[發明專利]一種碳/碳剎車盤的制備方法

在審

• 申請號: 201610910153.9
• 申請日: 2016-10-12
• 公開（公告）號: CN107445638A
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 李建國;武建平;矯國林;趙路波
• 申請（專利權）人: 平順縣西溝龍鼎新材料科技有限公司
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83;C04B35/622;F16D69/02
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技術領域

本發明涉及一種碳/碳復合材料的制造領域，具體是一種碳/碳剎車盤的制備方法。

背景技術

碳/碳復合材料具有重量輕、比強度高、比熱大、摩擦系數穩定、高溫力學性能好等諸多優點，成功替代鋼剎車材料成為現代軍用、民用飛機的重要剎車部件。

目前，國內外制備碳剎車盤的主流方法為化學氣相滲透(CVI)工藝。該工藝是將碳纖維等多孔預制體先進行高溫熱處理，然后裝入化學氣相沉積爐內，在一定的溫度和壓力下，通入碳源氣進行裂解，生成的碳不斷沉積到預制體的孔隙中，使其逐步致密化。

CVI工藝具有工藝簡單、產品性能穩定、產品不受幾何形狀限制、適應工業化規模生產等特點，但存在沉碳效率低、表面易結殼、生產周期過長的缺點，并且隨著軍用、民用飛機綜合性能要求的不斷提高及大型化的發展趨勢，制動過程中碳剎車盤所承受的能載越來越大，特別是在鍵槽等承力部位容易出現開裂、分層等現象，嚴重影響飛機剎車安全。目前，為提高鍵槽等部位的機械強度，往往需要在鍵槽上加裝鋼夾，然而，加裝鋼夾不僅增加了碳剎車盤的重量，而且并未徹底解決鍵槽等受力部位的強度問題，開裂、分層等現象仍時有發生。

發明專利ZL201210101166.3公開了一種碳剎車盤的制備方法。該發明將熱處理與化學氣相沉積纖維表面處理相結合，對碳纖維預制體進行改性，增加了纖維表面基體形核點，提高了碳剎車盤的沉積效率，縮短了碳剎車盤的沉積周期。但是，該發明對碳剎車盤的力學性能沒有明顯改善。

發明內容

為克服傳統CVI工藝碳剎車盤制備技術中存在的不足，本發明提出了一種生產周期短、機械性能更為優異的碳/碳剎車盤制備方法。

本發明具體過程包括以下步驟：

步驟1，碳纖維預制體的制備

將若干層的單層0°無緯布、胎網、90°無緯布、胎網依次循環疊加到碳纖維預制體的厚度，并通過接力針刺制備出碳纖維預制體；針刺密度為25～30針/cm²，體積密度為0.4～0.55g/cm³，其中胎網層與無緯布層的體積比約為1∶1～1∶3；

步驟2，對碳纖維預制體進行熱處理

將步驟1制備的碳纖維預制體放入熱處理爐內，抽真空至≤1KPa時升溫；當升溫至1350～1450℃時，充Ar進行保護；繼續升溫至2050～2150℃，保溫3～5h進行熱處理，得到熱處理的碳纖維預制體。

步驟3，碳纖維預制體改性

將步驟2制備的熱處理后的碳纖維預制體置于真空干燥器中，抽真空至≤1KPa時注入0.1mol/L～1.0mol/L的CoSO₄·7H₂O溶液，完全浸漬30～50min后，將碳纖維預制體取出進行烘干，烘干溫度60～90℃，時間4～6h，得到干燥的碳纖維預制體。

步驟4，H₂還原

將步驟3制備的干燥的碳纖維預制體放入等溫化學氣相沉積爐內，抽真空至≤1KPa時升溫；當升溫至350～500℃時，通入H₂和Ar混合氣體進行還原，H₂流量500～650L/h，Ar流量1250～1350L/h，爐膛壓力≤5KPa，保溫還原時間5～7h。

步驟5，CVI致密化

保溫還原結束后，停止送H₂和Ar；抽真空至≤1KPa，繼續升溫至沉積溫度，通入丙烯氣和氮氣進行沉積，其中，丙烯氣流量1500L/h～2800L/h、氮氣流量1000L/h～1800L/h、沉積溫度800℃～920℃、爐膛壓力為1KPa～5KPa；當沉積到450h時出爐進行加工并稱重測密，調整裝爐順序后繼續沉積，最終得到密度≥1.75g/cm³的碳剎車盤半成品。

步驟6，石墨化處理

將步驟5制備的碳剎車盤半成品放入熱處理爐內，抽真空至≤1KPa時升溫；當升溫至1400℃時，充Ar進行保護；繼續升溫至2000℃～2600℃，保溫1h～4h進行石墨化處理，得到石墨化的碳剎車盤半成品。

步驟7，精加工

將步驟6制備的石墨化的碳剎車盤半成品按車盤尺寸要求進行機械加工。