[发明专利]陶瓷金属复合材料制动部件及其制造

说明书

本发明涉及制动装置，尤其是飞机制动装置，其中，一种陶瓷基复合材料至少是所说的制动装置中一种部件的一部分。

本文中，制动装置是一种通过摩擦阻止机械运动的装置，其中，所说的机械可以是任何有轮的交通工具，如汽车、飞机或火车。制动部件是其基本功能是产生摩擦力或传递所说的力来阻止机械运动的任何部件。所说的制动部件的实例包括本文下面所述的扭矩管、活塞腔室、转子和定子。摩擦元件是一个制动部件，其至少一部分与另一摩擦元件接触，产生摩擦力。摩擦元件的典型实例包括制动瓦片和转子或定子，其中，转子或定子直接与另一个摩擦元件接触。

由于飞行的需要，与汽车等其它交通工具相比，用于建造飞机制动装置的材料必须满足更严格的要求。在飞机中，制动操作有三种基本模式：正常服务(着陆)、起飞中止(RTO)和滑行停止和急停(滑行)。在如波音737等商业飞机着陆时，提供摩擦力以阻止运动的制动部件(摩擦元件)通常发热达到600～800℃的温度。RTO是最剧烈的制动操作，其中，制动装置的磨损速率比着陆大一千倍或更大，制动装置的摩擦材料的温度可以很容易地超过1000℃或更高。因为条件如此恶劣，所以在RTO后，制动装置报废。当飞机滑向跑道或从跑道滑出时，出现滑行急停和滑行停止。急停是在飞机不能完全停止时进行的。因为飞机在短时间内(即几秒内)需要大量的制动能量，所以，摩擦元件应该具有尽可能大的比热，其中，比热是单位重量的材料温度变化1度所需的热量。同时，所说的摩擦元件应该具有低密度以减小飞机的重量，从而增大有效载荷或减少燃料消耗量。

目前使用的飞机制动装置有两种基本类型。第一个类型是钢制动装置。第二种类型是碳/碳复合材料制动装置。每种类型的飞机制动装置有一种制动装置组件，一般包括一个液压活塞组件、扭矩管，扭矩板、整体轮和交替的转子和定子。扭矩管一般用钢或钛合金制造。所说的整体轮和液压活塞组件一般用铝合金制造。

一般来说，所说的飞机制动装置组件构造如下。扭矩管的外径上有凹槽，沿管的长度方向纵向延伸到法兰。典型地，底板(具有内外径的平板圆盘)先滑到扭矩管的外径上直至与所说的法兰接触。然后转子和定子交替滑到扭矩管的外径上。所说的转子和定子也是具有内外径的圆盘。转子和底板在内径上没有凹槽与扭矩管配合，但是在外径上有凹槽或安装装置与所说的整体轮的内径配合。定子在其内径上有凹槽与扭矩管配合。然后压力板(一个具有与扭矩管配合的内径凹槽的圆盘)滑到扭矩管上。在压力板的顶部连接液压活塞组件，该液压活塞组件通过内径凹槽与扭矩管连接或通过螺栓连接到扭矩管上。然后，上述组件滑过着陆支撑轴，所说的扭矩管在液压活塞组件的末端安装到着陆支撑上。

整体轮连接到底板上和上述组件的转子上。通常所说的轮通过在其内径上的凹槽配合，并配合在底板和转子的外径上的凹槽上。所说的整体轮通过轴承和止推螺母安装在轴上。

从功能上讲，转子与轮一起旋转直到活塞作用到压力板上，其中，所说的转子与定子接触。在转子和定子接触时，通过在转子和定子之间的摩擦产生扭矩。该扭矩通过扭矩管传递到着陆支撑上，从而使轮和飞机减速。转子-定子接触导致转子和定子的磨损，同时明显发热。转子和定子的组件常常称为散热器，因为这是制动装置中吸收能量、并把吸收的能量转变成热然后耗散到空气中的部件。

如上所述，钢制动装置有几对转子和定子，其中，钢转子(摩擦元件)一般带有制动瓦片，定子由高强度高温钢构成。在钢制动装置中，摩擦元件是制动瓦片和定子。与定子接触的制动瓦片一般是金属基复合材料(MMC)，其中的金属基体是铜或铁。所说的制动瓦片可以通过硬钎焊、焊接、铆接或直接扩散焊接结合在转子上或定子上。所说的制动瓦片一般以梯形等一些几何形状的分段的片的形式均匀地分布在转子或定子的表面周围。

第二种类型的制动装置是碳/碳复合材料制动装置。碳/碳复合材料制动装置有用碳/碳复合材料制成的转子、定子、底板和压力板。在这种制动装置中，转子和定子是摩擦元件。一般来说，碳/碳复合材料是在碳基材中夹有连续碳纤维丝的复合材料。根据加工工艺和纤维定向的不同，这种复合材料的性能可以在很宽的范围内变化。

随着飞机越来越大、越来越快，在着陆和RTO过程中停住飞机所需的能量不断增大。这两种趋势需要尽可能减小重量并要求制动装置能够处理输到制动装置散热器的不断增长的能量。由于轮的尺寸以及制动装置的尺寸受到限制(即受到设计和重量问题的限制)，所以负荷增大了。由于重量问题，钢制动装置一般不用于波音747等大型商业飞机。