CN107685456B - 碳纤维预成形件的振动辅助致密 - Google Patents

Abstract

本发明涉及碳纤维预成形件的振动辅助致密。本公开在一些例子中描述了如下技术，其包括：将碳粉末和树脂粉末放置在纤维预成形件的表面上，其中纤维预成形件包括多个纤维并且限定在多个纤维之间的间隙空间；以及使纤维预成形件振动以允许碳粉末和树脂粉末渗透在纤维预成形件的多个纤维之间的间隙空间以形成渗透的预成形件。

Description

碳纤维预成形件的振动辅助致密

技术领域

本公开涉及碳-碳复合材料，比如由碳-碳复合材料制成的飞行器制动盘的制造。

背景技术

碳-碳复合材料是这样的复合材料，其包括利用碳纤维增强的包括碳的基质。碳-碳（C-C）复合物部件可被用在许多高温应用中。例如，航空和航天工业采用C-C复合物部件作为用于商业和军事飞行器的摩擦材料，比如制动摩擦材料。

一些碳-碳复合物，比如用在航空与航天工业中的一些碳-碳复合物制动盘，可由包括碳纤维层的碳纤维预成形件制成，所述碳纤维预成形件可利用若干工艺中的一种或多种致密，包括化学气相淀积/化学气相渗透（CVD/CVI）、真空/压力渗透（VPI）、或树脂传递模塑（RTM），以利用碳或碳前体材料渗透纤维预成形件。

发明内容

在一些示例中，本公开描述了如下技术，其包括：将碳粉末和树脂粉末放置在纤维预成形件的表面上，其中纤维预成形件包括多个纤维并限定在多个纤维之间的间隙空间；以及使纤维预成形件振动以允许碳粉末和树脂粉末渗透纤维预成形件的多个纤维之间的间隙空间，从而形成渗透的预成形件。

在一些示例中，本公开描述了如下技术，其包括：机加工碳-碳复合物的外表面以形成碳粉末；将碳粉末与树脂粉末混合以形成粉末混合物；以及通过在纤维预成形件的表面上放置粉末混合物并使纤维预成形件振动来渗透纤维预成形件的纤维之间的间隙空间。

在一些示例中，本公开描述了渗透纤维预成形件，其包括：包括多个纤维的纤维预成形件，所述多个纤维限定在多个纤维之间的间隙空间；和在多个纤维之间的间隙空间中的粉末混合物，其中粉末混合物包含碳粉末和树脂粉末。

在附图和以下的描述中陈述了本公开的一个或多个示例的细节。本公开的其它的特征、目标、和优点将从描述和图、以及从权利要求中显见。

附图说明

图1A是示例物品的示意性透视剖视图，其包括至少部分渗透有碳粉末和树脂粉末的纤维预成形件。

图1B是图1A的纤维预成形件的近摄的示意性剖视图。

图2是示例的C-C复合物部件的示意性图示，其正受到机加工过程，因而产生作为副产物的碳铣削废料。

图3是由多个碳纤维层或碳前体纤维层形成的示例纤维预成形件的分解透视图的示意图。

图4-6是流程图，图示了制造物品，比如图1A的物品的示例技术。

具体实施方式

本公开描述了用于致密纤维预成形件的技术，所述纤维预成形件用于形成碳-碳（C-C）复合物，该碳-碳（C-C）复合物例如可被用于形成盘式制动器。所描述的纤维预成形件包括多个碳纤维层。如将在本文中描述的，在一些示例中，示例技术可包括将包括碳粉末和树脂粉末的干的颗粒混合物放置在纤维预成形件的外表面上。然后，干的颗粒混合物可利用施加的振动、辅以重力渗透到纤维预成形件的内凹进（例如，纤维预成形件的纤维之间的间隙空间）中以形成渗透的预成形件。

