预制品113的重量、体积或密度。

如上所述，装置100可包括采用选自多种不同的沥青致密化循环的沥青致密化循环来沥青致密碳基纤维预制品的特征。如图所示，装置100可以是模块化组件，其构造成与标准按压板104A和104B一起使用。也就是说，装置100可包括不同的模块化部件，其构造成被组装和插入在按压板之间以形成装置100。然而，在不同的示例中，除了参照图3所示出和描述的部件之外或者作为其替代，装置100可包括不同的模块化部件或非模块化部件。因此，尽管装置100包括各种示例性部件，但不同的构造是可预期的。

作为可包括在根据本公开的装置中的附加或不同特征的示例，图4是示意图，示出了装置100(图3)的例子，该装置100具有示例性的热管理特征，用于控制模具114的温度。由于沥青在环境温度下一般是固体，一种包括热管理特征的装置可有助于熔化沥青或将沥青保持在可流动状态直到沥青适当地透入预制品113的各种孔中。换言之，在将沥青外部熔化并输送到模具114的示例中，如图4所示，热管理特征可有助于将沥青保持在可流动状态直到沥青渗透到模具腔115内的预制品113的孔中。相反地，在致密化循环开始之前将一部分固体沥青供应到模具腔115的示例中，如下参照图6更加详细描述的，热管理特征可帮助升高模具114的温度直到模具114高于模具中沥青的熔化温度。

在图4的示例中，装置100包括加热器管180和冷却管182，分别用于加热和冷却模具114。加热器管180可延伸通过模具114的至少一部分并与模具114处于热连通。加热器管180可限定导管，其构造成用于与热传递剂进行流体连通。热传递剂可包括但不限于水蒸汽，油，热传递流体等等。可将加热器管180铸造或加工到模具114内，或者插入由模具114限定的孔径中。加热器管180可由导热材料形成，导热材料包括但不限于铜，铝及其合金。在操作中，热传递剂可在装置100中或在装置100外部(例如在炉中或热交换器中)被加热并通过加热器管180输送。热传递剂的热量可通过加热器管180，模具114和预制品113传导。这样，可通过加热器管180传导地加热模具114，包括模具腔115中的沥青和预制品113。在各种示例中，在装置100的沥青致密化循环期间，可将热传递剂加热到高于约150摄氏度的温度，例如高于约250摄氏度的温度。

在装置100上完成一个或多个沥青致密化循环后，可用液体沥青浸透预制品113且过量的沥青可留在模具腔115中。为了促使经致密的预制品113从装置100中简单并快速地移出，可在装置100上提供冷却管182以冷却并固化熔化的沥青。在一些示例中，可通过在致密化后输送相比较而言较冷的热传递剂通过加热器管180而将加热器管180用作冷却管。然而，在其它示例中，装置100可包括分离的冷却管182。与包括共用的加热和冷却管的装置100相比，分离的加热管180和冷却管182可通过减少热循环次数而允许装置100更快地操作。

冷却管182可与加热管180相似，即冷却管182可延伸通过模具114的至少一部分并与模具114处于热连通。冷却管182也可限定构造成与热传递剂流体连通的孔径，该热传递剂可以与加热器管180所接收的是同一热传递剂，或者是不同的热传递剂。在操作中，热传递剂可通过冷却管182输送。结果，可通过冷却管182传导地冷却模具114，包括模具腔115中的沥青和预制品113。

已经关于图2-4描述了不同的沥青致密化装置和沥青熔化技术。图5是流程图，示出了一种用装置来致密材料的示例性方法，该装置构造成根据选自多种不同致密化技术中的一种或多种致密化技术来致密材料。为了描述的简便，将图5的用构造成根据多种不同沥青致密化循环来操作的装置以沥青致密化材料的方法描述为由装置100(图3和4)来执行。然而，在其它示例中，如本文所述，可由装置50(图2)或者具有不同构造的装置来执行图5的方法。

如图5所示，可将预制品113插入致密化装置的模具腔115中(220)，并可确定预制品113的初始密度(222)。至少部分地基于预制品113的密度(222)，可以选择致密化循环(224)。根据所选择的循环(224)，装置100可然后在模具114中的预制品113上执行RTM循环(226)，VPI循环(228)和/或VRTM循环(230)中的一种或多种。

图5的技术包括将预制品113插入沥青致密化装置100的模具腔115中(220)。在不同的示例中，模具114可以是可从沥青致密化装置100移出的或者与沥青致密化装置100一体形成。待由装置100致密的预制品113或其它材料可以是碳基纤维材料，碳基非纤维材料或者非碳基材料。在一些示例中，该材料可以是纺织或非纺织层状材料。可以将层状材料的多个不同的层堆积到彼此的顶部。多个不同的层可被成形，针刺和/或以其它方式机械地固定在一起以形成预制品113。在一个示例中，预制品113可限定与成品制动器转子盘36或成品制动器定子盘38(图1)大致对应的形状。在另一示例中，预制品113可限定与成品梁键40大致对应的形状，该梁键40用于将成品制动器转子盘固定件到轮组件。在又一示例中，如本领域普通技术人员将会意识到的，预制品113可限定不同的形状。

