KR20110068872A - Ｃ／ｃ 복합재 기재 마찰 부재의 제조방법 - Google Patents

Ｃ／ｃ 복합재 기재 마찰 부재의 제조방법 Download PDF

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에릭 레름
필립 뛰르지
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메씨어-부가띠
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Abstract

적어도 주요 외부상은 기체 상태인 전구체로부터 기원하는 열분해 탄소 매트릭스로 조밀화하여 탄소-탄소 복합재를 얻었고, 조밀화 마지막에 1400℃ 내지 1800℃의 온도에서 최종 열처리를 수행하였다.

Description

Ｃ／Ｃ 복합재 기재 마찰 부재의 제조방법{A method of fabricating a friction part based on C/C composite material}
본 발명은 C/C 복합재 마찰 부재의 제조에 관한 것이고, 특히 비행기 브레이크 디스크에 관한 것이나, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서, C/C 복합재 "기재" 마찰 부재라는 용어는 C/C 복합재로 제조된 또는 본질적으로 C/C 복합재로 제조된, 즉 특히 내마모성의 개선을 목적으로 작은 중량%로 추가의 요소, 예를 들면 세라믹 입자를 포함할 수 있는, 마찰 부재를 의미한다.
C/C 복합재 기재 비행기 브레이크 디스크는 널리 사용되고 있다. 이와 같은 디스크를 제작하는 공지의 방법은 다음 단계를 포함한다:
ㆍ탄소-전구체, 통상적으로 예비-산화된 폴리아크릴로니트릴(PAN) 섬유로 환형 예비성형체를 제조하는 단계;
ㆍ탄소 전구체를 변형시키기 위해 그리고 탄소 섬유로 제조되고 복합재의 섬유성 보강물을 형성하도록 의도된 환형 예비성형체를 얻기 위해 탄소화 열처리를 적용하는 단계; 및
ㆍ탄소 섬유 예비성형체를 탄소 매트릭스로 조밀화하는 단계.
탄소 전구체 섬유의 환형 예비성형체는 다양한 방법으로 제조될 수 있다:
ㆍ2-차원 섬유 직물의 플라이를 포개고, 포개진 플라이들을 서로 결합시키고, 그리고 섬유 구조물로부터 환형 예비성형체를 잘라내어 두꺼운 섬유 구조물을 형성하고, 상기 2-차원 섬유 직물은 예를 들면 단향성(UD) 섬유 직물들을 포개고 UD 시트들을, 예를 들면, 시침에 의해 서로 결합하여 얻은 다향성 (nD) 섬유 시트이다;
ㆍ2-차원 섬유 직물, 예를 들면, nD 시트로부터 환형 플라이 또는 고형 디스크 형태의 플라이를 잘라내고, 환형 섬유 플라이를 포개고 그리고, 포개진 플라이를 서로 결합하여 직접 환형 섬유 예비성형체를 얻거나 또는 이후 환형 예비성형체를 얻기 위해 중앙 부분을 잘라내는 디스크-형상 섬유 예비성형체를 얻는다; 또는
ㆍ나선형 끈(braid) 또는 직물의 평면 선회(flat turn)를 감아 포개진 환형 섬유 플라이를 형성하고, 플라이를 서로 결합시킨다.
이러한 다양한 공정에서, 포개진 플라이들 간의 결합은 통상적으로 바느질에 의해 수행된다. 이 목적을 위해, 그리고 전형적으로, 포개진 플라이는 수평 지지체 위에 놓이고, 바느질은 플라이가 서로 포개짐에 따라, 새로운 플라이가 첨가될 때마다 바느질 통과를 수행하면서, 점진적으로 수행된다. 바느질은 섬유 구조물 또는 형성되는 섬유 예비성형체를 수직 (Z 방향)으로 통과하는 가시바늘을 사용하여, 바늘에 의해 Z 방향을 점유하도록 이동하는 섬유에 의해 플라이들 간의 결합이 얻어지면서 수행된다. 수평 지지체는 섬유 구조물 또는 섬유 예비성형체의 두께를 통과하는 섬유의 Z 방향의 밀도를 조절하기 위해, 바느질 통과 후 새로운 플라이가 공급될 때마다 한 단계씩 아래로 이동한다.