图1A是示例物品10的示意性的透视剖视图，其包括可被用于制造致密的碳-碳复合物的纤维预成形件12。如所示的，物品10包括放置在纤维预成形件12的外表面16上的呈大致干燥形式（例如，没有溶剂或液态载体材料或带有极少量的溶剂或液态载体材料）的碳粉末24和树脂粉末26。图1A还在概念上图示了对纤维预成形件12的振动力20的施加，其导致粉末混合物14的至少一些渗透到纤维预成形件12的内凹进（例如，纤维预成形件12的多个纤维之间的间隙空间）中。

在一些示例中，碳粉末24和树脂粉末26可组合以形成粉末混合物14。如本文中使用的，术语“粉末”被用来表示呈干燥形式，例如，没有溶剂或液态载体流体的存在，的一堆松散细颗粒。在一些示例中，粉末混合物14可在放置在纤维预成形件12上之前被混合以确保混合物的同质性。

树脂粉末26可包括缩小到颗粒形式的任何适合的前体基质材料。用于形成树脂粉末26的适合的树脂材料的示例可包括热固树脂，包括例如呋喃、酚醛树脂（例如，二苯醚甲醛）、聚酰亚胺、或类似物；热塑性树脂，包括例如煤焦油、石油、或人造沥青、聚醚醚酮（PEEK）、聚乙烯亚胺（PEI）、聚苯并咪唑（PBI）、聚芳基乙炔、或类似物。尽管在一些示例中一些树脂（例如，煤焦油或石油沥青）可被归类为高粘性液体，但是用于本申请的目的，树脂可被考虑为粉末材料，因为这样的事实，即：树脂可被加工（例如，被机械研磨）成颗粒（例如，粉末形式）。

在一些示例中，树脂粉末26可占主要优势地包括煤焦油或石油沥青。在这些示例中，煤焦油或石油沥青可以以球粒的形式提供，其可被进一步加工以将树脂颗粒的大小降低到期望的粒度（例如，将球粒机械研磨到最佳允许所得的颗粒通过预成形件的期望的大小）。在一些示例中，这样的加工可发生在碳粉末24与树脂粉末26混合的期间。例如，树脂球粒可以与碳粉末24组合，并且整个混合物可被机械研磨以形成包括共同呈现总体期望粒度的碳粉末24和树脂粉末26的粉末混合物14。在一些示例中，将碳粉末24和树脂粉末26混合在一起来产生粉末混合物14可帮助降低或防止树脂粉末26在渗透之前的无意的凝结成块。在一些示例中，用于形成树脂粉末26的树脂材料可以在时间上接近被渗透到纤维预成形件12中而被加工（例如，被机械研磨），以帮助降低在被渗透之前遭受氧化的树脂材料的量。在一些示例中，用于形成树脂粉末26的树脂材料可在渗透到纤维预成形件12中的约24小时内被加工。

碳粉末24可包括任何适合的碳材料，包括例如碳黑、石墨、研磨的碳须晶、等等。在一些示例中，碳粉末24中的至少一些可由C-C复合物部件或中间（例如，碳化）部件的再循环铣削废料提供。例如，在一些碳-碳（C-C）复合物部件，比如用于形成飞行器盘式制动器的那些碳-碳复合物部件的生产期间，根据对于C-C复合物部件的预期用途，碳纤维预成形件可经历致密/渗透（例如，通过树脂传递模塑（RTM）的树脂渗透）和高温分解/碳化的一个或多个周期，随后石墨化（例如，热处理），以产生最终呈现足够高密度（例如，大于约1.7克每立方厘米（g/cm³））的C-C复合物部件。在一些示例中，致密/渗透和高温分解/碳化过程会堵塞预成形件的孔隙或间隙空间中的一些，因此降低或妨碍了另外的致密材料流入到复合物预成形件中。复合物预成形件可被机加工（例如，铣削、车削、钻孔、研磨、或类似的）以重新打开复合物预成形件的间隙（例如，纤维预成形件12的多个纤维之间的间隙空间）中的一些，以便允许另外的致密材料被包含到复合物预成形件中，从而引起了碳铣削废料的产生。另外或替代地，在最终的石墨化过程（例如，热处理）之后，所得的C-C复合物部件可受到另外的机加工以成形在期望规格范围内的C-C复合物部件。在一些示例中，机加工过程去除多余的碳材料（例如，碳铣削废料），所述多余的碳材料可能需要对于材料的特别的处理预防措施以被适当地处置。图2是示例C-C复合物部件25（例如，在碳化或石墨化之后的被渗透的纤维预成形件12）的示意性图示，其正受到机加工过程27，因此产生了作为副产物的碳铣削废料28。

