FR2625496A1 - PROCESS FOR MANUFACTURING FASTENED CARBON FIBER BODIES OR THE LIKE, AND ITS APPLICATION, IN PARTICULAR FOR BRAKE OR OTHER DISCS - Google Patents
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Abstract
a) Procédé de fabrication de corps façonnés, en fibre de carbone, ou analogues, et son application notamment pour des disques de freins ou autres. b) Procédé caractérisé en ce qu'une partie brute est façonnée en duromère et que celui-ci est pourvu d'une couverture solide à la pression et adaptée à la forme, lequel est perméable pour le gaz hydrogène qui se forme par porosité ou par des ouvertures, dans lequel la couverture consiste en un matériau qui possède aux températures élevées un coefficient de diffusion à l'hydrogène important et ensuite une pression entre 10 et 5 000 bars et une température entre 600 et 1 000 degre(s)C est appliquée pendant une durée de 10 à 40 heures. c) L'invention concerne un procédé de fabrication de corps façonnés, en fibre de carbone ou analogues, et son application notamment pour des disques de freins ou autres.a) A method of manufacturing shaped bodies, made of carbon fiber, or the like, and its application in particular for brake discs or the like. b) A method characterized in that a crude part is shaped into duromer and that the latter is provided with a cover which is solid under pressure and adapted to the shape, which is permeable for the hydrogen gas which is formed by porosity or by openings, in which the blanket consists of a material which has at elevated temperatures a large hydrogen diffusion coefficient and then a pressure between 10 and 5000 bar and a temperature between 600 and 1000 degree (s) C is applied for a period of 10 to 40 hours. c) The invention relates to a process for manufacturing shaped bodies, made of carbon fiber or the like, and its application in particular for brake discs or the like.
Description
l Procédé de fabrication de corps façonnés, en fibre de carbone, oul Process for manufacturing shaped bodies made of carbon fiber, or
analogues, et son application, notamment pour des disques de analogous, and its application, in particular for
freins ou autres.brakes or others.
L'invention concerne un procédé de production de corps façonnés à base de carbone vitreux ou de carbone renfor- The invention relates to a method for producing molded bodies based on glassy carbon or reinforcing carbon.
cé de fibres de carbone (CFC).carbon fiber (CFC).
La production de corps façonnés à base de car- The production of shaped bodies based on
bone vitreux est connue. A cette fin, une partie brute est pro- vitreous bone is known. For this purpose, a rough part is
duite à partir d'un pré-matériau duroplastique comme un époxyde, from a duroplastic pre-material such as an epoxide,
l0 un polyimide ou de préférence une résine et les plyimides en par- 10 a polyimide or preferably a resin and the plyimides in particular
ticulier. Grace à un traitement thermique jusqu'à environ 1000 C sous vide ou sous atmosphère de qaz protecteur avec une pression ticular. Thanks to a heat treatment up to about 1000 C under vacuum or under protective atmosphere with a pressure
allant jusqu'è 10 bars environ la partie est convertie en carbo- up to about 10 bar the portion is converted to carbo-
ne vitreux. Cette partie encore poreuse peut être imbibée ensui- do not glassy. This porous part can then be soaked
te avec une résine fluide, après durcissement complet de la ré- with a fluid resin, after complete hardening of the
sine et nouveau traitement par la cha]eur, la densité augmente sine and new treatment by the chain, the density increases
et par répétition à plusieurs reprises de cette étape, une hau- and by repeatedly repeating this step, a
te densité et solidité peuvent être obtenues d'une manière suf- the density and solidity can be obtained in a suf-
fisante. De même un procédé de production de carbone renforcé par des fibres de carbone (CFC) est connu, dans lequel cient. Similarly, a process for producing carbon reinforced with carbon fibers (CFC) is known, in which
un produit de laminage est crée, lequel est constitué par des fi- a rolling product is created which consists of
bres de carbone dirigées dans la direction désirée et d'une ré- carbon heads directed in the desired direction and a
sine duroplastique. Après pressage et durcissement complet du produit de laminage qui de ce fait obtient le contour final d'une duroplastic sine. After pressing and complete hardening of the rolling product which thereby obtains the final outline of a
manière déjà extensive, on effectue un traitement à la chaleur. already extensively, a heat treatment is carried out.
