促進(jìn)致密碳纖維預(yù)制件中的瀝青穩(wěn)定的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明描述了用于處理含有致密劑的多孔預(yù)制件的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維增強碳材料，也被稱為碳-碳(C-C)材料，是通常包括在碳材料基體中增強的碳纖維的復(fù)合材料。碳-碳復(fù)合材料在很多嚴(yán)峻、高溫應(yīng)用中找到。例如，已知航空航天工業(yè)采用碳-碳復(fù)合材料用于制造不同的飛行器結(jié)構(gòu)部件。用在碳-碳復(fù)合材料中的碳纖維可以構(gòu)造成限定出所得結(jié)構(gòu)部件的形狀，并且因此可以稱作預(yù)制件。預(yù)制件可以經(jīng)歷不同的處理步驟以增大預(yù)制件的碳含量和密度，將預(yù)制件變換成碳-碳復(fù)合部件。例如，使用一個或多個瀝青(pitch)致密處理，碳可以被加到預(yù)制件中。通常，瀝青致密處理操作成使碳纖維預(yù)制件浸漬有瀝青，隨后冷卻固化制成密實高含碳量的碳-碳部件。多孔預(yù)制件可以使用多個致密處理中的一個被致密，例如，化學(xué)氣相沉積/化學(xué)氣相滲透(CVD/CVI)、真空壓力滲透(VPI)、高壓浸漬/碳化(PIC)或樹脂傳遞模塑(RTM)，這可以引入碳或碳母體到多孔預(yù)制件中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]總體上，本發(fā)明涉及用于致密多孔預(yù)制件和形成碳化預(yù)制件的技術(shù)。在一個示例中，本發(fā)明專注于一種技術(shù)，其包括滲透致密劑到部分致密預(yù)制件的多個氣孔的至少一些氣孔中以形成滲透預(yù)制件，并且在滲透預(yù)制件的致密劑中至少部分地形成多個通道，從而，該多個通道的每一個通道通向該滲透預(yù)制件的至少一個外表面。該示例技術(shù)進(jìn)一步地包括至少部分地穩(wěn)定至少致密劑以形成至少部分穩(wěn)定的預(yù)制件，通過在第一溫度下至少加熱包含該多個通道的該滲透預(yù)制件并且將包含該多個通道的滲透預(yù)制件暴露于氧化劑以穩(wěn)定至少致密劑并且形成至少部分穩(wěn)定的預(yù)制件。該示例技術(shù)還包括在第二溫度下加熱該至少部分穩(wěn)定的預(yù)制件以至少碳化該穩(wěn)定致密劑以形成碳化預(yù)制件。
[0004]在另一示例中，本發(fā)明專注于一種技術(shù)，其包括滲透致密劑到部分致密預(yù)制件的多個氣孔的至少一些氣孔中以形成滲透預(yù)制件，并且在滲透預(yù)制件的致密劑中至少部分地形成多個通道，從而使該多個通道的每一個通道通向該滲透預(yù)制件的至少一個外表面。這個示例技術(shù)進(jìn)一步地包括至少部分地穩(wěn)定至少致密劑以形成至少部分穩(wěn)定的預(yù)制件，通過在第一溫度下至少加熱包含該多個通道的滲透預(yù)制件并且將包含該多個通道的滲透預(yù)制件暴露于氧化劑以穩(wěn)定至少致密劑并且形成至少部分穩(wěn)定的預(yù)制件。這個示例技術(shù)還包括在第二溫度下加熱該至少部分穩(wěn)定的預(yù)制件以碳化至少該穩(wěn)定致密劑以形成碳化預(yù)制件。
[0005]本發(fā)明還描述了一個示例部分致密預(yù)制件，其包括多個纖維、多個通道和致密劑，在多個纖維之間限定出多個氣孔，該多個通道的每一個通道通向部分致密預(yù)制件的至少一個外表面，該致密劑布置在該多個氣孔的至少一些氣孔中和該多個通道的至少一些通道中。
[0006]在下面的附圖和描述中闡述本發(fā)明的一個或多個示例的詳細(xì)內(nèi)容。本發(fā)明的其它特征、目標(biāo)和優(yōu)點通過這個描述和附圖并且通過權(quán)利要求將變得顯而易見。
【附圖說明】
[0007]圖1是流程圖，示出根據(jù)本發(fā)明的形成碳化預(yù)制件的示例技術(shù)。
[0008]圖2是示例多孔預(yù)制件的立體圖。
[0009]圖3是圖2的示例多孔預(yù)制件的橫向剖視圖。
[0010]圖4是示例部分致密預(yù)制件的橫向剖視圖。
[0011]圖5是含有多個通道的示例部分致密預(yù)制件的橫向剖視圖。
[0012]圖6是含有多個通道的示例部分致密預(yù)制件的橫向剖視圖，該多個通道滲透有致密劑。
[0013]圖7是示例至少部分穩(wěn)定預(yù)制件的橫向剖視圖。
[0014]圖8是流程圖，示出根據(jù)本發(fā)明的形成碳化預(yù)制件的另一示例技術(shù)。
【具體實施方式】