图5的技术包括确定待被致密的材料的初始密度(222)。初始密度可指示材料的初始强度并且可指示材料承受特定致密化技术的能力。在一些示例中，可在将材料插入装置100的模具腔115(220)之前在致密化装置100外面确定材料的初始密度。在其它示例中，可在将材料插入装置100的模具腔115(220)之后由致密化装置100确定材料的初始密度。沥青致密化装置100可包括例如天平，密度计或其它用于确定材料初始密度的特征。

确定预制品113的初始密度(222)后，可选择多种不同的致密化循环(RTM，VRTM和/或VPI)中的一种或多种来致密预制品113。可以手动选择(例如，通过操作员)或自动选择(例如，通过致密化装置100)多种不同的致密化循环中的一种或多种。进一步地，可基于多种不同的因素选择多种不同的致密化循环中的一种或多种，所述多种不同的因素包括例如各个不同的致密化循环的操作循环时间、在待被致密的材料上实施的预处理步骤、与各个致密化循环相关联的成本或其它因素。然而，根据图5的示例，该技术包括基于所确定的密度选择致密化循环(224)。在一些示例中，装置100的处理器可将所确定的密度与储存在与装置100相关联的存储器中的一个或多个阈值密度值相比较。在其它示例中，装置100的处理器可将所确定的密度与储存在与致密装置100相关联的存储器中的一个或多个阈值范围相比较。在任一组示例中，不同的阈值或阈值范围可对应于如上文关于图2讨论的允许预制品113承受与RTM，VRTM和VPI中的一种或多种相关联的力的不同密度阈值。因此，装置100的处理器可通过将所确定的密度与一个或多个阈值或阈值范围相比较而选择特定的致密化循环。

基于所选择的致密化循环，装置100可根据RTM循环(226)，VPI循环(228)和/或VRTM循环(230)中的一种或多种在模具腔115中致密材料。例如，在RTM循环(226)期间，沥青可在沥青熔化装置102中熔化并输送到装置100中。替代地，如关于图6更加详细描述的，可操作一种或多种加热特征以在模具腔115内熔化固体沥青。在任一情况中，在RTM循环(226)期间可将沥青加压夯头122致动到缩回位置。熔化的沥青可填充由缩回的沥青加压夯头122所产生的腔。其后，可向前致动沥青加压夯头122以施加夯压来迫使沥青进入模具腔115中。在一些示例中，沥青加压夯头122可施加约500psi和约5000psi之间的夯压。结果，加压沥青可在模具腔115中渗透材料的不同孔。如此，装置100可通过RTM循环(226)来致密材料。

在VRTM循环(230)中，可通过控制真空管道控制气缸124来致动真空管到控制杆126而将模具腔115中的压力降低到真空，从而使模具腔115与真空源125处于流体连通。其后，可将沥青加压夯头122缩回并用沥青填充由缩回的沥青加压夯头122所产生的腔。沥青可在沥青熔化装置102中熔化并输送到装置100中。替代地，沥青可直接在模具腔115中熔化。如树脂传递模塑循环(226)那样，向前致动沥青加压夯头122可加压夯头腔中的沥青，从而通过模具114中的沥青注射端口将沥青注入之前在模具腔115中建立的真空压力条件中。如此，装置100可通过VRTM循环(230)来致密材料。

在VPI循环(228)期间，可通过控制装置100中的真空管道控制气缸124来致动真空管道控制杆126而将模具腔115中的压力降低到真空，从而使模具腔115与真空源125处于流体连通。沥青可在真空循环期间填满模具腔115。例如，可在真空循环期间将沥青从熔化装置102输送到模具腔115。替代地，可以在真空循环期间将沥青在模具腔115中熔化以填满模具腔115。在任一示例中，在模具腔115填充有沥青的情况下，可以关闭真空管道并控制气体进料控制气缸130来致动气体控制杆132。对气体控制杆132的致动可使模具腔115与加压气体源129处于连通。加压气体可导致模具腔115中的熔化沥青渗透待被致密的材料的不同孔。如此，装置100可用VPI循环(228)在模具腔115中致密材料。

可用RTM(226)，VPI(228)或VRTM(230)中的单个循环来致密预制品113。替代地，可在不从装置100的模具腔115中移出预制品113的情况下，用RTM(226)，VPI(228)和/或VRTM(230)中的多个循环来致密预制品113。当预制品113被容纳在模具腔115中时，可在装置100上反复地实施同一RTM(226)，VPI(228)和/或VRTM(230)循环以致密预制品113，或者用于致密预制品113的一种致密化工艺(即RTM(226)，VPI(228)，VRTM(230))的至少一个循环可以与用于致密预制品113的一种其它致密化工艺的至少一个其它循环不同。