Aussi ici la pièce à nouveau est imbibée avec la résine et à nou- So here the piece again is soaked with the resin and again
veau cokéfiée. On peut ainsi de cette façon atteindre des.va- coked veal. This way we can achieve
leurs de densité allant jusqu'à 1,7 q/cm3 environ. D'une maniè- their density up to about 1.7 q / cm3. In a way
re alternative]e carbone renforcé par des fibres de carbone alternative carbon reinforced by carbon fibers
(CFC) peut être obtenu par filtration en phase gazeuse. (CFC) can be obtained by gas phase filtration.
Dans ce procédé de préparation, le fait que des temps de processus extrêmement long sont nécessaires, produit un In this process of preparation, the fact that extremely long process times are required, produces a
effet désavantageux. Ainsi selon l'épaisseur de paroi de la piè- disadvantageous effect. Thus according to the wall thickness of the
ce façonnée, le cycle de traitement thermique dure des jours à this fashioned, the heat treatment cycle lasts for days to
des semaines, de telle sorte que les temps totaux peuvent se mon- weeks, so that the total times can be
ter à plusieurs mois, lorsque le processus d'imbibition par la to several months, when the process of imbibition by the
résine doit être répété quelques fois. resin should be repeated a few times.
Un autre inconvénient doit être vu en ce que les pièces façonnées résu] tantes possèdent pour des épaisseurs Another disadvantage must be seen in that the resulting shaped parts have thicknesses
de paroi plus grandes que quelques mm une certaine porosité ré- wall thickness greater than a few mm a certain porosity re-
siduelle.siduelle.
Le problème de l'invention est donc de pro- The problem of the invention is therefore to
duire un procédé qui accélère la production de pièces façonnées en carbone vitreux ou en CFC d'une manière importante et le rend plus économique. Selon l'invention le problème est résolu en ce qu'une partie brute à base d'un duromère est formée et celle ci est pourvue d'une couverture adaptée à la forme et solide à la a process that speeds up the production of vitreous carbon or CFC shaped parts in a major way and makes it more economical. According to the invention the problem is solved in that a rough part based on a durometer is formed and that one is provided with a cover adapted to the shape and solid to the
pression, laquelle est perméable à cause de la porosité et d'ou- pressure, which is permeable due to porosity and
vertures, pour l'hydrogène gazeux qui s'est formé, dans laquelle vertures, for the gaseous hydrogen that has formed, in which
la couverture consiste en un matériau qui possède à des tempéra- the cover consists of a material that has
tures élevées un coefficient de diffusion de l'hydrogène impor- tures, a significant hydrogen diffusion coefficient
tant, et ensuite une pression comprise entre 30 et 5000 bars et une température comprise entre 600 et 1000 C pendant une durée both, and then a pressure of between 30 and 5000 bar and a temperature between 600 and 1000 C for a period
de 10 à 40 heures sont appliqués.from 10 to 40 hours are applied.
Grace au procédé selon l'invention, on obtient que par suite des températures élevées, les liaisons hydrogène des hydrocarbures contenus dans la résine soient rompues et que Thanks to the process according to the invention, it is obtained that, as a result of the high temperatures, the hydrogen bonds of the hydrocarbons contained in the resin are broken and that
les atomes d'hydrogène s'unissent aux molécules d'hydrogène. the hydrogen atoms unite with the molecules of hydrogen.
