CN117943647A - 金属和陶瓷与碳基底的高温硬钎焊 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种装置包括第一部件,该第一部件包括碳复合材料基底。在该碳复合材料基底的表面上设置有高温涂层。该高温涂层包括在该基底的该表面上的金属碳化物的结合层。该装置包括第二部件和将该第一部件的该表面接合到该第二部件的硬钎焊材料。在一些示例中,制动器组件可包括转子,该转子具有被构造成与该制动器组件的另一部件连接的表面。该制动器组件包括在没有机械紧固件的情况下接合到该转子的该表面的衬套,并且该衬套限定被构造成保护该转子的坚韧机械接触表面。
Description
技术领域
本公开涉及通过硬钎焊材料接合的部件。
背景技术
碳复合材料基底可被用于高温应用中。例如,航空航天工业采用碳复合材料部件作为商用飞行器和军用飞行器的摩擦材料,诸如制动器组件摩擦材料。在高温应用中,碳复合材料可能易受组件的其他部件的影响,这可能导致物理机械特性的恶化。
发明内容
一般而言,本公开描述了使用高温硬钎焊材料将部件接合到碳复合材料(例如,碳/碳(C/C)复合材料)的方法。碳复合材料的表面部分可通过用金属渗透而转化,以在碳复合材料的表面处形成包含金属碳化物的结合层。硬钎焊材料可以与包括金属碳化物层的结合层形成比碳复合材料的表面部分更强的结合,而金属碳化物层可以比诸如通过沉积技术在碳复合材料的表面部分上而不是从碳复合材料的表面部分形成的金属碳化物层更抗分层。以这种方式,可以使用相对低温的硬钎焊技术将部件结合到碳复合材料。因此,可以用比碳复合材料更适用于特定功能的部件(诸如接触衬套)来代替先前旨在用于功能应用(诸如接触表面)的主要基于碳复合材料的部件的部分。
在一些示例中,本公开涉及一种包括第一部件的制品。该第一部件包括含有碳基体的基底和在基底的表面上的高温涂层。该高温涂层包括在基底的表面上的金属碳化物的结合层。该制品包括第二部件和将第一部件的高温涂层的表面接合到第二部件的表面的硬钎焊材料。
在一些示例中,本公开涉及一种技术,该技术包括在第一部件的基底的表面上形成高温涂层。该第一部件包括含有碳基体的基底和在基底的表面上的高温涂层。该高温涂层包括在该基底的该表面上的金属碳化物的结合层。该技术包括通过用硬钎焊材料硬钎焊而将该第二部件的表面接合到该第一部件的该高温涂层的表面。
在一些示例中,本公开涉及一种制动器组件。该制动器组件包括转子,该转子具有被构造成与该制动器组件的另一部件连接的表面。该制动器组件包括在没有机械紧固件的情况下接合到该转子的该表面的衬套,其中该衬套限定被构造成保护该转子的坚韧机械接触表面。
在一些示例中,本公开涉及一种用于制造制动器组件的技术。该技术包括将衬套定位在转子的表面上。转子的表面与制动器组件的另一部件连接。该技术还包括在没有机械紧固件的情况下将衬套接合到转子的表面。该衬套限定被构造成在制动器组件的操作期间保护转子的坚韧机械接触表面。
附图和以下描述中阐述了一个或多个示例的细节,其中相似的符号表示相似的元件。其他特征、目的和优点将从描述和附图以及从权利要求书中显而易见。
附图说明
图1是示出根据本公开的示例的包括制动器组件的示例性车轮的透视图,该制动器组件包括硬钎焊到转子的衬套。
图2是根据本公开的示例的示例性车轮和制动器组件的示意性剖视图。
图3是示出根据本公开的示例的示例性转子制动盘的平面图。
图4是图3的示例性转子制动盘的一部分的概念图。
图5是示出根据本公开的示例的示例性制品的横截面侧视图,该示例性制品包括将第二部件接合到第一部件的硬钎焊材料。
图6是示出根据本公开的示例的用于将第一部件接合到第二部件的示例性技术的流程图。
图7是示出根据本公开的示例的用于将第一部件接合到第二部件的示例性技术的流程图。
图8A是示出根据本公开的示例的包括表面空隙的示例性碳复合材料基底的一部分的横截面侧视图。
图8B是示出根据本公开的示例的图8A的示例性碳复合材料基底的部分的横截面侧视图,其中碳粉末填充表面空隙。
图8C是示出根据本公开的示例的图8A的示例性碳复合材料基底的部分的横截面侧视图,其中碳粉末填充表面空隙并且金属浆料在碳复合材料基底上。
图8D是示出根据本公开的示例的图8A的示例性碳复合材料基底的部分以及包括表面空隙的结合层的横截面侧视图。
图8E是示出根据本公开的示例的图8A的示例性碳复合材料基底的部分以及碳粉末填充结合层中的表面空隙的第一结合层的横截面侧视图。
图8F是示出根据本公开的示例的图8A的示例性碳复合材料基底的部分、碳粉末填充结合层中的表面空隙的第一结合层以及结合层上的金属浆料的横截面侧视图。
图8G是示出根据本公开的示例的图8A的示例性碳复合材料基底的部分、结合层和外部氧化物层的横截面侧视图。
图8H是示出根据本公开的示例的图8A的示例性碳复合材料基底的部分、结合层和外部氧化物层的横截面侧视图。
图8I是示出根据本公开的示例的图8A的示例性碳复合材料基底的部分、结合层、外部氧化物层和硬钎焊材料的横截面侧视图。
图8J是示出根据本公开的示例的图8A的示例性碳复合材料基底的部分、结合层、外部氧化物层、硬钎焊材料以及接合到碳复合材料基底的第二部件的横截面侧视图。
图9是示出根据本公开的示例的用于制造转子制动盘的示例性技术的流程图。
图10是示出根据本公开的示例的用于用硬钎焊材料将第二部件接合到第一部件的示例性系统的示意图。
具体实施方式
本公开描述了包括第一部件的制品,该第一部件具有通过硬钎焊材料接合到第二部件的碳复合材料基底。该第一部件包括在基底的表面上的高温涂层,并且该高温涂层包括金属碳化物的结合层。该结合层提供结合表面,硬钎焊材料可与该结合表面形成结合。包括碳复合材料基底和由金属碳化物制成的结合层的第一部件的制品可尤其适用于超高温(例如,大于1500摄氏度(℃))应用。
碳复合材料部件可以提供良好的机械特性,并且相对于其他材料(诸如金属合金)具有低质量密度。然而,碳复合材料部件可能不容易与其他部件接合,因为硬钎焊材料可能不与碳复合材料部件的表面“粘结”或形成耐久且稳健的结合。因此,将碳复合材料部件接合到第二部件通常包括一个或多个机械紧固件,诸如铆钉、螺母和螺栓、螺钉等。在一些应用中,诸如在制动器组件的碳复合材料转子接合到被构造成保护转子的衬套的示例中,通过一个或多个机械紧固件接合部件可能是不期望的。
包括高温涂层(包含金属碳化物的结合层)的碳复合材料基底可以在没有机械紧固件的情况下提供接合部件,诸如通过用硬钎焊材料硬钎焊。在没有机械紧固件(例如,铆钉、销钉等)的情况下接合的部件可以将应力(例如,由于制动器组件的振动)分布在结合表面上。类似地陈述,在没有机械紧固件的情况下接合的部件可以在部件之间产生静态接触,这使得与部件之间的相对运动有关的损坏最小化。部件的此类稳定接合可以允许功能部件(其可以具有比碳复合材料基底更适合于特定应用的特性)牢固地结合到基于碳复合材料基底的部件的各个部分。此外,在没有机械紧固件的情况下(诸如通过将硬钎焊材料结合到基于金属碳化物的高温涂层)接合的部件可以提供其他优点,诸如改善在航空航天应用中经历的高温下(诸如飞行器制动器(例如,超过1000℃的温度)和高超音速应用(诸如前缘和火箭喷管)对氧化和/或环境侵蚀的抗性。
在氧化气氛中使用之前,可以在由高温碳复合材料基底制成的部件的外表面处形成基于金属碳化物的高温涂层。基于金属碳化物的高温涂层可以减少基底的外表面的氧化并且制备用于结合到硬钎焊材料的部件的表面。在一些示例中,碳复合材料基底的表面部分可以转化成金属碳化物层,如下文将进一步描述的,以形成抵抗分层和开裂的致密金属碳化物层。所得结合层可适用于通过硬钎焊接合到另一部件,因为可改善第一部件的硬钎焊特性,诸如降低表面的表面能以及改善硬钎焊材料的润湿。
使用可经受超过1000℃的高温的硬钎焊材料来结合部件可使用任何合适的硬钎焊材料来执行。在一些示例中,硬钎焊材料可包含铂族金属,诸如铂、铑等。在一些示例中,可以通过施加带、箔、预成型件、涂料、溅射等中的一者或多者将硬钎焊材料施加到抗氧化剂金属碳化物层。
本文所述的硬钎焊制品、部件和组件可以用于各种高温应用中。由于部件在高速、摩擦或燃烧环境中经历高温,故高温制品可能特别适合于航空航天应用。图1至图4是示出根据本公开的示例的示例性飞行器制动器组件的各个部分的示意图,该飞行器制动器组件包括复合材料转子和通过硬钎焊材料接合到转子的衬套,或者被构造成与复合材料转子和通过硬钎焊材料接合到转子的衬套连接。为了便于描述,将主要关于飞行器制动器组件来描述本公开的示例。然而,本公开的制品可用于形成不是飞行器制动转子的制动器部件,并且用于不是制动器部件的应用。作为一个示例,制动器部件可用作其他类型的制动应用和运载工具中的摩擦材料。作为另一示例,制品可用于前缘、高超音速运载工具或武器、火箭喷管以及涉及高温和氧化环境的其他应用。
图1是示例性车轮110的透视图,该车轮在车轮110的内部表面156上包括多个转子驱动键140。在一些示例中,车轮110为飞行器运载工具的一部分。在其他示例中,车轮110可以是任何其他运载工具的一部分,诸如例如任何航海船舶、陆地运载工具或其他运载工具。
车轮110可包括轮辋152,该轮辋限定外部表面154和内部表面156。轮辋152可以包括管井120、轮毂121和外侧管井122。在一些示例中,内部表面156可以包括管井120的内径。例如,在一些情况下,内表面156可被称为车轮110的内径表面。在一些示例中,轮胎(未示出)可安装在轮辋152的外表面154上。例如,车轮110可包括内侧胎圈座124B和外侧胎圈座124A,该内侧胎圈座和该外侧胎圈座被构造成将轮胎保持在轮辋152的外部表面154上。
车轮110被构造成与制动组件的一个或多个转子(图1中未示出)接合。例如,如图1的示例所示,多个转子驱动键140附接到内表面156,并且多个转子驱动键140中的每个转子驱动键可被构造成与制动组件的制动盘堆叠的一个或多个转子中的一个或多个狭槽接合。在制动操作期间,振动可导致车轮110的多个转子驱动键140相对于制动器组件的转子中的相应狭槽移动。这样,多个转子驱动键140可以在转子的表面上施加重复的摩擦力。被构造成保护转子的衬套可以在没有机械紧固件的情况下接合到狭槽的表面,以在其与转子接合时保护狭槽的表面并且因此保护转子,如将在下面关于图2至图4进一步举例说明和描述的。将相对于图2更详细地描述示例性制动组件。衬套的各种特性(诸如尺寸)可与转子驱动键140的各种特性相关。