在这个方面，在一些示例中，通过在致密化循环之后在装置100中再次确定预制品113的密度(222)，可以在装置100上的第一个致密化循环之后重复图5的技术。在一些示例中，装置100的处理器可将所确定的密度与储存在与装置100相关联的存储器中的一个或多个的阈值密度值或阈值范围相比较。不同的阈值或阈值范围可对应于如上文所讨论的允许预制品113承受与RTM，VRTM和VPI中的一种或多种相关联的力的不同密度阈值。因此，装置100的处理器可通过将所确定的密度与一个或多个阈值或阈值范围相比较而选择致密化循环(RTM，VRTM和/或VPI)。该致密化工艺可以与用于预制品113上的第一个致密化循环是同一工艺，或者该致密化工艺可以不同于用于预制品113上的第一个致密化循环的工艺。

在一些示例中，可在不将预制品113从模具腔115中移出的情况下采用不同的致密化工艺来致密预制品113。例如，装置100的处理器可以确定预制品113的密度(222)并将所确定的密度与存储在与装置100相关联的储存器中的一个或多个阈值密度值或密度值范围相比较。基于该比较，装置100可选择RTM循环，VRTM循环和/或VPI循环来沥青致密化预制品113(224)。在实施所选择的沥青致密化循环之后，装置100的处理器可再次确定预制品113的密度(222)并将所确定的密度与储存在与装置100相关联的存储器中的一个或多个阈值密度值相比较。基于该进一步的比较(224)，装置100的处理器可以确定一个或多个附加的沥青致密化循环是所保证的。然后，装置100的处理器可基于阈值比较来选择在预制品113上实施的一个或多个附加的沥青致密化循环，并且该一个或多个循环可与初始的沥青致密化循环相同或者不同。如此，装置100可以在不将预制品113从模具114中移出的情况下改变沥青致密化工艺以适应预制品113密度的改变。替代地，在将所确定的预制品113的密度与一个或多个阈值相比较之后，装置100可以确定预制品113已经达到合适的密度且无需进一步的致密。在一些示例中，预制品113可经历沥青致密化直到预制品113达到约1.6g/cc和约1.7g/cc之间的密度。

通过根据多种不同的可选沥青致密化循环中一种来沥青致密化材料，图5的技术可允许装置100致密显示出不同物理特性的材料。在一些示例中，这可允许采用较低力的致密化技术来处理那些否则将被丢弃的较脆弱的材料。在另外的示例中，这可允许低成本C-C复合物材料的制造，例如通过消除材料浪费，通过消除与多个致密化机器相关联的资本成本以及通过消除在C-C复合物材料的制造期间的处理步骤。

已经描述了使用可选的多种不同的沥青致密化工艺中的一种来沥青致密化材料的技术。在根据本公开的另外的示例中，提供了用于沥青致密化材料的技术，其采用包括构造成接收待被致密的材料和一部分固体沥青材料的模具的装置。该装置可以与如上文描述的装置相同或者该装置可以是不同的。在一些示例中，该装置构造成将沥青材料的固体部分加热到超过沥青材料的熔化温度。结果，该装置可在原处熔化沥青。通过在原处熔化沥青，可提供不带有外部沥青熔化设备的低成本装置。此外，通过提供一部分固体沥青材料，可用精确量的沥青来致密材料，在微小的沥青公差内得到高性能的C-C复合物部件。

图6是概念性的方框图，示出了根据本公开的沥青致密化装置300的示例，其包括构造成接收待被致密材料和固体沥青的模具。具体地，图6示出的装置300包括预制品52，模具54，固体沥青302，气体源304，真空源306和加热源308。模具54限定了模具腔55。可将预制品52和固体沥青302插入模具腔55中以进行沥青致密化。加热源308与模具54热耦合，并且特别与模具腔55中的固体沥青302热耦合。加热源308构造成将固体沥青302加热到高于固体沥青302的熔化温度。气体源304连接到模具54且构造成在模具腔55中施加气压以迫使熔化的沥青进入预制品52中以致密该预制品。真空源306连接到模具54且构造成至少在从气体源304施加气压之前在模具腔55中产生真空压力。

如下文更加详细描述的，装置300构造成在不使用外部沥青熔化设备的情况下沥青致密化预制品52。可将预制品52和一部分固体沥青302插入由装置300的模具54限定的模具腔55中。在一些示例中，预制品52和固体沥青302的该部分可以是分开的。在一些示例中，该部分固体沥青302可限定与模具腔55的形状大致对应的形状。加热源308可将模具54特别是固体沥青302加热到高于固体沥青302的熔化温度以用熔化的沥青填充模具腔55。进一步，当预制品52位于腔55中时，装置300可施加一种或多种驱动力以迫使熔化的沥青进入预制品52的不同孔中，从而生产经致密的材料。在不同的示例中，例如如上关于图2和3描述的，装置300可构造成使用RTM循环、VRTM循环或VPI循环中的一种或多种用一部分固体沥青302来致密预制品52。然而，为便于描述，图6的示例中所示的装置300具有气体源304和真空源306，其每一个可单独使用或者可组合地使用，例如在VPI循环期间。