在一些示例中，碳铣削废料28可被用于形成碳粉末24的至少一部分。在一些这样的示例中，在碳粉末24中碳铣削废料28的并入可提供若干经济和环境优势，例如，通过使废料材料的至少一部分再循环回到C-C复合物的生产线中而降低了每个C-C复合物部件25所产生的碳铣削废料28的总量。在一些示例中，碳铣削废料28可占包含在粉末混合物14中的碳粉末24的大致全部（例如，全部或几乎全部）。

在一些示例中，碳铣削废料28可在添加到粉末混合物14中之前被加工。例如，可筛选碳铣削废料28以提供具有期望大小的碳粉末24。在一些示例中，在C-C复合物已大致石墨化之后产生的碳铣削废料28（例如，在热处理之后产生的碳）可被用于形成粉末混合物14和碳粉末24的至少一部分。在一些示例中，与在C-C复合物加工的其它部分期间生成的碳铣削废料28相比，在C-C复合物已大致石墨化之后产生的碳铣削废料28可呈现更高纯度的碳含量。

在一些示例中，粉末混合物14（例如，碳粉末24和树脂粉末26）可具有选择成允许粉末混合物渗透纤维预成形件12的粒度。粒度的选择可取决于纤维预成形件12的性质（例如，间隙空间19的大小）、在预成形件内的间隙通道的取向（例如，相对于重力是大致垂直的还是水平的）、和为了促进渗透所施加的振动力的大小。粉末混合物14的粒度的分布可以具有任何适合的构型，包括例如均匀分布、双峰式分布、多峰式分布、非均匀分布等等。在一些示例中，碳粉末24和树脂粉末26的粒度可选择成是大致相同的（例如，相同或几乎相同）。在一些示例中，粉末混合物14可包括大于约18的粒度（例如，限定具有小于约1毫米的颗粒直径）。

粉末混合物14可包括任何适合的量的树脂粉末26和碳粉末24。在一些示例中，粉末混合物14可包括最少10重量百分比（wt.%）的碳粉末24。在一些示例中，根据用于形成树脂粉末26的树脂材料的选择，粉末混合物14可包括更高数量的碳粉末24（例如，25 wt.%）。

纤维预成形件12可包括多个纤维18（例如，碳纤维或碳前体纤维），其限定纤维预成形件12的间隙（例如，纤维预成形件12的多个纤维之间的间隙空间）。图1B是图1A的纤维预成形件12的近摄的示意性截面图，示出多个纤维18和限定在纤维18之间的间隙空间19。纤维18可被组合以利用任何适合的技术来形成纤维预成形件12。例如，图3示出由组合来形成纤维预成形件30的主体的碳纤维或碳前体纤维（共同地称为纤维34）的多个层32形成的示例纤维预成形件30的分解透视图的示意图。

在一些示例中，多个层32可包括一个或多个网层38、丝束层42、编织层46、或其组合，每个层包括纤维34。在一些示例中，网层38可包括网纤维40，该网纤维可包括纤维34中的相对短的、碎的、和卷的纤维。丝束层42可包括以任何适合的布置被布置的纤维34的一个或多个丝束44，包括例如直的、径向的（例如，相对于盘形状的径向取向）、弦状的等等。编织层36可包括多个编织纤维48。在一些示例中，编织纤维48可包括编织在一起的纤维34的丝束（例如，以经线和纬线方向编织的丝束）。

在一些示例中，多个层32可包括组合来形成纤维34的复式层47的丝束层42和网层38。在一些这样的示例中，复式层47可通过将一个或多个丝束层42与一个或多个网层38组合而形成。例如，网层38可被缝到丝束层42以形成复式层47。缝制过程可导致网纤维40中的一些部分地转移到丝束层42中，以将网层38和丝束层42联结到一起。部分转移到丝束层42中的网纤维40可形成缝制纤维35（例如，大体与堆叠轴线31对准并延伸到层32中的两个或更多个中的纤维）。