在一些示例中,多个转子驱动键140中的每个转子驱动键在车轮110的基本上轴向方向上(例如,在平行于图1中的轴线标签“A”的方向上,该轴线标签可以是车轮110的旋转轴线)延伸。例如,多个转子驱动键140中的每个转子驱动键的长度可在轴线A的基本上轴向(例如,轴向或在制造公差所允许的范围内的几乎轴向)方向上延伸。在一些此类示例中,每个转子驱动键140的相应长度可从(或靠近)车轮110的第一边缘111延伸到(或靠近)车轮110的第二边缘112。以这种方式,在一些示例中,多个转子驱动键140中的转子驱动键140的长度可与轮110的从第一边缘到第二边缘的宽度相同或基本上类似(例如,在10%内)。在其他示例中,转子驱动键140的长度可小于车轮110的宽度。
在基本上轴向方向上延伸的多个转子驱动键140可使车轮110能够滑动到制动组件上。例如,制动组件的多个转子可包括狭槽,该狭槽被构造成接收多个转子驱动键140,使多个转子驱动键140能够滑动到多个转子的相应狭槽中。在其他示例中,多个转子驱动键140中的一个或多个转子驱动键可以以不同的方向取向和/或可以以不同的方式与一个或多个转子接合。
多个转子驱动键140可包括任何合适数量的转子驱动键。驱动键的数量可以是运载工具特定的,并且可取决于例如负载、零件尺寸、材料特性等。在一些示例中,多个转子驱动键140中包括的转子驱动键的数量可对应于由制动组件的多个转子限定的狭槽的数量,该狭槽被构造成接收多个转子驱动键140。例如,多个转子驱动键140中的每个转子驱动键可对应于由制动组件的多个转子限定的相应狭槽。
如图1的示例所示,在一些示例中,多个转子驱动键140可围绕车轮110的内部表面156以基本上相等的周向距离安装。在其他示例中,多个转子驱动键140中的一个或多个转子驱动键可被安装成与至少一个其他转子驱动键相比,与相邻转子驱动键相距不同的周向距离。在此处和其他地方,周向距离意指轮110的内表面156上的弧长,其中该弧处于垂直于轮110的基本上轴向的平面中。转子驱动键140可与管井120一体地形成,或者可与管井120分开并机械地附连到该管井。
图2是包括车轮210和制动器组件258的示例性车轮和制动器组件215的示意性剖视图。车轮和制动器组件215被举例说明和描述以向包括如本文所述的用硬钎焊材料接合的衬套的示例性制动器组件提供语境。然而,在其他示例中,本文所述的转子和衬套可与任何合适的车轮和制动器组件一起使用,诸如与图1的车轮110一起使用。车轮和制动器组件210可包括类似于图1的制动器组件110的制动器组件。
车轮210包括管井220、轮毂221、外侧管井222、外侧胎圈座224A和内侧胎圈座224B、轮辋252、外部表面254和内部表面256,它们可与针对车轮110(图1)的相同命名的部件所讨论的方式相同的方式来单独且关于彼此构造。轮210可被构造成可旋转地承载在轴218上。例如,车轮210可由轮毂221可旋转地承载在轴218上。继而,车轮210可向包括车轮和制动器组件215或安装在该车轮和制动器组件上的运载工具施加运动。在图2所示的示例中,管井220和外侧管井222通过凸耳螺栓226和凸耳螺母228机械地联接。在其他示例中,可使用其他的连接技术。
制动组件258包括致动器组件214和制动叠层216。致动器组件214包括致动器壳体230、致动器壳体螺栓232和活塞234。制动器堆叠216包括多个制动盘,该多个制动盘包括交错的转子制动盘236和定子制动盘238。转子制动盘236被构造成相对于定子制动盘238移动,例如,相对于定子制动盘238围绕轴线A旋转地并且沿轴线A轴向移动。转子制动盘236通过转子驱动键240与车轮210接合,尤其是与管井220接合。定子制动盘238通过键齿244安装到扭矩管242。车轮和制动器组件215可支撑任何种类的私人、商用或军用飞行器或其他类型的运载工具。
车轮和制动器组件215可经由扭矩管242和轴218安装到运载工具。在图2的示例中,扭矩管242通过多个螺栓246附连到轴218。扭矩管242支撑致动器组件214和定子制动盘238。轴218可安装在起落架(未示出)的撑杆或运载工具的其他合适的部件上,以将车轮和制动组件215连接到运载工具。
在运载工具运行期间,可能需要不时地进行制动,诸如在飞行器的着陆和滑行过程期间。车轮和制动器组件215被构造成经由致动器组件214和制动器堆叠216向运载工具提供制动功能。致动器组件214包括致动器壳体230和活塞234。致动器组件214可包括不同类型的致动器,诸如例如电气-机械致动器、液压致动器、气动致动器等中的一者或多者。在操作期间,活塞234可延伸远离致动器壳体230,以轴向压缩制动器堆叠216抵靠压缩区域248以进行制动。
转子制动盘236与转子驱动键240可滑动地接合,以与管井220和转子驱动键240共同旋转。定子制动盘238通过键齿244安装到扭矩管242。在图2的示例中,制动器堆叠216包括四个转子和五个定子。然而,在其他示例中,制动器堆叠216中可包括不同数量的转子和/或定子。
转子制动盘236和定子制动盘238可提供用于制动飞行器的相对摩擦表面。碳复合材料制动盘可以在转子236与定子238之间的接触面处限定碳复合材料表面,这可以提供应用所需的高温性能。在一些示例中,车轮和制动器组件215可包括转子制动盘236和管井220之间的隔热罩223,以便例如限制制动器堆叠216与车轮210之间的热传递。
在一些示例中,键齿244可围绕扭矩管242的外部部分周向地间隔开。定子制动盘238可包括沿制动盘的内径的多个径向向内设置的凸耳凹口,该多个径向向内设置的凸耳凹口被构造成与键齿244接合。类似地,转子制动盘236可包括沿着转子制动盘的外周边(例如,在具有圆形横截面的盘的情况下的外径)的多个径向向内设置的狭槽264(为了清楚仅标记了一个狭槽)。狭槽264可被构造成与转子驱动键240接合,以允许在转子制动盘236与车轮210之间传递扭矩,并允许从车轮210移除转子制动盘236。这样,转子制动盘236将随着车轮210的运动而旋转,而定子制动盘238保持静止,从而允许相邻的定子制动盘238和转子制动盘236的摩擦表面彼此接合,以使车轮210的旋转减速。定子制动盘238和转子制动盘236之间的此类摩擦接合可能导致转子制动盘236的狭槽与车轮210的相应转子驱动键240之间的振动。虽然转子制动盘236的碳复合材料基底可以提供高温操作和足够的机械强度,但是此类碳复合材料基底可能不是特别适合于来自转子驱动键240的接触力。
在一些示例中,由狭槽限定的一个或多个表面可以通过将衬套接合到表面而被保护免受来自转子驱动键240的接触力。衬套可在与转子驱动键240相互作用期间通过提供接触转子驱动键240的坚韧机械表面来保护碳复合材料转子。如将在下面的图3中进一步描述的,衬套可以利用使用硬钎焊材料的稳健结合固定到转子制动盘,诸如转子制动盘236。
图3是示出示例性转子制动盘336的示意图,该示例性转子制动盘是转子制动盘236(图2)中的一者或多者的示例。转子制动盘336可以由包括块状碳基体的任何合适的材料形成,诸如但不限于碳基底或包括碳基底的复合材料(“碳复合材料基底”)。在一些示例中,碳复合材料基底可包括碳/碳(C/C)复合材料。附加地或另选地,转子制动盘336可包括基本上纯的碳(例如,石墨)。
转子制动盘336限定延伸穿过转子制动盘336的中心孔360。转子制动盘336进一步限定围绕转子制动盘336的外周边362的多个狭槽。该多个狭槽包括例如狭槽364和狭槽366,以及类似地描绘的其他狭槽。转子制动盘336还包括摩擦表面368。转子制动盘336可包括与摩擦表面368相对的第二摩擦表面(未示出)。摩擦表面368和制动盘336的第二摩擦表面被构造成在包括制动盘堆叠的制动器组件的制动操作期间与相邻定子盘接合,其中转子制动盘336是该制动盘堆叠的一部分。
中心孔360可被构造成围绕诸如轴218的轴,并且允许转子制动盘336围绕并相对于轴旋转(图2)。例如,中心孔360可被构造成接收扭矩管242,该扭矩管通过螺栓246围绕并附连到轴218。诸如364、366的多个狭槽可被构造成可滑动地接合多个转子驱动键,诸如多个转子驱动键140、240(图1和图2)。如所讨论的,多个转子驱动键140、240中的每个转子驱动键可在轮110、210的基本上轴向上(例如,平行于图3所示的旋转轴线A)延伸,并且可围绕轮110、210(图1、图2)的内表面156、256安装。当多个狭槽可滑动地接合诸如多个转子驱动键140、240的多个转子驱动键,并且中心孔360围绕诸如轴218的轴时,转子制动盘336被构造成接收来自多个转子驱动键的力,该力切向作用于转子盘336并且产生转子盘336与诸如车轮110、210(图1、图2)的车轮的基本同步的旋转。
图3示出转子驱动键340的一部分,该部分延伸穿过狭槽364。转子驱动键340可以是多个转子驱动键140、240(图1和图2)中的转子驱动键。狭槽364被构造成在转子制动盘336的轴向方向上可滑动地接合转子驱动键340。由转子制动盘336限定的狭槽中的一个或多个狭槽(例如,一个子组的狭槽或全部狭槽)可具有相应转子驱动键的一部分,该部分以类似于针对狭槽364和转子驱动键340描绘的方式延伸穿过狭槽。转子驱动键340可在诸如车轮110、210(图1和图2)的车轮的基本上轴向方向A上延伸,并且围绕诸如车轮110、210的内表面156、256的内表面安装,使得当车轮围绕诸如轴218的轴旋转时,转子驱动键340对应地围绕该轴旋转。转子驱动键340的旋转使转子驱动键340施加切向作用在转子制动盘336上的力,从而产生转子盘336与车轮的基本同步的旋转。
