DE69631800T2 - METHOD FOR MAINTAINING BRAKES - Google Patents

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Description

Bremsen aus Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoff werden aufgrund ihrer Sicherheit, ihrer langen Lebensdauer und ihrem geringen Gewicht in Flugzeugen, wie den Militärflugzeugen F-15 und F-16, verwendet. Heutige Bremsenanordnungen für Flugzeuge umfassen Rotoren und Ständer, die mit Scheibenkomponenten aus Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoff zusammengebaut sind. Es ist belegt, dass die Verschleißlebensdauer von Bremsen aus Kohlenstoff verlängert werden kann, wenn die gebrauchten Bremsen Wiederertüchtigungsverfahren unterworfen werden. Die Verschleißlebensdauer von Bremsen, die mittels herkömmlicher Verfahren wieder ertüchtigt wurden, beträgt nur 50–80 % der neuer Bremsen. Dies stellt zwar eine Verbesserung gegenüber dem Ausrangieren von verschlissenen Bremsen dar, wenn jedoch ein Wiederertüchtigungsverfahren zur Verfügung stände, das verdichtetes Kohlenstoffmaterial mit einer Verschleißlebensdauer produziert, die der der Originalbremsen ähnlicher ist, könnten erhebliche Einsparungen bei Originalteilen und den Reparaturkosten für verschlissene Bremsen erzielt werden.brakes made of carbon-carbon composite are due to their Safety, its long life and low weight in planes, like the military planes F-15 and F-16. Today's brake arrangements for aircraft include rotors and stands, those with disc components made of carbon-carbon composite material assembled. It is proven that the wear life extended by carbon brakes can be when the used brakes retrofit method be subjected. The wear life of brakes, the by means of conventional Procedures retrofitted were, is only 50-80 % of new brakes. Although this represents an improvement over the Discarding worn brakes if, however, a retrofit procedure to disposal stands, produces the densified carbon material with a wear life, that of the original brakes more similar is, could significant savings on original parts and repair costs for worn ones Brakes are achieved.

Zu den Verdichtungsverfahren für Kohlenstoff-Kohlenstoff des Stands der Technik gehören die chemische Gasphaseninfiltration (CVI) und die Infiltration mittels Pechimprägnierung oder die Imprägnierung mit aushärtbaren Harzen bei Niederdruck, was eine lange Verfahrensdauer in der Größenordnung von 25 bis 50 Tagen verlangt. Derartige Verfahren werden traditionell zum Verdichten von porösen Vorformlingen aus Kohlenstoff für originale Bremsscheiben aus Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoff sowie zum Wiederertüchtigen verschlissener Scheiben verwendet. Die Verdichtung muss langsam durchgeführt werden, damit die Poren an der Außenseite der Bremse aus Kohlenstoff nicht vor den Poren im Inneren der Bremse aus Kohlenstoff aufgefüllt werden. Wenn die Poren auf der Außenseite der Bremse aus Kohlenstoff verstopft sind, ehe die Verdichtung der Innenbereiche abgeschlossen ist, werden die Innenbereiche der Bremse aus Kohlenstoff nur unzureichend vom Vorläufer erreicht.To the compaction process for Carbon-carbon of the prior art include the chemical vapor infiltration (CVI) and infiltration by pitch impregnation or the impregnation with curable Resins at low pressure, resulting in a long process time of the order of magnitude required from 25 to 50 days. Such procedures become traditional for compacting porous Preforms made of carbon for original brake discs made of carbon-carbon composite material as well as to the returner used worn discs. The compression must be slow carried out Be sure to allow the pores on the outside of the brake to be made of carbon not be filled in front of the pores inside the brake made of carbon. If the pores on the outside The brakes are clogged with carbon before the compression of the Interior areas is completed, the interior areas of the brake from carbon insufficiently reached by the precursor.

Ein Ansatz, dieses Problem zu vermeiden, ist in US-Patent 4,472,454, erteilt am 18. September 1984 an Houdayer et al., offenbart, das vorliegend durch Bezugnahme eingeschlossen ist. Laut dieser Patentschrift wird der Vorformling in einen Reaktionsbehälter gesetzt und mit Vorläufertlüssigkeit bedeckt. Eine Spule außerhalb des Reaktionsbehälters dient zum induktiven Erwärmen des Vorformlings. Der Vorformling wird auf eine Temperatur erwärmt, die hoch genug ist, um den flüssigen Vorläufer zum Sieden zu bringen und den beim Sieden der Flüssigkeit gebildeten Dampf zu pyrolysieren. Wir postulieren, dass die Flüssigkeit das Äußere des Vorformlings abkühlt, wodurch ein Temperaturgradient durch die Dicke des Vorformlings hindurch gebildet wird. Das Innere des Vorformlings ist, da es nicht durch die siedende Flüssigkeit gekühlt wird, warm genug, um den Dampf zu pyrolysieren. Auf diese Weise erfolgt die Verdichtung vorzugsweise im Inneren des Vorformlings. Die gesamte Verdichtung erfolgt von innen nach außen. Die Verdichtung kann somit mit einer höheren Geschwindigkeit durchgeführt werden, ohne dass ein Verstopfen der Poren an der Außenseite und damit eine Verhinderung der Verdichtung im Inneren des Vorformlings zu befürchten ist.One Approach to avoid this problem is disclosed in U.S. Patent 4,472,454, issued September 18, 1984 to Houdayer et al., discloses is incorporated herein by reference. According to this patent will be placed the preform in a reaction vessel and with precursor liquid covered. A coil outside of the reaction vessel used for inductive heating of the preform. The preform is heated to a temperature that high enough to the liquid precursor to boil and to the vapor formed at the boiling of the liquid pyrolyze. We posit that the liquid is the exterior of the preform cools, causing a temperature gradient through the thickness of the preform is formed through. The interior of the preform is, as it is not through the boiling liquid chilled becomes warm enough to pyrolyze the steam. In this way The compaction is preferably carried out inside the preform. The entire compaction takes place from the inside to the outside. The Compaction can thus be carried out at a higher speed, without clogging the pores on the outside and thus preventing it the compression inside the preform is to be feared.

Das in US 4,472,454 beschriebene Verdichtungsverfahren verkürzt zwar den Zeitraum, der zum Verdichten eines Vorformlings erforderlich ist, wir haben aber mehrere Möglichkeiten entdeckt, das Verfahren weiter zu verbessern.This in US 4,472,454 Although the described compaction process shortens the time required to densify a preform, we have discovered several ways to further improve the process.

Zum einen ist es beim Verdichten eines Vorformlings wünschenswert, dass die Induktionsspule der Form des Vorformlings entspricht. Es ist ebenfalls wünschenswert, dass sich der Vorformling so nahe wie möglich an der Induktionsspule befindet. Diese Anforderungen sind wichtig, um ein gleichmäßiges und effizienteres Erwärmen des Vorformlings zu erreichen. Ein gleichmäßiges Erwärmen ist zum Erreichen der gewünschten Verdichtung wichtig.To the one is desirable in compacting a preform that the induction coil corresponds to the shape of the preform. It is also desirable that the preform is as close as possible to the induction coil located. These requirements are important to a consistent and more efficient heating to reach the preform. A uniform heating is to achieve the desired compression important.

Die Anpassung der Vorrichtung von Houdayer et al., um diese Anforderungen zu erfüllen, verlangt ein Umformen der Spule auf der Grundlage des zu verdichtenden Teils. Es verlangt gleichermaßen ein Umformen des Reaktionsbehälters und der Spule bei jedem Teil. Eine solche Anforderung ist nicht wünschenswert, da dies kostspielig und zeitaufwändig sein kann. Außerdem haben wir entdeckt, dass das Kühlen aufgrund des Siedens der Flüssigkeit, das zum Erzeugen des gewünschten Temperaturgradienten erforderlich ist, nicht stattfindet, wenn sich der Reaktionsbehälter zu nahe am Vorformling befindet. Wenn sich die Wände des Reaktionsbehälters zu dicht am Vorformling befinden, kann ein Phänomen auftreten, das als "Dampfsperre" bekannt ist. Bei einer Dampfsperre sammelt sich Dampf an einem bestimmten Punkt zwischen der Wand des Reaktorbehälters und des Vorformlings und verdrängt die Flüssigkeit. Dabei wird die Wärmeübertragung mittels Konvektion weg vom Vorformling erheblich reduziert, wodurch eine überhitzte Stelle gebildet und die Bildung von Abscheidungen an der Außenseite des Vorformlings verursacht wird. Das führt dazu, dass ein Teil nicht gleichmäßig verdichtet ist.The Adaptation of Houdayer et al. Apparatus to these requirements to fulfill, requires a forming of the coil on the basis of the to be compacted Part. It demands alike a forming of the reaction vessel and the coil at each part. Such a requirement is not desirable, as this is costly and time consuming can be. Furthermore we discovered that the cooling due to the boiling of the liquid, that for generating the desired Temperature gradient is required, does not take place when the reaction vessel too close to the preform. When the walls of the reaction vessel become too Close to the preform, a phenomenon known as "vapor barrier" may occur. at A vapor barrier collects steam at a certain point between the wall of the reactor vessel and the preform and displaced the liquid. This is the heat transfer considerably reduced by convection away from the preform, thereby an overheated one Place formed and the formation of deposits on the outside of the preform is caused. As a result, a part is not compressed evenly is.

Das hier beschriebene Verfahren zur Wiederertüchtigung von Bremsen aus Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoff für Flugzeuge senkt die Verfahrensdauer erheblich, z.B. auf 48 Stunden oder weniger und führt folglich zu kostengünstigeren Kohlenstoff-Kohlenstoff-Komponenten. Das Verfahren ist insbesondere für die Herstellung von Bremsen für Flugzeuge aus Kohlenstoff und die erneute Verdichtung oder Wiederertüchtigung dieser Bremsen von Interesse. Außerdem führt dieses Verfahren der chemischen Abscheidung aus der Gasphase (CVD) zu einer verdichteten Kohlenstoffstruktur mit einer Dichte, die der einer oder mehrerer originaler Bremskomponenten oder wiederertüchtigter Bremskomponenten ähnlich ist, die für die Verwendung in Flugzeugen zugelassen sind, d.h. wenigstens 1,85 g/cc, vorzugsweise 1,9 g/cc in der abgeschiedenen Kohlenstoffmatrix, und einer geeigneten CVD-Mikrostruktur für einen Reibwerkstoff, die eine im Wesentlichen nicht isotropische Mikrostruktur darstellt. Derartige strukturelle Merkmale sind erforderlich, um die Reibverschleißkennwerte zu erreichen, die für Bremskomponenten aus Kohlenstoff für Flugzeuge geeignet sind.The Carbon-carbon composite brakes retrofit method described herein for airplanes significantly reduces the duration of the process, e.g. to 48 hours or less and leads therefore to cheaper Carbon-carbon components. The method is especially for the production of brakes for Aircraft made of carbon and recompressed or re-used of these brakes of interest. In addition, this process leads to the chemical Deposition from the gas phase (CVD) to a densified carbon structure with a density equal to that of one or more original brake components or returnee Brake components similar is that for the use in aircraft are permitted, i. at least 1.85 g / cc, preferably 1.9 g / cc in the deposited carbon matrix, and a suitable CVD microstructure for one Friction material, which is a substantially non-isotropic microstructure represents. Such structural features are required to the frictional wear characteristics to achieve that for Brake components made of carbon are suitable for aircraft.

EP-A-592 239 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verdichten von porösen Blöcken, wobei der Block induktiv oder durch Widerstandserwärmung in einem flüssigen Kohlenstoffvorläufer erwärmt wird, um ein schnelles chemisches Abscheiden aus der Gasphase im Inneren des Blocks zu verursachen, die diesen verdichtet.EP-A-592 239 describes a method and apparatus for compacting of porous Blocks, where the block is heated inductively or by resistance heating in a liquid carbon precursor, for a rapid chemical vapor deposition inside of the block compacting it.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die Erfindung stellt bereit:The Invention provides:

1. Ein Verfahren der chemischen Abscheidung aus der Gasphase zum Wiederertüchtigen einer oder mehrerer Bremskomponenten aus Kohlenstoff für Flugzeuge umfassend die Schritte:

  • a) Einsetzen wenigstens einer verschlissenen Bremskomponente aus Kohlenstoff, wobei diese Poren hat, die durch Innenbereiche einschließlich eines geometrischen mittleren Bereichs und einer Außenfläche abgegrenzt werden, in einen flüssigen Kohlenstoffvorläufer, der in einem Reaktor enthalten ist, zum Verdichten einer porösen Struktur, wobei der Reaktor so beschaffen ist, dass er den flüssigen Kohlenstoffvorläufer und mindestens eine interne Induktionsspule enthält, und
  • b) induktive Erwärmung der Innenbereiche der verschlissenen Bremskomponente(n) aus Kohlenstoff bis zu einer Temperatur, die oberhalb der Zersetzungstemperatur des flüssigen Kohlenstoffverläufers liegt, wobei die Bildung der Gasphase des flüssigen Kohlenstoffverläufers bewirkt wird, sowie die Infiltration aus der Gasphase in Innenbereiche und Abscheiden pyrolytischen Kohlenstoffs innerhalb der Innenbereiche, bis die verschlissene Bremskomponente aus Kohlenstoff eine Dichte von mindestens 1,85 g/cc und eine nicht isotropische CVD-Mikrostruktur hat, und wobei der induktive Erwärmungsschritt kontinuierlich sein oder durch periodische Abkühlung um mindestens 10 °C unterbrochen werden kann.
A chemical vapor deposition method for recovering one or more carbon brake components for aircraft, comprising the steps of:
  • a) inserting at least one worn brake component of carbon, said pores delineated by internal regions including a geometric middle region and an outer surface, into a liquid carbon precursor contained in a reactor for densifying a porous structure, wherein the reactor is such that it contains the liquid carbon precursor and at least one internal induction coil, and
  • b) inductive heating of the inner regions of the worn brake component (s) of carbon to a temperature which is above the decomposition temperature of the liquid carbon precursor, causing the formation of the gas phase of the liquid carbon precursor, as well as infiltration of the gas phase into internal regions and pyrolytic deposition Carbon within the interior areas until the worn brake component of carbon has a density of at least 1.85 g / cc and a non-isotropic CVD microstructure, and wherein the inductive heating step may be continuous or interrupted by periodic cooling by at least 10 ° C.

