CN114249602A - 一种编织c/c复合材料制动盘的制备方法及其连接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种编织C/C复合材料制动盘的制备方法及其连接方法，属于C/C复合材料应用技术领域。该制备方法的步骤为：a、根据C/C复合材料制动盘的尺寸形状及构件装配要求，进行整体编织结构设计；b、基于整体编织结构设计，将铜丝作为独立的纱束与碳纤维纱束混编制成碳纤维混编铜丝预制体；c、以气相沉积法处理碳纤维混编铜丝预制体，得到C/C复合材料制动盘且C/C复合材料制动盘的装配侧具有可焊接的铜丝。将C/C复合材料制动盘装配侧的铜丝与待连接的零部件直接焊接或者与连接件焊接后再装配。本发明的C/C复合材料制动盘能够降低连接时的表面处理工序，混编的铜丝能够大大提升制动盘的力学性能和稳定性。
Description
技术领域
本发明属于C/C复合材料应用技术领域，具体地说是一种能够增强整体及连接部分性能且能够简化装配时的表面处理工序的编织C/C复合材料制动盘的制备方法及其连接方法。
背景技术
C/C复合材料是一种碳纤维增强的碳基体复合材料，具有密度小、比强度大、热膨胀系数低、耐高温、耐腐蚀、抗冲击等优点。其具有的独特性能及兼顾结构和功能材料的双重特点，引起了各国军方的高度关注。自20世纪60年代以来，世界发达国家竞相开发,将C/C复合材料首先用于战略导弹鼻锥端头帽、固体火箭发动机喷管喉衬、扩张段等关键部件。同时,由于C/C复合材料具有摩擦特性好、吸热能力强、使用寿命长等突出特点，且其在2000℃下强度随温度的升高而升高，既可用作高温结构材料、又能用作功能材料，英、美、法等国在20世纪60年代末、70年代初几乎同时将C/C复合材料用于飞机制动材料。目前已逐步取代金属刹车副，成为最先进的刹车副材料，并由该三国的五大公司垄断了炭刹车盘的国际市场。全世界已有40种以上的民机和22种以上的军机采用了炭制动盘，其年产量占世界C/C复合材料总产量的90%以上。由此可见，C/C复合材料是航空航天和高铁等刹车制动盘的关键材料。
编织C/C复合材料制动盘的成本较高、周期长且工序繁杂，因此在不影响结构使用性能的情况下将C/C复合材料制动盘和其它常用材料连接在一起可以降低成本、提高生产效率。前，C/C复合材料的连接方式有机械连接、焊接、胶接等。然而，在选用这些连接时，均需在C/C复合材料制动盘的待连接表面进行涂覆、烧结、沉积、打孔等处理，这势必造成连接性能和稳定性差、力学性能下降、使用寿命低等问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种能够增强整体及连接部分性能且能够简化装配时的表面处理工序的编织C/C复合材料制动盘的制备方法及其连接方法。
本发明的目的是通过以下技术方案解决的：
一种编织C/C复合材料制动盘的制备方法，其特征在于：该制备方法的步骤为：
a、根据C/C复合材料制动盘的尺寸形状及构件装配要求，进行整体编织结构设计，要求结构符合装配需求，能够良好发挥耐磨擦、耐高温性能，以起到制动作用；
b、基于整体编织结构设计，将铜丝作为独立的纱束与碳纤维纱束混编制成碳纤维混编铜丝预制体，加入铜丝后一体化编织而成的碳纤维混编铜丝预制体的整体与连接部位的强度都能得到增强；
c、以气相沉积法处理碳纤维混编铜丝预制体，得到C/C复合材料制动盘且C/C复合材料制动盘的装配侧具有可焊接的铜丝。
使用时，C/C复合材料制动盘以焊接的方式，将铜丝部分与其他零件焊接装配，以有效发挥铜丝的增强作用。
所述步骤a中的整体编织结构设计选用2.5D机织或三维编织的结构，依据实际使用需要选择不同的结构即可。