装置300构造成接收待被致密材料，其在图6的示例中被示出为预制品52(图2)。如上所述，预制品52可以是碳基纤维材料。可将碳基纤维材料布置为多个堆叠层。可以或者可以不将多个堆叠层针刺到一起。另外，在被插入模具腔55之前，预制品52可以或可以不经历化学气相沉积。预制品52可以限定期望的成品部件的一般形状，包括例如飞机制动器组件10(图1)的转子盘36、定子盘38、梁键40或其它部件的一般形状。

将预制品52与固体沥青302一起插入模具54的模具腔55中。参照图2的描述，固体沥青302是沥青56的示例。固体沥青302可以是冷的(例如处于环境温度)或者固体沥青302可被加热，例如以降低在装置300上的加热时间。一般来说，当在将固体沥青302插入模具腔55之前加热固体沥青302时，将固体沥青302加热到低于固体沥青302的熔化温度的温度。换句话说，固体沥青302在被置于模具腔55中时是固体状态。如此，可以简单地操作并可控地测量固体沥青302，例如以向模具腔55内放置精确量的沥青。

在一些示例中，可将固体沥青302与预制品52一起放置在模具腔55中。可在将预制品52放置在模具腔55中之前或之后将固体沥青302放入模具腔55中。例如，可将固体沥青302放置在模具腔55中然后可将预制品52放置在固体沥青302的顶上。替代地，可将预制品52放置在模具腔55中并可将固体沥青302放置在预制品52的顶上。在另一示例中，可围绕预制品52的一侧放置固体沥青302。不考虑特定的布置，在装置300的操作期间，单个部分的固体沥青302可熔化以用熔化的沥青填满模具腔55。

固体沥青302可以是单块沥青或者被分成固体沥青的多个部分。如参照图8更加详细描述的，在一些示例中，可将固体沥青302的多个部分(例如，两个、三个、四个或更多)置于模具腔55中。固体沥青302的多个部分的不同部分可布置成彼此相邻，或者不同部分可例如通过预制品52相互分开。例如，固体沥青302的不同部分可围绕预制品52的不同表面(例如，预制品52的上表面和下表面，或预制品52的上表面，下表面和侧表面，或预制品52的不同半球)布置。在一些示例中，围绕预制品52布置固体沥青302的不同部分可导致在熔化固体沥青302后熔化的沥青围绕预制品52基本均匀分布。这可生产与用单个部分固体沥青材料所制造的C-C复合物材料相比具有更均匀密度的C-C复合物材料。

不依赖放置在模具腔55中的固体沥青302的部分的特定数目，在一些示例中，在被插入模具腔55中时，固体沥青302和预制品52可以是分离的部件。换句话说，在各种示例中，固体沥青302和预制品52可以是可分开置于模具腔55中的分离的组件，或者在固体沥青302和预制品52不是材料一体化的意义上而言，固体沥青302和预制品52可以是可分开的被连接的部件。通过将固体沥青302与预制品52分开，预制品52可经历不同的处理步骤，例如针刺、焦化或化学气相沉积，这可否则在无需将沥青压入限定区域以沥青致密化预制品52的情况下熔化或物理地打乱固体沥青302。而且，在一些示例中，提供与预制品52分开的固体沥青302可允许现有的模具54或现有的装置300在无需额外资本成本的情况下适应于本公开的技术。尽管如此，在其它示例中，可将固体沥青302和预制品54一体地形成为可插入模具腔55中的单个部件。在一个示例中，可以在形成预制品52之前将固体沥青302与用于形成预制品52的碳基纤维混合。在另一示例中，可将一层或多层固体沥青302插入用于形成预制品52的一层或多层碳基材料之间，从而形成碳基纤维和固体沥青的一体化部件。另外的示例也是可能的。

固体沥青302可限定任何合适的尺寸和形状。在一些示例中，固体沥青302可以是粉末。在其它示例中，固体沥青302可以具有限定的形状。固体沥青302可以是块状沥青材料、片状沥青材料、条状沥青材料、丸状沥青材料或任何其它形状。在一些示例中，如下文参照图7A和7B更详细描述的，固体沥青302可限定与模具54的形状基本对应的形状，例如，与模具腔55的截面形状基本对应的形状。当固体沥青302限定与模具腔55的截面形状基本对应的形状时，在一些示例中，与固体沥青302限定不同的形状相比，固体沥青302可以相对更薄。在一些情况下，较薄的固体沥青302可以比相对较厚的固体沥青302更快地熔化，例如促进装置300上较快的循环时间。