Die Erfindung stellt auch ein Verfahren zur chemischen Abscheidung aus der Gasphase durch Widerstandserwärmung der Bremsen aus Kohlenstoff gemäß Anspruch 12 bereit, um Kohlenstoff, der durch Verschleiß verloren gegangen ist, wieder zu ertüchtigen, sowie Wiederertüchtigungsverfahren, in denen induktive und Widerstandserwärmung kombiniert sind. Bei einigen Bremsen können derartige Verfahren der chemischen Abscheidung aus der Gasphase in zwei bis dreieinhalb Stunden bei etwa 950 bis 1.100 °C und atmosphärischem Druck mit Cyclohexan als Vorläufer abgeschlossen sein. In der bzw. den wieder ertüchtigten Bremskomponente(n) kann in Verfahrensgängen, die innerhalb von 48 Stunden, vorzugsweise 24 Stunden, oder weniger abgeschlossen sind, eine Dichte von wenigstens 1,85 g/cc und vorzugsweise 1,9 g/cc in den abgeschiedenen Matrizes und eine nicht isotropische CVD-Mikrostruktur erreicht werden.The Invention also presents a method for chemical deposition the gas phase by resistance heating of the brakes made of carbon according to claim 12 ready to return to carbon that has been lost through wear to be trained, and re-cultivation procedures, in which inductive and resistance heating are combined. at some brakes can Such methods of chemical vapor deposition in two to three and a half hours at about 950 to 1100 ° C and atmospheric Pressure with cyclohexane as precursor to be finished. In the rebuilt brake component (s) can in process steps, within 48 hours, preferably 24 hours or less a density of at least 1.85 g / cc and preferably 1.9 g / cc in the deposited matrices and a non-isotropic one CVD microstructure can be achieved.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und der beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Es zeigen:The Invention will become apparent from the following detailed description and the better understood in the accompanying drawings. Show it:

1 eine skizzenhafte Darstellung des Reaktors zum Verdichten von Vorformlingen; 1 a sketch of the reactor for compacting preforms;

2A eine Zeichnung einer Spannvorrichtung, die zum Festhalten des Vorformlings im Reaktor von 1 verwendet wird; 2A a drawing of a clamping device for holding the preform in the reactor of 1 is used;

2B eine skizzenhafte Darstellung einer Spule, die im Reaktor von 1 verwendet wird; 2 B a sketchy representation of a coil in the reactor of 1 is used;

3 eine Zeichnung eines Vorformlings, der mit einer alternativen Spulenanordnung erwärmt wird; 3 a drawing of a preform which is heated with an alternative coil assembly;

4 eine Zeichnung eines Vorformlings, der mittels Widerstandserwärmung erwärmt wird; 4 a drawing of a preform which is heated by means of resistance heating;

5 eine Zeichnung eines Vorformlings, der sowohl induktiv als auch mittels Widerstandserwärmung erwärmt wird; 5 a drawing of a preform, which is heated both inductively and by means of resistance heating;

6 eine Zeichnung eines Vorformlings, der mit einer alternativen Spulenanordnung erwärmt wird; 6 a drawing of a preform which is heated with an alternative coil assembly;

7 ein Diagramm mit Verdichtungsprofilen bei unterschiedlichen Leistungspegeln und 7 a diagram with compaction profiles at different power levels and

8 ein repräsentatives Diagramm der Eingangsleistung an der Spule des Reaktorbehälters als Funktion der Zeit. 8th a representative diagram of the input power to the coil of the reactor vessel as a function of time.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMDESCRIPTION THE PREFERRED EMBODIMENT

Zu den Bremsen aus Kohlenstoff für Flugzeuge, die sich zur Wiederertüchtigung eignen, gehören Reibungslamellenbremsen, die eine Mehrzahl Kohlenstoff-Kohlenstoff-Rotorscheiben mit einer Mehrzahl Kohlenstoff-Kohlenstoff- Ständerscheiben dazwischen enthalten. Außerdem können verschlissene Druck- und Endplatten aus Kohlenstoff für Bremsen wieder ertüchtigt werden.To the brakes made of carbon for Aircraft suitable for retrofitting include friction disc brakes, the plurality of carbon-carbon rotor disks with a plurality of carbon-carbon stator disks contained in between. Furthermore can worn carbon pressure plates and end plates for brakes again trained become.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann jede verschlissene Kohlenstoffoberfläche einer Bremse für ein Flugzeug wieder ertüchtigt werden. Geeignete Bremsen für Flugzeuge sind dem Fachmann bekannt und umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, diejenigen, die in US-Patenten Nr. 3,934,686, erteilt am 27. Januar 1976 an Stimson et al., 4,613,021, erteilt am 23. September 1986 an Lacombe et al., 4,465,165, erteilt am 14. August 1984 an Bok, 4,511,021, erteilt am 16. April 1985 an Grider, 4,804,071, erteilt am 14. Februar 1989 an Schultz et al., 4,982,818, erteilt am 8. Januar 1991 an Pigford und 5,143,184, erteilt am 1. September 1992 an Snyder et al. offenbart sind, welche hier durch Bezugnahme eingeschlossen sind.With the method according to the invention Any worn carbon surface can be a brake on an airplane again trained become. Suitable brakes for Planes are known to those skilled in the art and include, but are not limited to, those described in U.S. Pat. Nos. 3,934,686, issued January 27 1976 to Stimson et al., 4,613,021, issued September 23, 1986 Lacombe et al., 4,465,165, issued August 14, 1984 to Bok, 4,511,021 issued April 16, 1985 to Grider, 4,804,071 on February 14, 1989 to Schultz et al., 4,982,818, issued on August 8, 1989. January 1991 to Pigford and 5,143,184 issued September 1, 1992 to Snyder et al. which are incorporated herein by reference are.

Verschlissene Rotor- und Ständerscheiben aus Kohlenstoff können dadurch wieder ertüchtigt werden, dass sie aus der Bremsanordnung ausgebaut und auf die Hälfte ihrer ursprünglichen Dicke geschliffen werden. Die geschliffenen Scheiben können mittels dem Verfahren der chemischen Abscheidung aus der Gasphase zur Wiederherstellung der ursprünglichen Dichte und Verschleißeigenschaften verdichtet werden und zwei geschliffene Scheiben können beim erneuten Zusammensetzen der Bremsen anstatt einer Originalscheibe verwendet werden. Die geschliffenen Scheiben können wahlweise auch miteinander verbunden werden. Eine Technik zum Verbinden von zwei verschlissenen Scheiben zur Schaffung einer wieder ertüchtigten Scheibe ist in US-Patent Nr. 4,465,165, erteilt am 14. August 1984 an Pigford, offenbart. Nach der Wiederertüchtigung können Kohlenstoffscheiben mit Schutzwerkstoffen, wie denjenigen, die in US-Patent Nr. 4,837,073, erteilt am 6. Juni 1989 an McAllister et al., offenbart sind, zum Schutz vor Oxidation behandelt werden.worn Rotor and stator discs made of carbon thereby again improved be removed from the brake assembly and half of their original Thickness be sanded. The ground discs can by means of the process of chemical vapor deposition for recovery the original one Density and wear properties can be compacted and two ground discs can at reassemble the brakes instead of an original disc be used. The ground discs can optionally also with each other get connected. A technique for joining two worn ones Washers for creating a reconditioned disc is disclosed in US patent No. 4,465,165, issued August 14, 1984 to Pigford. After reconditioning, carbon discs can with protective materials such as those described in U.S. Patent No. 4,837,073, issued June 6, 1989 to McAllister et al Protection against oxidation can be treated.

1 zeigt einen Reaktor 100, der zur Durchführung einer schnellen Verdichtung gemäß dem in US-Patent Nr. 4,472,454 beschriebenen Verfahren geeignet ist. Wenn eine Induktionsspule, wie die Spule 104, zum Erwärmen des Vorformlings verwendet wird, ist der Reaktor 100 vorzugsweise aus nicht magnetischen Werkstoffen, wie Quarz, Glas, Aluminium, Edelstahl, Keramik, PMC oder Kombinationen davon, hergestellt. 1 shows a reactor 100 which is suitable for performing a rapid compaction according to the method described in US Pat. No. 4,472,454. If an induction coil, like the coil 104 , used to heat the preform, is the reactor 100 preferably made of non-magnetic materials, such as quartz, glass, aluminum, stainless steel, ceramic, PMC or combinations thereof.

Der Reaktor 100 enthält einen Hohlraum 102, in dem ein Vorformling (nicht dargestellt) verdichtet wird. Während des Betriebs ist der Hohlraum 102 so weit mit einer Vorläuferflüssigkeit gefüllt, dass der Vorformling (nicht dargestellt) wenigstens bedeckt ist. Bei der Vorläuferflüssigkeit handelt es sich um eine beliebige Flüssigkeit, die siedet und Dampf erzeugt, welcher Chemikalien enthält, die sich bei einer Temperatur, auf die der Vorformling (nicht dargestellt) erwärmt werden kann, auf dem Vorformling (nicht dargestellt) abscheiden. Die Vorläuferflüssigkeit sollte auch ein Nichtleiter sein. Die relative Dielektrizitätskonstante der Reagenzflüssigkeit sollte über 0,5, besonders bevorzugt über 1 und am meisten bevorzugt über 1,5 liegen. Zum Abscheiden von Kohlenstoff auf dem Vorformling kann ein Kohlenwasserstoff mit geeignetem Siedepunkt, wie Cyclopentan, Cyclohexen, 1-Hexen, Benzin, Toluol, Methylcyclohexan, Cyclohexan, n-Hexan oder Benzol oder eine Kombination von diesen verwendet werden.The reactor 100 contains a cavity 102 in which a preform (not shown) is compacted. During operation, the cavity is 102 so far filled with a precursor liquid, that the preform (not shown) is at least covered. The precursor liquid is any liquid that boils and generates vapor that contains chemicals that deposit on the preform (not shown) at a temperature to which the preform (not shown) may be heated. The precursor liquid should also be a non-conductor. The relative dielectric constant of the reagent should be greater than 0.5, more preferably greater than 1, and most preferably greater than 1.5. For depositing carbon on the preform, a hydrocarbon having a suitable boiling point such as cyclopentane, cyclohexene, 1-hexene, gasoline, toluene, methylcyclohexane, cyclohexane, n-hexane or benzene or a combination of these may be used.

Innerhalb des Hohlraums 102 ist eine Induktionsspule 104 angeordnet. Während des Betriebs ist die Induktionsspule 104 von der Verläuferflüssigkeit bedeckt und dient zum Erwärmen des Vorformlings (nicht dargestellt). Die Spule 104 ist aus Kupfer oder einem anderen hoch leitfähigen Werkstoff hergestellt, der auch nicht nach Erwärmung mit der Vorläuferflüssigkeit reagiert.Inside the cavity 102 is an induction coil 104 arranged. During operation, the induction coil 104 covered by the precursor liquid and serves to heat the preform (not shown). The sink 104 is made of copper or another highly conductive material that does not react with the precursor liquid even after heating.

Die Spule 104 wird über Sammelschienen 106 mit Strom versorgt. Die Sammelschienen 106 sind aus einem hoch leitfähigen Werkstoff, hier Kupfer, hergestellt. Vorzugsweise werden Stromstärken von Hunderten von Ampere bis Tausenden von Ampere zur Bereitstellung der erforderlichen Leistung zum Erwärmen des Vorformlings (nicht dargestellt) verwendet. Aufgrund der hohen Strommenge müssen die Sammelschienen 106 einen ausreichend großen Querschnitt aufweisen, um ein Überhitzen zu vermeiden. Die Sammelschienen 106 können Wasserkanäle 105 zum Führen von Kühlwasser durch die Sammelschienen 106 und durch die Spule 104 enthalten.The sink 104 is via busbars 106 powered. The busbars 106 are made a highly conductive material, here copper. Preferably, currents of hundreds of amps to thousands of amps are used to provide the required power to heat the preform (not shown). Due to the high amount of electricity, the busbars must 106 have a sufficiently large cross-section to avoid overheating. The busbars 106 can water channels 105 for guiding cooling water through the busbars 106 and through the coil 104 contain.

Die Sammelschienen 106 sind mit einem Stromversorgungsgerät (nicht dargestellt) verbunden. Es wird ein Stromversorgungsgerät für Wechselstrom verwendet. Spannung, Strom, Frequenz und Form der Spule 104 werden mithilfe bekannter Techniken zur Konstruktion von Induktionsheizvorrichtungen anhand der Form und Geometrie des Vorformlings sowie der Eigenschaften des Vorformlings bestimmt. Die Spannung liegt typischerweise im Bereich von 5 bis 750 V. Die Frequenz liegt im Bereich von 0,1 kHz bis 300 MHz.The busbars 106 are connected to a power supply (not shown). An AC power supply is used. Voltage, current, frequency and shape of the coil 104 are determined by known induction heater design techniques based on the shape and geometry of the preform and the properties of the preform. The voltage is typically in the range of 5 to 750 V. The frequency is in the range of 0.1 kHz to 300 MHz.

Die Sammelschienen 106 verlaufen durch die Dichtung 107 in die Kammer 102. Da die Kammer 102 während des Betriebs eine Vorläufertlüssigkeit enthält, muss die Dichtung 107 elastisch und außerdem gegenüber einem chemischen Angriff der Vorläufertlüssigkeit beständig sein. Für den Fall, dass der Reaktor 100 aus leitfähigen Komponenten ausgebildet ist, sollte sie auch die Sammelschienen 106 elektrisch vom Reaktor 100 isolieren. So kann beispielsweise Silikonkautschuk verwendet werden, um die Öffnung im Reaktor 100, durch die die Sammelschienen 106 passieren, abzudichten.The busbars 106 run through the seal 107 in the chamber 102 , Because the chamber 102 during operation contains a precursor liquid, the seal must 107 elastic and also resistant to chemical attack by the precursor liquid. In the event that the reactor 100 made of conductive components, it should also be the busbars 106 electrically from the reactor 100 isolate. For example, silicone rubber can be used to open the reactor 100 through which the busbars 106 happen, seal.

Die Sammelschienen 106 treten aus praktischen Gründen in den unteren Teil des Reaktors 100 ein. Wenn die Sammelschienen 106 in den oberen Teil der Reaktorkammer 102 eintreten würden, wäre auch dann eine Dichtung 107 erforderlich. Diese würde nicht das Austreten von Flüssigkeit verhindern, sondern das Austreten von Dampf aus der Kammer 102. Die Sammelschienen 106 könnten sogar durch Einschieben in den Schacht 136 in die Kammer 102 eintreten, wobei in diesem Fall keine besondere Dichtung notwendig ist. Es ist jedoch wünschenswert, die Sammelschienen 106 so kurz wie möglich zu halten, um Leistungsverluste an den Sammelschienen zu reduzieren.The busbars 106 For practical reasons, they enter the lower part of the reactor 100 one. If the busbars 106 in the upper part of the reactor chamber 102 would be a poetry even then 107 required. This would not prevent the leakage of liquid, but the escape of vapor from the chamber 102 , The busbars 106 could even by pushing in the shaft 136 in the chamber 102 occur, in which case no special seal is necessary. However, it is desirable to use the busbars 106 as short as possible to reduce power losses at the busbars.

Die Vorläufertlüssigkeit wird dem Reaktor 100 durch den Vorläufereinlass 108 über das Ventil 110 zugeführt.The precursor liquid becomes the reactor 100 through the precursor inlet 108 over the valve 110 fed.

Zu Beginn ist die Kammer 102 so weit mit Vorläufertlüssigkeit gefüllt, dass der Vorformling (nicht dargestellt) wenigstens bedeckt ist. Während des Betriebs kann Vorläufertlüssigkeit in der Abscheidereaktion verbraucht werden oder als Dampf aus dem Reaktor 100 austreten. Demgemäß kann der Vorläufereinlass 108 während des Betriebs des Reaktors 100 zum Auffüllen der verlorenen Vorläufertlüssigkeit verwendet werden.At the beginning is the chamber 102 so far filled with precursor liquid that the preform (not shown) is at least covered. During operation, precursor liquid may be consumed in the deposition reaction or as vapor from the reactor 100 escape. Accordingly, the precursor inlet 108 during operation of the reactor 100 used to replenish the lost precursor liquid.

