[發明專利]一種碳剎車盤預制體的預處理方法

有效

• 申請號: 201310618748.3
• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN103626511A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 任金偉;劉海平;李碩;張曉偉
• 申請（專利權）人: 西安航空制動科技有限公司
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

技術領域

本發明屬于碳/碳復合材料制備技術領域，具體特別涉及一種碳剎車盤預制體的預處理方法。

背景技術

隨著航空技術的發展，飛機速度不斷提高，裝載量不斷增加，這就對飛機正常著陸制動和中止起飛制動剎車材料適應高速、重載提出了很高的要求。碳/碳復合材料以其密度小、耐高溫、摩擦磨損性能優異、制動吸收能量大等優點而廣泛應用于飛機剎車盤。

國外Messier-Bugatti、Honeywell、Goodrich等碳剎車盤生產廠家以碳纖維氈或者預氧絲氈為預制體，國內航天43所、中南大學等單位大多采用針刺碳纖維氈為預制體，然后通過化學氣相滲透（CVI）在預制體表面沉積熱解碳基體，達到增密的目的，再輔以高溫熱處理、機械加工等工序得到飛機碳剎車盤。

碳剎車盤的摩擦磨損性能是影響其壽命的最關鍵因素，而碳剎車盤預制體表面狀態及其與熱解碳基體的界面結合狀態對其摩擦磨損性能有著重要的影響。如何通過改變預制體表面狀態、以及其與熱解碳基體的結合強度來延長碳剎車盤的壽命，目前國內外除了以下兩個專利報道外，很少有人關注此問題。

專利CN103172398A公開了一種碳剎車盤用纖維的表面處理方法，其通過化學氣相沉積法對纖維表面進行改性處理，將沉積與熱處理相結合，通過分段沉積，得到低磨損率飛機碳剎車盤。專利CN102643103A公開了一種碳剎車盤的制備方法，是將熱處理與化學氣相沉積纖維表面處理相結合，獲得改良的碳剎車盤預制體，該方法增加了纖維表面基體形核點，起到了增強了界面效應、延長低速低能下碳剎車盤的使用壽命的作用。

但是，上述兩個發明創造均是從通過熱處理和化學氣相沉積的方法來增加纖維表面基體的形核點，沒有從本質上改變碳纖維表面的物理狀態，因此，其對界面效應的增強效果很有限，延長碳剎車盤使用壽命的能力也很有限。

發明內容

為克服現有技術中存在的界面效應強度有限，延長碳剎車盤使用壽命的能力也很有限的不足，本發明提出了一種碳剎車盤預制體的預處理方法。

本發明的具體步驟為：

步驟1，預制體熱處理：將預制體裝入熱處理爐中，采用常規方法進行熱處理去膠，熱處理溫度為2100℃～2600℃，保溫時間為1h～4h，爐壓≤100Pa后通氬氣保護。

步驟2，預制體的預氧化處理：采用壓縮空氣對去膠后的預制體進行預氧化處理，具體過程為：

第一步，將去膠后的預制體裝入沉積爐；

第二步，將沉積爐通電，抽真空以排出爐內空氣，爐壓≤100Pa時停止抽真空；

第三步，沉積爐升溫至450℃～550℃并保溫，對沉積爐通壓縮空氣，同時調節爐壓至1kPa～3kPa進行預氧化處理；預氧化處理的時間為0.5h～3h。壓縮空氣流量為20SLM～50SLM。

第四步，預氧化處理結束后，停止通壓縮空氣，沉積爐降溫至200℃以下，預制體出爐稱重，預制體重量減輕0.2%～1%。

步驟3，CVI處理。采用常規方法進行CVI處理，直至預制體的密度達到1.72g/cm³，得到經過CVI處理的碳剎車盤。CVI處理中：天然氣工藝的沉積溫度為950℃～1050℃，流量為40SLM～65SLM；丙烯氣工藝的沉積溫度為800℃～950℃，流量為20SLM～50SLM；當CVI處理開始時，調節爐壓至1kPa～4kPa。

步驟4，最終熱處理。將密度達到1.72g/cm³的碳剎車盤置于熱處理爐中，采用常規熱處理方法對所述碳剎車盤進行最終熱處理。最終熱處理中，對熱處理爐抽真空至≤100Pa。對熱處理爐升溫至1400℃時通氬氣保護，繼續對熱處理爐升溫至1900℃～2600℃并保溫1h～4h，得到碳剎車盤。

本發明在碳剎車盤CVI之前，對其預制體進行預氧化處理，通過對CVI前的飛機碳剎車盤預制體進行預氧化處理，氧氣在碳纖維表面刻蝕出凹坑，增加了碳纖維的比表面積，從而提高碳纖維表面活性、增強碳纖維與熱解碳界面的結合強度，達到改善碳剎車盤摩擦磨損性能、延長其使用壽命的目的。