CN105237024A - 一种炭/炭复合刹车材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种炭/炭复合刹车材料的制备方法，采用丙烷气作为炭源气体，利用了丙烷气可以在高温、一定压力下裂解速度快的特点，提高了炭/炭复合刹车材料坯体在CVI过程中的致密化速率。将致密化过程由现有技术的2次致密化优化为1次致密化，有效缩短了致密化周期。试验证明，采用本发明，炭/炭复合刹车材料的制造周期缩短了50％以上。
Description
技术领域
本发明涉及炭/炭复合刹车材料制造领域，具体是一种用于飞机、赛车、高速列车刹车材料的制备方法。
背景技术
炭/炭复合刹车材料是一种以炭纤维为增强体，以热解炭、树脂炭或沥青炭为基体的复合材料，由于其具有高的比热容、较高的力学性能、良好的导热性能与摩擦磨损性能等特点被广泛应用于飞机刹车材料。
炭/炭复合刹车材料大批量制造的主要工艺方法为化学气相渗透(CVI)。CVI工艺是在一定的温度和压力下，将碳源气在真空条件下裂解，生成的炭逐步沉积到成型多孔预制体增强骨架的孔隙中，直至均匀致密化。炭/炭复合刹车材料在不同刹车条件下具有优异的刹车性能，但炭/炭复合刹车材料存在制造周期长的缺点。
西安航空制动科技有限公司在专利号为ZL201110012055.0的发明创造中提出了一种缩短炭/炭刹车盘制造周期的方法，该方法是以天然气作为炭源气体，天然气在高温下裂解速度快，但天然气裂解形成的热解炭容易在炭/炭复合刹车材料孔隙的孔口处沉积，造成炭/炭复合刹车材料内有较多的闭孔。为了减少炭/炭复合刹车材料内的闭孔，通过降低天然气的裂解速度，使天然气裂解形成的热解炭在炭/炭复合刹车材料的孔隙内部沉积，采用该方法后炭/炭复合刹车材料制造周期虽然在一定程度上有所缩短，但仍存在制造周期较长的缺点。
发明内容
为克服现有技术中存在的炭/炭复合刹车材料制造周期长、制造成本高的不足，本发明提出了一种炭/炭复合刹车材料的制备方法。
本发明具体过程包括以下步骤：
步骤1，对炭纤维预制体进行热处理；将炭纤维预制体放入热处理炉内，抽真空至≤1000Pa，对热处理炉升温至1800～2200℃，保温5～10小时进行热处理。当温度在1350～1450℃时，送氩气保护；得到热处理后的预制体。
步骤2，CVI致密化；将热处理后的预制体放入CVI炉内进行致密化。致密化的工艺参数为：CVI炉炉温为1000～1100℃、CVI炉内压力≤10KPa、丙烷气流量为10000～20000升/小时、氮气流量为1000～2000升/小时。直至预制体密度增密为1.75g/cm3以上。得到经过致密化的炭/炭复合刹车材料坯体。
步骤3，石墨化处理；将经过致密化的炭/炭复合刹车材料坯体放入有氩气保护的石墨化炉内，抽真空至≤1000Pa，对石墨化炉升温至2000～2400℃，保温5～10小时进行石墨化处理。当温度在1350～1450℃时，送氩气保护。得到石墨化处理后的炭/炭复合刹车材料坯体。
步骤4，最终加工；将炭/炭复合刹车材料坯体按照产品图纸要求进行最终加工形成炭/炭复合刹车材料产品。
现有技术炭/炭复合刹车材料制备方法中所用的炭源气体主要为丙烯气与天然气，丙烯气的裂解温度低于天然气的裂解温度，丙烯气作为炭源气体时的致密化速率低于天然气作为炭源气体时的致密化速率，所以丙烯气作为炭源气体时的炭/炭复合刹车材料制备方法中的制备周期长。天然气作为炭源气体时的致密化速率快，但天然气裂解形成的热解炭容易在炭/炭复合刹车材料孔隙的孔口处沉积，造成炭/炭复合刹车材料内有较多的闭孔。所以天然气作为炭源气体时的炭/炭复合刹车材料制备方法中需有效控制天然气的致密化速率，通过2次致密化炭/炭复合刹车材料密度达到1.75g/cm3以上。