在制动操作期间,随着车轮210相对于轴218旋转,当诸如活塞234的柱塞压缩制动器堆叠216(图2)时,制动器堆叠216的转子制动盘336可在基本平行于(例如,平行于或在制造公差所允许的范围内几乎平行于)延伸穿过中心孔360的轴线A的轴向方向上在多个转子驱动键140、240上方可滑动地平移。转子制动盘336的轴向平移可使转子制动盘336的摩擦表面368与一个或多个相邻定子制动盘的摩擦表面接触。如所讨论的,诸如定子制动盘238的定子制动盘可通过健齿244(图2)安装到扭矩管242,并且可相对于轴218旋转地静止。因此,当转子制动盘336相对于诸如轴218的轴旋转(例如,车轮210正在旋转)并且转子制动盘336轴向平移,使得摩擦表面368接触相邻定子制动盘的摩擦表面时,随着摩擦接触将动能转换成热能,多个转子驱动键140、240可在诸如狭槽364、366的多个狭槽上施加力。例如,在制动操作期间,当诸如车轮210的车轮相对于诸如轴218的轴经历旋转时,随着摩擦表面368接合相邻定子制动盘的摩擦表面,多个转子驱动键140、240可在转子制动盘336的基本上切向方向上在多个狭槽上施加力。由诸如驱动键340的多个转子驱动键施加在诸如狭槽364、366的多个狭槽上的力可以是作用力或反作用力。
此处和其他地方,制动盘的轴向方向意指与延伸穿过转子制动盘的中心孔的轴线重合的矢量的方向。例如,图3示出垂直于页面并延伸穿过中心孔360的轴线A。转子制动盘336的轴向是与轴线A重合的矢量的方向。图3的轴线A可对应于图1和/或图2的轴线A。制动盘的径向方向意指与垂直于延伸穿过中心孔的轴线并与该轴线相交并且与制动盘的外周边相交的线重合的矢量的方向。例如,图3示出垂直于延伸穿过中心孔360的轴线A并与该轴线A相交并且与转子制动盘336的外周边362相交的线R。转子制动盘336的径向方向是与线R重合的矢量的方向。制动盘的切向方向意指与垂直于制动盘的轴向方向和垂直于制动盘的径向方向的线重合的矢量的方向。例如,图3示出垂直于延伸穿过中心孔360的轴线A并垂直于线R的线T。转子制动盘336的切向方向是与线T重合的矢量的方向。
转子制动盘336中的多个狭槽(包括狭槽364、366)中的每个狭槽可由衬套加强,诸如狭槽364内的第一衬套370A和第二衬套370B(统称为“衬套370”)。虽然衬套370和狭槽364主要在图3的描述以及其他附图中提及,但对衬套370和狭槽364的描述可适用于本文所述的转子制动盘336和其他制动盘的其他狭槽和衬套。另外,虽然转子制动盘336主要在图3的描述以及其他附图中提及,但是本文所述的衬套也可用在定子制动盘的狭槽上,该定子制动盘诸如定子制动盘238(图2)中的一个或多个定子制动盘。此外,尽管在图3中举例说明和描述了狭槽364中的两个衬套370A和370B,但是在一些示例中,制动器组件可包括具有狭槽364的转子制动盘336,该狭槽包括单个衬套370,或者具有多于两个衬套370,诸如三个衬套370、四个衬套370等。
衬套370可被构造成通过提供与转子驱动键340连接的坚韧机械表面来帮助减轻在制动操作期间从转子驱动键340施加到狭槽364的应力的影响。第一衬套370A限定第一衬套表面373,该第一衬套表面被构造成提供滑动表面和承载表面以作用于转子驱动键340,并因此可最小化或甚至消除转子驱动键340与转子制动盘336的表面直接接合的程度。类似地,第二衬套370B限定第二衬套表面375,该第二衬套表面被构造成通过限定与驱动键340连接的坚韧机械表面来保护转子狭槽364。衬套370被构造成基本上覆盖狭槽364的某些区域(例如,第一表面、第二表面和/或第三表面的全部或部分),并且被构造成安装在转子制动盘336上,使得当转子驱动键340在制动操作期间向狭槽364施加切向力时,衬套370设置在转子驱动键340与狭槽364之间。因此,驱动键340可被构造成直接与衬套370而非转子制动盘336连接,并且衬套370可限定保护转子制动盘336的坚韧机械表面。衬套370被构造成在转子制动盘336的轴向方向、径向方向和切向方向上提供在狭槽364内的稳固放置,以便在车轮110、210(图1、图2)旋转期间,随着转子制动盘336旋转而相对于狭槽364保持基本固定的位置。衬套370可被构造成在不存在铆钉或穿透转子制动盘336的其他机械紧固机构的情况下提供稳固放置。使用衬套370可减少因转子驱动键340在重复制动操作内循环地使狭槽364承受负载并抵靠该狭槽滑动而导致的该狭槽364的磨损。衬套370到转子制动盘336的附接可以使得衬套370在没有机械紧固件的情况下接合到转子制动盘336。因此,衬套370可以减少或消除转子制动盘336的磨损,如果机械紧固件将衬套370接合到转子制动盘336,则会引起该磨损。
衬套370与制动盘336的狭槽364接合,使得当转子驱动键340使狭槽364承受负载时,衬套370驻留在狭槽364的表面之间。图4是示意性地示出转子制动盘336的区段和由制动盘336限定的狭槽364的区段的示意图。狭槽364由转子制动盘336的外周边362限定。轴向、径向和切向分别由线A1、线R1和线T1指示。线A1、线R1和线T1可分别平行于线A、线R和线T(图3)。
狭槽364包括在狭槽364的彼此相对侧上的第一表面372和第二表面374。此外,在图4所示的示例中,表面372、374彼此相对。第一表面372和第二表面374可各自沿着转子制动盘336的外周边362定位。第一表面372和/或第二表面374限定狭槽364的一部分,并且各自被构造成在制动操作期间承载由转子驱动键(例如,转子驱动键340(图3))施加的切向力。第一表面372和第二表面374可被构造成当转子驱动键340轴向延伸穿过狭槽364时面向转子驱动键340和/或与该转子驱动键连接(图3)。第一表面372和第二表面374可基本上面向彼此,使得从第一表面372朝向第二表面374的第一矢量在第一切向方向上投射到线T1上,并且从第二表面374朝向第一表面372并且平行于第一矢量的第二矢量在与第一切向方向相对的第二切向方向上投射到线T1上。
转子制动盘336还包括第三表面378和第四表面380。转子制动盘336的第三表面378(“第三盘表面378”)与狭槽364相邻,并且可具有与第一表面372共同的边界(例如,锐角或圆角)。转子制动盘336的第四表面380(“第四盘表面380”)与狭槽364相邻,并且可具有与第二扭矩面374共同的边界(例如,锐角或圆角)。转子制动盘336还可包括在转子制动盘336的与第一盘表面378相对的一侧上的第五盘表面379,并且可包括在转子制动盘336的与第四盘表面380相对的一侧上的第六盘表面381。转子制动盘336的第五表面379(“第五盘表面379”)与狭槽364相邻,并且可具有与第一表面372共同的边界(例如,锐角或圆角)。转子制动盘336的第六表面381(“第六盘表面381”)与狭槽364相邻,并且可具有与第二表面374共同的边界(例如,锐角或圆角)。第一表面372可在第三盘表面378与第五盘表面379之间,并且第二表面374可在第四盘表面380与第六盘表面381之间。第三盘表面378和第五盘表面379可为转子制动盘336的不相交的表面,并且可由外周边362和/或转子制动盘336的某个部分分离。第四盘表面380和第六盘表面381可为转子制动盘336的不相交的表面,并且可由外周边362和/或转子制动盘336的某个部分分离。
第三盘表面378、第四盘表面379、第五盘表面380和/或第六盘表面381可相对于轴向方向A1、径向方向R1和切向方向T1具有任何合适的取向。在一个示例中,单位矢量n1从第三盘表面378的一部分延伸并且垂直于该部分,并且单位矢量n2从第一表面372的一部分延伸并且垂直于该部分,并且单位矢量n1在线A1上的投射大于单位矢量n2在线A1上的投射。在一些示例中,单位矢量n3(以隐藏线示出)从第三盘表面379的一部分延伸并且垂直于该部分,并且单位矢量n3在线A1上的投射大于单位矢量n2在线A1上的投射。在一个示例中,单位矢量n4从第二盘表面380的一部分延伸并且垂直于该部分,并且单位矢量n5(以隐藏线示出)从第二扭矩面374的一部分延伸并且垂直于该部分,并且单位矢量n4在线A1上的投射大于单位矢量n5在线A1上的投射。在一些示例中,单位矢量n6(以隐藏线示出)从第四盘表面381的一部分延伸并且垂直于该部分,并且单位矢量n6在线A1上的投射大于单位矢量n5在线A1上的投射。
狭槽364还限定底表面376,该底表面是狭槽364的径向最内表面。在一些示例中,狭槽364可限定底表面376,此类狭槽364比驱动键340(图3)进一步朝向转子盘336(图3)的径向中心延伸。类似地陈述,外周边362与狭槽364的底表面376之间的距离可大于驱动键340延伸到狭槽364中的长度。以这种方式,驱动键340和转子制动盘336可以不在底表面376处连接,以便基本上减小或消除施加到转子制动盘336的径向取向的机械应力。
如图4所示,狭槽364包括第一衬套370A,该第一衬套在没有机械紧固的情况下接合到狭槽364的第一表面372。第二衬套370B在没有机械紧固的情况下接合到狭槽364的第二表面374。下面将进一步描述用于在没有机械紧固的情况下接合(包括通过硬钎焊材料接合)的示例性技术,但是也可以考虑通过消除机械紧固件来减小或最小化转子制动盘336的磨损的任何合适的接合。尽管在图4中示出为接合到狭槽364的两个单独表面372、374的两个单独衬套370,但可考虑替代布置。例如,诸如第一衬套370A的单个衬套可以是接合到第一表面372、第二表面374和底表面376的单个集成件。附加地或另选地,除了第一表面372、第二表面374或底表面376之外,单个衬套还可接合第三表面378、第四表面379、第五表面380和/或第六表面381中的一者或多者。这样,衬套370可限定在制动操作期间保护转子制动盘336的坚韧机械表面。在一些示例中,多于两个衬套可用于覆盖狭槽表面中的任一个或全部狭槽表面。