如本文中使用的，术语纤维34的“层”不意图被限制于一种特定类型的层（例如，网层38、丝束层42、编织层46、复式层47、等等）并可包括将一个或多个层组合在一起（例如，复式层47）的构造。在一些示例中，纤维34的每个层32可具有约1毫米（mm）到约2mm的沿着与堆叠轴线31平行（例如平行或几乎平行）的方向测量的厚度，其被堆叠以产生具有期望厚度（例如，沿着图1A的z轴）的纤维预成形件30。在一些示例中，厚度可以是大致均匀的（例如，均匀或几乎均匀）。

在一些示例中，增加包括在纤维预成形件30中的缝制纤维35的数目可增大所得的C-C复合物部件25的z轴的增强。然而，尽管z轴增强可通过增加缝制纤维35的数量而增大，然而缝制纤维35的过程和存在由于增加了在纤维预成形件30中无意的缺陷的存在，这可引起例如贯穿C-C复合物部件25的裂隙的形成和传播、污染的增加的迁移、增加的氧化降解、等等，可能负面地影响所得C-C复合物部件25的耐久性。在一些示例中，通过利用本文中描述的致密/渗透技术，另外的针状材料可通过粉末混合物14而被并入纤维预成形件30中以给所得的C-C复合物部件提供另外的z轴的增强性能。在一些示例中，粉末混合物14渗透到纤维预成形件30的内凹进中可允许缝制纤维35的数量降低，而不显著降低所得的C-C复合物部件的z轴增强性能。

在一些示例中，层32可包括碳或碳前体纤维34的高面积重量纤维层（织物），所述碳或碳前体纤维包括例如聚丙烯腈（PAN）、氧化聚丙烯腈（O-PAN）、人造丝、或类似物。在一些示例中，层32可形成为具有在约1250与约3000克每平方米（g/m²）之间的面积基本重量，比如在约1350与约2000 g/m²之间。在一些示例中，形成包括例如O-PAN纤维的高面积重量纤维层（织物）的层32可帮助增加多个层32的面积基本重量，同时维持敞开结构，如以下进一步讨论的，其（例如，低纤维体积）可帮助改进加工时间和效率以及降低操作成本。在一些示例中，与利用较低面积基本重量的纤维制作的堆叠和预成形件相比，在不显著降低纤维预成形件30的密度的情况下，通过利用高面积重量纤维层（织物）来增加层32的面积基本重量会需要较少的缝制来将相应的层32联结在一起，同时还建立了具有更宽和更深通道的更加敞开的纤维预成形件30，与带有更小或更窄通道的其它堆叠相比，所述更宽和更深的通道更容易渗透有粉末混合物14。在一些示例中，预成形件30可限定具有约40体积百分比（vol.%）到约70 vol.%的平均纤维体积（例如，对应于约60 vol.%到30 vol.%的自由/空隙空间体积）。在一些示例中，预成形件30的纤维体积可以是约65 vol.%到约70 vol.%。

纤维34可利用任何适合的材料来构造。在一些示例中，纤维34可包括碳纤维。在其它的示例中，纤维34可包括碳前体纤维，一旦构造了纤维预成形件34的主体，所述碳前体纤维随后就可被转变成碳纤维。适合的碳前体纤维材料的示例可包括例如PAN、O-PAN、纤维素（例如，人造丝）、沥青、等等。在纤维预成形件30利用碳前体纤维来构造的一些示例中，预成形件可经历初始的碳化周期以在纤维预成形件30渗透有粉末混合物14之前将碳前体纤维转变为碳纤维。