在一些示例中，模具腔55限定与期望的成品部件的一般形状对应的形状(例如，如关于预制品52所描述的)。示例性的成品部件包括但不限于转子盘36、定子盘38和梁键40(图1)。在一些示例中，因为固体沥青302可以限定与模具腔55的截面形状基本对应的形状，所以固体沥青302也可以限定与期望的成品部件的一般形状对应的形状。

在一个示例中，转子盘36和/或定子盘38可限定环形截面形状。环形截面形状可有利于转子盘36和/或定子盘38放置在飞机制动器组件10(图1)中。因此，在一些示例中，固体沥青302也可以限定环形形状。图7A和7B是概念图，示出了一个示例，其中，固体沥青302具有示例性的环形形状312。图7A在X-Y截面上示出了环形形状312。图7B示出了沿着图7A上所示的截面线A-A剖切的在对应的X-Z截面上的环形形状312。

在图7A所示的X-Y截面中，固体沥青302形成限定环形形状312的环。环形形状312包括内径314和外径316。环形形状312的特定尺寸可以变化，例如基于转子盘36和/或定子盘38的尺寸。然而，在一些示例中，固体沥青302可限定内径314在约6英寸和约13英寸之间的环形形状312。在一些示例中，固体沥青302可以限定外径316在约9英寸和约25英寸之间的环形形状312。然而，可以预期其它的数值和形状，并且应意识到的是，本公开不限于使用具有任何特定尺寸或限定任何特定形状的固体沥青。

如上文简要指出的，虽然本公开不限于具有任何特定尺寸的固体沥青302，在一些示例中，较薄的固体沥青302可比相对较厚的固体沥青302熔化得更快。因此，固体沥青302可具有受控的厚度尺寸。在一些示例中，可在垂直于限定了固体沥青302形状的截面平面的方向上测量固体沥青302的厚度尺寸。例如，对于在图7A的示例中的限定环形形状312的固体沥青302，可以在图7B上所示的Z方向上测量固体沥青302的厚度。如图7B的示例所示，固体沥青302可在示出的Z方向上限定厚度318。在一些示例中，固体沥青302可限定约0.25英寸和约1.0英寸之间的厚度。然而根据本公开，其它值也是可能的。进一步地，应意识到虽然参照图7B来描述厚度326，但根据本公开，其它固体沥青可限定厚度326或不同的厚度，而无论沥青在X-Y截面平面上限定的特定截面形状。

不依赖固体沥青302所限定的特定形状，可用任何多种技术来对固体沥青302进行成形。在一个示例中，在被插入模具腔55之前，沥青可被液化，倒入模具中，并冷却以限定固体沥青302的形状。在另一示例中，可研磨一部分固体沥青以限定固体沥青302的形状。在另外的示例中，可将沥青树脂传递模塑以限定固体沥青302的形状。可在专用的树脂传递模塑装置上完成树脂传递模塑。替代地，在沥青致密化装置(例如，上文分别参照图2和3描述的装置50和100)构造成用一种树脂传递模塑循环来致密材料的示例中，可使用该装置在沥青致密化装置上模塑沥青以限定固体沥青302的特定形状。换句话说，除了后面用固体沥青302的经模塑部分来沥青致密化材料或作为其替代，沥青致密化装置可用于模塑固体沥青302的坯子。

例如，为了便于描述参照图3，沥青致密化装置100可用于模塑固体沥青302的限定模具114形状的部分。沥青可以在沥青熔化装置102中熔化并输送到装置100中。可以缩回沥青加压夯头122以限定用于接收熔化沥青的腔。在预制品113不在模具腔115中的情况下，可以向前致动沥青加压夯头122以将加压沥青注入模具114的模具腔115中。在允许被注入的沥青冷却并固化后，可从模具114中移出固体沥青302。如此，可以在沥青致密化装置100上树脂传递模塑沥青以形成限定与模具腔115的形状基本对应形状的固体沥青302。在不同的示例中，固体沥青302可以被树脂传递模塑在不同的沥青致密化装置(包括本公开所描述的那些)上。然而，应意识到替代技术可用于形成固体沥青302，并且本公开不限于用于形成固体沥青302的任何特定技术。

根据本公开，在沥青致密化装置300(图6)中使用固体沥青302可允许用精确受控的沥青量来致密预制品52。与需要传输熔化沥青的沥青致密化技术不同，使用一部分固体沥青302的沥青致密化可不包括传递期间的沥青损失或熔化沥青的测量误差。相反，可以精确地称量固体沥青302的重量并且在将固体沥青302插入模具54之前调整固体沥青302的重量。如此，可以将被供应到特定部件的沥青的量控制在较窄的公差范围内。

一般来说，可将任意适当量的固体沥青302与预制品52一起插入模具腔55中。插入模具腔55中的固体沥青302的量可基于多种因素变化，所述因素包括例如预制品52的尺寸、固体沥青302的特性以及成品C-C复合物部件的期望密度。进一步地，应意识到固体沥青302的量可随着插入模具腔55中的预制品52的数量而变化。因此，如果模具54构造成接收多个预制品52(例如，两个、三个、四个或更多)，则可以增加插入模具腔55中的固体沥青302的量。