Während eines Verdichtungsprozesses kann die Verläufertlüssigkeit trübe werden. Demgemäß kann das Ventil 114 geöffnet werden, um das Abfließen der Vorläufertlüssigkeit durch einen Reagenzrücklauf 112 zum Filter 116 zu ermöglichen, worin sie gefiltert und zurück zum Reaktor 100 gepumpt wird. Der Filter 116 kann jeder beliebige geeignete Filter sein, wie eine poröse Keramikscheibe oder, besonders bevorzugt, Kohle.During a compression process, the dilute liquid may become cloudy. Accordingly, the valve 114 be opened to drain the precursor liquid through a reagent return 112 to the filter 116 to allow what they filtered and back to the reactor 100 is pumped. The filter 116 may be any suitable filter, such as a porous ceramic disk or, more preferably, carbon.

Die hier verwendeten Reagenzflüssigkeiten sind potenziell entflammbar. Somit ist es bevorzugt, dass der Verdichtungsprozess in einer inerten Atmosphäre durchgeführt wird. So kann beispielsweise Stickstoffgas verwendet werden. Um die Luft aus dem Hohlraum 102 auszublasen, wird das Ventil 120 geöffnet, das den Einstrom von Stickstoff durch den Einlass 118 ermöglicht. Das Ventil 124 kann geöffnet werden, um das Dampfwiedergewinnungssystem 130 schneller und effizienter zu entleeren. Sobald die Atmosphäre in der Kammer 102 durch Stickstoff ersetzt ist, kann das Ventil 128 geöffnet werden, um Stickstoff direkt in den Entlüftungsschacht 136 zu führen. Dieser Stickstoffstrom verhindert, dass Luft in den Hohlraum 102 dringt und die Ventile 120 und 124 können geschlossen werden. Durch das Schließen der Ventile 120 und 124 wird der Gasstrom durch das Dampfrückgewinnungssystem 130 verringert. So kann das Dampfrückgewinnungssystem 130 wirksamer arbeiten.The reagent fluids used here are potentially flammable. Thus, it is preferable that the compression process is performed in an inert atmosphere. For example, nitrogen gas can be used. To get the air out of the cavity 102 blow out the valve 120 opened, which is the influx of nitrogen through the inlet 118 allows. The valve 124 Can be opened to the steam recovery system 130 to empty faster and more efficiently. Once the atmosphere in the chamber 102 replaced by nitrogen, the valve can 128 be opened to nitrogen directly into the ventilation shaft 136 respectively. This nitrogen flow prevents air from entering the cavity 102 penetrates and the valves 120 and 124 can be closed. By closing the valves 120 and 124 the gas flow through the vapor recovery system 130 reduced. So can the vapor recovery system 130 work more effectively.

Das Dampfrückgewinnungssystem 130 ist ein System von der Art, die auf dem Fachgebiet zur Rückgewinnung verdampfter Flüssigkeiten bekannt ist. Mit einem solchen System kann die im Prozess anfallende Verlustmenge und die verwendete Vorläufermenge reduziert werden.The vapor recovery system 130 is a system of the type known in the art for the recovery of vaporized liquids. With such a system, the amount of loss incurred in the process and the amount of precursor used can be reduced.

Während des Betriebs wird im Hohlraum 102 in großer Nähe der Spule 104 eine Bremse aus Kohlenstoff (nicht dargestellt) angeordnet. Beispielhafte Spulenorte sind in 3, 5 und 6 dargestellt. Die Bremse aus Kohlenstoff wird vorzugsweise in einer Haltespannvorrichtung angebracht, die die Bremse aus Kohlenstoff fest in einer unveränderlichen Position im Verhältnis zu Reaktor und Spule hält. Die genaue Form der Spannvorrichtung ergibt sich aus der Form der Bremse aus Kohlenstoff. Eine solche Spannvorrichtung kann auf jede zweckmäßige Weise, wie auf einem Rand 132, gehalten werden.During operation will be in the cavity 102 in close proximity to the coil 104 a brake made of carbon (not shown) is arranged. Exemplary coil types are in 3 . 5 and 6 shown. The carbon brake is preferably mounted in a holding jig that holds the carbon brake firmly in a fixed position relative to the reactor and coil. The exact form of the Spannvor direction results from the shape of the brake made of carbon. Such a tensioning device may be in any convenient manner, such as on a rim 132 , being held.

Abhängig von der Form der Bremse aus Kohlenstoff kann es wünschenswert sein, Spulen unterschiedlicher Größe oder Form zu verwenden. Aus diesem Grund ist die Spule 104 über das Verbindungsglied 134 mit den Sammelschienen 106 verbunden. Das Verbindungsglied 134 ist Teil des elektrischen Schaltkreises, der auch die Sammelschienen 106 umfasst. Es enthält auch den Wasserstromkreis, der durch die Kanäle 105 gebildet wird. Das Verbindungsglied 134 kann einfach ein Metallblock sein, an dem Befestigungspunkte für Schrauben (nicht dargestellt) den Sockel der Spule 104 mit den Sammelschienen 106 verbinden. Die Verbindungen des Wasserstromkreises können mit flexiblen O-Ring-Dichtungen oder auf andere herkömmliche Weise abgedichtet werden. Der Werkstoff muss Zersetzung gegenüber sowohl in Wasser als auch in der Vorläuferflüssigkeit beständig sein. Für diesen Zweck können Viton oder Silikonkautschuk verwendet werden. Andere Befestigungsanordnungen, wie Schlitze und Rillen oder Klemmen, können ebenfalls verwendet werden.Depending on the shape of the carbon brake, it may be desirable to use coils of different size or shape. That's why the coil is 104 over the connecting link 134 with the busbars 106 connected. The connecting link 134 is part of the electrical circuit, which also includes the busbars 106 includes. It also contains the water circuit passing through the channels 105 is formed. The connecting link 134 may simply be a metal block, at the mounting points for screws (not shown) the base of the coil 104 with the busbars 106 connect. The connections of the water circuit can be sealed with flexible O-ring seals or in other conventional ways. The material must be resistant to both water and precursor decomposition. Viton or silicone rubber can be used for this purpose. Other mounting arrangements such as slots and grooves or clamps may also be used.

2A zeigt eine Zeichnung einer Spannvorrichtung 200 zur Verwendung in Verbindung mit dem Reaktor von 1. Die Spannvorrichtung 200 enthält einen Ring 202, dessen Größe so anpasst ist, dass er auf dem Rand 132 (1) aufliegen kann. Die Schrauben 203 werden durch den Ring 202 geführt. Die Schrauben 203 können in den Rand 132 (1) eingeschraubt werden, um die Spannvorrichtung 200 am Reaktor 100 (1) zu befestigen. In einer alternativen Ausführungsform können die Schrauben 203 nur auf dem Rand 132 (1) aufliegen. Auf diese Weise dienen die Schrauben 203 zum Einstellen des vertikalen Winkels der Spannvorrichtung im Verhältnis zum Rand 132 (1). 2A shows a drawing of a clamping device 200 for use in connection with the reactor of 1 , The tensioning device 200 contains a ring 202 whose size is so adaptable that he is on the edge 132 ( 1 ) can rest. The screws 203 be through the ring 202 guided. The screws 203 can in the edge 132 ( 1 ) are screwed in to the tensioning device 200 at the reactor 100 ( 1 ) to fix. In an alternative embodiment, the screws 203 only on the edge 132 ( 1 ) rest. This is how the screws serve 203 for adjusting the vertical angle of the tensioning device relative to the edge 132 ( 1 ).

Die Möglichkeit einer Regulierung des vertikalen Winkels der Spannvorrichtung 200 kann dann nützlich sein, wenn die Spule 104 unbeweglich am Reaktor 100 (1) befestigt ist. Wenn die Spannvorrichtung 200 eine Bremse aus Kohlenstoff hält, wird mit der Regulierung des vertikalen Winkels der Spannvorrichtung 200 die Position der Bremse aus Kohlenstoff im Vergleich zur Spule 104 reguliert. Da es bevorzugt ist, die Bremse aus Kohlenstoff so anzuordnen, dass sie konzentrisch zur Spule ist, ist es wünschenswert, entweder die Position der Bremse aus Kohlenstoff oder die der Spule zu regulieren.The possibility of adjusting the vertical angle of the tensioning device 200 can be useful if the coil 104 immovable at the reactor 100 ( 1 ) is attached. When the tensioner 200 Holding a brake made of carbon is done with the regulation of the vertical angle of the tensioning device 200 the position of the carbon brake compared to the coil 104 regulated. Since it is preferable to arrange the carbon brake to be concentric with the coil, it is desirable to regulate either the position of the carbon brake or that of the coil.

Die Spannvorrichtung 200 umfasst die vertikalen Teile 204A und 204B. Ein horizontales Teil 206 erstreckt sich zwischen den vertikalen Teilen 204A und 204B. Am horizontalen Teil 206 ist eine Säule 208 befestigt. Eine Bremse aus Kohlenstoff wird auf jede beliebige zweckmäßige Weise an der Säule 208 befestigt. Wenn die Bremse aus Kohlenstoff beispielsweise um eine Spindel angeordnet ist, kann der Stift durch die Spindel in die Säule 208 eingesetzt werden. Da sich die horizontalen Teile 204A und 204B, das vertikale Teil 206 und die Säule 208 in großer Nähe zur Induktionsspule 104 befinden, ist es bevorzugt, dass sie aus einem nicht magnetischen Werkstoff (mit einer Permeabilität von ungefähr 1) hergestellt sind. Sie sollten jedoch aus einem Werkstoff sein, der stark genug ist, um die Bremse aus Kohlenstoff zu tragen. Es kann ein Glas-Epoxy-Verbundwerkstoff verwendet werden. Da die Säule 208 mit einer Bremse aus Kohlenstoff, die erwärmt wird, in Berührung sein kann, sollte sie aus einem Werkstoff hergestellt sein, der einen guten Wärmeisolator darstellt und hohen Temperaturen gegenüber beständig ist. Die Säule 208 ist besonders bevorzugt aus Quarz hergestellt.The tensioning device 200 includes the vertical parts 204A and 204B , A horizontal part 206 extends between the vertical parts 204A and 204B , At the horizontal part 206 is a pillar 208 attached. A carbon brake will attach to the column in any convenient way 208 attached. For example, if the carbon brake is disposed about a spindle, the pin may pass through the spindle into the column 208 be used. Because the horizontal parts 204A and 204B , the vertical part 206 and the pillar 208 in close proximity to the induction coil 104 It is preferred that they be made of a non-magnetic material (with a permeability of about 1). However, they should be made of a material strong enough to support the carbon brake. A glass-epoxy composite can be used. Because the pillar 208 It may be made of a material that is a good thermal insulator and resistant to high temperatures with a carbon-based brake that is heated. The pillar 208 is particularly preferably made of quartz.

Um ein passendes Verhältnis zwischen einer Bremse aus Kohlenstoff und der Spule 104 zu gewährleisten, kann es wünschenswert sein, die Spule 104 direkt an der Spannvorrichtung 200 zu befestigen. Die Spule 104 kann dann mit nicht leitenden Stiften 210 am vertikalen Teil 204 befestigt werden.To find a suitable relationship between a carbon brake and the coil 104 To ensure it may be desirable to use the coil 104 directly on the clamping device 200 to fix. The sink 104 can then use non-conductive pins 210 at the vertical part 204 be attached.

2B zeigt eine detailliertere Ansicht der Spule 104. Die Spule 104 besteht wahlweise aus einer Mehrzahl Spulensegmenten 251, 252, 253 und 254, die elektrisch leitend parallel verbunden sind. Die Spulensegmente 251254 sind mit den leitfähigen Stäben 260A und 260B verbunden. Die Sammelschienen 106, die die Spule 104 mit Strom versorgen, sind mit den leitfähigen Stäben 260A und 260B verbunden. Wie aus 2B hervorgeht, sind die Sammelschienen 106 in der Mitte der leitfähigen Stäbe 260A und 260B angeschlossen. Somit sind die Spulensegmente 251254 symmetrisch um die Energiequelle angeordnet. Folglich wird jeder beliebige Spannungsabfall, der bei Anwendung hoher Ströme von Bedeutung sein kann, entlang der Länge der Spule 104 ausgeglichen. Das führt zu einer gleichmäßigeren Erwärmung einer Bremse aus Kohlenstoff. 2 B shows a more detailed view of the coil 104 , The sink 104 optionally consists of a plurality of coil segments 251 . 252 . 253 and 254 , which are electrically connected in parallel. The coil segments 251 - 254 are with the conductive bars 260A and 260B connected. The busbars 106 that the coil 104 power, are with the conductive rods 260A and 260B connected. How out 2 B shows are the busbars 106 in the middle of the conductive bars 260A and 260B connected. Thus, the coil segments 251 - 254 arranged symmetrically around the energy source. Consequently, any voltage drop that may be significant when using high currents is along the length of the coil 104 balanced. This leads to a more uniform heating of a brake made of carbon.

Um eine gleichmäßigere Erwärmung zu erreichen, kann jedes Spulensegment wahlweise eine andere Länge aufweisen. Da die Spulensegmente 252 und 253 näher am Stromabgriff der Sammelschienen 106 sind, können sie beispielsweise mit einer größeren Länge hergestellt werden als die Spulensegmente 251 und 254, indem sie z. B. mehr Wicklungen erhalten. Die Größe der Spulensegmente 252 und 253 kann auch derart bemessen sein, dass der Widerstand im Schaltkreis von den Sammelschienen 106 durch beliebige Spulensegmente 251-254 identisch ist.In order to achieve a more uniform heating, each coil segment can optionally have a different length. Since the coil segments 252 and 253 closer to the power tap of the busbars 106 For example, they can be made with a longer length than the coil segments 251 and 254, by B. get more windings. The size of the coil segments 252 and 253 can also be such that the resistance in the circuit of the busbars 106 through any coil segregation mente 251 - 254 is identical.

Die Spule 104 kann wahlweise so ausgelegt sein, dass sie entlang ihrer Länge eine nicht einheitliche Wicklungsdichte aufweist, um Schwerkraftauswirkungen während des Verfahrens auszugleichen. So steigt Dampf, der durch die siedende Vorläuferflüssigkeit erzeugt wird, entlang der Bremse aus Kohlenstoff nach oben. Es ist möglich, dass sowohl die Menge als auch die Geschwindigkeit des Dampfes am oberen Ende der Bremse aus Kohlenstoff höher sind als am unteren Ende. Folglich kann sich die Wärmeübertragung aus der Bremse aus Kohlenstoff am oberen Ende von der am unteren Ende unterscheiden. Um dem entgegenzuwirken, ist es möglich, eine Spule 104 zu konstruieren, die am oberen Ende der Bremse aus Kohlenstoff eine unterschiedliche Erwärmung ermöglicht. So kann beispielsweise die Wicklungsdichte der Spule am oberen Ende geringer sein oder der Abstand zwischen Spule und Bremse aus Kohlenstoff am oberen Ende geringer sein.The sink 104 Optionally, it may be designed to have a nonuniform winding density along its length to compensate for gravity effects during the process. Thus, vapor generated by the boiling precursor liquid rises upward along the carbon brake. It is possible that both the amount and the speed of the steam at the upper end of the brake are higher in carbon than at the lower end. Thus, the heat transfer from the carbon brake at the top may be different from that at the bottom. To counteract this, it is possible to use a coil 104 to construct, which allows for a different heating at the upper end of the carbon brake. For example, the winding density of the coil at the upper end may be lower or the distance between the coil and the carbon brake may be lower at the upper end.