탄소 전구체 섬유로 제조된 환형 예비성형체의 제조에 관하여 다음 문헌들이 참조된다: US 4 790 052, US 5 792 715 및 US 6 009 605.
탄소 섬유 플라이들을 포개고 그리고 이들 플라이를 바느질에 의해 결합시킴으로써 직접 탄소 섬유로 환형 예비성형체를 제조하는 것이 제안된바 있다는 것을 관찰하여야 한다.
PyC 매트릭스로 조밀화 하기에 앞서, 섬유에 함유된 어느 불순물, 특히 탄소 전구체 섬유를 제조하는 공정으로부터의 나오는 잔류 나트륨을 제거하기 위해, 전형적으로 적어도 1600℃의 온도에서 탄소 섬유 예비성형체를 고온 열처리하는 것이 알려져 있다. 예를 들면, 다음의 문헌들이 참조된다: US 7 351 390, US 7 052 643 및 US 7 410 630.
탄소 매트릭스에 의한 조밀화는, 액체-유형 공정에서, 즉 예비 성형체를 수지 또는 피치와 같은 액체 상태의 탄소 전구체에 함침시키고 그리고 전구체를 열처리하의 탄소화에 의해 탄소로 변형시킴에 의해 달성될 수 있다.
탄소 매트릭스와의 조밀화는 또한, 공지의 방법에서, 엔클로저에 탄소 섬유 예비성형체를 놓는 단계 및 하나 이상의 기체상 탄소 전구체를 함유하는 기체를, 기체가 예비성형체 안으로 확산될 수 있고 전구체(들)의 분해에 의해 성형체 안에 PyC 침착이 형성되도록 조절된 온도 및 압력 상태의 엔클로저에 넣는 단계를 포함하는 화학적 증기 침투 (CVI) 방법에 의해서도 수행될 수 있다. 기체는 통상적으로 탄소 전구체로서 메탄 및/또는 프로판을 포함하고, 다른 기체상 탄화수소 전구체가 사용될 수도 있다는 것을 이해하여야 한다. 스택에 놓인 다수의 환형 예비성형체는, 특히 문헌 US 5 904 9578에 기재된 바와 같이, 단일 엔클로저에서 동시에 조밀화될 수 있다.
한편, 공지의 방법에서, 액체 탄소 전구체의 배스에 탄소 환형 예비성형체를 담그고, 그리고 예를 들면, 인덕션 코일을 연결하여 예비성형체를 가열하는 것을 포함하는 "증기화" 공정을 사용하여 PyC 매트릭스로 조밀화를 수행하는 것이 가능하다. 액체는 가열된 예비성형체과 접촉한 후 증발한다. 증기는 확산되고 예비성형체 내에서 분해하여 PyC 침착을 생성한다. 특히 문헌 US 5 733 611을 참조할 수 있다.
CVI법과 액체형 방법을 결합하여 조밀화를 달성하는 것이 알려져 있다. 문헌 EP 2 088 347 및 EP 2 093 453은 CVI에 의한 조밀화 단계 및 이어서 피치에 의한 함침 및 탄소화에 의한 조밀화 단계를 기재한다. 피치 탄소화는 1200℃ 내지 1800℃ 범위의 온도, 통상적으로 1600℃에서 수행되고, 피치-전구체 탄소를 흑연화하기 위해 1600℃ 내지 2400℃ 사이의 온도에서 흑연화 열처리가 이어질 수 있다.
본 발명은, 매트릭스의 탄소가 최소한 탄소 매트릭스의 주요 외부 상에서 기체 상태의 전구체로부터 기원하는 PyC로 형성되는, C/C 복합재 기재 마찰 부재의 제조에 관한 것이다. "기체 상태의 전구체로부터 기원하는 PyC"은 본 명세서에서, 기존의 CVI 방법에 의해 얻어진 PyC 뿐만 아니라 상기의 증기화 방법에 의해 얻은 PyC를 의미한다.
