[发明专利]碳-碳复合材料导轨及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及飞机刹车机轮领域，具体是一种飞机刹车机轮用的碳-碳复合材料导轨。 

背景技术

盘式刹车机轮是飞机起落架的组成部分，安装在起落架支柱底端轮轴上，供飞机起飞、着陆滑跑和缩短着陆滑跑距离，以及飞机地面滑行转弯和支撑飞机用。盘式刹车机轮由机轮和刹车装置组成。导轨是机轮上承受刹车扭矩的零件，一种是用于轮毂上，另一种是用于刹车壳体上。对于碳刹车，刹车壳体目前的结构是没有单独的导轨零件，而是用加工在钢刹车壳体上的凸键作为导轨。导轨通常为合金钢制成的槽型件，用螺钉或铆钉固定在轮毂导轨台上；也有用合金钢制成的梁式导轨，一端插入轮毂辐板孔，一端用螺栓固定在轮毂口部。 

现代飞机广泛应用碳刹车机轮，动、静刹车盘完全采用碳-碳复合材料制造。动盘外缘周边开有键槽，与轮毂上的钢导轨配合。静盘内缘周边开有键槽，与钢刹车壳体上的凸键配合。由于碳-碳复合材料的强度比金属材料的低，动盘键槽边缘装有钢夹子，以免在安装机轮时被损坏。 

轮毂导轨与动盘键槽配合，使用中带动动盘随机轮一起旋转。在刹车时，用来传递刹车扭矩。使用发现，由于钢导轨使用环境苛刻，存在高温软化、腐蚀、变形等问题，可能造成刹车卡滞或失效。刹车壳体上的凸键直接作为导轨使用，因高温氧化和电化学腐蚀表面变得粗糙，造成静盘键槽侧面快速磨损和偏磨，不得不提前退出使用或报废。为了提高碳刹车机轮的使用可靠性安全性，迫切需要对导轨改进。 

发明内容

为克服现有技术中存在的使用中存在安全隐患的不足，本发明提出了一种碳-碳复合材料导轨及其制备方法。 

本发明所述的碳-碳复合材料导轨，其特征在于，所述导轨用碳-碳复合材料制成，所述碳-碳复合材料导轨横截面均为U形或平底V形或直槽V形，分别为U形导轨或平底V形导轨或直槽V形导轨。 

所述平底V形槽的V形槽两侧内侧壁之间的夹角为10～30°，并且该平底V形槽导轨槽底部的宽度与机轮导轨台的宽度相适应。所述直槽V形导轨两侧槽壁外表面与该V形槽的内槽底之间的夹角为95～105°；所述直槽V形导轨两侧槽壁内表面与该V形槽的内槽底之间的夹角为90°。 

本发明还提出了一种制备所述碳-碳复合材料导轨方法，利用浸渍法和化学气相沉积法制备所述碳-碳复合材料导轨，或者利用化学气相沉积法制备所述碳-碳复合材料导轨； 

Ⅰ 当利用浸渍法和化学气相沉积法制备所述碳-碳复合材料导轨时，具体步骤是： 

步骤1、制做预制体。按导轨零件毛料尺寸，用PAN基碳布叠层至所需厚度，再用碳纤维沿叠层厚度方向穿刺，形成一个长方体预制体，碳纤维体积分数为30～60%。 

步骤2、浸渍。将预制体放入高压釜内预热抽真空，在真空和压力作用下将浸渍剂充填到预制体的孔隙内。浸渍时间为2～6h，真空度不超过10kPa，采用氮气加压，压力为5～20MPa。浸渍剂可采用热塑性沥青，或者热固性呋喃树脂。 

使用树脂做浸渍剂时，浸渍后需将预制体放在导轨模具内，固定好上下模板，放进烘箱除湿烘干，然后放入固化炉进行固化，得到与导轨形状相同的预制体。烘干温度为120～200℃，时间1～2h；固化温度为230～450℃，时间2～6h。 

使用沥青做浸渍剂时，浸渍前需将沥青加热到熔融状态后再注入高压釜进行压力浸渍。浸渍后没有烘干和固化工序。 

步骤3、炭化。将浸渍树脂固化后的预制体，或浸渍沥青后装在导轨模具内的预制体连同模具放入炭化炉进行压力炭化。炭化温度最高为850～1500℃，时间3～6h，压力15～25MPa，氮气保护。 

步骤4、再浸渍和炭化。重复步骤2和步骤3，直至预制体密度达到要求值90%以上。 

步骤5、补充增密。完成步骤4后，再通过化学气相沉积（CVD）工艺使预制体密度达到最终要求值，得到碳-碳复合材料导轨毛坯件。增密的具体过程是： 

将预制体放入化学气相沉积炉内抽真空，升温至所需温度,以丙烯气为碳源气，氮气为载气进行化学气相沉积。真空度不超过10kPa，升温速率为5～15℃/min，达到650℃后通入碳源气和载气。沉积工艺参数：沉积温度为850～1200℃，沉积时间为 150～300h/次，丙烯与氮气体积比为1:1～3.5，丙烯气的流量为15～30L/min。 

步骤6、高温处理。将碳-碳复合材料导轨毛坯件放入高温炉内进行高温处理，以调节碳-碳复合材料微观结构，改善综合性能。高温处理温度为1500～2000℃，保持0.5～2h。加热保温中采用氮气作为保护气体。