3 zeigt das Verhältnis eines Vorformlings 302 zu einer Spule 304 innerhalb eines Reaktors 300. Der Vorformling 302 befindet sich in der Mitte der Spule 304 und beide sind in eine Vorläuferflüssigkeit 308 eingetaucht. 3 shows the ratio of a preform 302 to a coil 304 within a reactor 300 , The preform 302 is in the middle of the coil 304 and both are in a precursor liquid 308 immersed.

Für Anwendungen mit Induktionserwärmung ist die Spule im Allgemeinen so geformt, dass sie dem zu erwärmenden Teil entspricht. Der Durchmesser der Spule kann kleiner sein, wo der Durchmesser des Teils kleiner ist. Alternativ kann die Wicklungsdichte der Spule in den Bereichen erhöht werden, in denen der zu erwärmende Gegenstand weiter von der Spule entfernt ist.For applications with induction heating the coil is generally shaped to be heated Part corresponds. The diameter of the coil can be smaller, where the diameter of the part is smaller. Alternatively, the winding density the coil in the areas increased in which the one to be heated Item further away from the spool.

Die Spule 304 kann so geformt sein, dass sie dem Vorformling 302 entspricht. Alternativ kann eine zweite Spule, Spule 306, in den Vorformling 302 eingesetzt werden. Der Stromfluss durch jede Spule sollte dergestalt sein, dass der magnetische Fluss, der von jeder Spule generiert wird, im Vorformling 302 gleichphasig ist. Vorzugsweise sind beide Spulen 304 und 306 mit demselben Stromversorgungsgerät verbunden, um die Gleichphasigkeit der Ströme durch die Spulen sicherzustellen. Die Anordnung in 3 ist natürlich nur für hohle Vorformlinge nützlich. Mit den beiden Spulen 304 und 306 ist der magnetische Fluss in dem gesamten Vorformling 302 einheitlicher. Bereiche des Vorformlings 302, die weiter von der Spule 304 entfernt sind und somit nicht wirksam von der Spule 304 erwärmt werden, sind näher an der Spule 306 und werden von ihr wirksamer erwärmt. Auf diese Weise kann eine einheitliche Erwärmung des Vorformlings ohne den speziellen Bau einer Spule für jeden Vorformling erreicht werden.The sink 304 can be shaped to fit the preform 302 equivalent. Alternatively, a second coil, coil 306 , in the preform 302 be used. The current flow through each coil should be such that the magnetic flux generated by each coil is in the preform 302 is in phase. Preferably, both coils 304 and 306 connected to the same power supply to ensure the in-phase of the currents through the coils. The arrangement in 3 is of course only useful for hollow preforms. With the two coils 304 and 306 is the magnetic flux in the entire preform 302 uniform. Areas of the preform 302 further from the coil 304 are removed and therefore not effective from the coil 304 are heated, are closer to the coil 306 and are heated more effectively by her. In this way, a uniform heating of the preform can be achieved without the special construction of a coil for each preform.

4 zeigt ein alternatives Verfahren zum Erwärmen eines Vorformlings 402. In diesem Fall hat der Vorformling 402 die Form eines Stabs oder einer Stange. Der Vorformling 402 ist zwischen den Elektroden 404 eingespannt. Der Vorformling 402 ist auf beliebige zweckmäßige Weise eingespannt, sodass gute elektrische und mechanische Verbindungen vorgesehen sind. 4 shows an alternative method of heating a preform 402 , In this case, the preform has 402 the shape of a staff or a pole. The preform 402 is between the electrodes 404 clamped. The preform 402 is clamped in any convenient manner, so that good electrical and mechanical connections are provided.

Die Elektroden 404 sind aus jedem beliebigen Werkstoff hergestellt, der den Strom führen kann, der zum Verdichten des Teils ohne wesentliche Erwärmung oder Reaktion mit der Vorläuferflüssigkeit erforderlich ist.The electrodes 404 are made of any material that can carry the current required to densify the part without substantial heating or reaction with the precursor liquid.

In diesem Fall sind die Elektroden 404 aus 1,9 cm (drei viertel Zoll) Kupferstäben hergestellt, die mit Schlitzen 406 versehen sind. In dem Spalt um den Vorformling 402 sind Beilagscheiben aus Kupfer 408 angeordnet. Die Beilagscheiben 408 sind mit Schraubenbolzen 410, die an den Gewindeenden 412 der Elektroden 404 verschraubt sind, in den Vorformling 402 gepresst.In this case, the electrodes are 404 Made from 1.9 cm (three quarter inch) copper rods, with slots 406 are provided. In the gap around the preform 402 are washers made of copper 408 arranged. The washers 408 are with bolts 410 at the threaded ends 412 the electrodes 404 screwed into the preform 402 pressed.

Während des Betriebs wird der Vorformling 402 in eine Vorläuferflüssigkeit 414 eingebracht. Die Elektroden 404 sind mit einem Stromversorgungsgerät (nicht dargestellt) verbunden, das einen Stromfluss durch den Vorformling 402 bereitstellt, welcher den Vorformling 402 erwärmt. Wenn der Widerstand des Vorformlings gering ist, beispielsweise wenn der Vorformling aus Kohlenstofffasern oder aus anderen Fasern, die von verkohltem Harz zusammengehalten werden, hergestellt ist, ist eine hohe Stromversorgung bevorzugt. Die erforderliche Strommenge hängt von der Querschnittsfläche des Vorformlings 402 sowie dessen spezifischem Widerstand ab. Der Strom sollte jedoch ausreichen, einen Teil des Vorformlings 402 über die Pyrolysetemperatur der Vorläuferflüssigkeit 414 hinaus zu erwärmen. Wahrscheinlich sind Ströme in der Größenordnung von 1.000 Ampere erforderlich, die genaue Strommenge kann aber auch empirisch auf der Grundlage von Temperaturmessungen des Vorformlings bestimmt werden. Gleichstrom ist bevorzugt, es kann aber auch Wechselstrom verwendet werden. Es kann notwendig sein, den Strom während der Verdichtung des Vorformlings 402 zu verändern. Mit zunehmender Verdichtung des Vorformlings 402 nimmt der Widerstand wahrscheinlich ab, was eine Erhöhung des Stroms verlangt, um eine gleich bleibende Erwärmung aufrechtzuerhalten. Aus diesem Grund kann es bevorzugt sein, ein Pyrometer zu verwenden, mit dem die Temperatur des Vorformlings ununterbrochen oder in periodischen Abständen gemessen wird, wonach entweder die Spannung der Stromversorgung justiert wird, um den gewünschten Strom zu bewahren, oder der Strom direkt justiert wird.During operation, the preform becomes 402 in a precursor liquid 414 brought in. The electrodes 404 are connected to a power supply (not shown) that conducts current through the preform 402 which provides the preform 402 heated. When the resistance of the preform is low, for example, when the preform is made of carbon fibers or other fibers held together by charred resin, a high power supply is preferred. The amount of electricity required depends on the cross-sectional area of the preform 402 and its specific resistance. The current should be sufficient, however, part of the preform 402 about the pyrolysis temperature of the precursor liquid 414 to warm out. While currents on the order of 1,000 amps are likely to be required, the precise amount of current can also be determined empirically based on preform temperature measurements. DC is preferred, but AC can also be used. It may be necessary to reduce the current during the compaction of the preform 402 to change. With increasing compaction of the preform 402 The resistance is likely to decrease, requiring an increase in current to maintain a steady warming. For this reason, it may be preferable to use a pyrometer with which the temperature of the preform unun is broken or measured at periodic intervals, after which either the voltage of the power supply is adjusted to preserve the desired current, or the current is adjusted directly.

Die Vorrichtung in 4 eignet sich insbesondere zum Verdichten von Vorformlingen, deren Form einen einheitlichen Querschnitt aufweist, wie Stangen oder Stäbe oder Rohre mit einheitlichem Durchmesser und gleicher Wanddicke, flache Platten oder andere Formen mit einer einheitlichen Querschnittsfläche in rechtem Winkel zur Richtung des Stromflusses. Derartige Vorformlinge können die fertige Form oder "Netzform" haben. Alternativ können Scheiben oder andere Formen nach der Verdichtung von der Stange, dem Stab, den flachen Platten oder anderen Formen geschnitten werden. Auf diese Weise können Teile mit nicht einheitlichem Querschnitt verdichtet werden. Alternativ können mehrere Teile aus einem verdichteten Teil geschnitten werden, sodass tatsächlich das gleichzeitige Verdichten mehrerer Teile in einem Reaktor mit nur einem Stromversorgungsgerät möglich ist.The device in 4 is particularly suitable for compacting preforms whose shape has a uniform cross-section, such as bars or rods or tubes of uniform diameter and wall thickness, flat plates or other shapes with a uniform cross-sectional area at right angles to the direction of current flow. Such preforms may have the finished shape or "net shape". Alternatively, slices or other shapes may be cut after compression from the bar, bar, flat plates or other shapes. In this way, parts with non-uniform cross-section can be compacted. Alternatively, several parts can be cut from a compacted part, so that in fact the simultaneous compression of several parts in a reactor with only one power supply unit is possible.

4 zeigt den Vorformling 402 horizontal im Reaktorbehälter ausgerichtet. Es kann jede Ausrichtung verwendet werden. 5 zeigt eine alternative Konfiguration zum Verdichten eines Vorformlings 502. Der Vorformling 502 wird im Inneren einer Induktionsspule 504 angebracht. Die Enden des Vorformlings 502 sind an Elektroden 506 angeschlossen. Nach dem Anschluss an eine geeignete Stromversorgung wie vorstehend beschrieben liefert die Spule 504 Induktionswärme für den Vorformling 502 und die Elektroden 506 erleichtern die Widerstandserwärmung. 4 shows the preform 402 aligned horizontally in the reactor vessel. Any orientation can be used. 5 shows an alternative configuration for compacting a preform 502 , The preform 502 is inside an induction coil 504 appropriate. The ends of the preform 502 are on electrodes 506 connected. After connection to a suitable power supply as described above, the coil provides 504 Induction heat for the preform 502 and the electrodes 506 facilitate resistance heating.

Der Vorformling 502 enthält einen konkaven Bereich 508. Vorformlinge mit konkaven Bereichen oder Bereichen unterschiedlichen Querschnitts sind im Allgemeinen für eine gleichmäßige Erwärmung mithilfe der Widerstandserwärmung unerwünscht, da die Stromdichte und damit die Erwärmung in den konkaven Bereichen höher ist. Konkave Bereiche sind auch nicht für die gleichmäßige Erwärmung mithilfe der Induktionserwärmung förderlich, da konkave Bereiche ohne spezielle Spulenkonstruktion nicht so gut erwärmt werden wie die umgebenden Bereiche. Die Verwendung von sowohl Widerstandserwärmung als auch Induktionserwärmung sorgt jedoch für eine eher gleichmäßige Erwärmung, da überhitzte Stellen, die mit der Widerstandserwärmung verbunden sind, eher durch die kalten Stellen der Induktionserwärmung ausgeglichen werden. Demgemäß ist es möglich, den Vorformling 502 gleichmäßig und ohne spezielle Spulenkonstruktion, die der Kontur des Vorformlings 502 entspricht, zu erwärmen.The preform 502 contains a concave area 508 , Preforms having concave areas or areas of different cross-sections are generally undesirable for uniform heating by resistance heating because the current density and thus the heating in the concave areas is higher. Concave areas are also not conducive to uniform heating by means of induction heating because concave areas without special coil construction are not heated as well as the surrounding areas. However, the use of both resistance heating and induction heating provides for more uniform heating since overheated areas associated with resistance heating are more likely to be compensated by the cold spots of induction heating. Accordingly, it is possible to use the preform 502 evenly and without special coil construction, the contour of the preform 502 corresponds to warm.

Die Kombination aus Widerstands- und Induktionserwärmung ist auch dahingehend vorteilhaft, dass sie eine bessere Steuerung der Erwärmung des Vorformlings ermöglicht. Um den Vorformling am besten zu verdichten, ist es wünschenswert, dass die Mitte des Vorformlings zu Anfang auf eine Temperatur oberhalb der Pyrolysetemperatur der Vorläuferflüssigkeit erwärmt wird. Es wird ein Temperaturgradient geschaffen, der aufgrund der Kühlwirkung der Vorläuferflüssigkeit von der Mitte des Vorformlings zu dessen Peripherie abnimmt. Bei dieser Temperaturverteilung tritt das Abscheiden von verdichtendem Material vorzugsweise in der Mitte des Vorformlings auf. Mit fortschreitender Verdichtung ist es wünschenswert, dass die Bereiche des Vorformlings, die radial von der Mitte nach außen verlaufen, schrittweise die Pyrolysetemperatur überschreiten. Widerstandserwärmung erzeugt Wärme praktisch gleichmäßig über den gesamten Querschnitt hinweg, wobei nur Unterschiede zweiter Ordnung aufgrund des durch den Temperaturgradienten veränderten spezifischen Widerstands auftreten. Da die Vorläuferflüssigkeit das Äußere des Vorformlings abkühlt, ist das sich daraus ergebende Temperaturprofil in der Mitte am wärmsten und am Rand am kühlsten. Außerdem fällt der Widerstand bei einigen Vorformen mit zunehmender Temperatur, sodass sich Strom, und somit zusätzliche Wärmeerzeugung auf die heißeren Innenabschnitte des Vorformlings konzentrieren. Diese Temperaturverteilung eignet sich besonders für den Beginn des Verdichtungszyklus.The Combination of resistance and induction heating is also to that effect advantageous that they better control the heating of the Preform allows. In order to best compact the preform, it is desirable that the center of the preform is initially at a temperature above the pyrolysis temperature of the precursor liquid heated becomes. It creates a temperature gradient, due to the cooling effect the precursor liquid decreases from the center of the preform to its periphery. at this temperature distribution occurs the deposition of compacting Material preferably in the middle of the preform. With progressive Compaction it is desirable that the areas of the preform that are radially from the center to Outside run, gradually exceed the pyrolysis temperature. Resistance heating generated Heat practically evenly over the across the cross section, with only second order differences due to the resistivity changed by the temperature gradient occur. As the precursor liquid the exterior of the Preform cools, The resulting temperature profile is the warmest in the middle and the coolest on the edge. Furthermore he falls Resistance at some preforms with increasing temperature, so electricity, and thus additional heat generation on the hotter Concentrate inner sections of the preform. This temperature distribution is particularly suitable for the beginning of the compression cycle.

Umgekehrt verursacht die Induktionsspule 504 eine größere Wärmeerzeugung in der Nähe der Peripherie des Vorformlings. Die erzeugte Wärmemenge fällt bei der Eindringtiefe auf 14 % des Höchstwerts. Die Eindringtiefe ist wiederum eine Funktion der Frequenz und nimmt umgekehrt proportional zur Quadratwurzel der Frequenz ab. Durch die geeignete Wahl einer Frequenz mithilfe bekannter Techniken, die dem Fachmann auf dem Gebiet der Induktionserwärmung vertraut sind, kann die Induktionsspule 504 mehr Wärme in der Peripherie des Vorformlings erzeugen. Diese Wärmeverteilung ist am Ende des Verdichtungszyklus wünschenswert. Demgemäß können wünschenswerte Ergebnisse dadurch erzielt werden, dass der Vorformling 502 zuerst mittels Widerstandserwärmung erwärmt und dann der Strom durch die Spule 504 erhöht wird. Falls erwünscht, kann der Strom durch die Elektroden 506 gleichzeitig reduziert werden.Conversely, the induction coil causes 504 greater heat generation near the periphery of the preform. The amount of heat generated falls at the penetration depth to 14% of the maximum value. The penetration depth is again a function of the frequency and decreases inversely proportional to the square root of the frequency. By appropriate selection of a frequency using known techniques familiar to those skilled in the art of induction heating, the induction coil can 504 generate more heat in the periphery of the preform. This heat distribution is desirable at the end of the compression cycle. Accordingly, desirable results can be achieved by having the preform 502 heated first by means of resistance heating and then the current through the coil 504 is increased. If desired, the current through the electrodes 506 be reduced at the same time.