PyC 매트릭스에 의한 조밀화 후, 임의로, PyC 매트릭스가 거친 판상형 PyC 또는 "RL-PyC"인 경우, PyC 매트릭스를 흑연화하기 위해 고온, 통상적으로 2000℃ 보다 높은 온도에서 최종 열처리를 진행하는 것이 알려져 있다. CVI 방법이 수행되는 조건하에서 얻어질 수 있는 다양한 유형의 PyC (특히, 등방성 PyC, 평활 판상형 PyC, RL-Pyc) 중에서, RL-PyC는 스스로 흑연화되는 유형이다. RL-PyC 매트릭스를 제조하기 위한 방법은 문헌 US 6 001 419에 기재된다.
고온에서 최종 열처리 되어 흑연화된 RL-PyC 매트릭스를 갖는 C/C 복합재 (재료 "A")로 제조된 비행기 브레이크 디스크는 산화에 대한 양호한 내성을 나타내고 양호한 브레이크 성능, 특히 이륙 단념(rejected takeoff) 브레이크로도 알려진, 이륙하기 전 고속에서의 위급 멈춤 브레이크와 같은 고에너지 브레이크 동안 마찰 계수의 양호한 안정성을 나타낸다. 그럼에도 불구 하고, 이와 같은 디스크의 마모는 상당히 높다.
고온에서 최종 열처리 되지 않았지만 조밀화에 앞서 탄소 섬유 전구체에 고온 열처리가 수행된 C/C 복합재 (재료 "B")로 제조된 브레이크 디스크는, 주차지점에서 지상이동까지의 (브레이크를 포함하여) 저온의 지상이동, 비행, 착륙시 브레이크, 그리고 활주로에서 주차지점까지 (브레이크 하면서) 고온의 지상이동을 포함하는 정상 작동 사이클 중 통상적으로 관찰되는 총 마모의 많은 부분을 구성하는, 저에너지, 특히 저온 지상이동 중의 브레이크에서 낮은 마모를 나타낸다. 그럼에도 불구하고, 재료 A와 비교하여, 산화에 대한 더 낮은 내성 및 고에너지 브레이크 동안의 마찰계수의 더 작은 안정성이 관찰되었다.
본 발명의 목적은 C/C 복합재 브레이크 디스크 및 더욱 일반적으로 마찰 마모에 대한 내성, 산화에 대한 내성 및 브레이크 성능의 안정성 사이의 더 나은 절충을 나타내는 C/C 복합재 기재 마찰 부재의 제조방법을 제안하는 것이고, 적어도 매트릭스의 주요 외부 상에서 매트릭스의 탄소는 기체 상태의 전구체로부터 기원하는 열분해 탄소로 형성된다.
본 목적은 탄소/탄소 복합재 기재 마찰 부재의 제조방법에 의해 달성되고, 상기 방법은 탄소 섬유 예비성형체를 제조하고, 예비성형체를 상기 열분해 탄소의 매트릭스로 조밀화하고, 1400℃ 내지 1800℃의 온도, 바람직하기는 1550℃ 내지 1700℃의 온도에서 최종 열처리를 수행하는 것을 포함한다.
하기에 나타낸 바와 같이, 그리고 완전히 예상 밖의 방식으로, 이와 같은 특정 온도 범위에의 최종 열처리의 수행은, 고온에서의 최종 열처리를 포함하지 않는 선행기술과 비교하여, 최종 열처리가 PyC 매트릭스를 흑연화 하기 위한 역치보다 상당히 아래의 온도에서 수행된 경우에도, 고에너지 브레이크 동안을 포함하여, 상당히 개선된 브레이크 성능 및 산화에 대한 내성의 개선과 함께, 낮은 마모를 유지하고 또는 참으로 추가 마모의 감소를 가능하게 한다.
한 구현예에서, 전체 매트릭스에서, 매트릭스의 탄소는 기체 상태의 전구체로부터 기원하는 열분해 탄소에 의해 형성된다.
또 다른 구현예에서, 매트릭스의 내부 소수상 (minority phase)에서, 매트릭스의 탄소는 액체 상태의 탄소 전구체에 의한 예비성형체의 함침 및 전구체의 탄소화에 의해 얻어지고, 매트릭스의 내부 소수 상의 탄소는 바람직하기는 매트릭스 탄소의 전체 용적의 20% 이하를 나타낸다.