如上所述,转子制动盘236(图2)、336(图3)和定子制动盘238(图2)可包括碳复合材料。在一些示例中,诸如上述转子制动盘236、336和/或238之类的制品或部件可包括高温涂层以保护下面的基底不被氧化并且制备转子制动器236和/或336和/或定子制动盘238的一个或多个表面以用于在没有机械紧固的情况下接合到衬套370。在施加高温涂层之后,狭槽364的转子盘表面中的任一个或全部转子盘表面可接合到衬套370,以在制动操作期间在没有机械紧固件的情况下固定衬套370。在不施加本文所述的高温涂层的情况下,可能难以通过硬钎焊材料将衬套370接合到转子制动盘336,因为硬钎焊材料可能不会适当地润湿转子盘336的基底表面。例如,虽然包括碳基体的基底可以提供耐高温性和机械强度,但是此类碳基体可能难以使用硬钎焊材料结合到其他部件。在硬钎焊两个或更多个部件期间,硬钎焊材料可以润湿部件的各个表面以形成牢固的接合部。然而,碳复合材料可能不形成足够强的结合以抵抗部件之间的力。以上关于图4描述的转子制动盘336的狭槽364的转子盘表面中的任一个或全部转子盘表面可以被制备用于通过施加高温涂层而接合到衬套。
图5是示出示例性制品450的横截面侧视图。根据本公开的示例,制品450包括通过硬钎焊材料455接合的第一部件451和第二部件457。第一部件451包括高温涂层454,该高温涂层包括金属碳化物的结合层456,该结合层为硬钎焊材料455提供结合层。
第一部件451包括具有碳基体的碳复合材料基底452。在一些示例中,碳复合材料基底452包括碳/碳(C/C)复合材料基底。附加地或另选地,第一部件451可包括碳基底,诸如石墨基底,或另一种单片陶瓷基底。C/C复合材料基底可包括基于碳的增强纤维和至少部分地围绕该基于碳的增强纤维的基于碳的基体材料。
在一些示例中,碳复合材料基底452可由包括碳纤维或碳前体纤维的多孔预成型件形成。可用于产生碳复合材料基底452的多孔预成型件的示例包括但不限于:纤维预成型件诸如织造纤维预成型件、非织造纤维预成型件、短切纤维和粘结剂预成型件、粘结剂处理的无规纤维预成型件、碳纤维预成型件、或陶瓷纤维预成型件;泡沫预成型件;多孔碳主体预成型件;或多孔陶瓷主体预成型件。在一些示例中,多孔预成型件包括多个机械结合层,其可为例如多个纤维层,诸如多个织造或非织造织物层,其连接在一起,例如通过粘结剂(诸如树脂粘结剂)或者经由多个层的针刺结合。在一些示例中,层包括一个或多个丝束层、一个或多个幅材层或它们的组合。丝束层可包括一个或多个纤维丝束。纤维丝束可以任何合适的布置被布置,包括例如线性的、径向的、弦状的等。幅材层可包括幅材纤维,该幅材纤维可包括纤维的相对短的、短切的和缠结的纤维。在其他示例中,多孔预成型件可不包括预定义层,而是可由例如一束经由针刺机械地结合在一起的纤维形成。在其他示例中,可使用前述类型的多孔预成型件中的任一种的组合。
碳复合材料基底452也可包括至少部分地包封纤维的碳基体材料。可使用多种技术中的一种或多种技术将基体材料引入多孔预成型件中,所述多种技术包括例如化学气相沉积/化学蒸气渗透(CVD/CVI)、树脂传递模塑(RTM)、真空/压力渗透(VPI)、高压浸渍/碳化(PIC)等。
碳复合材料基底452可在操作期间经受高温。作为一个示例,碳-碳复合材料制动盘(例如,转子制动盘336,图3)可在制动事件期间经受高达约3,000华氏度(℉)(约1,649℃)的温度。为了保护碳复合材料基底452不被氧化并为硬钎焊材料455提供耐受此类温度的结合层,制品450在碳复合材料基底452的一个或多个表面上包括高温涂层454。涂层454在高达约3600℉(约2000℃)的温度可以是稳定的。在该语境中,“稳定”可意指涂层454不降解成其组成元素、不与碳反应和/或不与其中使用涂层454的环境中存在的其他元素或化合物反应(包括但不限于氧化),并持续一定时间段(例如,数分钟或数小时)。涂层454可具有任何合适的厚度。在一些示例中,涂层54的厚度可介于约1微米(μm)与约30μm之间。在一些示例中,涂层54的厚度可以是自终止的并且由金属碳体系的扩散特性确定。
高温涂层454包括基底452的表面上的结合层456。结合层456包含金属碳化物。在一些示例中,结合层454可以基本上由金属碳化物组成。金属碳化物可具有高强度、耐磨性和耐温性,并且可与下面的基底452和硬钎焊材料455化学相容。此外,相对于不包括结合层456的示例,结合层456可以改善硬钎焊材料455对基底452的粘附性。结合层456的金属碳化物可包括能够在反应性碳与渗透到反应性碳中的液体金属之间原位形成的任何金属碳化物。在一些示例中,金属碳化物包括碳化硅、碳化钛或碳化钨中的至少一种,这可以提供对结合层456的一种或多种特性(诸如结合性能)的进一步改善。在一些示例中,还可以通过使结合层456的金属碳化物层富含金属(例如,具有比碳化学计量更大量的金属)来获得进一步的性能改善。
如将在下面的图6至图8J中进一步解释的,结合层456可以通过改善用于结合的基底452的表面(例如,通过减小基底452的表面粗糙度、改变基底452的表面的化学性质以改善硬钎焊材料455的可润湿性或两者)来进一步制备用于用硬钎焊材料555结合到第二部件457的第一部件451。
在一些示例中,结合层456可以通过将基底452的表面部分从碳转化为金属碳化物来形成。在一些示例中,结合层456可以是由渗透并与金属反应的致密碳形成的相对致密层。结合层456可以在碳复合材料基底452的表面部分处由碳形成。在一些示例中,反应性碳可以仅包括作为基底453的一部分存在的碳。然而,在一些示例中,反应性碳可以包括碳复合材料基底452的碳和施加到碳复合材料基底452中的各个空隙的碳两者。结合层456可延伸到碳复合材料基底452的表面上的一个或多个表面空隙(诸如缺陷或孔)中,以形成基本上包封基底452的连续层。例如,基底452可包括从基底452的外表面延伸到基底452的主体中的表面空隙。表面空隙可包括缺陷诸如裂缝、固有结构诸如表面孔、或表面中的延伸到基底452中的其他空隙或粗糙度,并且可具有相对复杂或不规则的表面。这些表面空隙可形成由基底452形成的金属碳化物层中的不连续部,并且如果硬钎焊材料455不填充这些不连续部,则允许氧化物质与下面的基底452反应。
尽管不是必需的,但因为碳复合材料基底452的反应性碳的转化通常足以提供不会从第一部件451分层的结合层456,在一些示例中,反应性碳可被添加到表面并用于使C/C复合材料基底452的表面部分致密化。反应性碳可以以多种方式施加,或者根本不施加。在一些示例中,结合层456可通过使金属与C/C复合材料基底452的表面部分和装填到表面空隙中的碳粉末两者反应来形成,使得结合层456的部分可延伸到基底452的表面中的表面空隙(诸如缺陷或孔)中并且基本上填充该表面空隙,并且与剩余未反应的碳复合材料基底452上的结合层456的部分桥接,以形成基本上连续的涂层。
在许多情况下,结合层456可以适当地结合第一部件451。然而,在一些示例中,可能希望形成均匀、无缺陷的涂层。为了形成更均匀的无缺陷涂层,结合层456可以包含金属碳化物,该金属碳化物由碳复合材料基底452的表面部分的碳基体和具有与碳复合材料基底452的表面部分基本相同的组成和形态的表面空隙内的碳粉末两者形成。例如,在与金属反应之前,基底452可包括表面部分(例如,最外的10微米-20微米),该表面部分包括能够与金属反应以形成金属碳化物的碳基体。不受任何特定理论的限制,表面部分的碳基体可具有特定组成和/或形态,诸如微结构、相组成、组分相的几何形状、组分相的形态和/或陶瓷纤维或孔的尺寸和分布、晶体结构、杂质的存在和类型、颗粒形态和大小、晶体表面终止(例如,活性刻面)、晶体缺陷和/或表面官能化。根据特定反应热力学和动力学,诸如反应温度和反应速率,这种特定组成和/或形态可导致与金属的反应。
类似地,在与金属反应之前,填充表面空隙的碳粉末可具有与基底452的表面部分类似的组成和/或形态。由于与基底452的表面部分基本上类似的组成和/或形态,碳粉末可具有与基底452的表面部分基本上类似的反应热力学和动力学。通过由碳复合材料基底52的碳基体和具有与碳复合材料基底452基本上相同的组成和/或形态的碳粉末两者形成金属碳化物,可以基本上相同的时间和速率形成结合层456,从而将表面空隙中的金属碳化物与未反应的碳复合材料基底452上的金属碳化物桥接。以此方式,在一些示例中,结合层456可以与第一部件451的块状基体形成甚至更稳健的结合,并且还提供用于硬钎焊材料455的结合表面。
在一些示例中,结合层456可以是富金属的,使得结合层456可包含具有化学计量过量的金属的金属碳化物。例如,在由基底452的表面部分的碳基体和表面空隙中的碳粉末形成金属碳化物期间,过量金属的一部分可保留在结合层456中。金属可形成金属氧化物,该金属氧化物可迁移以形成钝化层,诸如下文所描述的外层458,或者可填充结合层456中的小裂缝或孔,该小裂缝或孔由基底452与结合层456之间的热膨胀系数的差异引起,诸如通过在操作期间在存在氧化的情况下过量金属在高温下氧化来膨胀。因此,结合层456的金属可以执行钝化和/或自修复功能以进一步保护基底452和/或进一步改善基底452的表面以用于与硬钎焊材料455结合。
在一些示例中,涂层454可包括结合层456上的金属氧化物的可选外层458。包含金属氧化物的外层458是可选层,因为可以在外层458可以形成之前将硬钎焊材料455施加到结合层456,并且因为结合层456可以充分地结合到硬钎焊材料455而不存在外层458。在一些示例中,外层458可在制品450的操作期间形成。例如,在结合层456的形成期间,可将与C/C复合材料基底452的表面部分的碳基体和表面空隙中的碳粉末反应的金属以金属粉末或颗粒的形式施加到C/C复合材料基底52的表面。该金属粉末可包括在氧化气氛中形成的金属氧化物表面层,诸如下面金属的氧化物或不同元素的氧化物。例如,金属氧化物表面层可具有介于约1纳米与约1微米之间的厚度。在结合层456的形成期间,金属氧化物可以迁移到结合层456的表面并形成外层458。外层458可具有相对高的耐温性,诸如大于约1500℃。以这种方式,否则可能作为杂质存在于结合层456中的金属氧化物可以形成进一步的保护层以保护基底452免于氧化,并且可以为硬钎焊材料455提供比结合层456的金属碳化物本身更好的结合表面。可在碳复合材料基底上原位形成本文所述的高温涂层,诸如上述图2的涂层454,以形成可被硬钎焊材料润湿的致密抗氧化剂结合层,如下文关于图8所述。