Eine ähnliche Wärmeverteilung während des Verdichtungszyklus kann auch durch eine vorstehende Induktionsspule erreicht werden. Die Frequenz der Stromversorgung ist zu Anfang so eingestellt, dass eine Eindringtiefe von ungefähr einem Viertel bis einem Drittel des Durchmessers des Vorformlings erreicht wird. Diese Eindringtiefe ergibt unter Berücksichtigung der Wärmeübertragung aus dem Vorformling heraus eine maximale Wärmekonzentration in der Mitte des Vorformlings. Idealerweise ist die Leistungsversorgung der Spule so eingestellt, dass der Vorformling gerade über die Pyrolysetemperatur der Vorläuferflüssigkeit hinaus erwärmt wird, während die Vorläuferflüssigkeit den Rest des Vorformlings unter die Pyrolysetemperatur abkühlt. Mit zunehmender Verdichtung der Mitte des Vorformlings kann die Frequenz der Stromversorgung erhöht werden, um den Vorformling in Bereichen, die sich etwas außerhalb der Mitte befinden, auf eine Temperatur etwas oberhalb der Pyrolysetemperatur zu erhitzen. Die Leistungsversorgung der Spule kann auch etwas verringert werden, um sicherzustellen, dass der Rest des Vorformlings unterhalb der Pyrolysetemperatur der Vorläufertlüssigkeit bleibt. Derartige Regulierungen können so lange vorgenommen werden, bis der Vorformling vollständig verdichtet ist. Die genaue Änderungsgeschwindigkeit für Frequenz und Leistung hängt von der Form und der Zusammensetzung des Vorformlings ab und kann u. U. empirisch bestimmt werden.A similar heat distribution during the compression cycle can also be achieved by a protruding induction coil. The frequency of the power supply is initially set to achieve a penetration of about one quarter to one third of the diameter of the preform. Taking into account the heat transfer from the preform, this penetration depth results in a maximum heat concentration in the middle of the preform. Ideally, the power supply of the coil is set so that the preform is heated just above the pyrolysis temperature of the precursor liquid while the precursor liquid cools the remainder of the preform below the pyrolysis temperature. With increasing densification of the center of the preform, the frequency of the power supply may be increased to heat the preform to a temperature somewhat above the pyrolysis temperature in regions that are slightly out of center. The power supply of the coil can also be reduced somewhat to ensure that the remainder of the preform remains below the pyrolysis temperature of the precursor liquid. Such adjustments can be made until the preform is fully densified. The exact rate of change of frequency and power depends on the shape and composition of the preform, and may be subject to change. U. be determined empirically.

Selbst wenn eine Induktionsspule ohne Widerstandserwärmung verwendet wird, können wünschenswerte Ergebnisse dadurch erreicht werden, dass die Leistungsversorgung der Induktionsspule mit fortschreitendem Verdichtungszyklus erhöht wird.Even If an induction coil is used without resistance heating, desirable Results can be achieved by the power supply the induction coil is increased with the progress of the compression cycle.

7 zeigt drei Kurven, die zum Verständnis dazu beitragen, wie eine umfassendere Verdichtung mit zunehmender Leistungsversorgung während des Verdichtungszyklus erreicht werden kann. 7 zeigt die Kurven 702, 704 und 706, die jeweils die Dichte eines verdichteten Vorformlings in Abhängigkeit vom Abstand zur Mitte der Dicke des Vorformlings darstellen. Die Kurve 702 wurde mit relativ niedriger Eingangsleistung erstellt. Die Dichte zeigt ein Maximum an der Mittellinie. Dieses Verdichtungsmuster ist die Folge dessen, dass die Mitte auf eine Temperatur erwärmt wird, die hoch genug ist, um für eine Pyrolyse der Vorläuferflüssigkeit zu sorgen. Die Außenseite des Vorformlings wird gekühlt, sodass keine Pyrolyse und damit verbundene Abscheidereaktionen auftreten. Die Kurve 706 wurde mit relativ hoher Eingangsleistung erstellt. Die maximale Dichte tritt in der Peripherie auf, da die Peripherie auf eine Temperatur erwärmt wird, die hoch genug ist, um für eine Pyrolyse der Vorläuferflüssigkeit zu sorgen. Die Pyrolyse verursacht Abscheidungen, die die Infiltrierung der Vorläufer in die Mitte des Vorformlings verhindern. Die Kurve 704 wurde mit einer mittleren Leistung erstellt und zeigt eine maximale Dichte zwischen der Mittellinie und der Peripherie. 7 Figure 3 shows three curves that help to understand how to achieve more complete compaction with increasing power supply during the compaction cycle. 7 shows the curves 702 . 704 and 706 , each representing the density of a densified preform as a function of the distance to the center of the thickness of the preform. The curve 702 was created with relatively low input power. The density shows a maximum at the midline. This compaction pattern is the result of heating the center to a temperature high enough to provide pyrolysis of the precursor liquid. The outside of the preform is cooled so that no pyrolysis and associated deposition reactions occur. The curve 706 was created with relatively high input power. The maximum density occurs in the periphery because the periphery is heated to a temperature high enough to provide pyrolysis of the precursor liquid. Pyrolysis causes deposits that prevent infiltration of the precursors into the center of the preform. The curve 704 was created with a medium power and shows a maximum density between the midline and the periphery.

Um die Verdichtung zu verbessern, ist es wünschenswert, zu Beginn eine Leistung Po zu verwenden, wie sie zur Erzeugung der Kurve 702 verwendet wurde. Am Ende des Verdichtungszyklus wird bevorzugt eine Leistung Pf verwenden, wie sie zur Erzeugung der Kurve 706 verwendet wurde. Dazwischen wird zweckmäßigerweise eine Leistung verwendet, die zu einer Kurve wie 704 führt. 8 zeigt eine Kurve mit wünschenswerten Eingangsleistungen in Abhängigkeit von der Zeit P(t) während des Verdichtungszyklus. Anfänglich ist die Leistung auf Po eingestellt. Am Ende des Verdichtungszyklus zum Zeitpunkt Tf ist die Leistung gleich Pf. Während des Verdichtungszyklus wird die Leistung erhöht. Wie aus 8 ersichtlich wird die Leistung proportional zurzeit t um die Potenz n erhöht. Hierbei handelt es sich um ein wünschenswertes Verhältnis, da die chemische Reaktion, die die Abscheidungen verursacht, mit zunehmender Temperatur zunimmt. So ist weniger Zeit nötig, um die Außenbereiche des Vorformlings zu verdichten. Die anderen Bereiche des Vorformlings werden während des Verdichtens des Innenbereichs ebenfalls bis zu einem gewissen Grad verdichtet. Demzufolge verdichten die peripheren Bereiche des Vorformlings viel schneller als das Innere und zum Verdichten der Außenbereiche des Vorformlings ist weniger Zeit erforderlich.To improve compaction, it is desirable to use a power P o at the beginning, such as that used to generate the curve 702 has been used. At the end of the compression cycle, it will be preferable to use a power P f as used to generate the curve 706 has been used. In between, it is expedient to use a power which corresponds to a curve 704 leads. 8th shows a curve with desirable input powers versus time P (t) during the compression cycle. Initially, the power is set to P o . At the end of the compression cycle at time T f , the power equals P f . During the compression cycle the power is increased. How out 8th it is evident that the power is proportionally increased by the power n at the moment t. This is a desirable ratio because the chemical reaction that causes the deposits increases with increasing temperature. This will take less time to compact the outside of the preform. The other portions of the preform are also densified to some degree during interior compaction. As a result, the peripheral portions of the preform compress much faster than the interior, and less time is required to compact the outer portions of the preform.

Die Werte μ, Po, Pf, Tf und n sind von Faktoren wie der Größe und der Geometrie des Vorformlings sowie der jeweiligen verwendeten Vorläuferflüssigkeit abhängig. Diese Werte können theoretisch berechnet werden. Aufgrund der komplizierten Art der fraglichen Phänomene kann es bevorzugt sein, die geeigneten Werte vorzugsweise empirisch zu bestimmen. Hierbei können mehrere Versuchsreihen, die periodisch unterbrochen werden, um den Vorformling zu beobachten und seine Dichte zu messen, erforderlich sein, um die passenden Werfe zu ermitteln. Es wurde beobachtet, dass Werte für n im Bereich zwischen 1 und 5 für eine oder mehrere Bremskomponenten aus Kohlenstoff wie hier beschrieben zufrieden stellend sind. Für andere Geometrien können jedoch andere Werte wünschenswert sein.The values μ, P o , P f , T f and n depend on such factors as the size and geometry of the preform and the particular precursor liquid used. These values can be calculated theoretically. Due to the complicated nature of the phenomena in question, it may be preferable to determine the appropriate values preferably empirically. Here, multiple series of experiments that are periodically interrupted to observe the preform and measure its density may be required to determine the appropriate pitch. It has been observed that values for n ranging between 1 and 5 are satisfactory for one or more carbon brake components as described herein. However, other values may be desirable for other geometries.

Es sei bemerkt, dass 8 eine kontinuierliche Leistungsveränderung zeigt. Die Leistung kann jedoch in einzelnen Schritten erhöht werden. Dasselbe Muster unterschiedlicher Eingangsleistung kann außerdem ungeachtet des Verfahrens zum Erwärmen des Vorformlings verwendet werden. Außerdem zeigt die Kurve von 8, dass die Leistung kontinuierlich angelegt wird. Wie nachstehend beschrieben, kann es nützlich sein, die angelegte Leistung periodisch zwischen einem Zustand "ein" und einem Zustand "aus" oder einem niedrigeren Pegel zu pulsieren. Wenn eine gepulste Energiequelle verwendet wird, stelle die Kurve in 8 die Leistung im Zustand "ein" dar.It should be noted that 8th shows a continuous change in performance. However, the performance can be increased in individual steps. The same pattern of different input power can also be used regardless of the method of heating the preform. In addition, the curve of 8th in that the power is applied continuously. As described below, it may be useful to pulse the applied power periodically between a "on" state and an "off" or lower level state. If a pulsed energy source is used, set the curve in 8th the power is in the "on" state.

Eine weitere Möglichkeit zur Steuerung der Abscheidung ist die Regulierung des Drucks in der Reaktorkammer. Zu Anfang ist es wünschenswert, die Peripherie des Vorformlings zu kühlen, damit die Abscheidung im Wesentlichen im Inneren stattfindet. Das Kühlen erfolgt durch Sieden oder Verdampfen und Konvektion der Vorläuferflüssigkeit sowie durch Strahlungswärmeübertragung. Wenn die Mitte des Vorformlings verdichtet ist, ist eine geringere Kühlung der Peripherie wünschenswert, sodass die Verdichtung des Äußeren des Vorformlings schnell erfolgt. Um die Kühlung herabzusetzen, kann der Druck in der Reaktorkammer geändert werden. Der Druck kann beispielsweise einfach durch Schließen des Entlüftungsschachts 136 erhöht werden.Another way to control the deposition is the regulation of the pressure in the reactor chamber. Initially, it is desirable to cool the periphery of the preform so that deposition occurs substantially internally. The cooling takes place by boiling or evaporation and convection of the precursor liquid and by radiant heat transfer. When the center of the preform is compacted, less peripheral cooling is desirable so that the densification of the exterior of the preform is rapid. To reduce the cooling, the pressure in the reactor chamber can be changed. For example, the pressure can be released simply by closing the ventilation duct 136 increase.

Wie vorstehend beschrieben, ist es wünschenswert, dass die Verdichtung vorzugsweise im Inneren des Vorformlings auftritt. Die vorstehend beschriebenen Techniken zur Verfahrenssteuerung beziehen sich auf die Steuerung eines Verdichtungsverfahrens durch Steuerung der Erwärmung des Vorformlings. Es ist ebenfalls möglich, die Dampfdiffusion in den Vorformling zu steuern.As described above, it is desirable the compaction preferably occurs inside the preform. Refer to the process control techniques described above to the control of a compaction process by control the warming of the preform. It is also possible to vapor diffusion in to control the preform.

Wenn mehr Dampf in die Innenbereiche des Vorformlings gelangt oder die Dampfkonzentration im Inneren des Vorformlings zunimmt, tritt die Verdichtung vorzugsweise im Inneren des Vorformlings auf.If more steam gets into the interior of the preform or the Steam concentration increases inside the preform, the occurs Compression preferably in the interior of the preform.

Eine Möglichkeit, die Konzentration der Werkstoffe zu erhöhen, die eine Abscheidung im Inneren des Vorformlings bilden, besteht in der pulsierenden Erwärmung des Vorformlings. Ein Pulsieren der Erwärmung ermöglicht ein Herausdiffundieren von Nebenprodukten, die während der Bildung einer Abscheidung aus der Gasphase erzeugt werden, aus dem Vorformling, wenn keine Erwärmung stattfindet oder das Erwärmen reduziert wird. Wenn beispielsweise Cyclohexan als Vorläuferflüssigkeit verwendet wird, wird als Nebenprodukt H2 erzeugt. Wenn die Leistungsversorgung der Spule (bei Verwendung von Induktionserwärmung) oder die Leistungsversorgung des Vorformlings (bei Verwendung von Widerstandserwärmung) periodisch für einen Zeitraum unterbrochen wird, der lang genug ist, um dass Herausdiffundieren von H2 aus dem Vorformling zu ermöglichen, kann bei Wiederaufnahme der Erwärmung mehr Cyclohexandampf in den Vorformling diffundieren. Die Konzentration des Cyclohexandampfs ist dann höher, da H2 entwichen ist.One way to increase the concentration of materials that form a deposit inside the preform is by pulsating heating of the preform. Pulsing the heating allows out-diffusion of byproducts generated during the formation of a vapor phase deposit from the preform when no heating occurs or heating is reduced. For example, when cyclohexane is used as the precursor liquid, H 2 is produced as a by-product. If the power supply to the coil (using induction heating) or the preform power supply (using resistance heating) is interrupted periodically for a period of time sufficient to allow H 2 to diffuse out of the preform, the resumption may occur Warming more cyclohexane vapor diffuse into the preform. The concentration of cyclohexane vapor is then higher because H 2 has escaped.

Das Erwärmen braucht nur für einen relativ kurzen Zeitraum unterbrochen zu werden. Die Länge des Zeitraums hängt von der Größe des Vorformlings und dem Verdichtungsstadium ab. Das Herausdiffundieren der Nebenprodukte aus der Mitte eines dicken Vorformlings kann länger dauern als das aus den Randbereichen. Folglich kann es wünschenswert sein, das Erwärmen zu Anfang des Verdichtungszyklus, während das Innere des Vorformlings verdichtet wird, für längere Zeiträume zu unterbrechen. Das Erwärmen sollte vorzugsweise für einen Zeitraum von 0,01 Sekunden bis 10 Minuten, besonders bevorzugt 0,01 Sekunden bis 3 Minuten, unterbrochen werden. Das Erwärmen sollte in Intervallen unterbrochen werden, deren Länge umgekehrt proportional zur Erzeugungsgeschwindigkeit der Nebenprodukte ist und vorzugsweise zwischen ungefähr 0,01 Sekunden bis 3 Minuten liegt.The Heat only needs for a relatively short period of time to be interrupted. The length of the period depends on the size of the preform and the compaction stage. The outward diffusion of the by-products from the middle of a thick preform may take longer than that from the Edge areas. Consequently, it may be desirable to heat Beginning of the compression cycle while the interior of the preform is compacted to interrupt for longer periods of time. The heating should preferably for a period of 0.01 seconds to 10 minutes, more preferably 0.01 second to 3 minutes, interrupted. The heating should be interrupted at intervals whose length is inversely proportional to the production rate of the by-products is and preferably between about 0.01 seconds to 3 minutes.