유리하기는, 조밀화에 앞서 열처리가 탄소 섬유 예비성형체에 1600℃를 넘는 온도에서 수행된다.
또한, 유리하기는 열분해 탄소 매트릭스는 거친 판상형으로 형성된다.
한 구현예에서, 섬유 예비 성형체는 탄소 전구체 섬유로 제조된 2-차원 섬유 플라이를 포개고, 플라이들을 포개면서 점진적으로 바느질함에 의해 플라이들을 서로 결합시키고, 그리고 탄소 전구체 섬유를 탄소 섬유로 변형시키기 위해 탄소화함에 의해 제조된다.
또 다른 구현예에서, 예비성형체는 탄소 섬유로 제조된 2-차원 섬유 플라이를 포개고 그리고 플라이를 포개면서 점진적으로 바느질함에 의해 플라이들을 서로 결합시킴에 의해 제조된다.
둘 다의 경우, 각각 새로 포개진 플라이의 바느질은 바느질 밀도가 90 스트로크/cm2을 넘지 않도록 수행된다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조로 하여, 비제한적인 방식으로 주어진 아래의 설명을 통해 더 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 수행에서 C/C 복합재 브레이크 부재를 제조하는 방법에서의 연속 단계들을 나타내고; 그리고
도 2는 조밀화에 앞서 탄소 섬유 예비성형체의 다양한 열처리 온도에 대한 C/c 복합재로 제조된 비행기 브레이크 디스크의 마모와 최종 열처리 온도 간의 관계를 나타내는 곡선을 플로팅한 그래프이다.
본 발명의 특정 수행을 비행기 브레이크 디스크에 적용한 상황에서 아래에 설명한다. 그럼에도 불구 하고, 본 발명은 다양한 형태의 마찰 부재, 구체적으로 디스크, 패드, 및 신발에 더욱 일반적으로 적용할 수 있다.
도 1의 방법의 첫 번째 단계(10)는 탄소-전구체 섬유로 섬유 예비성형체를 제조하는 것으로 이루어진다. 이 목적을 위해, 상기 공정 중 어느 것을 사용할 수 있고, 즉:
ㆍ2-차원 섬유 직물의 플라이를 포개고 그리고 이들 플라이들을 바느질에 의해 서로 결합하여 두꺼운 섬유 구조물을 형성하고, 이 섬유 직물은 예를 들면 nD 시트이고, 그리고 섬유 구조물을 환형 예비성형체로 잘라낸다;
ㆍ2-차원 섬유 직물로부터 환형 플라이 또는 디스크 형태의 플라이를 잘라내고 그리고 플라이를 포개고 그리고 바느질에 의해 플라이를 서로 결합시킨다; 또는
ㆍ나선형 직물 또는 나선형 끈(braid) 또는 직물의 평면 선회(flat turn)를 감아 포개진 환형 섬유 플라이를 형성하고, 그리고 플라이를 바느질에 의해 서로 결합시킨다.
바느질은 가시 바늘을 사용한 연속 통과로 수행되고, 바느질은 각각의 새로 적용된 플라이의 전체 영역에 걸쳐 수행된다. 문헌 WO 96/12842에 기재된 바느질 공정을 사용할 수 있다. 바람직하기는, 각각의 플라이를 바느질하는 동안, 바느질 밀도 (단위 면적당 바늘 스트로크의 수)는 비교적 적고, 그럼에도 불구 하고 제조될 브레이크 디스크에 요구되는 탈적층에 대한 내성, 즉 플라이 브레이크 사이의 결합에 의한 분리에 대한 내성을 부여하기 위해 충분한 플라이 간의 결합을 제공한다.
다음 단계(20)에서, 탄소 전구체 섬유로 제조된 예비성형체는 750℃ 내지 1100℃의 온도, 예를 들면, 약 900℃에서 탄소화 열처리에 의해 탄소 섬유 예비성형체로 변형된다.