如参照图6所述的，模具54构造成接收预制品52和固体沥青302。模具54可以具有多种不同的构造并且可以由多种不同的材料(如关于图2讨论的)形成。进一步地，模具54的特定形状和尺寸可例如基于预制品52的形状和尺寸、固体沥青302的形状和尺寸以及待被添加到模具54中的固体沥青302的部分的数量而改变。

图8是概念图，示出了根据本公开的模具54的一个示例的截面。如在图8的示例中描述的，模具54包括被限定在第一部分320和第二部分322之间的模具腔55，第一部分320和第二部分322可在分开线324处分开，例如以打开模具54以便添加或移出固体沥青302和预制品52。模具54包括上表面326、与上表面326相对的下表面328、压力端口330和通气端口332。压力端口330与气体源304流体连通以接收加压气体。通气端口332可与真空源306流体连通以在模具腔55中产生真空压，或者与例如通气管道流体连通以随着熔化的沥青渗透到预制品52的孔中而用于排出预制品52中的空气。在图8的示例的模具腔55内是固体沥青的第一部分302A、固体沥青的第二部分302B和预制品52，其被示出为环形形状的预制品52。固体沥青的第一部分302A与上表面326相邻，固体沥青的第二部分302B与下表面328相邻，并且预制品52处于固体沥青的第一部分302A和固体沥青的第二部分302B之间。通过使预制品52处于固体沥青的第一部分302A和固体沥青的第二部分302B之间，在固体沥青302熔化后，可将预制品52的不同表面暴露于基本相似量的熔化沥青。这可改进待预制品52被致密时的均匀性。

一般来说，模具54特别是模具54的模具腔55可构造成接收任意尺寸或形状的预制品52。模具腔55也可构造成接收任意数量的固体沥青302的部分。在一些示例中，由模具54的上表面326、下表面328和/或另一表面中的凹陷区域来限定模具腔55，以在模具腔55中容纳固体沥青302和预制品52。

在将固体沥青302和预制品52插入模具腔55之后，可通过加热源308将固体沥青302加热到高于固体沥青302的熔化温度。加热源308与模具54特别是模具54的模具腔55中的固体沥青302热耦合。如本公开中所使用的，术语“热耦合”是指加热源308被布置成使得在装置300的操作期间由加热源308提供的热能可传递到模具54。

一般来说，加热源308可以是任意的一种或多种热能源，其可操作以将固体沥青302的温度增加到高于固体沥青302的熔化温度。例如，加热源308可以是对流加热源、电磁感应加热源或者红外加热源。在一些示例中，加热源308可包括加热管180(图4)。可在装置300中加热热传递剂或将热传递剂输送到装置300中(例如，从外部的炉子，热交换器等等)并通过加热器管180。结果，热能可从热传递剂通过加热器管180，通过模具54传导地传递到固体沥青302中，从而提高固体沥青302的温度。在其它示例中，除了加热管180之外或者作为其替代，可使用不同的加热源。例如，加热源308可以是火炉或电阻加热器。在另外的示例中，加热源308可以是射频能量源(例如，微波能量源)，其用射频能量加热固体沥青302。在另外的示例中，加热源308可以是感应加热器，其感应地加热模具54，模具54进而加热固体沥青302。例如，加热源308可以电磁感应加热器，其构造成在约350赫兹到约600赫兹的范围内工作，例如在约400赫兹和约560赫兹之间工作，不过，多个操作范围是可能的。另外的或不同的加热源可用在根据本公开的装置上。

加热源308构造成在模具54的模具腔55中将固体沥青302加热到高于固体沥青302的熔化温度。固体沥青302的熔化温度可以基于插入模具54的模具腔55中的特定固体沥青的化学组分而变化。尽管如此，在一些示例中，固体沥青302可显示出在约110摄氏度和约330摄氏度之间的熔化/软化温度。这样，在一些示例中，加热源308可构造成将固体沥青302加热到高于110摄氏度的温度，例如加热到约285摄氏度和约330摄氏度之间的温度。

当预制品52停留在模具腔55中时，装置300可施加一个或多个驱动力以迫使熔化的沥青进入预制品52的不同孔中以便致密预制品52。在一些示例中，驱动力可以是加压夯头力(例如，图3中所示的沥青加压夯头122)。例如，当固体沥青302在模具腔55中熔化时，可对着模具54(例如，在图3所示的Z方向上)致动沥青加压夯头122以挤压模具54和模具腔55中的熔化沥青。如此，可以加压模具腔55中的熔化沥青，导致沥青渗透到预制品52的不同孔中以致密预制品52。在其它示例中，除了沥青加压夯头122之外或作为其替代，可采用不同的沥青驱动力。