Die Unterbrechung des Erwärmens hat auch den weiteren Vorteil, dass dadurch dauerhaftere Endprodukte entstehen. Die Dauerhaftigkeit des verdichteten Teils beruht zum Teil auf der Dauerhaftigkeit des abgeschiedenen Materials. Die Dauerhaftigkeit des abgeschiedenen Materials wiederum wird durch dessen Mikrostruktur bestimmt. Mit zunehmendem Abscheiden des Materials wachsen die kristallinen Bereiche. Ein Teil ist jedoch dauerhafter, wenn all diese Bereiche klein bleiben. Wenn das Erwärmen lange genug unterbrochen wird, sodass das Teil auf eine Temperatur abkühlen kann, die eine erneute Keimbildung für die Kristallisation ermöglicht, führt dies zu kleineren Bereichen. Es gelten solche Bereiche als klein, die kleiner sind als der Durchmesser der Fasern, aus denen der Vorformling hergestellt ist, typischerweise unter 5 Mikron.The Interruption of heating also has the further advantage of being more durable end products arise. The durability of the compacted part is based on Part on the durability of the deposited material. The durability The deposited material, in turn, is characterized by its microstructure certainly. With increasing deposition of the material grow the crystalline Areas. However, a part is more permanent when all these areas stay small. When the heating is interrupted long enough so that the part to a temperature cooling down which allows re-nucleation for crystallization, does this to smaller areas. There are such areas as small, the smaller than the diameter of the fibers making up the preform is manufactured, typically below 5 microns.

Die Wärme sollte so lange an dem Vorformling angelegt werden, bis der Bereich auf die gewünschte Größe gewachsen ist. Hier sind Zeiten von ungefähr 0,1 Sekunden bis 5 Minuten typisch. Das Erwärmen sollte dann lange genug unterbrochen werden, um den Vorformling unter die Temperatur für die erneute Keimbildung für die Kristallation abkühlen zu lassen. Hier sind Zeiten von 0,01 Sekunden bis 10 Sekunden typisch. Da das Abscheiden exponential von der Temperatur abhängig ist, kann ein Abkühlen um so wenig wie 10 bis 200 °C für eine erneute Keimbildung für die Kristallisation ausreichen.The Heat should be applied to the preform until the area is up grown the desired size is. Here are times of about 0.1 second to 5 minutes typical. The heating should be long enough be interrupted to the preform below the temperature for the renewed Germination for cool the crystallization allow. Here, times of 0.01 seconds to 10 seconds are typical. Since the deposition is exponentially dependent on the temperature, can be a cooling as little as 10 to 200 ° C for a renewed Germination for the crystallization suffice.

Die Steuerung der Korngröße ist bei der Herstellung von Reibmaterial, wie es in Bremsen verwendet wird, ebenfalls wichtig. Kleinere Bereiche können zu einem anderen Reibungskoeffizienten führen als größere Bereiche. Die Steuerung der Größe der Bereiche ermöglicht somit die Herstellung von Materialien mit dem gewünschten Reibungskoeffizienten.The Control of grain size is included the production of friction material as used in brakes also important. Smaller areas can give a different coefficient of friction to lead as larger areas. The control of the size of the areas allows thus producing materials with the desired Coefficient of friction.

Es sei bemerkt, dass die Impulse keine konstante Einschaltdauer verlangen oder innerhalb von konstanten Zeitintervallen auftreten müssen. Wie aus 8 hervorgeht, kann sich der Leistungspegel während des Verdichtungszyklus ändern. Die Impulscharakteristik kann sich mit dem Leistungspegel ändern.It should be noted that the pulses do not require a constant duty cycle or must occur within constant time intervals. How out 8th As can be seen, the power level during change the compression cycle. The pulse characteristic may change with the power level.

Eine alternative Möglichkeit zum Erhöhen der Abscheidung von Material im Inneren des Vorformlings ist die Verwendung von Druckwellen im flüssigen Vorläufer. Diese Wellen sind in der Gasphase als Dichtewellen erkennbar, die Vorläufer in das Teil zwingen und Nebenprodukte abziehen. In dem vorstehend beschriebenen System existieren Druckwellen in der Flüssigkeit aufgrund der Erzeugung und Konzentration von Perlen, die mit dem Sieden des flüssigen Vorläufers verbunden sind. Die Größenordnung der Wellen kann durch Abkühlen entweder der Vorläuferflüssigkeit oder des Äußeren des Reaktionsbehälters erhöht werden. In 1 kann der Filter 116 beispielsweise einen Kühlabschnitt zum Kühlen der Flüssigkeit enthalten. Alternativ kann der Reaktor 100 von einem Wassermantel oder einer anderen Kühlvorrichtung umgeben sein.An alternative way of increasing the deposition of material inside the preform is the use of pressure waves in the liquid precursor. These waves are visible in the gas phase as density waves forcing precursors into the part and pulling off byproducts. In the system described above, pressure waves exist in the liquid due to the generation and concentration of beads associated with the boiling of the liquid precursor. The magnitude of the waves can be increased by cooling either the precursor liquid or the exterior of the reaction vessel. In 1 can the filter 116 For example, include a cooling section for cooling the liquid. Alternatively, the reactor 100 be surrounded by a water jacket or other cooling device.

Ein alternativer Ansatz zur Erzeugung von Druckwellen in der Vorläuferflüssigkeit ist das Einsetzen von einem oder mehreren Transducern in die Vorläuferflüssigkeit. Hierbei kann ein akustischer oder Ultraschall-Transducer verwendet werden. Der Transducer kann pulsiert werden, um Wellen in der Vorläuferflüssigkeit zu erzeugen. Es kann auch ein mechanisches Hin- und Herbewegen oder Rühren entweder des Vorformlings oder der Verläuferflüssigkeit verwendet werden.One alternative approach for generating pressure waves in the precursor liquid is the insertion of one or more transducers into the precursor fluid. In this case, an acoustic or ultrasonic transducer can be used become. The transducer can be pulsed to cause waves in the precursor fluid to create. It can also be a mechanical agitation or stir either the preform or the runner liquid.

6 zeigt eine alternative Spulenanordnung, die zum Verdichten und Wiederertüchtigen von Bremsscheiben bevorzugt ist. Hier ist ein scheibenförmiger Vorformling 602 zwischen Scheibenspulen 604 angeordnet. Die Scheibenspulen 604 sorgen für eine effizientere Erwärmung in der Mitte einiger Vorformlinge, wie dem Vorformling 602, als eine Spule, die beispielsweise wie die Spule 304 (3) ausgebildet ist. Scheibenspulen sind auch für Vorformlinge mit hohem spezifischem Widerstand durch die gesamte Dicke und zum Erwärmen von Vorformlingen nützlich, die Kanten aufweisen, die entlang der Achse einer Spule wie Spule 104 (1) verlaufen. 6 shows an alternative coil arrangement, which is preferred for compacting and Wiederertüchtigen of brake discs. Here is a disk-shaped preform 602 between disc coils 604 arranged. The disc coils 604 provide more efficient heating in the middle of some preforms, such as the preform 602 as a coil, for example, like the coil 304 ( 3 ) is trained. Disc coils are also useful for full thickness high resistivity preforms and for heating preforms having edges along the axis of a coil such as a coil 104 ( 1 ).

6 zeigt Scheibenspulen 604 mit einheitlichem Abstand zwischen den Wicklungen. In einigen Fällen kann ein nicht einheitlicher Abstand wünschenswert sein. Wenn der Vorformling 602 beispielsweise eine Scheibe mit einem Loch in der Mitte ist, kann die Wicklungsdichte im Bereich genau zwischen der Außenseite des Vorformlings und der Außenseite des Lochs in der Mitte des Vorformlings erhöht werden. Vorzugsweise werden Konstruktionstechniken verwendet, die traditionell in Induktionsheizsystemen verwendet werden. 6 shows disc coils 604 with uniform spacing between the windings. In some cases, a non-uniform spacing may be desirable. When the preform 602 for example, a disk having a hole in the middle, the winding density can be increased in the area just between the outside of the preform and the outside of the hole in the center of the preform. Preferably, construction techniques traditionally used in induction heating systems are used.

6 zeigt den Vorformling 602, der auf einem Netz 610 aufliegt. Das Netz 610 oder eine ähnliche Auflagestruktur hält den Vorformling 602 und ermöglicht gleichzeitig, dass die Vorläuferflüssigkeit 608 die Unterseite des Vorformlings 602 erreichen kann. Im Allgemeinen sind Vorformlinge für Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe aus Fasern hergestellt, die durch Harz oder Teer zusammengehalten werden. Das Harz oder der Teer wird dann auf eine hohe Temperatur erwärmt, um dieses bzw. diesen in Kohlenstoff zu verwandeln. Der Kohlenstoff ist weiterhin porös und muss noch verdichtet werden. Der Vorformling ist jedoch im Allgemeinen relativ steif und es gibt viele Auflagemöglichkeiten für den Vorformling. Erfindungsgemäß ist anstatt des Vorformlings 602 eine verschlissene Bremskomponente aus Kohlenstoff vorgesehen. 6 shows the preform 602 on a net 610 rests. The network 610 or a similar support structure holds the preform 602 while allowing the precursor liquid 608 the bottom of the preform 602 can reach. In general, preforms for carbon-carbon composites are made from fibers held together by resin or tar. The resin or tar is then heated to a high temperature to convert it to carbon. The carbon is still porous and still needs to be compacted. However, the preform is generally relatively stiff and there are many preform bearing capabilities. According to the invention, instead of the preform 602 provided a worn brake component made of carbon.

Der Vorformling aus 6 wird als trockener Vorformling bezeichnet, da er nicht von verkohltem Harz oder Teer zusammengehalten wird. Eine Art trockener Vorformling ist ein "genadelter" Vorformling, der durch Übereinanderlegen von Faserschichten und Durchstechen des Stapels mit Nadeln mit Widerhaken hergestellt wird. Die Nadeln ziehen die Fasern durch die Schichten, wodurch die Schichten zusammengehalten werden. Der so hergestellte Vorformling ist weniger steif und muss u. U. auf seiner gesamten Länge auf einer Struktur, wie einem Rahmen oder Netz 610, aufliegen.The preform out 6 is called a dry preform because it is not held together by charred resin or tar. A type of dry preform is a "needled" preform made by stacking fiber layers and piercing the stack with barbed needles. The needles pull the fibers through the layers, holding the layers together. The preform thus produced is less stiff and must u. U. on its entire length on a structure, such as a frame or net 610 , rest.

Trockene Vorformlinge haben auch einen höheren spezifischen Widerstand als ein Vorformling, der durch Harz oder Teer zusammengehalten wird, sodass eine höhere Frequenz zum effizienten Erwärmen dieser Werkstoffe erforderlich ist. Mit beginnender Verdichtung des Vorformlings muss die Frequenz u. U. verringert werden, um das Abfallen des spezifischen Widerstands auszugleichen. Ähnliche Justierungen können für die Widerstandserwärmung nötig sein. Der Strom muss u. U. erhöht werden, um den fallenden Widerstand auszugleichen.dry Preforms also have a higher one resistivity as a preform made by resin or Tar is held together, so a higher frequency for efficient Heat these materials is required. With incipient compaction the preform must have the frequency u. U. reduced to that To compensate for the drop in resistivity. Similar Adjustments may be necessary for resistance heating. The current must u. U. increased to compensate for the falling resistance.

Bei einigen Vorformlingen sind sehr hohe Frequenzen für eine effiziente Induktionserwärmung erforderlich. Dabei kann die hier beschriebene Widerstandserwärmung verwendet werden. Alternativ kann die hohe Frequenzenergie von einer Mikrowellenquelle anstatt einer Induktionsspule erzeugt werden. Wenn Mikrowellen verwendet werden, sollte der Reaktorbehälter aus einem Werkstoff hergestellt sein, der die Mikrowellenenergie reflektiert, und wie ein Hohlraum geformt sein, wie er in Mikrowellenöfen verwendet wird. Falls erforderlich müssen die Öffnungen im Reaktorbehälter kleiner als ein Viertel der Wellenlänge der verwendeten Frequenz oder mit einem leitfähigen Netz abgedeckt sein, dessen Öffnungen kleiner sind als ein Viertel der Wellenlänge. Es können Frequenzen im Bereich von 300 MHz bis 300 GHz, besonders bevorzugt Frequenzen im Bereich von 915 MHz bis 2,45 GHz verwendet werden.Some preforms require very high frequencies for efficient induction heating. In this case, the resistance heating described here can be used. Alternatively, the high frequency energy may be generated by a microwave source rather than an induction coil. When microwaves are used, the reactor vessel should be made of a material which reflects the microwave energy and be shaped as a cavity, as used in microwave ovens. If necessary, the openings in the reactor vessel must be less than one quarter of the wavelength of Fre or be covered with a conductive network whose openings are smaller than a quarter of the wavelength. Frequencies in the range of 300 MHz to 300 GHz, more preferably frequencies in the range of 915 MHz to 2.45 GHz can be used.

In Verbindung mit den hier beschriebenen Induktionsspulen können auch Flusskonzentratoren verwendet werden. 6 zeigt beispielsweise eine Scheibenspule, die ein symmetrisches Feldmuster erzeugt. Dabei können Flusskonzentratoren, wie Ferritkugeln oder das im Handel erhältliche Produkt Fluxtrol, das von Fluxtrol Company vertrieben wird, verwendet werden. Der Flusskonzentrator kann beispielsweise an den Außenbereichen der Spule weg vom Vorformling angebracht werden, um mehr des erzeugten Flusses zum Vorformling zu richten.In conjunction with the induction coils described here, flux concentrators can also be used. 6 shows, for example, a disc coil that generates a symmetrical field pattern. Flux concentrators such as ferrite beads or the commercially available Fluxtrol product sold by Fluxtrol Company may be used. For example, the flux concentrator may be attached to the exterior of the coil away from the preform to direct more of the generated flow to the preform.

BEISPIEL 1EXAMPLE 1

Die Bremsen eines F-16 Flugzeugs wurden ausgebaut und verschlissene Rotorscheiben aus Kohlenstoff geschliffen, sodass jede Rotorscheibe einen Rotor mit halber Dicke ergab. Bei den Rotoren handelte es sich um runde Scheiben aus Kohlenstoff-Kohlenstoff mit einem Durchmesser von 12 Zoll (30,5 cm), die während des Betriebs des Flugzeugs für die Dauer eines normalen Lebenszyklus für Bremsen verwendet wurden.The Brakes on an F-16 aircraft were removed and worn out Rotor discs are ground from carbon, so each rotor disc resulted in a half-thickness rotor. It was the rotors around round discs of carbon-carbon with a diameter of 12 inches (30.5 cm) during the the operation of the aircraft for the duration of a normal life cycle have been used for braking.