制品450包括将第一部件451接合到第二部件457的硬钎焊材料455。硬钎焊材料455可包含铂族金属,诸如铂、铑等。硬钎焊材料455可限定第一部件451与第二部件457之间的厚度,并且硬钎焊材料455的厚度可介于约0.5毫米(mm)与约20mm之间。在一些示例中,硬钎焊材料455或硬钎焊材料455的前体可以通过涂漆工艺、贴胶工艺、溅射工艺或其他合适的方法中的一者或多者施加到第一部件451的基底452的结合涂层456之间的接触面,然后硬钎焊材料可以被加热直到其至少被软化。硬钎焊材料455可冷却并固化以将第一部件451牢固地接合到第二部件457,使得制品450可用作高温应用(诸如制动器组件)的一部分。
制品450包括第二部件457。第二部件可被构造成限定坚韧机械接触表面,该机械接触表面被构造成保护第一部件451。在一些示例中,第二部件457可以是接合到转子制动盘336的衬套370,如上所述。在一些示例中,第二部件457可包括碳复合材料部件,诸如C/C碳复合材料部件。在此类示例中,第二部件457可包括类似的高温涂层,该高温涂层包括金属碳化物的结合层,如以上关于第一部件451所描述的。
在一些示例中,第一部件451和第二部件457的基底452中的每一者可限定热膨胀系数(CTE)。在一些示例中,由第一部件451限定的CTE与由第二部件457限定的CTE之间的差值可以小于百万分之5每摄氏度(ppm/℃),诸如小于4ppm/℃或小于2ppm/℃。在一些示例中,第一部件451和第二部件457可各自限定基本上类似的CTE,使得由第一部件451限定的CTE与由第二部件457限定的CTE之间的差值小于约1ppm/℃。第一部件451和第二部件457各自限定基本上类似的CTE可以有利地减小在温度循环期间(例如,制动器组件的制动时段与非制动时段)由膨胀和/或收缩的速率和/或量值的变化引起的在硬钎焊材料455中诱发的应力,该应力可导致第一部件451与第二部件457之间的结合失效。
在一些示例中,第二部件457可包括单片陶瓷。作为第二部件457的单片陶瓷材料可理想地作为第二部件457,其中第二部件457被构造成充当制动器组件(上述图1至图4)中的衬套,这是因为单片陶瓷材料可具有提供可保护第一部件451的坚韧机械接触表面、消除和/或最小化碳复合材料第一部件451与第二部件457之间的CTE差异的低CTE以及其他理想特性的理想组合。在第二部件457包括单片陶瓷材料的示例中,该单片陶瓷材料可包括稀土硅酸盐。稀土硅酸盐可以是具有通式RE2SiO5的稀土单硅酸盐,其中RE是稀土元素。附加地或另选地,第二部件457可包括具有通式RE2Si2O7的稀土二硅酸盐。例如,第二部件457可包括二硅酸镱作为单片陶瓷材料。
图6是示出用于通过硬钎焊材料将第一部件接合到第二部件的示例性技术的流程图。图6的技术可适用于形成诸如图5的制品450的制品。尽管下文主要关于图5的制品450进行描述,但可使用其他技术来形成制品450,并且可使用例示的技术来形成其他制品。图6的技术包括在包括碳复合材料基底的第一部件的表面上形成包括结合层的高温涂层(570)。该技术还包括用硬钎焊材料将第二部件接合到第一部件(578)。步骤572和573示出用于形成步骤570的高温涂层的可选示例性技术,并且因此以虚线示出。步骤572和573在第一部件是C/C复合材料的示例中可能是特别适合的。可以考虑用于形成高温涂层的其他技术,诸如下面讨论的图7的技术。
图6的示例性技术任选地包括将金属浆料施加到碳复合材料基底的表面(572)。金属可以任何形式施加,包括以液体或气体的形式施加。金属浆料可包括施加介质中的金属颗粒。在一些示例中,金属浆料的金属颗粒包括硅、钛或钨中的至少一种。金属颗粒可由金属氧化物的薄层涂覆,诸如可以在金属颗粒的形成或保存期间在氧化气氛中形成。例如,由于惰性存储,相对纯的金属颗粒原料可能非常昂贵,使得使用包括金属氧化物膜的金属颗粒可拓宽用于金属颗粒的材料的可用原料和/或降低金属颗粒的成本。
图6的示例性技术任选地可包括使金属浆料的金属与碳复合材料基底452的碳反应以形成高温涂层454,该高温涂层包括在碳复合材料基底上的金属碳化物的结合层456(573)。在一些示例中,为了使金属浆料的金属与碳复合材料基底452的表面部分的碳反应,金属可被流化(例如,熔化或升华),使得金属可渗透到碳复合材料基底452和碳复合材料基底452的表面部分中,并且与碳复合材料基底452的表面部分的碳基体的碳反应以形成金属碳化物。该金属碳化物可形成结合层456,该结合层可在第一部件451上提供可润湿表面,使得硬钎焊材料455可在没有高温涂层454的情况下相对于碳复合材料基底452的碳基体形成稳健的结合。
图6的技术还包括通过用硬钎焊材料硬钎焊而将第二部件接合到第一部件的技术(578)。同时参见图5和图6,硬钎焊材料455可以直接施加在结合层456上,并且外层458可以被省略。在一些示例中,通过硬钎焊将第二部件接合到第一部件可包括将本公开的硬钎焊材料施加到结合层456。硬钎焊材料455可通过任何合适的方式施加,包括但不限于涂漆、贴胶、放置箔或预成型件、喷涂、溅射等。在一些示例中,硬钎焊材料455可以通过上述技术或其他技术中的任一者以介于约0.5mm至约20mm的厚度施加到基底452。
在一些示例中,将第二部件457接合到第一部件451可包括加热硬钎焊材料455以至少软化硬钎焊材料。在一些情况下,加热硬钎焊材料455可包括将硬钎焊材料加热到至少1000℃,诸如约1500℃。在一些示例中,硬钎焊工艺的加热步骤可包括将设置在第一部件451和第二部件457之间的硬钎焊材料455加热介于约1分钟与约20分钟之间的时间长度。在一些示例中,通过用硬钎焊材料455硬钎焊将第二部件457接合到第一部件451可包括冷却设置在第一部件451与第二部件457之间的硬钎焊材料455。在一些示例中,硬钎焊工艺的冷却步骤可仅包括从热位置或远离热源移除包括接合的部件451、457的制品450。然而,在一些示例中,冷却可包括以受控的速率冷却。例如,硬钎焊材料455可以受控的速率冷却并固化以接合部件451、457。在一些示例中,受控冷却速率可介于约1℃/分钟与约300℃/分钟之间,诸如介于约5℃/分钟与约100℃/分钟之间。
图7是示出用于通过硬钎焊材料将第一部件接合到第二部件的示例性技术的流程图。图7的技术可为上文所说明的图6的技术的示例。图7的技术包括在包括碳复合材料基底的第一部件的表面上形成包括结合层的高温涂层(670)。该技术还包括通过用硬钎焊材料硬钎焊而将第二部件接合到第一部件(678)。步骤671至677示出用于形成步骤670的高温涂层的可选示例性技术,并且因此以虚线示出。步骤671至671在第一部件是限定用于硬钎焊的特别粗糙的表面的C/C复合材料的示例中可以是特别适合的,因为该表面可以通过例示的技术平滑化。考虑形成高温涂层的其他技术,包括但不限于图6的相对较简单的技术。图7的示例性技术将关于图8A至图8J描述,其示出了用于用硬钎焊材料形成高温涂层和硬钎焊部件的各种步骤,并且图10示出了用于形成高温涂层的示例性系统或系统序列。
如上文关于图5的基底452所述的,基底452可包括各种表面空隙,该表面空隙如果保持未密封或部分密封,则可允许氧化物质渗透到基底452中并与其反应,并且或者可能不为硬钎焊材料455提供合适的结合表面。图8A是示出根据本公开的示例的第一部件751的示例性C/C复合材料基底752的一部分760的横截面侧视图。基底752限定初始外表面762A。表面762A包括一个或多个表面空隙764A、764B、764C(单独为“空隙764”和统称为“空隙764”)。空隙764可包括任何不规则性或与表面762A的一般平面的偏差,该表面否则可在由基底752的表面部分形成的金属碳化物涂层中产生不连续性,除非被填充。例如,具有高曲率的孔可导致与金属的反应受到抑制,并且因此可能是待填充的空隙764,而具有低曲率的浅凹陷可能不导致与渗透金属的反应受到抑制,因此可能不是待填充的空隙764。在一些示例中,空隙764可包括一个或多个孔764A、一个或多个裂缝764B和/或一个或多个表面突起或凹陷764C。这些空隙764可在基底752的形成期间形成,并且减少空隙764的制造工作可能相对昂贵。空隙764可具有相对复杂的表面,其限定可能难以填充的相对复杂的体积。例如,相对较大的反应物粒度和/或高浆料粘度可限制金属反应物渗透到空隙764中。
重新参见图7,示例性技术可包括将碳粉末施加到碳复合材料基底的表面以填充碳复合材料基底的表面空隙(671)。在图8A至图8J的示例中,碳复合材料基底是碳/碳(C/C)复合材料。将碳粉末施加到表面可包括用碳粉末涂覆C/C复合材料基底的表面,并且迫使碳粉末进入C/C复合材料基底的表面的一个或多个表面空隙中。图8B是示出根据本公开的示例的图8A的示例性C/C复合材料基底752的部分760的横截面侧视图,其中碳粉末766A填充表面空隙764。将碳粉末766A施加到表面762B可包括将碳粉末766A分配在表面762B上并且迫使碳粉末766A进入表面762B的一个或多个空隙764中(例如,用粉末装填或至少部分地填充表面空隙)。因此,碳粉末766A可渗透到空隙764中。
碳粉末766A可具有与表面762B处或附近的C/C复合材料基底752的表面部分基本上相同的组成和形态。例如,碳粉末766A的微结构和/或结晶度可以与表面762B和空隙764附近的基底752的材料的微结构和/或结晶度基本上相同。具有与C/C复合材料基底752的表面部分基本相同的组成和形态的碳粉末766A可具有与C/C复合材料基底752的表面部分基本上相同的反应热力学和动力学,使得渗透金属与碳粉末766A和C/C复合材料基底752的表面部分的碳基体的反应可在基本上相同的温度下并以基本上相同的速率发生。如上所述,碳粉末766A和C/C复合材料基底752的碳基体中的每一个的反应热力学和动力学可以为碳粉末766A和C/C复合材料基底752的相应类型、原料源、加工历史以及其他特性和条件的产物,这影响碳粉末766A和C/C复合材料基底752的碳基体可以与渗透金属反应的温度和速率。