在图6的示例中，装置300构造成用气体源304和真空源306中的一种或两种来致密预制品52。气体源304和真空源306与模具腔55流体连通，例如以控制模具腔55中的压力。在一些示例中，真空源306构造成在固体沥青302在模具腔55中熔化之前或者在固体沥青302在模具腔55中熔化时在模具腔55中产生真空压。通过在固体沥青302在模具腔55中熔化时或之前在模具腔55中产生真空压，可将正熔化的沥青抽入预制品52的不同孔中，从而致密预制品52。在另外一些示例中，气体源304构造成在模具腔55中施加气压以迫使熔化沥青进入预制品52的不同孔中以致密预制品52。气体源304可以是加压惰性气体源，所述惰性气体包括但不限于氮气、氦气、氩气、二氧化碳等等。气体源304可在固体沥青302熔化之前或之后或者在固体沥青302在模具腔55中熔化时在模具腔55中施加气压。该气压可加压模具腔55中的沥青以致密预制品52。

在其它示例中，装置300可构造成组合地使用气体源304和真空源306，例如在如上文关于图2和3所述在VPI循环期间。真空源306可至少在施加气体源304之前在模具腔55中产生真空，例如当固体沥青302正在熔化时。在用熔化沥青填满模具腔55之后，可以断开真空源306，并可激活气体源304以加压模具腔55中的熔化沥青。如此，装置300可构造成当预制品52被容纳在模具腔55中时使用至少一个VPI循环来致密预制品52。

由气体源304在模具腔55中产生的气压以及由真空源306在模具腔55中产生的真空压可例如基于预制品52的尺寸、预制品52的期望密度以及插入模具腔55中的特定固体沥青而变化。然而，在一些示例中，气体源304可构造成在模具腔55中施加约10磅每平方英寸(psi)和约1000psi之间的气压，例如约300psi和约700psi之间的气压。在一些示例中，真空源306可构造成在模具腔55中产生约1torr和约10torr之间的真空压。不过其它压力也是可能的，并且本公开不受这方面的限制。

已经关于图6-8描述了不同的沥青致密化技术，其采用包括构造成接收待被致密的材料和固体沥青的一个或多个部分的模具的装置。图9是方框图，示出了采用这样的装置致密材料的示例性技术。为了便于描述，将采用包括构造成接收待被致密的材料和一部分固体沥青的模具的装置来沥青致密化材料的图9的技术描述为由装置300(图6)实施。然而，在其他示例中，可由如本文描述的装置50(图2)、装置100(图3)或具有不同构造的装置来实施图9的方法。

如图9所示，可将预制品52插入模具腔55中(350)并可将固体沥青302插入模具腔55中(350)。一旦插入，在模具腔55中将固体沥青302加热到高于固体沥青302的熔化温度的温度(354)，并且通过加压熔化的沥青(356)来用熔化的沥青浸渍预制品52以在模具腔55中致密预制品52。

图9的技术包括将预制品52插入沥青致密化装置300的模具54中(350)。在不同的示例中，模具54可从沥青致密化装置300中移出或者与沥青致密化装置300一体地形成。预制品52可以是碳基纤维材料、碳基非纤维材料或者非碳基材料。在一些示例中，预制品52可由碳基纤维材料的多个不同的层来限定，其可被成形、针刺和/或以其他方式机械地固定在一起。预制品52可限定与期望的成品部件大致对应的形状。在一个示例中，预制品52可限定环形截面形状，其可与成品制动器转子盘36或成品制动器定子盘38(图1)大致对应。在另一示例中，预制品52可限定与成品梁键40大致对应的形状，该成品梁键40用于将成品制动器转子盘36固定到轮组件10。在又一示例中，如本领域普通技术人员将会意识到的，预制品52可限定不同的形状。

可在将预制品52插入模具腔55之前，在将预制品52插入模具腔55之后或在将预制品52插入模具腔55之前和之后将固体沥青302插入模具腔55中。替代地，可在将预制品52插入模具腔55(350)的同时将固体沥青302插入模具腔55中(352)。在一些示例中，固体沥青302和预制品52可以是结合成单个部件(例如在共用表面上附接)的分离的材料，该单个部件被插入模具腔55中。在其它示例中，固体沥青302和预制品52可以是分别插入模具腔55中的分离的材料。固体沥青302可以是粉末或者可以是限定的形状。在一些示例中，固体沥青302限定与模具54的截面形状基本对应的截面形状。无论如何，在将预制品52插入模具腔55(350)和将固体沥青302插入模具腔55(352)之后，可密封模具腔55，例如通过将第模具部分按压在第二模具部分上以产生有界限的模具腔55，以便用来自固体沥青302的熔化沥青来沥青致密化预制品52。

图9的技术进一步包括用热源308将固体沥青302加热到高于固体沥青302的熔化温度的温度。在一些示例中，热传递剂被输送通过装置300的加热管180，并且来自热传递剂的热量传导地加热固体沥青302。在其它示例中，采用微波感应加热器加热固体沥青302。在其它示例中，采用火炉、电阻加热器或其它热能源加热固体沥青302。不管热能源如何，加热源308在固体沥青302的熔化温度之上熔化固体沥青302。

