[发明专利]多孔制品致密化的方法

说明书

相关申请的交叉引用：

本申请要求2006年8月7日提交的美国临时申请No.60/821,596的优先权，在此引入其全部内容作为参考。

技术领域

本发明涉及对具有合意高生产率的多孔制品进行致密化的方法和装置，特别地但不一定唯一地，关于摩擦制动制品的领域，例如飞行器制动器。

背景技术

在摩擦材料领域，通常已知的是使用多孔材料制造摩擦构件，例如摩擦制动盘。

这种摩擦构件的制造通常以多孔预制件的构造作为开始。例如，在许多摩擦制动器应用中使用环状预制件。

可以使用若干不同的已知方法构造环状预制件。例如，碳纤维织物层能够缝合在一起，环状预制件能够从堆叠材料中切割下来。

而且，例如通过织造碳纤维或者通过将碳纤维编织成所需的形状可以形成近乎网形状的预制件。已知某些碳纤维织物具有便于以螺旋形式布置织物的织纹。在上下文中，“近乎网”是指形成具有与最终制品(例如环状制动盘)所需形状接近的形式的结构。

氧化聚丙烯腈(“PAN”)纤维或沥青基纤维是在这类应用中所用原料纤维的常见实例。接着，可以在高温处理步骤中碳化这些纤维。在另一常规方法中，使用树脂或沥青形成原料纤维，随后用诸如氮气的反应性气体固化所得的物质。接着碳化由此固化的物质从而获得半刚性预制件。

无论如何，期望进一步致密化所得的多孔预制件(特别是但不必只是具有含碳材料的多孔预制件)，从而获得合意的摩擦和机械性质。

因此，化学气相渗透(“CVI”)是为获得碳/碳复合材料而广泛使用的常规技术。CVI使用含碳氢化合物气体渗入多孔预制件。CVI气体随后在高温下裂化从而将碳涂层留在预制件的纤维结构上。

常规的CVI通常需要数百个小时的处理，以便得到具有合意密度和机械性质的碳/碳(“C/C”)结构。举例而言，通常常规的CVI工艺包括进行例如大约300-500小时或更长的第一渗透周期。

然而，常规的CVI在预制件的内部部分被充分致密化之前，经常造成预制件的表面多孔结构的快速阻塞。为了“重新打开”表面多孔结构以允许进一步的致密化，有必要进行中间机械加工步骤。总体而言，这种中间机械加工(利用已知的方法，例如铣削)去除了具有碳阻塞孔的预制件的表面层，以暴露出预制件的开放孔，使得碳氢化合物气体能够再次渗入预制件结构。考虑到在典型的致密化工艺中数百个预制件被致密化，中间机械加工步骤使得整个常规CVI致密化工艺增加了多达48小时。

一旦完成了部分致密化制品的中间机械加工，就进行次级CVI工艺，以利用预制件重新打开的表面多孔结构。这种次级CVI工艺步骤能够持续例如另外的300-500小时或更长。其通常利用CVI完成常规的致密化工艺。

致密化多孔预制件的另一种方法使用液体而不是气态碳氢化合物前驱体。这种致密化方法在本领域中有时称为“膜状沸腾(film boiling)”或“快速致密化”。

膜状沸腾致密化通常包括将多孔预制件浸入液体碳氢化合物中，使得液体基本上完全渗入预制件的孔和空隙。其后，通过适当放置的诸如感应线圈的电气元件将浸入的预制件感应加热至液体碳氢化合物的分解温度以上的温度(通常为1000℃或更高)。更特别地，邻近感应加热的预制件结构的液体碳氢化合物在预制件多孔结构内离解为多种气相种类(species)。气相种类进一步的热分解导致在多孔材料的开放区域中在内表面上形成热解碳。例如，在美国专利No.4 472 454、No.5 389 152、No.5 397 595、No.5 733 611、No.5 547 717、No.5 981002和No.6 726 962中讨论了用于致密化的液体前驱体的使用。这些文件的各个文件以及每个文件都全部合并于此作为参考。

感应加热的概念在本领域通常是已知的，包括如前述参考文件中所述。然而，将预制件加热至高温(至少1000℃和高至1400℃)并将其完全浸入高挥发性碳氢化合物液体(例如，诸如环己烷)中引发非常重要的安全问题。

发明内容

本发明涉及使用液体前驱体致密化多孔基材的方法，其中通过将用于致密化的液体前驱体维持在比纯净差些但是对于致密化工艺仍在化学上合适的纯度级别，有利地减少了所用“新”或“新鲜”液体前驱体的体积。在效果上，本发明使用人工“老化”(就其中存在的杂质而言)的液体前驱体。

附图说明

参照附图将更清楚地理解本发明，其中：

图1是根据本发明所述使用液体前驱体进行致密化的装置的示意性代表图；

图2和图3是根据本发明所述用于致密化多孔制品的反应室的部分剖面侧视图和俯视图；