L'hydrogène gazeux ainsi en résultant, diffuse sur la paroi externe The resulting hydrogen gas, diffuses on the outer wall
de la pièce façonnée. Selon l'exécution de la couverture, l'hy- of the shaped piece. Depending on the execution of the cover, the
drogène gazeux continue à diffuser à travers la couverture et gaseous drogen continues to diffuse through the blanket and
entre par l'intermédiaire d'ouvertures appropriées de la couver- through appropriate openings in the cover
ture, vers l'extérieur dans l'atmosphère environnante. Dans les pièces façonnées seulement le carbone et d'autres éléments pré- sents dans la résine restent. La pression extérieure appliquée à la pièce façonnée entraine simultanément une densification de la pièce, de telle sorte que des pièces en carbone vitreux ou en ture, outward in the surrounding atmosphere. In shaped parts only the carbon and other elements present in the resin remain. The external pressure applied to the shaped part simultaneously leads to a densification of the workpiece, so that vitreous carbon parts or
CFC peuvent être produites en un temps bref. On peut obtenir qra- CFCs can be produced in a short time. We can get qra-
ce au procédé selon l'invention un temps de cycle de 10 à 40 heu- this process according to the invention a cycle time of 10 to 40 hours
res environ de sorte que la durée de fabrication, les temps de about so that the manufacturing time, the times of
machine et les coûts de chauffage élevés peuvent être abaissés. machine and high heating costs can be lowered.
De préférence la couverture consiste en un ma- Preferably the cover consists of a
tériau qui manifeste aux températures élevées des coefficients de diffusion d'hydrogène importants. On peut choisir selon les exigences un matériau qui remplit cette exigence dans une zone de température totale ou, comme par exemple le Titane, seulement aux températures élevées. Dans un mode de réalisation préféré la a material which manifests at high temperatures significant hydrogen diffusion coefficients. A material which fulfills this requirement in a total temperature range or, for example titanium, only at elevated temperatures can be selected depending on requirements. In a preferred embodiment the
couverture de la pièce façonnée sera fermée de tous cotés à l'a- cover of the shaped part will be closed on all sides to the
vance. Par suite de l'hydrogène gazeux qui se forme à l'intérieur vance. As a result of the hydrogen gas that forms inside
de la couverture lors du chauffage il se produit là une surpres- of cover during heating there is a surplus
sion, qui cependant à cause de la pression appliquée de l'ex- which, however, because of the applied pressure of the former
térieur de l'atmosphère environnante n'entraine aucune destruc- the surrounding atmosphere does not lead to any destruction
tion de la couverture.coverage.
Dans un mode d'exécution alternatf, la couver- In an alternative embodiment, the cover
ture est pourvue à des endroits appropriés d'ouvertures pour le ture is provided at appropriate places with openings for the
passage de l'hydrogène qui se forme. Par exemple lors de la pro- passage of the hydrogen that is formed. For example, during the pro-
duction de pièces façonnées plates (plateaux, etc...) la couver- duction of flat molded parts (trays, etc ...) the cover
ture peut être constituée d'une manière simple, des deux pistons ture can be constituted in a simple way, of the two pistons
d'une presse.of a press.
De ce fait, il n'est pas nécessaire que les pistons permettent la diffusion de l'hydrogène, bien plus la fente qui demeure entre les pistons est suffisante pour évacuer l'hydrogène gazeux qui se forme de la pièce façonnée. Pour les plaques fabriquées de cette façon la zone de bordure doit ensuite être éliminée. Pour qu'une diffusion de l'hydroqène qazeux de l'intérieur du corps façonné dans 1 'atmosphère environnante puisse se produire, il faut qu'un oradient de pression partiel Therefore, it is not necessary that the pistons allow the diffusion of hydrogen, the more the gap that remains between the pistons is sufficient to evacuate the hydrogen gas that forms the shaped part. For plates made in this way the edging area must then be eliminated. In order for a diffusion of the qygous hydrogen from the inside of the shaped body into the surrounding atmosphere to occur, a partial pressure oradient is required.
soit présent des deux côtés de la couverture. Afin que ce qra- be present on both sides of the cover. So that this
dient de pression partiel qui est présent automatiquement ini- tialement, demeure aussi constant pour des sorties d'hydrogène of partial pressure which is automatically present initially, also remains constant for hydrogen
nazeux croissantes dans l'atmosphère environnante, il est né- growing in the surrounding atmosphere, it is born
cessaire, en particulier pour de faibles volumes d'atmosphère necessary, especially for small volumes of
environnante, de prévoir des opérations qui élimineront à nou- environment, to plan operations that will eliminate
veau l'hydrogène gazeux repris.the hydrogen gas recovered.