装置300构造成通过至少在模具腔55中加压熔化沥青以在模具腔55中致密预制品52(356)。在一个示例中，气体源304在模具腔55中施加气压以在模具腔55中加压熔化的沥青。气压可迫使熔化沥青进入预制品52中以致密预制品52。在一些示例中，真空源306至少在施加气压之前在模具腔55中产生真空压。至少在施加气压之前在模具腔55中的真空压可帮助将沥青抽入预制品52的孔中。至少在施加气压之前在模具腔55中的真空压也可帮助从预制品52的不同孔中移除空气。这可允许在致密预制品52时使用较低压力的气体源304，其可以例如适应结构较弱的预制品52。

在组合地使用时，可控制气体源304和真空源306以用一个或多个VPI循环来致密预制品52。在一个示例中，当用加热源308加热固体沥青302(354)时，真空源306在模具腔55中产生真空压。在固体沥青302基本熔化后，断开真空源306，并使用压力源304以在模具腔55中施加气压。如此，装置300可用熔化沥青来致密预制品52。

已经描述了不同沥青致密化装置和沥青致密化技术的示例。在不同的示例中，本公开的技术可在不同的硬件、软件、固件或它们的任意组合上实施。在一些示例中，本公开的技术可在一个或多个处理器中实施，所述一个或多个处理器包括一个或多个微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或任意其它等同的集成或分立逻辑电路，以及此类部件的任意组合。在一些示例中，本公开的技术也可具体表现或编码在计算机可读介质中，例如包含指令的计算机可读存储介质。在计算机可读存储介质中植入或编码的指令可导致例如当执行所述指令时可编程处理器或其它处理器实施该方法。计算机可读存储介质可包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存、硬盘、CD-ROM、软盘、盒式磁带、磁介质、光学介质或其他计算机可读介质。

在参考本说明书之后，本领域技术人员将会明白所说明的示例以及与本公开一致的其他示例的各种修改。

Claims (10)

1.一种装置，包括：

模具，其构造成接收待被致密的材料；

夯头，其构造成施加夯压以迫使沥青进入所述模具中以致密所述材料；

气体源，其构造成在所述模具中施加气压以迫使所述沥青进入所述模具中以致密所述材料；以及

真空源，其可操作以至少在施加所述夯压或所述气压前在所述模具中产生真空压；

其中，所述装置构造成采用所述夯头、所述气体源、所述夯头和所述真空源、或者所述气体源和所述真空源中的可选择的一种在所述模具中致密所述材料。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述夯头构造成施加约500磅每平方英寸(psi)和约5000psi之间的夯压。

3.如权利要求1所述的装置，其中，所述夯头包括液压夯头、气动夯头或螺杆夯头中的至少一种。

4.如权利要求1所述的装置，其中，所述真空源构造成施加约5torr和约100torr之间的真空压。

5.如权利要求4所述的装置，其中，所述气体源包括氮气。

6.如权利要求5所述的装置，其中，所述真空源构造成施加约10torr和约20torr之间的真空压。

7.如权利要求1所述的装置，进一步包括密度计，所述密度计构造成确定所述材料的初始密度，其中，所述装置构造成基于所确定的初始密度选择所述夯头、所述气体源、所述夯头和所述真空源、或者所述气体源和所述真空源中的一种来致密所述材料。

8.如权利要求7所述的装置，其中，如果所述初始密度小于约0.8克每立方厘米，则所述装置构造成选择所述气体源或者所述气体源和所述真空源中的至少一种来致密所述待被致密的材料，并且其中，如果所述初始密度大于约0.8克每立方厘米，则所述装置构造成选择所述夯头或者所述夯头和所述真空源中的至少一种来致密所述待被致密的材料。

9.一种方法，包括：

将待被致密的材料插入模具中，其中，所述模具是装置的一部分，所述装置构造成采用树脂传递模塑循环、真空辅助树脂传递模塑循环或者真空压力渗透循环中的可选择的一种来致密所述材料；

选择在所述模具中致密所述材料的所述树脂传递模塑循环、所述真空辅助树脂传递模塑循环或者所述真空压力渗透循环中的一种；并且

采用致密所述待被致密材料的所述树脂传递模塑循环、所述真空辅助树脂传递模塑循环或者所述真空压力渗透循环中的选定的一种在所述模具中致密所述材料。

10.如权利要求9所述的方法，进一步包括确定所述待被致密材料的初始密度，其中，选择致密所述待被致密材料的树脂传递模塑循环、真空辅助树脂传递模塑循环或者真空压力渗透循环中的一种包括基于所确定的初始密度来选择所述树脂传递模塑循环、所述真空辅助树脂传递模塑循环或者所述真空压力渗透循环中的所述一种。

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