在一些示例中,将碳粉末766A施加到基底752的表面762B可包括将碳粉末766A作为浆料或混合物中的单独粉末施加到基底752的表面762B。作为一个示例,碳粉末766A可从基底752的一个或多个部分和/或从与基底752的组成和/或形态相似的原料研磨并施加到表面762B。例如,在C/C复合材料基底752的加工期间,可通过各种研磨或其他操作产生碳粉末。这种碳粉末可诸如通过铣削进一步加工,以产生具有与C/C复合材料基底752类似的加工历史的碳粉末766A。作为另一示例,可选择或获得具有与基底752的表面部分的组成和/或形态基本上匹配的组成和/或形态的碳粉末766A并将其施加到表面62。例如,可从在与C/C复合材料基底752类似的加工条件下产生的原料选择或获得碳粉末766A。
在一些示例中,将碳粉末766A施加到基底752的表面762B可包括向表面762B施加力以迫使并将碳粉末766A装填到空隙764中。例如,力可包括对表面762B的法向力和/或用于散布和/或填充空隙764的任何侧向力。施加到碳粉末766A的力可迫使碳粉末766A进入表面空隙764中,然后形成金属碳化物并将碳粉末766A装填到表面空隙764中,使得碳粉末766A保留在表面空隙64中,诸如最多至介于约50体积%与约60体积%装填之间。在一些情况下,可将载体介质施加到碳粉末766A,诸如挥发性介质,以帮助将碳粉末766A分散到空隙764中。例如,碳粉末766A可分散在载体介质中以形成对应于相对较高装填的浆料。可使用多种方法来迫使和装填碳粉末766A进入表面空隙764中,其包括但不限于:旋转力,诸如抛光或研磨;线性力,诸如抹泥修墙;手动力,诸如手动砂磨(例如,以生成并迫使碳粉末766A);等。
在一些示例中,诸如图8B所示,将碳粉末766A施加到C/C复合材料基底752的表面762B可包括通过机械地研磨C/C复合材料基底752的表面762A从基底752直接生成碳粉末766A。在图8B的示例中,基底752已经从表面762A被研磨到表面762B,如虚线所示。例如,研磨表面762A可在单个步骤中既生成具有与基底752基本上相同的组成和/或形态的碳粉末766A,又迫使碳粉末766A进入空隙764中,而不是单独施加可能难以与基底752匹配的碳粉末766A,并在单独的步骤中迫使碳粉末766A。即使在基底752内,组成和/或形态也可变化,诸如由于在基底752的形成期间不同的温度,使得从表面762附近的基底752的部分直接获得碳粉末766A可生成与空隙764周围材料的组成和/或形态匹配的碳粉末。所得碳粉末766A可具有与表面762B附近的基底752相同的组成和形态,可靠近空隙764生成,并且可在不使用载体介质的情况下渗透到空隙764中。
可在与金属浆料或混合物的金属反应之前,从表面762中去除过量的碳粉末766A,使得表面空隙764可包括碳粉末766A,而表面762B的低曲率或平坦表面可不包含碳粉末766A。例如,如果碳粉末766A保持在表面762B的低曲率或平坦部分上并且随后与金属反应,则所得金属碳化物可能不强烈地粘附到C/C复合材料基底752的表面,并且可经受分层。在一些示例中,过量的碳粉末766A可在碳粉末766A的装填期间从表面762B的非空隙表面去除,诸如通过抛光表面762B以迫使碳粉末766A进入空隙764中,同时在表面762B的低曲率或平坦表面上擦拭掉碳粉末766A。
参见图10,系统980可包括被构造成机械地研磨基底952的表面962的研磨系统982。研磨系统982可包括被构造成研磨基底952的表面的研磨表面986。研磨系统982可包括联接到研磨表面986的致动系统984。在一些示例中,致动系统984可被构造成生成旋转力以旋转研磨表面986或线性力以驱动研磨表面986(例如,带)。在一些示例中,致动系统984可被构造成施加侧向力以将研磨表面986移动到基底952的不同部分,并在研磨表面986上施加向下的力,以研磨基底952的表面并迫使由研磨生成的碳粉末进入基底952的表面空隙中。
重新参见图7,示例性技术可任选地包括将金属浆料施加到C/C复合材料基底的表面(672)。图8C是示出根据本公开的示例的图8A的第一部件751的示例性C/C复合材料基底752的部分760的横截面侧视图,其中碳粉末766A填充空隙764并且金属浆料768A在C/C复合材料基底752上。虽然以金属浆料768A的形式示出,但是金属可以任何形式施加,包括以液体或气体的形式施加。
金属浆料768A可包括施加介质中的金属颗粒。在一些示例中,金属浆料768A的金属颗粒包括硅、钛或钨中的至少一种。金属颗粒可由金属氧化物的薄层涂覆,诸如可以在金属颗粒的形成或保存期间在氧化气氛中形成。例如,由于惰性存储,相对纯的金属颗粒原料可能非常昂贵,使得使用包括金属氧化物膜的金属颗粒可拓宽用于金属颗粒的材料的可用原料和/或降低金属颗粒的成本。
参见图10,系统980可以包括金属施加系统988。金属施加系统988可被构造成将金属浆料施加到基底952的表面。虽然图10中示出为喷涂系统,但金属施加系统988可包括被构造成将金属浆料施加到第一部件951的基底952的表面的任何系统,诸如刷涂系统。
重新参见图7,示例性技术任选地可包括使金属浆料的金属与碳粉末的碳和C/C复合材料基底的表面部分的碳反应,以在该C/C复合材料基底上形成金属碳化物的结合层(673)。图8D是示出根据本公开的示例的图8A的示例性C/C复合材料基底752的部分760以及结合层756A的横截面侧视图。为了使金属浆料768A的金属与碳粉末766A的碳和C/C复合材料基底752的表面部分的碳反应,金属可被流化(例如,熔化或升华),使得金属可渗透到碳粉末766A和C/C复合材料基底752的表面部分中,并且与碳粉末766A的碳和C/C复合材料基底752的表面部分的碳基体反应以形成金属碳化物。该金属碳化物可以形成结合层756A以基本上密封C/C复合材料基底752并且提供用于硬钎焊材料的结合表面。
在一些情况下,这种反应可通过金属扩散到C/C复合材料基底752的表面部分和碳粉末766A中来限制。当金属与C/C复合材料基底752的表面部分反应并形成金属碳化物时,新形成的金属碳化物可形成分离反应物(例如,碳和金属)的扩散阻挡层,该扩散阻挡层可阻止增厚和进一步产生,以形成较厚的金属碳化物(例如,通过防止金属进一步渗透到C/C复合材料基底752的表面部分的一定深度中和/或防止碳从C/C复合材料基底752扩散出以与金属反应)。另一方面,当金属与碳粉末766A反应并形成金属碳化物时,碳粉末766A的粉末形式可允许金属继续在碳粉末766A周围渗透,使得表面空隙764中的金属碳化物的厚度可以大于C/C复合材料基底752上的金属碳化物的厚度。在一些示例中,碳粉末766A的尺寸可对应于金属可渗透并反应的尺寸(例如,小于扩散限制),诸如小于约20微米(μm),或介于约1μm与约5μm之间。相比之下,表面空隙764的尺寸可大于约100μm,诸如介于约100μm与约1000μm之间。可将金属施加到C/C复合材料基底752的表面762B,直到反应通过扩散限制、金属蒸发或耗尽或上述两者来结束。例如,可去除表面762上的任何剩余金属,诸如通过蒸发。所得层756A可以是相对均匀的金属碳化物,其具有相对均匀的厚度,该相对均匀的厚度可包括填充空隙764的一些偏差。在一些示例中,C/C复合材料基底752的表面处的结合层756A的厚度小于约50微米,诸如介于约10微米与约20微米之间。在一些示例中,表面空隙764中的结合层756A的厚度可显著厚于C/C复合材料基底752的表面处的结合层756A的厚度。
金属浆料768A的金属与碳粉末766A的碳和C/C复合材料基底752的表面部分的碳基体的反应可在金属的化学计量过量下进行,使得所得金属碳化物结合层756是富金属的。富金属结合层756A可包括包含过量游离金属的金属碳化物相。例如,富金属的金属碳化物相可包含大于1.1,诸如大于约1.001:1的金属与碳粉末的碳的化学计量比。通过以金属的化学计量过量进行反应,所得结合层756A可包含过量金属。在结合层756A的形成期间或在基底752(例如,作为组件)的操作期间,过量金属可形成金属氧化物。在一些情况下,诸如将在图8H中描述的,金属氧化物可形成进一步保护基底752的钝化层。在一些情况下,金属氧化物可对结合层756A执行自我修复功能。例如,金属氧化物可迁移到可在操作期间形成的小裂缝中,诸如由于CTE或体积膨胀中的错配,并密封裂缝。
在一些示例中,使金属浆料768A的金属与碳粉末766A的碳反应可包括将基底752的表面762加热到高于金属的熔点,并且以化学计量过量保持基底752的表面762处的金属蒸气压。可控制各种参数,诸如表面762处的温度、表面762处的金属浓度(例如,如由压力所指示的)以及反应时间,以将金属保持在化学计量过量并且促进金属迁移到碳粉末766A和C/C复合材料基底752的表面部分的碳中并与该碳粉末和碳反应。作为一个示例,对于硅金属,温度可保持在大于约1400℃,压力可保持在介于约0.1毫托至与300毫托之间,并且温度和压力可保持大于约一小时。
参见图10,系统980可包括被构造成封闭基底952的炉990。炉990可包括一个或多个加热器,该一个或多个加热器被构造成将金属浆料968A的金属颗粒加热到高于金属的熔点。炉990可被构造成保持金属的温度和压力,使得金属保持化学计量过量以形成致密的第一层956A。在一些情况下,炉990可被构造成将基底952加热以传导加热金属浆料968A。例如,虽然图10中未示出,但是一个或多个加热器或电触点可被构造成加热基底952(或在基底内生成热)以加热金属浆料968A并且使金属浆料968A的金属与碳粉末966A的碳反应。
在一些情况下,所得结合层仍可包括一个或多个表面空隙。作为一个示例,C/C复合材料基底中的表面空隙可显著较大,使得表面空隙中的碳粉末可能不同时反应,从而导致较小的剩余表面空隙。作为另一个示例,诸如由于结合层中的针孔,结合层中的表面空隙可延伸到C/C复合材料基底的表面。在图8D的示例中,结合层756分别包括在先前表面缺陷764A和764B处的较小表面缺陷764D和764E。为了填充表面缺陷764D和764E,图7的方法可包括修补在C/C复合材料基底上剩余的一个或多个表面空隙和/或在形成结合层的同时产生的表面空隙。
