[发明专利]炭/炭复合材料刹车盘及其制备方法

说明书

本发明提供了一种炭/炭复合材料刹车盘的制备方法，该方法包括以下步骤：将炭/炭复合材料刹车盘预制体装入化学气相沉积炉内，并放置在底部的搁物台上，相邻的所述炭/炭复合材料刹车盘预制体之间采用炭材料隔开；在真空条件下，将所述化学气相沉积炉升温至沉积温度；通入经气体导流筒导入的混合气体，混合气体以甲烷和丙烷为碳源气体，以氮气为载气。本发明操作简便，碳源气体利用率高达15％、飞机刹车盘预制体增密速度快，工艺周期时间短，且不易出现结壳和封孔的情况，剥壳次数2次，预制体密度能达到1.75g/cm³，实现了快速增密以缩短工艺时间的技术效果。

技术领域

本发明涉及飞机刹车盘的制备技术领域，具体涉及一种炭/炭复合材料刹车盘及其制备方法。

背景技术

炭/炭复合材料是以炭纤维增强炭基体的一种复合材料，是一种优异的应用于现役民航飞机的主要制动材料。它不仅具有普通复合材料所具有的优良的力学性能，而且也具有炭材料所特有的特殊性能，如高温下的强度和刚度高、热膨胀系数小、尺寸稳定性好、在2000℃范围内的摩擦系数稳定等，是目前唯一可用于3000℃高温的复合材料。由于炭/炭复合材料的上述独特性能，炭/炭复合材料制成的刹车盘在大型飞机的制动材料领域得到了广泛的应用。

化学气相沉积是制备高性能炭/炭复合材料的首选方法，该方法制备的材料具有结构均匀、完整、致密性好等优点。但现有化学气相沉积工艺存在以下问题：

1)由于受气相扩散速率和表面反应速率的影响，传统的方法在增密的过程中易于“结壳”，从而陷入“结壳、去壳、沉积增密、结壳、去壳……”的循环中，导致炭/炭复合材料飞机刹车盘在制备的后期无法有效的进行增密，使得化学气相沉积增密工艺的周期长，或者需要补充树脂或沥青浸渍增密、炭化等。这样一来，炭/炭复合材料的密度达到1.75g/cm³，约需1500～1800h，整个生产周期长，性价比不高；

2)生产过程中频繁的结壳、去壳工序，一般800小时沉积密度在1.60g/cm³左右，剥壳次数至少3次以上，碳源气体的利用率特别低(5％)，致使炭/炭复合材料飞机刹车盘的制备成本居高不下。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种炭/炭复合材料刹车盘及其制备方法，该方法操作方便，碳源气体利用率高，最终产品的工艺周期短，且经高温石墨化处理后的飞机刹车盘综合性能优异，生产成本低，以解决现有技术中飞机刹车盘预制体增密速度慢、工艺周期长的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种炭/炭复合材料刹车盘的制备方法。

该炭/炭复合材料刹车盘的制备方法包括以下步骤：

S1：将炭/炭复合材料刹车盘预制体装入化学气相沉积炉内，并放置在底部的搁物台上，相邻的所述炭/炭复合材料刹车盘预制体之间采用炭材料隔开；

S2：在真空条件下，将所述化学气相沉积炉升温至沉积温度；

S3：通入经气体导流筒导入的混合气体，其中，所述混合气体以甲烷和丙烷为碳源气体，以氮气为载气。

进一步的，步骤S1中，所述炭/炭复合材料刹车盘预制体为炭纤维针刺毡，其密度为0.35～0.65g/cm³。

进一步的，所述炭纤维针刺毡为炭纤维无纬布和网胎的交替叠层，且呈现60°的铺层。

进一步的，步骤S2中，升温至化学气相沉积炉内温度为950～1100℃。

进一步的，步骤S2中，所述化学气相沉积炉的真空度为1～8Kpa。

进一步的，步骤S3中，所述碳源气体与所述载气的比例为甲烷：丙烷：氮气＝2～8：1～5：1～5。