De préférence ceci se produit par l'intermé- Preferably this occurs through
diaire d'un dispositif qui est en mesure de délier chimiquement of a device that is able to chemically untie
l'hydrogène gazeux (absorbeur) ou "Getter". L'atmosphère environ- hydrogen gas (absorber) or "Getter". The atmosphere around-
nante est conduite pour ce but par l'intermédiaire du matériau actif de l'absorbeur qui, de préférence doit être un composé de This purpose is carried out by means of the active material of the absorber which, preferably, must be a compound of
Titane. Dans un perfectionnement supplémentaire préféré du pro- Titanium. In a further preferred development of the
cédé on exécute à la suite de l'étape du procédé actuel une cal- given following the step of the current process, a
cination de graphitage à des températures comprises entre]800 et 2000 C. De cette façon 1 est possible de faire cristalliser la structure carbonée du corps façonné amorphe qui reste après l'élimination de l'hydrogène, en un assemhlage de oraphite et In this way, it is possible to crystallize the carbon structure of the amorphous shaped body remaining after the removal of the hydrogen, in an oraphite assembly and
ainsi d'augmenter la solidité de celui-ci. thus to increase the strength of it.
Dans le mode d'exécution avec une couverture imperméable au vide, il'est en outre possible, à la place de In the embodiment with a vacuum impervious cover, it is also possible, in place of
résines ou de duromères, d'introduire des thermoplastes. En rai- resins or duromers, to introduce thermoplasts. Because of
son des températures élevées ceux-ci seront certes liquides, cependant une couverture de forme fixe garantit la conservation its high temperatures these will certainly be liquid, however a fixed form cover ensures the conservation
de la forme demandée. D'une manière alternative, on peut utili- of the form requested. Alternatively, we can use
ser à la place des fibres de carbone des fibres Si-C pour les- instead of the carbon fibers of the Si-C fibers for
quellesla résine minérale inorganique utilisée contient simul- which inorganic mineral resin used contains simul-
tanément du Carbone et du Silicium. De cette façon, on peut at the same time Carbon and Silicon. In this way, one can
obtenir une pièce façonné en Si-C renforcés par des fibres de Si-C. obtain a shaped piece of Si-C reinforced with Si-C fibers.
R F V E N D I C A T I 0 N SR F V E N D I C A T I 0 N S
1 . Procédé de fabrication de corps façonnés à base de carbone vitreux ou de carbone renforcé par des fibres 1. Process for manufacturing molded bodies based on glassy carbon or fiber-reinforced carbon
de carbone (CFC) caractérisé en ce que une partie brute est fa- carbon fiber (CFC) characterized in that a raw portion is
çonnée en duromère et que celui-ci est pourvu d'une couverture solide à la pression et adaptée à la forme, lequel est perméable Durometer and that it is provided with a solid cover to the pressure and adapted to the shape, which is permeable
pour le gaz hydrogène qui se forme par porosité ou par des ouver- for hydrogen gas which is formed by porosity or by openings
tures, dans lequel la couverture consiste en un matériau qui pos- tures, in which the cover consists of a material which pos-
sède aux températures élevées un coefficient de diffusion à l'hy- at high temperatures a diffusion coefficient at
le drogène important et ensuite une pression entre 10 et 500 bars et the important drogen and then a pressure between 10 and 500 bar and
une température entre 600 et-1000 C est appliquée pendant une du- a temperature between 600 and 1000 C is applied during one
rée de 10 à 40 heures.from 10 to 40 hours.
2 0. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la couverture consiste en 'un matériau qui manifeste à des températures élevées un coefficient de diffusion vis-à-vis de 20. The process as claimed in claim 1, characterized in that the covering consists of a material which exhibits at high temperatures a diffusion coefficient with respect to
l'hydrogène important.the important hydrogen.