如图1A中所示，在一些示例中，振动力20可使纤维预成形件12相对于碳粉末24和树脂粉末26振动，导致粉末混合物14中的至少一些因为施加给粉末混合物14的振动力和重力（例如，沿箭头22方向的重力）而渗透到纤维预成形件12的内凹进（例如，纤维预成形件12的多个纤维之间的间隙空间）中。振动力20的选择频率和振幅可取决于粉末混合物14的粒度、预成形件12的纤维体积、在预成形件12内间隙空间19的取向、和粉末混合物14与预成形件12之间的摩擦特性。例如，如果需要的话，可施加呈现相对高频率和/或振幅的振动力20以促进在预成形件12内粉末混合物14的横向的（例如，相对于重力，水平的）移动。尽管可使用任何适合的振动力20，然而在一些示例中，振动力20（例如，振动台）可特征在于振动频率在约25赫兹（Hz）与约200Hz之间，例如约50Hz。尽管对于可施加的频率没有明确的上限，但是所选择的频率应保持足够低，从而不物理地损坏预成形件12自身的纤维、或导致粉末混合物14从预成形件12中射出。

在一些示例中，与任一粉末的独立利用相比，构成粉末混合物14的碳粉末24和树脂粉末26的组合可提供若干优势。例如，与可通过其它技术（例如，树脂传递模塑）获得的碳装载相比，仅利用树脂粉末26渗透纤维预成形件12可能不能获得在纤维预成形件12中的足够的碳装载量，以致使振动辅助渗透成为可行的选项。仅利用碳粉末24渗透纤维预成形件12会需要另外的致密/渗透处理来产生功能性的基质材料。与树脂粉末组合的碳粉末24的存在可在纤维预成形件12的渗透之后引起足够量的碳装载和基质材料，随后高温分解/碳化之。在一些示例中，粉末混合物14振动辅助渗透和碳化的单个周期可引起纤维预成形件12的密度的显著增加（例如，高达约100%的重量增加）。在一些示例中，纤维预成形件12的密度可增加约5%到约100%。以下表1提供通过对示例碳纤维预成形件施加50Hz振动而获得的代表性的重量增加。

在一些示例中，粉末混合物可大致填充（例如，完全填充或几乎完全填充）预成形件12的间隙空间19。在一些示例中，粉末混合物14可占渗透的纤维预成形件的约25 vol.%到约60 vol.%。

在一些示例中，粉末混合物14可占渗透的纤维预成形件的至少约5重量百分比（5wt.%）。在一些示例中，粉末混合物14可占渗透纤维预成形件的约25 wt.%到50 wt.%。

另外或替代地，与替代的渗透/致密技术相比，通过振动辅助渗透来使纤维预成形件12渗透有干的粉末混合物14可提供若干优势。例如，与要求复杂模型、高压、和热以使纤维预成形件渗透有树脂材料的树脂传递模塑（RTM）相比，振动辅助渗透可提供相对低成本的渗透技术。另外，在碳粉末24包括碳铣削废料28的示例中，本文中描述的技术可通过提供用于使碳铣削废料28再循环回到生产线中的手段而提供降低资本开销和废料产生的机会。利用其它的渗透技术，包括例如RTM，由于碳粉末24的添加产生了增加的粘性，这样的再循环技术不会是可能的。

在一些示例中，可使粉末混合物14中的至少一些在被放置在纤维预成形件12上之前静电带电。所施加的静电电荷可降低在振动辅助渗透过程期间形成的灰尘（例如，空气所带的粉末混合物14）的产生。另外或替代地，所施加的静电电荷可有助于在中间加工期间使粉末混合物14附着到纤维预成形件12。

在一些示例中，可在混合粉末混合物14之前将静电电荷施加给树脂粉末26或碳粉末24中的仅一个。例如，静电电荷可仅施加给碳粉末24，然后与树脂粉末26彻底混合以将带电荷的传给大部分粉末混合物14。

可利用任何适合的技术将静电电荷施加给粉末混合物14。例如，静电电荷可通过使树脂粉末26和碳粉末24中的一个或多个经过电晕放电而产生，以在将颗粒（例如，粉末混合物14）渗透到形成件12中之前使颗粒中的至少一些带电。