Drei Rotoren (Scheibe 2, 3 und 4) wurden getrennt unter Prozessbedingungen verdichtet, die den nachstehend beschriebenen Bedingungen für Rotorscheibe 3 ähnlich waren. Jeder Rotor wurde in Cyclohexan in einem Reaktor getaucht, der von der in 1 und 6 gezeigten Art war. Am Ende der Verdichtung war die Gesamtdichte des Rotors ungefähr gleich der des originalen Bremsrotors aus Kohlenstoff.Three rotors (disc 2 . 3 and 4 ) were separately compacted under process conditions that meet the rotor disk conditions described below 3 were similar. Each rotor was immersed in cyclohexane in a reactor separate from the one in 1 and 6 kind shown was. At the end of the compression, the total density of the rotor was approximately equal to that of the original carbon brake rotor.

TABELLE 1 Prozessbedingungen: Verdichtung von Bremsrotorscheibe 3 aus Kohlenstoff

Figure 00240001
TABLE 1 Process conditions: Compression of brake rotor disc 3 made of carbon
Figure 00240001

Die Oberflächentemperatur der Bremsrotorscheibe aus Kohlenstoff während der Verdichtungsgänge wurde auf ungefähr 800–1.100 °C geschätzt. Es wurde im Allgemeinen beobachtet, dass das Erwärmen auf eine interne Temperatur von 950 bis 1.100 °C über einen Zeitraum von 2,0 bis 3,5 Stunden in Cyclohexan ausreichte, um verschlissene Bremskomponenten aus Kohlenstoff mit einer Dichte wieder zu ertüchtigen, die wenigstens gleich der eines Originalteils oder einer auf herkömmliche Weise wiederertüchtigten Bremskomponente aus Kohlenstoff gleicher Größe, Dichte und Zusammensetzung ist, die im Flugzeugbetrieb zur Anwendung kommt.The surface temperature the brake rotor disc was made of carbon during the compression cycles at about Estimated 800-1,100 ° C. It It was generally observed that heating to an internal temperature from 950 to 1,100 ° C over one Period of 2.0 to 3.5 hours in cyclohexane was sufficient to worn To restore brake components made of carbon with a density, at least equal to an original part or a conventional one Way again Brake component made of carbon of the same size, density and composition which is used in aircraft operation.

Nach der Verdichtung wurden Proben der verdichteten Rotoren einer 2-stündigen Nacherwärmungsbehandlung unter Argonatmosphäre bei Temperaturen von 1.800, 2.100 und 2.400 °C ausgesetzt.To The compaction became samples of the compacted rotors of a 2-hour post-reheat treatment under argon atmosphere at temperatures of 1,800, 2,100 and 2,400 ° C exposed.

Versuchsproben im verkleinerten Maßstab (Außendurchmesser 1,25 Zoll, Innendurchmesser 0,85 Zoll) wurden von festen Punkten in jedem Rotor aus spanabhebend bearbeitet und an der Innen- und Außenkante der Versuchsproben wurde vor dem der Verschleiß- und Reibungsprüfung ein Antioxidansanstrich aufgetragen.test samples on a smaller scale (Outer diameter 1.25 inches, inside diameter 0.85 inches) were from solid points machined in each rotor and machined on the inside and outside outer edge the test specimens became one before the wear and friction test Antioxidant paint applied.

BEISPIEL 2EXAMPLE 2

Zur Simulierung von Verschleiß und Leistung während der Landebedingungen eines F-16 Flugzeugs (mit einer Landegeschwindigkeit von 210 Knoten) wurden an einer Versuchsvorrichtung, die am Composite Testing and Analysis, University of Michigan, verwendet wird, folgende Parameter eingestellt:

  • Drehzahl der Proben:116 kg (257 Ibs)
  • Bei max. Drehzahl an der Scheibe anliegende Normalkraft: 31.500 U/min
  • Druck an der Scheibenoberfläche: 24 atm (390 psi)
To simulate wear and performance during landing conditions of an F-16 aircraft (with a landing speed of 210 knots), the following parameters were set on an experimental apparatus used at Composite Testing and Analysis, University of Michigan:
  • Speed of samples: 116 kg (257 lbs)
  • At max. Speed at the disc applied normal force: 31,500 U / min
  • Pressure at the disk surface: 24 atm (390 psi)

Diese Parameter ergaben ein Modell, das die folgenden maximalen, während der Landung eines F-16 Flugzeugs auftretenden Bedingungen simulierte:

  • Max. Geschwindigkeit der Bremsoberfläche: 53,7 m/s (2114 in/s)
  • Max. Berührungsdruck zwischen Bremsscheiben: 24 atm (390 psi)
  • Max. Temperatur der Bremsobertläche bei Geschwindigkeit Null: 815 °C
These parameters yielded a model that simulated the following maximum conditions encountered during the landing of an F-16 aircraft:
  • Max. Braking surface speed: 53.7 m / s (2114 in / s)
  • Max. Contact pressure between brake discs: 24 atm (390 psi)
  • Max. Brake surface temperature at zero speed: 815 ° C

Rotorproben wurden in 10 Zyklen geprüft und Verschleißmessungen vorgenommen. Die Berechnung der Reibungskoeffizienten erfolgte anhand von Daten, die nur während der letzten fünf Zyklen ermittelt wurden, um die Wirkung von Oberflächendefekten auszuschließen. Die nachstehend gezeigten Ergebnisse werden mit Daten verglichen, die mit neuen Bremsen und Kontrollproben verschlissener Bremsen gesammelt wurden. Die "verschlissenen" Bremsproben repräsentieren herkömmlich wiederertüchtigte verschlissene Bremsen, d. h. zwei verschlissene Scheiben werden abgeschliffen und anstatt einer originalen Bremsscheibe verwendet.rotor samples were tested in 10 cycles and wear measurements performed. The calculation of the coefficients of friction was based on of data only during the last five Cycles were determined to determine the effect of surface defects excluded. The results shown below are compared to data the brakes worn out with new brakes and control samples were collected. The "worn" brake samples represent conventional wiederertüchtigte worn brakes, d. H. to become two worn discs ground and used instead of an original brake disc.

TABELLE 2 Verschleißergebnisse nach zehn Bremszyklen

Figure 00260001
TABLE 2 Wear results after ten braking cycles
Figure 00260001

Figure 00270001
Figure 00270001

Reibungskoeffizient jeder ProbeCoefficient of friction everyone sample

Figure 00280001
Figure 00280001

Die Ergebnisse zeigen, dass wenn eine verschlissene Bremse für ein F-16 Flugzeug mit halber Dicke dem erfindungsgemäßen Wiederertüchtigungsverfahren ausgesetzt wird, die Verschleiß- und Reibkennwerte der Bremse erheblich verbessert werden. Bei diesen Prüfungen ergab die Verwendung des Wiederertüchtigungsverfahrens selbst ohne Nacherwärmungsbehandlung Verschleißeigenschaften, die denjenigen einer neuen oder traditionell wiederertüchtigten Bremse entsprechen oder diese sogar überragen, ohne Gefährdung der Reibungskoeffizienten.The results show that when a worn brake for a half thickness F-16 aircraft is subjected to the reconditioning process of the present invention, the wear and friction characteristics of the brake are significantly improved. In these tests, the use of the retreading process, even without reheat treatment, resulted in wear characteristics that matched or even exceeded those of a new or traditionally rebuilt brake, without endangering it the coefficient of friction.

Die Verschleißdaten aus Tabelle 2 zeigen, dass die Proben, die in einem 3-stündigen Verdichtungszyklus bearbeitet wurden, 25 % weniger durchschnittlichen Verschleiß zeigten als die Proben neuer Bremsen. Die Daten aus Tabelle 2 zeigen auch die Ergebnisse der Nacherwärmungsbehandlung von Proben. Diese Daten lassen, obwohl begrenzt, vermuten, dass wenn die Bremsen nach der Wiederertüchtigung hohen Temperaturen ausgesetzt sind, sowohl die Verschleißkennwerte als auch der Reibungskoeffizient des Werkstoffs verändert werden. Die Daten des Paars wiederertüchtigter Proben mit Nacherwärmungsbehandlung bei 2.100 °C zeigen 56 % weniger Verschleiß bei demselben durchschnittlichen Reibungswert wie die Proben neuer Bremsen.The wear data from Table 2 show that the samples in a 3-hour compression cycle were processed, showed 25% less average wear as the samples of new brakes. The data from Table 2 also shows the results of reheating treatment of samples. These data, although limited, suggest that if the brakes after re-conditioning high temperatures Both the wear characteristics and the friction coefficient are exposed of the material changed become. The data of the pair of reheated samples with reheating treatment at 2,100 ° C show 56% less wear same average friction value as the samples of new brakes.

Zum Wiederertüchtigen verschlissener Bremsen können auch andere als die hier beispielhaft genannten Prozessbedingungen verwendet werden und der Praktiker kann passende Bedingungen wählen, um Veränderungen der Bremskomponenten, Vorrichtungsgröße und -konstruktion, flüssigen Kohlenstoffvorläufer und Verfahrensbedingungen zu berücksichtigen. Die Prozessbedingungen können auch angepasst werden, um die gleichzeitige Verarbeitung mehrerer Bremskomponenten aus Kohlenstoff mit oder ohne Verwendung eines Suszeptors zu ermöglichen. Es gilt nur die Anforderung, dass die Bedingungen eine Mikrostruktur des Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffs ergeben, die durch einen Reibungskoeffizienten, Verschleißeigenschaften und thermische Eigenschaften gekennzeichnet ist, die für den Betrieb von Bremsen für Flugzeuge ausreichen, und dass das Verfahren der chemischen Abscheidung aus der Gasphase schnell beendet sein muss, d. h. innerhalb von weniger als 48 Stunden, vorzugsweise weniger als 24 Stunden.To the Wiederertüchtigen worn brakes can also other than the process conditions mentioned here by way of example can be used and the practitioner can choose appropriate conditions changes brake components, device size and construction, liquid carbon precursor and process conditions to take into account. The process conditions can also be adapted to the simultaneous processing of several Carbon brake components with or without the use of a susceptor to enable. It only applies to the requirement that the conditions be a microstructure of the carbon-carbon composite resulting from a coefficient of friction, wear characteristics and Thermal properties is characteristic of the operation of brakes for Aircraft are sufficient and that the process of chemical deposition must be completed quickly from the gas phase, d. H. within less than 48 hours, preferably less than 24 hours.

Demgemäß ist die Erfindung nur durch den Umfang der anhängenden Ansprüche beschränkt.Accordingly, the Invention limited only by the scope of the appended claims.

Claims (23)