所述步骤c中的C/C复合材料制动盘中的碳纤维混编铜丝预制体的体积含量为45-65%。
所述步骤c中的气相沉积法采用的基体碳为树脂碳、或者沉积碳、或者树脂碳和沉积碳的混合，具体要依据制动盘的实际使用需要去选择不同基体。
所述步骤b中的碳纤维混编铜丝预制体中，铜丝位于碳纤维混编铜丝预制体的单侧。
所述步骤c中的C/C复合材料制动盘的装配侧的纱束中，碳纤维纱束和铜丝的数量之比不小于2:1。
所述步骤a中的整体编织结构设计选用2.5D机织时，在步骤c中的C/C复合材料制动盘的装配侧的经纱中的碳纤维纱束和铜丝的数量之比不小于2:1、纬纱中的碳纤维纱束和铜丝的数量之比不小于2:1。
需要说明的是，在2.5D机织时，由于经纱包括接结经纱和衬经纱，当不含衬经纱时、接结经纱采用的碳纤维纱束和铜丝按照不小于2：1的比例混编；含有衬经纱时，衬经纱采用的碳纤维纱束和铜丝按照不小于2：1的比例混编、接结经纱根据情况确定是否需要混编。
基于上述方法制备的C/C复合材料制动盘的连接方法，其特征在于：位于C/C复合材料制动盘的装配侧的铜丝能够与连接件焊接后装配。
基于上述方法制备的C/C复合材料制动盘的连接方法，其特征在于：位于C/C复合材料制动盘的装配侧的铜丝能够与待连接的零部件直接焊接。
本发明相比现有技术有如下优点：
本发明的制备方法首先采用整体2.5D机织或三维编织方法形成制动盘的预制体，其中，预制体的连接部位采用碳纤维纱束和铜丝混编；之后采用气相沉积法形成C/C复合材料制动盘；使得该C/C复合材料制动盘的装配侧具有可焊接的铜丝；该制备方法通过铜丝混编实现C/C复合材料的增强和连接部分的强化、以及与连接工艺的简化，不仅可以降低制动盘连接时的表面处理工序，还由于铜丝贯穿整个制动盘的装配侧，可大大提升C/C复合材料制动盘的力学性能和稳定性。
本发明制备的C/C复合材料制动盘具有摩擦特性好、吸热能力强、使用寿命长等突出特点，可用于高铁、民航客机等的制动；该C/C复合材料制动盘利用混编铜丝的方式能够有效提高制动盘整体及连接部分的强度、力学性能和稳定性；由于铜丝的介入在制动盘的装配环节可以使用焊接的方式与其他零件装配，避免了传统加工繁琐加工工序，简化了装配连接工序的同时、有效的增加了装配连接的强度。
附图说明
附图1为本发明的C/C复合材料制动盘与作为连接件的背板焊接后的结构示意图，由于采用铜丝混编，因此装配式无需螺栓等紧固件；
附图2为附图1的A-A剖面结构示意图，其中装配面的铜丝用以与金属材质的背板焊接并形成焊缝。
其中：1—C/C复合材料制动盘；2—碳纤维纱束；3—铜丝；4—焊缝；5—连接件。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。
一种编织C/C复合材料制动盘的制备方法，该制备方法的步骤为：a、根据C/C复合材料制动盘1的尺寸形状及构件装配要求，进行整体编织结构设计，要求结构符合装配需求，能够良好发挥耐磨擦、耐高温性能，以起到制动作用；b、基于整体编织结构设计，将铜丝3作为独立的经纱和/或纬纱、并与碳纤维纱束2混编制成碳纤维混编铜丝预制体，加入铜丝后一体化编织而成的碳纤维混编铜丝预制体的整体与连接部位的强度都能得到增强；c、采用树脂碳作为基体碳，以气相沉积法处理碳纤维混编铜丝预制体，得到C/C复合材料制动盘1且C/C复合材料制动盘1的装配侧具有可焊接的铜丝3。该制备方法通过采用铜丝混编工艺制备C/C复合材料制动盘1的纤维增强体，将碳纤维纱束2与铜丝1混编，起到提高整体强度与连接强度，具有更高的连接稳定性与使用寿命、实现连接装配过程的简化的效果；焊接的使用可依据不同使用环境需要，将C/C复合材料制动盘1连接处的铜丝3与其他零件直接焊接或与连接件焊接后再进行进一步装配。