탄소화 후, 고온 열처리가 탄소 섬유 예비성형체에 수행된다(단계 30). 열처리는 불활성 기체 하에서, 예를 들면, 질소 증기가 지나가는 엔클로저에서, 1600℃보다 높은 온도에서, 예를 들면, 1600℃ 내지 2500℃의 범위의 온도에서 수행된다. 이 목적은 섬유에 함유되어 있을 수 있는 어느 잔류 불순물, 특히 나트륨을 제거하는 것이다.
탄소화 (단계 20) 및 고온 열처리 (단계 30)는 문헌 EP 1 521 731에 기재된 바와 같이 동일한 엔클로저에서 서로의 다음에 이어 올 수 있다.
그리고 그 후, 단계 (40)에서, 열처리된 탄소 섬유 예비성형체는 기체 상태의 전구체로부터 기원하는 PyC 매트릭스에 의해 조밀화될 수 있다. 종래의 CVI 공정에서, 예를 들면, 메탄 및 프로판의 혼합물을 포함하는 기체 상이 사용되었고, 조밀화는 850℃ 내지 1050℃ 범위의 온도, 약 0.5 킬로파스칼(kPa) 내지 3.3 kPa 범위의 낮은 압력에서 수행되었고, 종래의 CVI 공정의 파라미터들(온도, 압력, 기체 유속, 메탄/프로판 혼합물 중의 프로판의 함량, 조밀화 엔클로저를 통한 기체의 통과 시간)은, 예를 들면 RL-PyC 형의 매트릭스를 얻기 위해 선택되거나 또는 과정 중에 변할 수 있다. 상기 문헌 US 6 001 419를 참조하라. 탄소 섬유 예비성형체의 고온 열처리 (단계 30) 및 종래의 CVI 공정에 의한 조밀화는 문헌 US 7 052 643에 기재된 바와 같이 동일한 엔클로저에서 서로의 다음에 이어 올 수 있다. 기화에 의한 분해 공정에서, 탄소의 액체 전구체로서, 예를 들면 시클로헥산이 사용되고, 예비성형체는 850℃ 내지 1000℃ 범위의 온도에서 가열된다(특히 문헌 WO 99/40042를 참조하라)
조밀화의 마지막에, 고온에서 최종 열처리가 수행된다(단계 50). 이 열처리는 1400℃ 내지 1800℃의 범위의 온도에서, 바람직하기는 1550℃ 내지 1700℃ 범위의 온도에서 수행된다. 이것은 매트릭스의 탄소가 기체 상태의 전구체로부터 기원하는 PyC로 형성된 C/C 복합재 브레이크 디스크를 생산한다. 디스크는 원하는 치수로 기계가공되고 그것의 비-마찰 표면에 항-산화 보호가 적용된 후 사용될 수 있다.
비록 이러한 특정 온도 범위 (1400℃ 내지 1800℃)에서 수행된 최종 열처리가 RL-PyC 매트릭스의 흑연화를 유도하지는 않지만, 완전히 예상 밖의 방식으로, 생성된 C/C 복합재 디스크의 두께에서, 낮은 마찰 마모를 나타냄과 동시에 열 확산성의 증가, 산화에 대한 더 나은 내성, 및 특히 고에너지 브레이크에서의 더 나은 브레이크 성능에 기여한다는 것을 발견하였다. 그 결과, 브레이크 중, 더 나은 기하학적 매칭이 (오직 하나의 마찰 면을 갖는 디스크의 경우) 디스크의 마찰 면에서, 또는 (두 개의 마찰 면을 갖는 디스크의 경우) 디스크의 각각의 마찰 면에서 얻어지고, 즉 더 큰 접촉 면적이 마주보는 마찰 표면으로 얻어진다. 이것은, 산화에 의한 마모를 조장하고 마찰 성능을 제한하는 매우 고온 지점의 출현을 가져올 수 있는, 마찰 면의 또는 각각의 마찰 면의 작은 면적으로 마찰이 한정되는 위험을 막는다.
도 1을 참조로 기재된 방법의 변형에서, 단계 (10) 및 단계 (20)은 결합하여 서로 결합하는 섬유 플라이들과 탄소 섬유 플라이의 포개짐으로부터 직접 탄소 섬유 예비성형체를 제작할 수 있도록 한다. 결합은 바람직하기는 90 스트로크/cm2을 넘지 않는 바느질 밀도로 바느질함으로써 달성될 수 있다.