3 . Procédé selon la revendication 2 caractérisé 3. Process according to Claim 2, characterized
en ce que le matériau pour la couverture est du titane. in that the material for the cover is titanium.
4 . Procédé selon la revendication 1 caractérisé 4. Process according to Claim 1, characterized
en ce que la couverture est fermée au préalable de tous les côtés. in that the blanket is closed in advance on all sides.
50. Procédé selon l'une quelconque des revendi- 50. Process according to any one of the
cations 1 à 4 caractérisé en ce que la couverture est éliminée cations 1 to 4 characterized in that the cover is eliminated
après traitement par la chaleur d'une manière chimique et/ou mé- after heat treatment in a chemical and / or
canique. 6 . Procédé selon la revendication] caractérisé mechanical. 6. Method according to claim 1, characterized
en ce que la couverture possède des ouvertures à des endroits ap- in that the cover has openings at designated locations
propriés en vue du passage du gaz hydroqène qui se forme. properties for the passage of hydro gas that is formed.
70. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que la couverture consiste en deux pistons d'une presse à 70. The method of claim 6 characterized in that the cover consists of two pistons of a press to
haute température et l'ouverture est la fentre entre les pistons. high temperature and the opening is the window between the pistons.
8 . Procédé selon l'une quelconque des revendi- 8. Process according to any one of the
cations 1 à 7 caractérisé en ce que la couverture est déformable cations 1 to 7 characterized in that the cover is deformable
pour l'équilibre des masses qui diminuent. for the balance of diminishing masses.
9 . Procédé selon l'une quelconque des reven- 9. Process according to any one of the
dications précédentes caractérisé en ce que des mesures doivent 6, tre prévues, qui garantissent le maintien du gradient de in which measures must be provided which guarantee the maintenance of the gradient of
pression partiel d'hydrogène de part et d'autre de la couver- partial pressure of hydrogen on both sides of the blanket
ture.ture.
]0 . Procédé selon la revendication 9 carac- ] 0. Process according to claim 9,
térisé en ce que le gradient de pression partiel est maintenu in that the partial pressure gradient is maintained
par liaison chimique de l'hydroqène qazeux. by chemical bonding of the qazeux hydroqene.
311. Procédé selon la revendication 9 caracté- 311. The method of claim 9, characterized
risé en ce que le matériau de l'absorbeur "Getter" est un com- in that the material of the absorber "Getter" is a com-
posé du titane.posed titanium.
12 . Procédé selon l'une quelconque des reven- 12. Process according to any one of the
dications] à 8 caractérisé en ce que corrélativement une cal- to 8, characterized in that a correlation
cination de graphitage est portée au rouge à des températures citation of graphite is brought to red at temperatures
entre R1800 et 2000 C.between R1800 and 2000 C.
13 . Procédé selon l'une quelconque des re- 13. Process according to any one of
vendications I et 4 caractérisé en ce que, à la place de rési- I and 4, characterized in that, instead of residing
nes ou de duromères, des thermoplastes sont utilisés. nes or duromers, thermoplastics are used.
34 . Procédé selon l'une quelconque des re- 34. Process according to any one of
vendications précédentes, caractérisé en ce ou'à la place de fibres de carbone, des fibres Si-C sont utilisées et que la preceding claims, characterized in that instead of carbon fibers, Si-C fibers are used and that the
résine organique contient du carbone et du silicium. Organic resin contains carbon and silicon.
]5 . Application du procédé selon l'une quel- ] 5. Application of the process according to any one
conque des revendications 1 à]4 à la fabrication de disques conque of claims 1 to] 4 to the manufacture of disks
de freins pour avions ou véhicules automobiles, pour clapets de buse de poussée de mécanisme de commande de turbine ou de buse of brakes for aircraft or motor vehicles, for turbine or turbine control mechanism thrust nozzle valves
de fusée.rocket.
Applications Claiming Priority (1)
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