在一些示例中，与施加给粉末混合物14的电荷相反的静电电荷可利用相似的技术施加给纤维预成形件12。在纤维预成形件12上的相反的静电电荷可增加粉末混合物14与纤维预成形件12之间的附着强度。

另外或替代地，纤维预成形件12可涂覆有a-多熔素或相似的化合物。在一些示例中，由于粉末自身的本征电荷，a-多熔素涂覆可被用来促进纤维预成形件12与粉末混合物14之间的附着。

在一些示例中，在纤维预成形件12已用粉末混合物14渗透之后，渗透的预成形件（例如，在渗透完成之后的物品10）可被加热以引起树脂粉末26的碳化/高温分解，从而产生最终的C-C复合物部件25的基质部件的一部分。在一些示例中，根据用于引起碳化/高温分解的树脂的类型，渗透的预成形件可在约550℃与约1500℃之间被加热。

在一些示例中，描述在本文中的所描述的振动辅助的粉末混合物14渗透技术可导致更加有效的致密过程。例如，利用真空压力渗透（VPI）或沥青传递模塑（RTM）使预成形件渗透有沥青、随后在环境压力下碳化，会需要在渗透与碳化之间的沥青材料的初始稳定周期。这样的稳定周期可包括等待足够量的时间以允许预成形件中的沥青经历一定程度的交联，从而抑制沥青在随后的碳化过程期间从预成形件吸出。然而，沥青稳定周期会是极其时间集中的，需要若干个月用于沥青经历充分的交联，乃至关于沥青稳定，因为在它转变成基质材料时从沥青发展形成的气体，一定量的沥青可在碳化期间从预成形件中被挤出。

在一些示例中，粉末混合物14中的碳粉末24会妨碍在随后的碳化/高温分解过程期间树脂材料流动的能力。阻碍树脂材料（例如，树脂粉末26）在碳化/高温分解过程期间能够流出纤维预成形件12会显著降低或消除在碳化过程期间将树脂材料有效保持在纤维预成形件12中所需的稳定的量，以及显著降低或消除在碳化之前稳定渗透的预成形件而安排的时间。

在一些示例中，本文中所描述的振动辅助渗透技术可在用粉末混合物14渗透预成形件12之前帮助降低或消除利用CVD/CVD或类似的来使预成形件12变硬的需求。在一些示例中，在执行所描述的振动辅助渗透技术之后，渗透的预成形件可在随后利用例如VPI、RTM、CVD/CVI等等被致密。

本文中描述的渗透的纤维预成形件可利用任何适合的技术形成。图4-6是流程图，图示了生产渗透的纤维预成形件的示例技术。为了便于图示，参考图1和图2的物品来描述图4-6的示例方法；然而，物品可利用所描述的技术形成，并且图1和图2的物品可利用相似于图4-6中描述的技术其它技术制成。

图4的示例技术包括：将碳粉末24和树脂粉末26放置在纤维预成形件12上（50）并使纤维预成形件12振动（例如，利用施加的振动力20）以允许碳粉末24和树脂粉末26渗透纤维预成形件12的间隙空间19（52）。如以上描述的，在一些示例中，碳粉末24和树脂粉末26可在放置在纤维预成形件12上之前被混合在一起以形成粉末混合物14，以帮助一旦被渗透在纤维预成形件12中时维持粉末混合物14的同质。另外或替代地，碳粉末24和树脂粉末26可在振动辅助渗透过程期间分阶段放置在纤维预成形件12上，以导致渗透有粉末混合物14的纤维预成形件12。

碳粉末24和树脂粉末26可包含任何适合的材料。例如，如以上描述的，碳粉末24可主要由通过机加工C-C复合物部件25形成的碳铣削废料28组成，并且树脂粉末26可包括已被加工（例如，被机械研磨）成粉末形式的煤焦油或石油沥青。