또 다른 변형에서 기체 상태의 전구체로부터 기원하는 PyC로의 조밀화는, 내부 매트릭스 상이 섬유성 예비성형체를 액체상태의 탄소 전구체, 예를 들면 수지 또는 피치로 함침시키고 그리고 전구체를 탄소화에 의해 탄소로 변형시킴으로써 얻은 탄소로 제조되는 첫번째 조밀화 단계에 의해 시작될 수 있다. 이와 같은 내부 매트릭스 상은 특히 예비성형체의 통합, 즉 예비성형체를 단단히 하기에 충분한 섬유들의 결합을 달성할 수 있다. 이와 같은 내부 상은 매트릭스의 탄소의 소수 분획, 바람직하기는 매트릭스의 탄소의 총 용적의 20%를 넘지 않는 분획을 나타내고, 기체 상태의 전구체로부터 기원하는 PyC로 형성된 외부상이 매트릭스의 주요 또는 대부분을 형성한다.
변화에서도 역시, 탄소 이외 재료의 고형 충진재, 특히 내마모성을 개선하기 위한 세라믹 입자가 복합재의 제조 중에 복합재에 도입될 수 있다. 이와 같은 충진재의 양은 비교적 작고, 예를 들면, 복합재의 5% 중량 미만이다. 세라믹 입자를 도입을 위한 한 방법은 문헌 WO 2006/067184에 기재된다.
실시예 1
C/C 복합재 브레이크 디스크를 다음의 특정 조건하에서 도 1을 참조로 기재된 유형의 방법으로 제조하였다:
ㆍ환형 예비성형체를, 예비-산화된 PAN 섬유의 3-차원 (3D) 시트로 이루어진 플라이를 포개고 플라이들을 바느질에 의해 서로 결합시켜 형성한 섬유 구조물을 잘라냄에 의해, 예비-산화된 PAN 섬유로 제조하였다. 3D 시트는 3개의 UD 시트를 서로에 대해 60˚의 각을 형성하도록 포개고 시침 바느질로 UD 시트를 서로 결합시켜 제조하였다. 플라이들을 문헌 US 5 792 715에 기재된 방법을 사용하여, 예비성형체의 두께를 통해 실질적으로 일정한 Z 방향의 섬유 밀도를 얻을 수 있는 방식으로 서로 바느질하였다. Z 방향 섬유 함량은 약 3%였다 (즉, 예비성형체의 겉보기 부피의 3%)
ㆍ탄소 섬유를 얻기 위해 예비-산화된 PAN 섬유 예비성형체를 약 900℃의 온도에서 탄소화한다;
ㆍ불활성 기체 (질소)하에서 탄소 섬유 예비성형체를 고온 열처리(HTT)한다. 예비 성형체의 첫번째 패밀리는 1600℃에서 처리하고, 두번째 패밀리는 1900℃에서, 세번째 패밀리는 2200℃에서 처리한다;
ㆍ메탄과 프로판의 혼합물로 이루어진 기체를 사용하는 종래의 CVI 공정에 의한 조밀화, 조밀화 파라미터는 RL-PyC 매트릭스를 얻도록 선택된다; 그리고
ㆍ조밀화 후 얻어진 C/C 복합재 디스크를 다양한 선택 온도에서 최종 열처리한다.
최종 열처리 후, 디스크들에, 다음을 포함하는 작동 사이클을 재연하는 브레이크 시험을 적용함으로써 동일한 마모 시험을 수행하였다:
ㆍ주차지점과 이륙 사이에 수회 브레이크를 작동하면서 저온 상태의 지상 이동;
ㆍ비행;
ㆍ(디스크를 고온 상태로 가져가는) 착륙 중의 브레이크;
ㆍ활주로와 주차지점 사이에 수회 브레이크를 작동하면서 고온 상태의 지상 이동.
마모는 작동 사이클당 마찰 면당 마이크로미터 (㎛/면/사이클)로 측정하였다.