Verfahren zur Wiederertüchtigung einer verschlissenen Bremskomponente aus Kohlenstoff für ein Flugzeug, wobei die Komponente Poren hat, die durch Innenbereiche einschließlich eines geometrisch mittleren Bereichs und einer Außenfläche abgegrenzt werden, wobei das Verfahren folgende Schritte beinhaltet: Bereitstellen eines Reaktors, der einen flüssigen Kohlenstoffvorläufer und mindestens eine interne Induktionsspule enthält; Einsetzen der verschlissenen Bremskomponente aus Kohlenstoff in den flüssigen Kohlenstoffvorläufer, der im Reaktor enthalten ist; induktive Erwärmung der Innenbereiche der verschlissenen Bremskomponente aus Kohlenstoff bis zu einer Temperatur, die oberhalb der Zersetzungstemperatur des flüssigen Kohlenstoffvorläufers liegt, sowie Infiltration des Dampfes in Innenbereiche und Abscheiden pyrolytischen Kohlenstoffs innerhalb der Innenbereiche, bis die verschlissene Bremskomponente aus Kohlenstoff eine Dichte von mindestens 1,85 g/cc und eine nicht isotropische CVD-Mikrostruktur hat, und wobei der induktive Erwärmungsschritt kontinuierlich sein oder durch periodische Abkühlung um mindestens 10°C unterbrochen werden kann.Process for re-aging a worn Brake component made of carbon for an aircraft, wherein the component Has pores through interior areas including a geometrically middle area and an outer surface demarcated The procedure includes the following steps: Provide a reactor containing a liquid Carbon precursor and at least one internal induction coil; Insert the worn Braking component of carbon in the liquid carbon precursor, the contained in the reactor; Inductive heating of the interior of the worn brake component made of carbon up to a temperature which is above the decomposition temperature of the liquid carbon precursor, as well as infiltration of the vapor into interior areas and pyrolytic deposition Carbon inside the interior until the worn Brake component made of carbon has a density of at least 1.85 g / cc and has a non-isotropic CVD microstructure, and in which the inductive heating step be continuous or interrupted by periodic cooling by at least 10 ° C. can be. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der induktive Erwärmungsschritt solange andauert, bis die verschlissene Bremskomponente aus Kohlenstoff eine Dichte von mindestens 1.9 g/cc hat.The method of claim 1, wherein the inductive heating step as long as the worn brake component of carbon persists has a density of at least 1.9 g / cc. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Reaktor an einen Kondensator zur Verdichtung des verdampften flüssigen Kohlenstoffvorläufers und zur Rückführung des flüssigen Kohlenstoffvorläufers in den Reaktor gekoppelt ist.The method of claim 1, wherein the reactor is attached to a Capacitor for compressing the vaporized liquid carbon precursor and for the return of the liquid Carbon precursor coupled into the reactor. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren zusätzlich den Schritt der Erwärmung der wieder ertüchtigten Bremskomponente aus Kohlenstoff auf eine Temperatur von ca. 1500 bis 2400°C nach Abschluss des chemischen Abscheidens aus der Gasphase enthält.The method of claim 1, wherein the method additionally comprises Step of warming the re-trained Brake component made of carbon to a temperature of about 1500 up to 2400 ° C after completion of the chemical vapor deposition. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die verschlissene Bremskomponente aus Kohlenstoff durch Erwärmung über einen Zeitraum von 2,0 bis 3,5 Stunden auf eine Innentemperatur von 950 bis 1100°C und eine Außentemperatur von 800 bis 1110°C in Cyclohexan vollständig wiederertüchtigt wird.The method of claim 1, wherein the worn Brake component made of carbon by heating over a period of 2.0 to 3.5 hours to an internal temperature of 950 to 1100 ° C and a outside temperature from 800 to 1110 ° C in cyclohexane completely wiederertüchtigt becomes. Verfahren nach Anspruch 1, zusätzlich folgende Schritte enthaltend: a) Einstellen einer anfänglichen Frequenz und einer Leistungsversorgung der Induktionsspule, wobei die anfängliche Frequenz und die Leistung bewirken, dass eine ausreichende Wärmemenge in einem geometrisch mittleren Bereich der verschlissenen Bremskomponente aus Kohlenstoff erreicht wird, die ausreicht, um die Pyrolyse des Dampfes und das Abscheiden vorzugsweise in den Poren auszulösen, die sich in dem geometrisch mittleren Bereich der verschlissenen Bremskomponente aus Kohlenstoff befinden; b) Zufuhr einer anfänglichen Energiemenge zu der Induktionsspule bei der anfänglichen Frequenz, die ausreicht, um den geometrisch mittleren Bereich der verschlissenen Bremskomponente auf eine Temperatur zu erwärmen, die zum Verdichten des geometrisch mittleren Bereichs ohne gleichzeitige Verdichtung anderer Innenbereiche und der Außenfläche der verschlissenen Bremskomponente aus Kohlenstoff ausreicht; c) nach der Verdichtung des geometrisch mittleren Bereichs der verschlissenen Bremskomponente aus Kohlenstoff Zufuhr einer Energiemenge zu der Induktionsspule bei einer oder mehreren Frequenzeinstellung(en), wobei die Energiemenge und die Frequenzeinstellung bewirken, dass in den Innenbereichen der verschlissenen Bremskomponente aus Kohlenstoff eine ausreichende Wärmemenge gespeichert wird, um die Pyrolyse des Dampfes und das Abscheiden vorzugsweise in den Poren auszulösen, die sich in den Innenbereichen der verschlissenen Bremskomponente aus Kohlenstoff neben dem geometrisch mittleren Bereich befinden; und d) Einstellen der Energiemenge, die der Induktionsspule bei einer oder mehreren Frequenzeinstellung(en) zugeführt wird, wobei die Energiemenge und die Frequenzeinstellung bewirken, dass die Innenbereiche der verschlissenen Bremskomponente aus Kohlenstoff von dem geometrisch mittleren Bereich aus in radialer Richtung nach außen und durch eine Dicke der verschlissenen Bremskomponente aus Kohlenstoff schrittweise verdichtet werden.The method of claim 1, further comprising the steps of: a) adjusting an initial frequency and a power supply of the induction coil, wherein the initial frequency and the power cause sufficient heat to be achieved in a geometrically central region of the worn carbon brake component that is sufficient , to the Pyrolysis of the vapor and the deposition preferably in the pores trigger, which are located in the geometrically middle region of the worn brake component made of carbon; b) supplying an initial amount of energy to the induction coil at the initial frequency sufficient to heat the geometrically centered region of the worn brake component to a temperature sufficient to compress the geometric center region without concomitantly compressing other interior regions and the exterior surface of the worn brake component Carbon is sufficient; c) upon compression of the geometric mean region of the worn carbon brake component, supplying energy to the induction coil at one or more frequency settings, wherein the amount of energy and frequency adjustment cause a sufficient amount of heat to be stored in the interior areas of the worn carbon brake component to initiate the pyrolysis of the vapor and the deposition preferentially in the pores located in the interior regions of the worn brake component of carbon adjacent to the geometric center region; and d) adjusting the amount of energy supplied to the induction coil at one or more frequency settings, the amount of energy and frequency adjustment causing the interior regions of the worn brake component to be outwardly of and radially outward of the geometric center region a thickness of the worn brake component made of carbon are gradually compressed. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des chemischen Abscheidens bei einem Druck von einer halben bis zu vier Atmosphären durchgeführt wird.The method of claim 1, wherein the step of chemical deposition at a pressure of one-half to four atmospheres carried out becomes. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der flüssige Kohlenstoffvorläufer mindestens einen flüssigen C5- bis C9-Kohlenwasserstoff umfasst.The method of claim 1, wherein the liquid carbon precursor is at least a liquid C5 to C9 hydrocarbon. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der flüssige Kohlenstoffvorläufer aus einer Gruppe ausgewählt wird, die Cyclopentan, Hexen, Cyclohexen, 1-Hexen, Cyclohexen, Benzin, Methylcyclohexan, Benzol und Toluol, oder eine Kombination von diesen beinhaltet.The method of claim 8 wherein the liquid carbon precursor is selected from a group which is cyclopentane, hexene, cyclohexene, 1-hexene, cyclohexene, gasoline, Methylcyclohexane, benzene and toluene, or a combination of these includes. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Reibungskoeffizient der wiederertüchtigten Bremskomponente aus Kohlenstoff mindestens 0,27 beträgt.The method of claim 1, wherein the coefficient of friction the returnee Braking component of carbon is at least 0.27. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die verschlissene Bremskomponente aus Kohlenstoff aus einer Gruppe ausgewählt wird, die Kohlenstoffrotoren, Kohlenstoffständer, Kohlenstoffendplatten und Kohlenstoffdruckplatten beinhaltet.The method of claim 1, wherein the worn Braking component is selected from carbon from a group, the carbon rotors, carbon stands, carbon end plates and carbon pressure plates. Verfahren zur Wiederertüchtigung einer verschlissenen Bremskomponente aus Kohlenstoff für ein Flugzeug, wobei die Komponente Poren hat, die von Innenbereichen einschließlich mindestens eines geometrisch mittleren Bereichs und einer Außenfläche abgegrenzt werden, und wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines Reaktors, der einen flüssigen Kohlenstoffvorläufer und mindestens einen Satz Elektroden mit Verbindern umfasst, um einen elektrischen Kontakt zu der verschlissenen Bremskomponente aus Kohlenstoff herzustellen, und der zumindest eine Energiequelle für die elektrische Erwärmung der verschlissenen Bremskomponente aus Kohlenstoff zur Verfügung stellt; Einsetzen der verschlissenen Bremskomponente aus Kohlenstoff in den flüssigen Kohlenstoffvorläufer, der im Reaktor enthalten ist, die Zufuhr einer ausreichenden Strommenge an die verschlissene Bremskomponente aus Kohlenstoff, um die Innenbereiche der verschlissenen Bremskomponente aus Kohlenstoff durch Widerstandserwärmung auf eine Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des flüssigen Kohlenstoffvorläufers zu erwärmen und dabei die Bildung eines Dampfes aus dem flüssigen Kohlenstoffvorläufer sowie die Infiltration des Dampfes in die Innenbereiche und das Abscheiden pyrolytischen Kohlenstoffs innerhalb der Innenbereiche zu bewirken, bis die verschlissene Bremskomponente aus Kohlenstoff eine Dichte von mindestens 1,85 g/c.c. und eine nicht-isotropische CVD-Mikrostruktur von mindestens 1,85 g/c.c. hat, wobei der Schritt der Zufuhr einer ausreichenden Strommenge kontinuierlich ist oder unterbrochen wird, um die Innenbereiche der verschlissenen Bremskomponente aus Kohlenstoff um mindestens 10°C periodisch abzukühlen.Process for re-aging a worn Brake component made of carbon for an aircraft, wherein the component Has pores that range from interiors including at least one geometric delimited in the middle area and an outer area and the method comprises the following steps: Provide a reactor containing a liquid Carbon precursor and at least one set of electrodes with connectors to an electrical contact with the worn brake component made of carbon, and the at least one energy source for the electrical heating the worn brake component of carbon provides; Deploy the worn brake component of carbon in the liquid carbon precursor, the contained in the reactor, the supply of a sufficient amount of electricity to the worn brake component made of carbon, around the interior areas the worn brake component made of carbon by resistance heating on a temperature above the decomposition temperature of the liquid carbon precursor heat and thereby the formation of a vapor from the liquid carbon precursor as well the infiltration of the vapor into the interior and the deposition pyrolytic carbon within the interior, until the worn brake component made of carbon has a density of at least 1.85 g / c.c. and a non-isotropic CVD microstructure of at least 1.85 g / c.c. Has,  the step of feeding a sufficient amount of electricity is continuous or interrupted gets out to the interior areas of the worn brake component Carbon at least 10 ° C to cool periodically. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Widerstandserwärmungsschritt solange andauert, bis die verschlissene Bremskomponente aus Kohlenstoff eine Dichte von mindestens 1.9 g/c.c. hat.The method of claim 12, wherein the resistance heating step as long as the worn brake component of carbon persists a density of at least 1.9 g / c.c. Has. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Reaktor an einen Kondensator zum Verdichten des verdampften flüssigen Kohlenstoffvorläufers und zur Rückführung des flüssigen Kohlenstoffvorläufers in den Reaktor gekoppelt ist.The process of claim 12, wherein the reactor is connected to a condenser for compressing the vaporized liquid carbon precursor and returning the liquid carbon precursor to the reactor is coupled. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Verfahren zusätzlich den Schritt der Erwärmung der wiederertüchtigten Bremskomponente aus Kohlenstoff auf eine Temperatur von ca. 1500 bis 2400°C nach dem Abschluss des chemischen Abscheidens beinhaltet.The method of claim 12, wherein the method additionally the step of warming the returnee Brake component made of carbon to a temperature of about 1500 up to 2400 ° C after completion of the chemical deposition. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die verschlissene Bremskomponente aus Kohlenstoff durch Erwärmung über einen Zeitraum von 2,0 bis 3,5 Stunden auf eine Innentemperatur von 950 bis 1100°C und eine Außentemperatur von 800 bis 1100°C in Cyclohexan vollständig wiederertüchtigt wird.The method of claim 12, wherein the worn Brake component made of carbon by heating over a period of 2.0 to 3.5 hours to an internal temperature of 950 to 1100 ° C and a outside temperature from 800 to 1100 ° C in cyclohexane completely wiederertüchtigt becomes. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Verfahren zusätzlich die Schritte enthält: a) Einstellen einer anfänglichen Stromzufuhr zu einem Satz Elektroden, wobei die anfängliche Stromzufuhr bewirkt, dass eine ausreichende Wärmemenge in dem Innenbereichen der verschlissenen Bremskomponente aus Kohlenstoff angesammelt wird, um die Pyrolyse des Dampfes und das Abscheiden vorzugsweise in den Poren auszulösen, die sich in den Innenbereichen der verschlissenen Bremskomponente aus Kohlenstoff einschließlich des geometrisch mittleren Bereichs befinden; und b) Einstellen der Menge des elektrischen Stroms, der dem Satz von Elektroden zugeführt wird, um die Innenbereiche der verschlissenen Bremskomponente aus Kohlenstoff von dem geometrisch mittleren Bereich der verschlissenen Bremskomponente aus Kunststoff aus nach außen in radialer Richtung schrittweise zu verdichten.The method of claim 12, wherein the method additionally the steps contains: a) Setting an initial Power to a set of electrodes, with the initial Power supply causes a sufficient amount of heat in the indoor areas the worn brake component is accumulated from carbon, to pyrolysis of the vapor and the deposition preferably in the pores trigger, located in the interior of the worn brake component made of carbon including the geometric middle area; and to trip someone the amount of electrical current supplied to the set of electrodes around the interior of the worn brake component made of carbon from the geometrically middle region of the worn brake component made of plastic outward gradually compress in the radial direction. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt des chemischen Abscheidens bei einem Druck von einer halben bis vier Atmosphären durchgeführt wird.The method of claim 12, wherein the step of chemical deposition at a pressure of one-half to four atmospheres carried out becomes. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der flüssige Kohlenstoffvorläufer mindestens einen flüssigen C5- bis C9-Kohlenwassserstoff enthält.The method of claim 12, wherein the liquid carbon precursor is at least a liquid Contains C5 to C9 hydrocarbons. Verfahren nach Anspruch 19, wobei der flüssige Kohlenstoffvorläufer aus einer Gruppe ausgesucht wird, die Cyclopentan, Hexen, Cyclohexen, 1-Hexen, Cyclohexan, Benzin, Methylcyclohexan, Benzol und Toluol, oder eine Kombination von diesen beinhaltet.The method of claim 19, wherein the liquid carbon precursor is selected from a group that includes cyclopentane, hexene, cyclohexene, 1-hexene, cyclohexane, gasoline, methylcyclohexane, benzene and toluene, or a combination of these. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Reibungskoeffizient der wiederertüchtigten Bremskomponente aus Kohlenstoff mindestens 0,27 beträgt.The method of claim 12, wherein the coefficient of friction the returnee Braking component of carbon is at least 0.27. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die ganze oder ein Teil der Kohlenstoffbremskomponente mit Mitteln aufgewärmt wird, die Induktionserwärmungsmittel und die Widerstandserwärmungsmittel beinhalten.The method of claim 12, wherein the whole or a part of the carbon brake component is warmed up with means, the induction heating means and the resistance heaters include. Verfahren nach Anspruch 22, das zusätzlich die Schritte umfasst: a) Einstellen einer anfänglichen Frequenz und einer Leistungsversorgung einer Induktionsspule, wobei die anfängliche Frequenz und die Leistung bewirken, dass ausreichende Wärme in einem geometrisch mittleren Bereich der verschlissenen Bremskomponente aus Kohlenstoff gespeichert wird, um eine Temperatur zu erreichen, die ausreicht, um den Dampf durch Pyrolyse zu erzeugen und Kohlenstoff vorzugsweise in den Poren abzuscheiden, die sich in dem geometrisch mittleren Bereich der verschlissenen Bremskomponente aus Kohlenstoff befinden; b) Zufuhr einer anfänglichen Strommenge zu der Induktionsspule bei der anfänglichen Frequenz, die ausreicht, um den geometrisch mittleren Bereich der verschlissenen Kohlenstoffbremskomponente zu verdichten, ohne gleichzeitig andere Innenbereiche und die Außenfläche der verschlissenen Bremskomponente aus Kohlenstoff zu verdichten; c) nach der Verdichtung des geometrisch mittleren Bereichs der verschlissenen Bremskomponente aus Kohlenstoff Zufuhr einer Energiemenge zu der Induktionsspule bei einer oder mehreren Frequenzeinstellung(en), wobei die Energiemenge und die Frequenzeinstellung bewirken, dass ausreichend Wärme in den Innenbereichen der verschlissenen Bremskomponente aus Kohlenstoff gespeichert wird, um die Pyrolyse des Dampfes und das Abscheiden vorzugsweise in den Poren auszulösen, die sich in den Innenbereichen der verschlissenen Bremskomponente aus Kohlenstoff neben dem geometrisch mittleren Bereich befinden; d) Zufuhr elektrischen Stroms zu der verschlissenen Bremskomponente aus Kohlenstoff durch die Elektroden, um die verschlissene Bremskomponente aus Kohlenstoff durch Widerstandserwärmung zu erwärmen; und e) Einstellen der elektrischen Strommenge und der Energiemenge, die der Induktionsspule bei einer oder mehreren Frequenzeinstellung(en) zugeführt werden, wobei die Menge an elektrischem Strom und die Energiemenge und die Frequenzeinstellung bewirken, dass die Innenbereiche der verschlissenen Bremskomponente aus Kohlenstoff vom geometrisch mittleren Bereich aus nach außen in radialer Richtung und durch eine Dicke der verschlissenen Bremskomponente aus Kohlenstoff hindurch verdichtet werden.The method of claim 22, further comprising the steps of: a) adjusting an initial frequency and a power supply of an induction coil, wherein the initial frequency and power cause sufficient heat to be stored in a geometrically central region of the worn carbon brake component Achieve temperature sufficient to generate the steam by pyrolysis and preferably deposit carbon in the pores, which are located in the geometrically middle region of the worn brake component made of carbon; b) supplying an initial amount of current to the induction coil at the initial frequency sufficient to compress the geometrically centered region of the worn carbon braking component without concomitantly compressing other interior regions and the exterior surface of the worn carbon brake component; c) after densification of the geometric mean region of the worn carbon brake component, supplying an amount of energy to the induction coil at one or more frequency settings, the amount of energy and frequency adjustment causing sufficient heat to be stored in the interior areas of the worn carbon brake component in order to trigger the pyrolysis of the vapor and the deposition preferably in the pores, which are located in the interior of the worn brake component made of carbon adjacent to the geometrically middle region; d) supplying electrical current to the worn brake component of carbon through the electrodes to heat the worn brake component of carbon by resistance heating; and e) adjusting the amount of electrical current and the amount of energy supplied to the induction coil at one or more frequency settings, wherein the amount of electrical current and amount of energy and frequency adjustment cause the interior regions of the worn brake component to be of geometric geometric mean Range out to the outside in the radial direction and through a Thickness of the worn brake component can be compressed from carbon.
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