使纤维预成形件12振动（52）可利用任何适合的技术完成。例如，纤维预成形件12可放在尺寸设计成容纳纤维预成形件12的容器中。碳粉末24和树脂粉末26可放置在纤维预成形件12上，并且容器，包括其内容物，可放在振动台上达若干分钟以允许碳粉末24和树脂粉末26渗透纤维预成形件12的间隙空间19。另外或替代地，一旦在振动台上，碳粉末24和树脂粉末26就可被放置在纤维预成形件12上以允许相应的粉末渗透纤维预成形件12。在一些示例中，纤维预成形件12可以以在约25赫兹（Hz）与约200Hz之间的频率，例如约50Hz，振动。在一些示例中，可使用高的频率。

应给纤维预成形件12施加足够量的碳粉末24和树脂粉末26以允许粉末渗透预成形件。在一些示例中，这可通过在振动辅助渗透过程期间在纤维预成形件12上维持可见的粉末混合物14层来完成。在一些示例中，在振动辅助渗透过程期间可在纤维预成形件12上放置额外的粉末混合物14，直至获得了纤维预成形件12的充分渗透为止。

可对纤维预成形件12施加振动力20的持续时间可取决于许多因素，包括例如纤维预成形件12的间隙（例如，纤维预成形件12的多个纤维之间的间隙空间）的大小和粉末混合物14的粒度。在一些示例中，对纤维预成形件14施加振动力20的合适的持续时间可通过定期称量渗透的预成形件的重量并跟踪渗透的预成形件的重量来确定渗透的预成形件的重量是否不再通过步骤（50）和（52）的应用而增加来试验地确定。例如，可在约5 – 10分钟的时间间隔内量取渗透的预成形件的重量以确定是否观测到没有渗透的预成形件的重量的实质增加。在该（时间）点，渗透的纤维预成形件14可被认为是被粉末14饱和并受到另外的加工技术（例如，树脂粉末26的碳化）。在一些示例中，可对纤维预成形件12施加振动力20的充足的持续时间可以是约5到约30分钟。

图5是用以生产物品10的另一个示例技术，其包括：机加工27C-C复合物部件25的外表面以形成碳粉末24（60）、将碳粉末24与树脂粉末26混合以形成粉末混合物14（62）、和通过将粉末混合物14放置在纤维预成形件12的表面16上和对纤维预成形件12施加振动20来渗透纤维预成形件12的纤维18之间的间隙空间19（64）。

如以上描述的，机加工27C-C复合物部件25的外表面以形成碳粉末24（60）可包括多种不同的机加工技术，比如铣削、车削、钻孔、研磨等等。机加工27过程可产生碳铣削废料28。在一些示例中，碳铣削废料28可在随后被处理（例如，进一步研磨、筛选/筛拣等等）以产生至少一部分的碳粉末24。在一些示例中，碳粉末24可主要或完全由碳铣削废料28形成。在一些示例中，碳铣削废料28可在部件受到石墨化（例如，热处理）之后由C-C复合物部件25产生。

将碳粉末24与树脂粉末26混合以形成粉末混合物14（62）可利用任何适合的技术执行。例如，碳粉末24和树脂粉末26可在容器中被合并，并被机械地混合以形成同质的混合物。在一些示例中，粉末混合物14可在渗透之前被筛选以确保粉末混合物14的颗粒被充分地定尺寸。

图5的技术还包括通过将粉末混合物14放置在纤维预成形件12的表面16上和对纤维预成形件12施加振动20来渗透纤维预成形件12的纤维之间的间隙空间19（64）。在一些示例中，渗透过程（64）可与图4的步骤（52）中描述的渗透过程大致相同。可使用将粉末混合物14放置在纤维预成形件12的表面16上和对纤维预成形件12施加振动20的任何适合的顺序。例如，可对纤维预成形件12施加振动力20，随后，在纤维预成形件12的外表面上放置粉末混合物14直至获得期望的饱和水平为止。在一些示例中，可将粉末混合物14放置在纤维预成形件12的外表面16上，随后，对纤维预成形件12施加振动力20。在另一个示例中，可在对纤维预成形件12施加振动力20之前和期间将粉末混合物14放置在纤维预成形件12的外表面16上。