도 2의 곡선들은 최종 열처리의 다양한 온도 T에 대하여, 3개의 예비 성형체 패밀리로부터 얻은 브레이크로 구성된 2-회전날개 브레이크를 사용하여 수행된 브레이크 시험 중 측정한 마모를 나타낸다.
일반적으로 1400℃ 내지 1800℃의 온도, 특히 1550℃ 내지 1700℃의 온도에서의 최종 열처리의 마모가, 흑연화를 유도하는 2200℃에서의 최종 열처리와 비교하여 매우 큰 것을 볼 수 있다.
열처리가 없는, 즉 조밀화 동안 만나는 것보다 상당히 높은 온도에서 최종 열처리가 없는 디스크와 비교하여, 놀랍게도 탄소 섬유 예비성형체는, 1600℃보다 높은 고온에서 열처리된 경우, 내마모성의 실질적인 개선을 가져왔다는 것을 발견하였다.
실시예 2
과정은 다음을 제외하고 실시예 1과 동일하였다:
ㆍ1850℃의 온도에서의 탄소 섬유 예비성형체의 HTT; 및
ㆍ탄소 전구체로서의 기화된 시클로헥산의 분해에 의한 조밀화.
아래의 표는 실시예 1과 동일한 방법으로 측정된, 조밀화 후 얻어진 C/C 복합재 디스크의 다양한 온도에서의 최종 열처리에 대한 마모를 나타낸다.
최종 열처리 온도 마모 (㎛/면/사이클)
2000℃ 3.75
1850℃ 3.15
1650℃ 2.50
2000℃의 온도와 비교하여, 마모에서의 상당한 감소가 1650℃의 최종 열처리 온도에서 관찰되었다.

Claims (10)

  1. 탄소 섬유 보강재 및 최소한 매트릭스의 주요 외부상(external phase)은 기체 상태의 전구체로부터 기원하는 열분해 탄소로 형성된 탄소 매트릭스로 형성된 탄소/탄소 복합재 기재의 마찰 부재의 제조방법으로, 상기 방법은 탄소 섬유 예비성형체를 제조하고, 예비성형체를 상기 열분해 탄소의 매트릭스로 조밀화하고, 그리고 상기 조밀화 후, 1400℃ 내지 1800℃의 온도에서 최종 열처리를 수행하는 것을 포함하는 것인 방법.
  2. 제1항에 있어서, 최종 열처리가 1550℃ 내지 1700℃의 온도에서 수행되는 것인 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전체 매트릭스에서, 탄소는 기체 상태의 전구체로부터 기원하는 열분해 탄소로 형성되는 것인 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 매트릭스의 내부 소수 상(minority phase) 상에서, 매트릭스의 탄소는 예비성형체를 액체 상태의 탄소 전구체로 함침시키고 그리고 전구체를 탄소화하여 얻어지는 것인 방법.
  5. 제4항에 있어서, 내부 소수 상의 탄소는 매트릭스의 총 탄소 용적의 20%를 넘지 않는 것을 나타내는 것인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 조밀화에 앞서, 열처리가 1600℃ 보다 높은 온도에서 탄소 섬유 예비성형체 상에 수행되는 것인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 열분해 탄소 매트릭스는 거친 판상형으로 형성되는 것인 방법.
  8. 제1항에 있어서, 섬유 예비성형체는 탄소 전구체 섬유로 제조된 2-차원 섬유 플라이를 포개고, 플라이들을 포개면서 점진적으로 바느질함에 의해 플라이들을 서로 결합시키고, 그리고 탄소 전구체 섬유를 탄소 섬유로 변형시키기 위해 탄소화하는 것에 의해 제조되는 것인 방법.
  9. 제1항에 있어서, 섬유 예비성형체는 탄소 섬유로 제조된 2-차원 섬유 플라이들을 포개고, 그리고 플라이들을 포개면서 점진적으로 바느질함에 의해 플라이들을 서로 결합시키는 것에 의해 제조되는 것인 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 각각의 새로 포개지는 플라이의 바느질은 90 스트로크/cm2 을 넘지 않는 바느질 밀도로 수행되는 것인 방법.
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