本发明采用丙烷气作为炭源气体，丙烷气裂解形成的热解炭沉积在炭/炭复合刹车材料孔隙内，炭/炭复合刹车材料中的闭孔少。本发明的优点在于利用了丙烷气可以在高温、一定压力下裂解速度快的特点，提高了炭/炭复合刹车材料坯体在CVI过程中的致密化速率。将致密化过程由现有技术的2次致密化优化为1次致密化，有效缩短了致密化周期。试验证明，采用本发明，炭/炭复合刹车材料的制造周期缩短了50％以上。
具体实施方式
本发明是一种炭/炭复合刹车材料的制备方法，以下通过5个实施例具体描述实施过程：
步骤1，对炭纤维预制体进行热处理。
将炭纤维预制体放入热处理炉内，抽真空至≤1000Pa，对热处理炉升温至1800～2200℃，保温5～10h进行热处理。当温度在1350～1450℃时，送氩气保护；得到热处理后的预制体。
步骤2，CVI致密化。
将经过热处理的预制体放入CVI炉内进行致密化。致密化的工艺参数为：CVI炉炉温为1000～1100℃、CVI炉内压力≤10KPa、丙烷气流量为10000～20000L/h、氮气流量为1000～2000L/h。直至预制体密度增密为1.75g/cm3以上。得到经过致密化的炭/炭复合刹车材料坯体。
步骤3，石墨化处理。
将经过致密化的炭/炭复合刹车材料坯体放入有氩气保护的石墨化炉内，抽真空至≤1000Pa，对石墨化炉升温至2000～2400℃，保温5～10h进行石墨化处理。当温度在1350～1450℃时，送氩气保护。得到石墨化处理后的炭/炭复合刹车材料坯体。
步骤4，最终加工。
通过机械加工的方法，将经过石墨化处理的炭/炭复合刹车材料坯体按照产品图纸要求加工成炭/炭复合刹车材料产品。
本发明提出的各实施例的参数如表所示：
本发明的优点在于利用了丙烷气在高温和一定压力下裂解速度快的特点，提高了炭/炭复合刹车材料坯体在CVI过程中的致密化速率。将致密化过程由现有技术的2次致密化优化为1次致密化，缩短了致密化周期。试验证明，采用本发明能够使炭/炭复合刹车材料的制造周期缩短50％以上。
Claims (4)
1.一种炭/炭复合刹车材料的制备方法，其特征在于，具体过程是：
步骤1，对炭纤维预制体进行热处理；通过热处理炉对炭纤维预制体进行热处理；当热处理炉升温至1350～1450℃时，送氩气保护；得到热处理后的预制体；
步骤2，CVI致密化；将热处理后的预制体放入CVI炉内进行致密化，使预制体密度增密为1.75g/cm3以上，得到经过致密化的炭/炭复合刹车材料坯体；
步骤3，石墨化处理；将经过致密化的炭/炭复合刹车材料坯体放入有氩气保护的石墨化炉内进行石墨化处理；当温度在1350～1450℃时，送氩气保护；得到石墨化处理后的炭/炭复合刹车材料坯体；
步骤4，最终加工；将炭/炭复合刹车材料坯体按照产品图纸要求进行最终加工形成炭/炭复合刹车材料产品。
2.如权利要求1所述炭/炭复合刹车材料的制备方法，其特征在于，所述对炭纤维预制体进行热处理时，该热处理炉抽真空至≤1000Pa，对热处理炉升温至1800～2200℃，保温5～10小时。
3.如权利要求1所述炭/炭复合刹车材料的制备方法，其特征在于，所述CVI致密化的工艺参数为：CVI炉炉温为1000～1100℃、CVI炉内压力≤10KPa、丙烷气流量为10000～20000升/小时、氮气流量为1000～2000升/小时。
4.如权利要求1所述炭/炭复合刹车材料的制备方法，其特征在于，所述石墨化处理时，石墨化炉抽真空至≤1000Pa，对石墨化炉升温至2000～2400℃，保温5～10小时。
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