重新参见图7,示例性技术可包括将第二碳粉末施加到结合层的表面,并将第二金属浆料施加到结合层的表面(674)。图8E是示出根据本公开的示例的图8A的示例性C/C复合材料基底752的部分760、以及碳粉末766B填充结合层756A中的表面空隙764D和764E的结合涂层756A的横截面侧视图。在图8E的示例中,可将第二碳粉末766B施加到结合层756A的表面。在一些示例中,碳粉末766B具有与用于形成结合层756A的碳粉末766A基本相同的组成或形态。可以浆料或干粉搓形式施加碳粉末766B,而不是研磨基底752的表面762生成碳粉末。
重新参见图7,在一些示例中,示例性技术可包括将第二金属浆料施加到结合层的表面(674)。图8F是示出根据本公开的示例的图8A的示例性C/C复合材料基底752的部分760、碳粉末766B填充结合层756A中的表面空隙764D和764E的结合层756A以及结合层756A上的金属浆料768B的横截面侧视图。例如,结合层756A可包括延伸到C/C复合材料基底752的表面的表面空隙764E。施加第二金属浆料768B可类似于施加第一金属浆料768A(672)。
重新参见图7,示例性技术可包括使第二金属浆料的金属与第二碳粉末的碳反应以在一个或多个表面空隙中形成金属碳化物(676)。图8G是示出根据本公开的示例的图8A的示例性C/C复合材料基底452的部分760以及结合层756的横截面侧视图。金属浆料768B的金属可与碳粉末766B的碳反应以在先前表面缺陷764D中形成金属碳化物。因此,结合层756可包括比仅由碳粉末和金属浆料的单次施加形成的结合层756A更少的表面空隙。金属浆料768B的金属与碳粉末766B的碳的反应可在类似条件下进行,并且使用与金属浆料768A的金属与碳粉末766A的碳反应类似的工艺进行(673)。
虽然在图8E至图8G中示为单个的附加修补工艺,但在一些示例中,图7的步骤674至676可重复多次迭代以形成连续的基本上无缺陷的结合层756,并且可包括附加的加工步骤,诸如清洁或刷涂结合层756A,使得任何松散的碳化物或碳粉末在附加的涂层之前被去除。
重新参见图7,在一些示例中,示例性技术包括在高温结合涂层上形成金属氧化物层。图8H是示出根据本公开的示例的图8A的示例性C/C复合材料基底的部分、结合层756和外部氧化物层758的横截面侧视图。图8C和图8E的金属浆料768A和768B可包含由金属氧化物层涂覆的金属颗粒,诸如氧化硅、氧化钛和/或氧化钨。在表面762的加热期间,来自金属颗粒的金属氧化物的至少一部分可进入溶液中并从相应的金属浆料768A或768B迁移到结合层756的表面。在冷却后,金属氧化物可在结合层756上形成金属氧化物的外部氧化物层758。在一些示例中,不是或除了形成外部氧化物层758之外,金属氧化物的至少一部分可保留在结合层756中,使得在包括基底752的部件的操作期间,金属氧化物可迁移到在结合层756中形成的一个或多个裂缝中。
重新参见图7,示例性技术包括通过用硬钎焊材料硬钎焊而将第二部件接合到第一部件的技术(678)。图8I是示出根据本公开的示例的图8A的示例性C/C复合材料的部分760以及硬钎焊材料755的横截面侧视图。尽管硬钎焊材料755被示出为覆盖并包封外层758,但是在一些示例中,诸如在结合层756是贫金属的并且因此不包含可用于与氧化物反应的金属的情况下,硬钎焊材料755可以直接施加在结合层756上,并且可以省略外部氧化物层758。在一些示例中,通过硬钎焊将第二部件接合到第一部件可包括将本公开的硬钎焊材料施加到结合层756。硬钎焊材料755可通过任何合适的方式施加,包括但不限于涂漆、贴胶、放置箔或预成型件、喷涂、溅射等。参见图10,在一些示例中,金属施加系统988还可被构造成施加硬钎焊材料755。金属施加系统988可被构造成将硬钎焊材料施加到基底952的表面。虽然图10中示出为喷涂系统,但金属施加系统988可包括被构造成将硬钎焊材料施加到基底952的表面的任何系统,诸如刷涂系统或溅射系统。在一些示例中,如上所述,硬钎焊材料755可以通过上述技术或其他技术(诸如由操作者完成的手动技术)中的任一者以介于约0.5mm至约20mm的厚度施加到基底752。
图8J是示出根据本公开的示例的图8A的示例性C/C复合材料的部分760以及将第二部件757接合到第一部件751的硬钎焊材料755的横截面侧视图。在一些示例中,将第二部件接合到第一部件可包括加热硬钎焊材料755以至少软化硬钎焊材料。参见图10,系统980可包括炉990,该炉被构造成当硬钎焊材料至少软化以结合部件时封闭第一部件951和第二部件(图10中未示出)。在一些情况下,炉990可包括石墨蒸馏瓶,在硬钎焊工艺的加热步骤期间,可将部件置于石墨蒸馏瓶内。在一些示例中,加热步骤可以在炉990内部的惰性气氛中进行。另选地,硬钎焊工艺的加热步骤可以在一氧化碳的存在下进行。在一些情况下,加热硬钎焊材料可包括将硬钎焊材料加热到至少1000℃,诸如约1500℃。在一些示例中,硬钎焊工艺的加热步骤可包括在炉990(图10)中将设置在第一部件751与第二部件757之间的硬钎焊材料755(图8J)加热介于约1分钟与约20分钟之间的时间长度。
在一些示例中,通过用硬钎焊材料硬钎焊而将第二部件接合到第一部件可包括冷却设置在第一部件751与第二部件757之间的硬钎焊材料755。在一些示例中,硬钎焊工艺的冷却步骤可以仅包括从炉(990,图10)移除包括接合的部件751、757的制品。然而,在一些示例中,冷却可包括以受控的速率冷却。例如,炉990可以关闭或调低,并且硬钎焊材料755可以冷却和固化以接合部件751、757。在一些示例中,受控冷却速率可介于约1℃/分钟与约300℃/分钟之间,诸如介于约5℃/分钟与约100℃/分钟之间。
图9是示出用于制造制动器组件的示例性技术的流程图。尽管主要关于车轮110(图1)的制动器组件258(图2)的转子制动盘336(图3和图4)进行描述,但是例示的系统可以使用其他技术制造,并且所述技术可以用于制造其他制动器组件。
同时参见图2、图3、图4和图8,图8的技术包括将衬套370A定位在转子制动盘336的表面372上(800)。当制动器组件258安装在运载工具上并且运载工具处于操作中时,转子制动盘336的表面372与制动器组件258(图2)的另一部件驱动键340接合。
图8的技术还包括在没有机械紧固件的情况下将衬套370A接合到转子制动盘336的表面372(802)。衬套370A限定坚韧机械接触表面373,该坚韧机械接触表面在制动器组件258的操作期间保护转子336。在一些示例中,将衬套370A接合到转子336的表面372可包括使用硬钎焊材料(455,图5)将衬套370硬钎焊到转子制动盘336的表面372。在一些示例中,制动器组件258的其他部件可以是转子驱动键340。在一些示例中,转子制动盘336可限定基本上圆形的制动盘,并且转子制动盘336可限定狭槽364,当转子驱动键340可以将切向力施加到转子制动盘336时,该狭槽在操作期间与转子驱动键340相互作用。在一些示例中,衬套370A接合到由狭槽364限定的表面372,以在转子制动盘336与转子驱动键340相互作用期间保护转子制动盘336。
在一些示例中,表面372是第一表面,并且转子制动盘还限定第二表面(例如,表面378、379或376中的一者或多者),并且将衬套370A接合到转子制动盘336还包括将衬套370A接合到第二表面。同时参见图5,在一些示例中,转子制动盘336可包括碳复合材料基底452,并且图8的技术还可包括在碳复合材料基底452的表面上形成高温涂层454。高温涂层454可包括结合层456,该结合层可包含金属碳化物。在一些示例中,转子制动盘336可包含碳或碳/碳复合物。衬套370A可包括碳基底、碳/碳基底或单片陶瓷基底。因此,在一些示例中,转子336和衬套370A可限定基本上类似的CTE。附加地或另选地,衬套370A可限定单片陶瓷基底,并且该单片陶瓷基底可包含稀土硅酸盐或稀土二硅酸盐。
衬套370A可以通过硬钎焊材料接合到转子制动盘336的狭槽364的表面372。在一些示例中,硬钎焊材料可包含铂族金属。例如,转子制动盘336可包含至少部分地被包含碳化硅的高温涂层(454,图5)覆盖的碳/碳复合材料。转子制动盘336可通过可包含铂的硬钎焊材料(455,图5)接合,并且衬套370A可包含二硅酸镱。在一些示例中,图8的技术还可包括将制动器组件258结合到车轮210中,该车轮在一些示例中可以是飞行器车轮、陆地运载工具的车轮或海上运载工具的车轮。
以下编号的示例说明在本公开中描述的制品和技术的一个或多个方面。
实施例1A:一种制品,该制品包括第一部件,该第一部件包括包含碳基体的基底;和高温涂层,该高温涂层在该基底的表面上,其中该高温涂层包括在该基底的该表面上的金属碳化物的结合层;第二部件;以及硬钎焊材料,该硬钎焊材料将该第一部件的该高温涂层的表面接合到该第二部件的表面。
实施例2A:根据实施例1A所述的制品,其中该基底包括碳基底、碳/碳复合材料基底或单片陶瓷基底。
实施例3A:根据实施例1A或2A所述的制品,其中该第二部件包括碳基底、碳/碳复合材料基底或单片陶瓷基底。
实施例4A:根据实施例1A至3A中任一项所述的制品,其中该第一部件和该第二部件具有基本上类似的CTE。
实施例5A:根据实施例3A所述的制品,其中该第二部件包括单片陶瓷基底,并且其中该单片陶瓷基底包含稀土硅酸盐。
实施例6A:根据实施例1A至5A中任一项所述的制品,其中该金属碳化物包括碳化硅。
实施例7A:根据实施例1A至6A中任一项所述的制品,其中该硬钎焊材料包含铂族金属。
实施例8A:根据实施例1A至7A中任一项所述的制品,其中该第一部件包含碳/碳复合材料,该高温涂层包含碳化硅,该硬钎焊材料包含铂,并且该第二部件包含二硅酸镱。
实施例9A:根据实施例1A至8A中任一项所述的制品,其中该高温制品是制动器组件的部件。
实施例10A:根据实施例1A至9A中任一项所述的制品,其中该第二部件限定被构造成保护该第一部件的机械接触表面。