实施例一
图1为本发明提供的一个实施例制成的C/C复合材料制动盘1的结构示意图，该C/C复合材料制动盘1选用T700碳纤维作为碳纤维纱束2，通过2.5D机织制备碳纤维混编铜丝预制体；基于装配需要，设计碳纤维混编铜丝预制体为扇形，一组8个，与作为连接件5的金属背板焊接的碳纤维混编铜丝预制体的装配侧选用碳纤维纱束2和铜丝3混编而成，其中需要说明的是：纬纱和接结经纱中皆采用了铜丝3；碳纤维混编铜丝预制体制备后，采用沉积碳作为基体碳，采用气相沉积法形成C/C复合材料制动盘1。所制得的C/C复合材料制动盘1以焊接的方式与作为连接件5的金属背板焊接装配（如图2所示），装配面的铜丝3与金属材质的背板焊接装配并形成焊缝4，以有效发挥铜丝3的增强作用。C/C复合材料制动盘1混编入的铜丝3起到了增强整体与连接部分、简化装配中表面处理工序的作用。
本发明的制备方法能够提升制动盘的连接性能、增加制动盘的使用寿命，通过焊接实现装配时的整体连接，进而减少加工连接中繁琐的表面处理工序、增强连接强度。使用改变编织工艺的方法，在碳纤维2编织制动盘预制体的过程中混编铜丝3，再结合气相沉积法形成C/C复合材料制动盘1。通过该制备方法得到的C/C复合材料制动盘1具有较高的连接强度、可实现连接装配过程的简化，具有更高的连接稳定性与使用寿命。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。
Claims (9)
1.一种编织C/C复合材料制动盘的制备方法，其特征在于：该制备方法的步骤为：
a、根据C/C复合材料制动盘的尺寸形状及构件装配要求，进行整体编织结构设计；
b、基于整体编织结构设计，将铜丝作为独立的纱束与碳纤维纱束混编制成碳纤维混编铜丝预制体；
c、以气相沉积法处理碳纤维混编铜丝预制体，得到C/C复合材料制动盘且C/C复合材料制动盘的装配侧具有可焊接的铜丝。
2.根据权利要求1所述的编织C/C复合材料制动盘的制备方法，其特征在于：所述步骤a中的整体编织结构设计选用2.5D机织或三维编织的结构。
3.根据权利要求1所述的编织C/C复合材料制动盘的制备方法，其特征在于：所述步骤c中的C/C复合材料制动盘中的碳纤维混编铜丝预制体的体积含量为45-65%。
4.根据权利要求1所述的编织C/C复合材料制动盘的制备方法，其特征在于：所述步骤c中的气相沉积法采用的基体碳为树脂碳、或者沉积碳、或者树脂碳和沉积碳的混合。
5.根据权利要求1所述的编织C/C复合材料制动盘的制备方法，其特征在于：所述步骤b中的碳纤维混编铜丝预制体中，铜丝位于碳纤维混编铜丝预制体的单侧。
6.根据权利要求1或5所述的编织C/C复合材料制动盘的制备方法，其特征在于：所述步骤c中的C/C复合材料制动盘的装配侧的纱束中，碳纤维纱束和铜丝的数量之比不小于2:1。
7.根据权利要求6所述的编织C/C复合材料制动盘的制备方法，其特征在于：所述步骤a中的整体编织结构设计选用2.5D机织时，在步骤c中的C/C复合材料制动盘的装配侧的经纱中的碳纤维纱束和铜丝的数量之比不小于2:1、纬纱中的碳纤维纱束和铜丝的数量之比不小于2:1。
8.一种根据权利要求1-7任一所述的制备方法制成的C/C复合材料制动盘的连接方法，其特征在于：位于C/C复合材料制动盘的装配侧的铜丝能够与连接件焊接后装配。
9.一种根据权利要求1-7任一所述的制备方法制成的C/C复合材料制动盘的连接方法，其特征在于：位于C/C复合材料制动盘的装配侧的铜丝能够与待连接的零部件直接焊接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220329 |