图6是用以生产物品10的另一个示例技术，其包括：将树脂粉末26与碳粉末24混合以形成粉末混合物14（76），将包括碳粉末24和树脂粉末26的粉末混合物14放置在纤维预成形件12的外表面16上（80），以及对纤维预成形件12施加振动20以允许粉末混合物14渗透纤维预成形件12的纤维之间的间隙空间19（82）。在一些示例中，步骤（76）、（80）和（82）可以与关于图4和图5描述的那些大致相同（例如，相同或几乎相同）。如关于图5的技术在以上讨论的，放置步骤（80）和振动步骤（82）可以以任何适合的顺序被执行，以促进粉末混合物14渗透到纤维预成形件12中。

图6的技术还包括以下可选的步骤：机加工27C-C复合物部件25的表面以去除多余的碳材料（例如，碳铣削废料28）（70），以及利用多余的碳材料来形成碳粉末24（72）。在一些示例中，机加工步骤（70）可以与关于图4和图5描述的那些大致相同。机加工步骤（70）可以与关于图5在以上描述的机加工步骤（60）大致相同（例如，相同或几乎相同）。在一些示例中，通过机加工C-C复合物部件25产生的多余的碳材料（例如，碳铣削废料28）可直接用于形成至少部分的碳粉末24，而无需随后的处理。在其它的示例中，多余的碳材料可在随后被处理，例如被研磨、筛选等等，以形成碳粉末14。

图6的技术还包括以下可选的步骤：机加工树脂材料（例如，煤焦油或石油沥青）以形成树脂粉末26（74）。如以上描述的，在放置在纤维预成形件12上之前，树脂材料可以以球粒的形式被提供并且在初始时被机加工（例如，被机械研磨）以将球粒的大小降低到期望的粒度以形成树脂粉末26。在一些示例中，用于形成树脂粉末26的树脂材料可在时间上接近被放置在纤维预成形件12上而被机加工以降低在被渗透之前会遭受氧化的树脂材料的量。

图6的技术还包括以下可选的步骤：对粉末混合物14中的至少一些施加静电电荷（78）。静电电荷可以使用任何适合的技术施加给粉末混合物14。例如，静电电荷可通过电晕放电产生。在一些示例中，所施加的静电电荷可帮助降低在振动辅助渗透过程（82）期间形成的灰尘（例如，空气所带的粉末混合物14）的产生。另外或替代地，所施加的静电电荷可有助于使粉末混合物14附着到纤维预成形件12以帮助将粉末混合物14保持在纤维预成形件12内。

图6的技术还包括以下可选的步骤：加热渗透的纤维预成形件12以使树脂粉末26碳化（84）。在一些示例中，（根据）树脂材料的选择，渗透的预成形件12可被加热到约500摄氏度（℃）和约1000℃之间以引起碳化。在一些示例中，由于碳粉末24的存在，树脂粉末26的碳化可发生，而无需在碳化之前使渗透的纤维预成形件12经历稳定周期（例如，引起树脂材料的交联）。

已描述了各种示例。这些和其它的示例在所附权利要求的范围内。

Claims (3)

1.一种方法，其包含：

将碳粉末与树脂粉末混合以形成干的粉末混合物；

将所述干的粉末混合物放置在纤维预成形件的外表面上，其中所述纤维预成形件包含多个纤维且限定在所述多个纤维之间的间隙空间；

使所述纤维预成形件以至少25赫兹的振动频率振动以允许所述干的粉末混合物渗透所述纤维预成形件的所述多个纤维之间的所述间隙空间以形成渗透的预成形件；以及

加热所述渗透的预成形件以碳化所述树脂粉末，以形成复合物物品。

2.如权利要求1所述的方法，其进一步包含：

机加工碳-碳复合物部件的表面以形成碳铣削废料；以及

利用所述碳铣削废料形成所述碳粉末中的至少一些。

3.如权利要求1或2所述的方法，其进一步包含：

在将所述碳粉末和所述树脂粉末放置在所述纤维预成形件的所述外表面上之前，对所述碳粉末或所述树脂粉末中的至少一些施加静电电荷，其中所述静电电荷构造成促使所述碳粉末或所述树脂粉末中的所述至少一些被电吸引到所述纤维预成形件。

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