实施例11A:根据实施例1A至10A中任一项所述的制品,其中该结合层的厚度小于约30微米。
实施例12A:根据实施例1A至11A中任一项所述的制品,其中该硬钎焊材料的厚度小于约20毫米。
实施例13A:一种方法,该方法包括在第一部件的基底的表面上形成高温涂层,其中该第一部件包括包含碳基体的基底,并且其中该高温涂层包括在该基底的该表面上的金属碳化物的结合层;以及通过用硬钎焊材料硬钎焊而将该第二部件的表面接合到该第一部件的该高温涂层的表面。
实施例14A:根据实施例13A所述的方法,其中该碳复合材料基底包括碳基底、碳/碳复合材料基底或单片陶瓷基底。
实施例15A:根据实施例13A或14A所述的方法,其中该第二部件包括碳基底、碳/碳基底或单片陶瓷基底,并且其中该方法还包括在该第二部件的该基底的表面上形成高温涂层。
实施例16A:根据实施例13A至15A中任一项所述的方法,其中该第一部件和该第二部件具有基本上类似的CTE。
实施例17A:根据实施例13A至16A中任一项所述的方法,其中该第二部件包括单片陶瓷基底,并且该单片陶瓷基底包含稀土硅酸盐或稀土二硅酸盐。
实施例18A:根据实施例13A至17A中任一项所述的方法,其中该金属碳化物包括碳化硅。
实施例19A:根据实施例13A至18A中任一项所述的方法,其中该硬钎焊材料包含铂族金属。
实施例20A:根据实施例13A至19A中任一项所述的方法,其中该第一部件包含碳/碳复合材料,该高温涂层包含碳化硅,该硬钎焊材料包含铂,并且该第二部件包含二硅酸镱。
实施例21A:根据实施例13A至20A中任一项所述的方法,其中该高温制品是车轮或制动器的部件。
实施例22A:根据实施例13A至22A中任一项所述的方法,其中该第二部件限定被构造成保护该第一部件的韧性机械接触表面。
实施例23A:根据实施例13A至22A中任一项所述的方法,其中该结合层的厚度小于约30微米。
实施例24A:根据实施例13A至23A中任一项所述的方法,其中该硬钎焊材料的厚度小于约20毫米。
实施例25A:根据实施例13A至24A中任一项所述的方法,其中在该基底上形成该高温部件包括:将碳粉末施加到碳/碳(C/C)复合材料基底的表面,以迫使该碳粉末进入该C/C复合材料基底的该表面的一个或多个表面空隙中,其中该碳粉末具有与该C/C复合材料基底的表面部分基本上相同的组成和形态;在施加该碳粉末之后,将金属浆料施加到该C/C复合材料基底的该表面;以及使该金属浆料的金属与该碳粉末的碳和该C/C复合材料基底的该表面部分的碳反应,以在该C/C复合材料基底上形成金属碳化物的层。
实施例26A:根据实施例13A至25A中任一项所述的方法,其中通过硬钎焊将该第一部件接合到该第二部件包括将该硬钎焊材料施加到该第一部件的该表面并且加热该硬钎焊材料以至少软化该硬钎焊材料。
实施例27A:根据实施例26A所述的方法,其中加热该硬钎焊材料包括在惰性气氛中加热该硬钎焊材料。
实施例28A:根据实施例26A所述的方法,其中加热该硬钎焊材料包括在一氧化碳的存在下加热该硬钎焊材料。
实施例29A:根据实施例26A所述的方法,其中施加该硬钎焊材料包括刷涂、喷涂或溅射该硬钎焊材料。
实施例30A:根据实施例26A所述的方法,其中加热该硬钎焊材料包括将该硬钎焊材料加热到至少约1000摄氏度的温度。
实施例1B:一种制动器组件包括转子,该转子具有被构造成与该制动器组件的另一部件连接的表面;和衬套,该衬套在没有机械紧固件的情况下接合到该转子的该表面,其中该衬套限定被构造成保护该转子的坚韧机械接触表面。
实施例2B:根据实施例1B所述的制动器组件,还包括将该衬套接合到该转子的该表面的硬钎焊材料。
实施例3B:根据实施例1B或实施例2B所述的制动器组件,其中该制动器组件的该另一部件是转子驱动键,其中该转子限定大致圆形的制动盘,该转子限定被构造成与该转子驱动键相互作用的狭槽,并且其中该衬套接合到由该狭槽限定的表面。
实施例4B:根据实施例1B至3B中任一项所述的制动器组件,其中该转子的该表面是第一表面,并且该转子还限定第二表面,并且该衬套接合到该第二表面。
实施例5B:根据实施例1B至4B中任一项所述的制动器组件,其中该转子包括碳复合材料基底,并且其中该转子包括在该碳复合材料基底的表面上的高温涂层,其中该高温涂层包括在该基底的该表面上的金属碳化物的结合层。
实施例6B:根据实施例5B所述的制动器组件,其中该碳复合材料基底包括碳基底、碳/碳复合材料基底或单片陶瓷基底。
实施例7B:根据实施例5B或实施例6B所述的制动器组件,其中该衬套包括碳基底,并且其中该碳复合材料基底包括碳基底、碳/碳基底或单片陶瓷基底。
实施例8B:根据实施例1B至7B中任一项所述的制动器组件,其中该转子和该衬套部件具有基本上类似的CTE。
实施例9B:根据实施例7B所述的制动器组件,包括单片陶瓷基底,并且该单片陶瓷基底包含稀土硅酸盐或稀土二硅酸盐。
实施例10B:根据实施例1B至9B中任一项所述的制动器组件,其中该金属碳化物包括碳化硅。
实施例11B:根据实施例1B至10B中任一项所述的制动器组件,其中该硬钎焊材料包含铂族金属。
实施例12B:根据实施例1B至11B中任一项所述的制动器组件,其中该转子包含碳/碳复合材料,该高温涂层包含碳化硅,该硬钎焊材料包含铂,并且该衬套包含二硅酸镱。
实施例13B:根据实施例1B至12B中任一项所述的制动器组件,其中该制动器组件是飞行器车轮的部件。
实施例14B:根据实施例1B至13B中任一项所述的制动器组件,其中该衬套限定被构造成保护该转子的坚韧机械接触表面。
实施例15B:根据实施例5B所述的制动器组件,其中该结合层的厚度小于约30微米。
实施例16B:根据实施例1B至15B中任一项所述的制动器组件,其中该硬钎焊材料的厚度小于约20毫米。
实施例17B:一种制造制动器组件的方法包括将衬套定位在转子的表面上,其中该转子的该表面与该制动器组件的另一部件连接;以及在没有机械紧固件的情况下将该衬套接合到该转子的该表面,其中该衬套限定被构造成在该制动器组件的操作期间保护该转子的坚韧机械接触表面。
实施例18B:根据实施例17B所述的方法,其中将该衬套接合到该转子的该表面包括使用硬钎焊材料将该衬套硬钎焊到该转子的该表面。
实施例19B:根据实施例17B或18B所述的方法,其中该制动器组件的该另一部件是转子驱动键,其中该转子限定大致圆形的制动盘,该转子限定被构造成与该转子驱动键相互作用的狭槽,并且其中该衬套接合到由该狭槽限定的表面,以在该转子与该转子驱动键相互作用期间保护该转子。
实施例20B:根据实施例17B至19B中任一项所述的方法,其中该转子的该表面是第一表面,并且该转子还限定第二表面,并且将该衬套接合到该表面还包括将该衬套接合到该第二表面。
实施例21B:根据实施例17B至20B中任一项所述的方法,其中该转子包括碳复合材料基底,并且其中该方法还包括在该碳复合材料基底的表面上形成高温涂层,其中该高温涂层包括在该基底的该表面上的金属碳化物的结合层。
实施例22B:根据实施例21B所述的方法,其中该碳复合材料基底包括碳基底、碳/碳复合材料基底或单片陶瓷基底。
实施例23B:根据实施例21B或22B所述的方法,其中该衬套包括和碳基底,并且其中该碳复合材料基底包括碳基底、碳/碳基底或单片陶瓷基底。
实施例24B:根据实施例17B至23B中任一项所述的方法,其中该转子和该衬套部件具有基本上类似的CTE。
实施例25B:根据实施例17B至24B中任一项所述的方法,包括单片陶瓷基底,并且该单片陶瓷基底包含稀土硅酸盐或稀土二硅酸盐。
实施例26B:根据实施例21B所述的方法,其中该金属碳化物包括碳化硅。
实施例27B:根据实施例21B所述的方法,其中该硬钎焊材料包含铂族金属。
实施例28B:根据实施例17B至27B中任一项所述的方法,其中该转子包含碳/碳复合材料,该高温涂层包含碳化硅,该硬钎焊材料包含铂,并且该衬套包含二硅酸镱。
实施例29B:根据实施例17B至28B中任一项所述的方法,还包括将该制动器组件结合到飞行器车轮中。
Claims (10)
1.一种制动器组件,所述制动器组件包括:
转子,所述转子具有被构造成与所述制动器组件的另一部件连接的表面;和
衬套,所述衬套在没有机械紧固件的情况下接合到所述转子的所述表面,其中所述衬套限定被构造成保护所述转子的坚韧机械接触表面。
2.根据权利要求1所述的制动器组件,还包括将所述衬套接合到所述转子的所述表面的硬钎焊材料。
3.根据权利要求1所述的制动器组件,其中所述制动器组件的所述另一部件是转子驱动键,
其中所述转子限定大致圆形的制动盘,所述转子限定被构造成与所述转子驱动键相互作用的狭槽,并且
其中所述衬套接合到由所述狭槽限定的表面。
4.根据权利要求1所述的制动器组件,其中所述转子的所述表面是第一表面,并且所述转子还限定第二表面,并且所述衬套接合到所述第二表面。
5.根据权利要求1所述的制动器组件,其中所述转子包括碳复合材料基底,并且其中所述转子包括在所述碳复合材料基底的表面上的高温涂层,其中所述高温涂层包括在所述基底的所述表面上的金属碳化物的结合层。
6.根据权利要求5所述的制动器组件,其中所述碳复合材料基底包括碳基底、碳/碳复合材料基底或单片陶瓷基底。
7.根据权利要求5所述的制动器组件,其中所述衬套包括碳基底,并且其中所述碳复合材料基底包括碳基底、碳/碳基底或单片陶瓷基底。
8.根据权利要求7所述的制动器组件,包括单片陶瓷基底,并且所述单片陶瓷基底包含稀土硅酸盐或稀土二硅酸盐。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的制动器组件,其中所述转子和所述衬套部件具有基本上类似的CTE。
10.一种制造制动器组件的方法,所述方法包括:
将衬套定位在转子的表面上,其中所述转子的所述表面与所述制动器组件的另一部件连接;以及
在没有机械紧固件的情况下将所述衬套接合到所述转子的所述表面,其中所述衬套限定被构造成在所述制动器组件的操作期间保护所述转子的坚韧机械接触表面。
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