[0015]對于具有大尺寸的預(yù)制件，例如，含有摩擦材料的碳-碳飛行器制動盤預(yù)制件，在瀝青致密預(yù)制件的處理期間瀝青氧穩(wěn)定能夠花費數(shù)個星期，因為瀝青的緊密孔隙度會阻止氧擴(kuò)散到預(yù)制件的中央?yún)^(qū)域。在一些示例中，當(dāng)認(rèn)為完成了瀝青穩(wěn)定時，還沒有完全穩(wěn)定的瀝青仍然困在預(yù)制件的中央?yún)^(qū)域并且在后續(xù)處理步驟(包括瀝青的高溫碳化)期間可能滲漏。
[0016]本發(fā)明提供技術(shù)，包括在部分致密預(yù)制件中形成通道，其可以促進(jìn)更多氣體注入通過該部分致密預(yù)制件。在一些示例中，在部分致密預(yù)制件中形成通道還允許部分致密預(yù)制件處理期間產(chǎn)生的氣體或其它揮發(fā)物出去。例如，碳化預(yù)制件中的穩(wěn)定瀝青或瀝青從固體向熔化相的相變會在部分致密預(yù)制件中產(chǎn)生壓力。這個壓力會損害部分致密預(yù)制件，包括線性裂縫。增加通道到預(yù)制件的孔隙度可以促進(jìn)氣體和揮發(fā)物以更大的擴(kuò)散速度進(jìn)入和離開預(yù)制件和部分致密預(yù)制件的中央?yún)^(qū)域(例如內(nèi)容積)。
[0017]在一些示例中，通道可以減少滲透在預(yù)制件或部分致密預(yù)制件中的致密劑例如瀝青的氧化穩(wěn)定所需的時間，可以增大穩(wěn)定的致密劑的量，或這兩者。通過改善致密劑穩(wěn)定，本發(fā)明的技術(shù)還可以降低在隨后的高溫爐處理例如碳化期間致密劑從致密碳-碳預(yù)制件泄漏的可能性。瀝青在熔爐中在高溫下從預(yù)制件泄漏會引起致密碳-碳復(fù)合預(yù)制件中的裂縫，這降低或消除了其作為復(fù)合成品的有效性。
[0018]圖1是流程圖，示出根據(jù)本發(fā)明的形成碳化預(yù)制件的示例技術(shù)。將參照圖2-7的概念圖描述圖1的技術(shù)，它們示出了在圖1的技術(shù)期間多孔預(yù)制件20在不同步驟的不同視圖。雖然在圖2-7中描述了示例多孔預(yù)制件，但是，圖1的技術(shù)能夠用于其它類型的預(yù)制件(例如，其他形狀和/或材料復(fù)合物)，并且能夠用于形成具有不同形狀或材料復(fù)合物的部分致密預(yù)制件和致密復(fù)合材料。
[0019]圖1的技術(shù)可以包括部分地致密多孔預(yù)制件20以形成部分致密預(yù)制件40 (1)0例如，多孔預(yù)制件20(例如多孔碳纖維預(yù)制件)，如圖2和3中所示，可以部分地致密，使用化學(xué)氣相沉淀(CVD)或化學(xué)氣相滲透(CVI)以形成部分致密預(yù)制件40 (見圖4)。多孔預(yù)制件20可以包括多個纖維或其它材料，例如碳基纖維、碳纖維母體纖維、非碳基纖維或它們的混合物。在一些示例中，纖維可以是紡織或無紡分層材料。纖維還可以是被編織或混合在一起形成片。纖維或片材的多個不同層可以相互堆疊在另一個的頂部上，例如，形式為將被處理變成碳-碳復(fù)合部分的部分。在一些示例中，多個不同層的編織或混合纖維(或者，在一些示例中，其他材料)可以成型、針刺和/或以其它方式機械地連接在一起以限定出多孔預(yù)制件20。
[0020]圖2是示例多孔預(yù)制件20的立體圖。如圖2所示，多孔預(yù)制件20可以具有大致圓盤形幾何結(jié)構(gòu)，從而，由多孔預(yù)制件20形成的碳-碳復(fù)合材料可以是大致圓盤形，例如，用作制動盤。在其它示例中，多孔預(yù)制件20可以限定出不同的幾何結(jié)構(gòu)。例如，多孔預(yù)制件20的幾何結(jié)構(gòu)可以類似于或大體上相同于由碳-碳復(fù)合材料形成的成品的期望幾何結(jié)構(gòu)。多孔預(yù)制件20包括圓盤形多孔體22，帶有貫穿圓盤形多孔體22的軸向厚度的中央孔24。在一些示例中，多孔預(yù)制件20具有在孔24處的內(nèi)徑ID、在外緣表面26處的外徑0D和軸向厚度T，軸向厚度的測量是在大體上垂直于測量內(nèi)徑ID和外徑0D的方向的方向上。
[0021]圓盤形多孔體22限定出中央或內(nèi)部部分25，在一些示例中，其在外緣表面26與孔24之間是大致等距的，并且在圓盤形多孔體22的頂面與底面之間是大致等距的。如本發(fā)明使用的，術(shù)語"內(nèi)部部分"25可以大體上指的是本發(fā)明的任一示例預(yù)制件的預(yù)制件主體22內(nèi)的幾何居中區(qū)域，其中，該內(nèi)部部分具有的體積是多孔預(yù)制件20的總體積的預(yù)定百分比，例如，在多孔預(yù)制件20的體積的約15%與約50%之間，例如，在多孔預(yù)制件20的體積的約20%與約30%之間。例如，內(nèi)部部分38示為相對于圖3中的多孔預(yù)制件，圖4和5中的部分致密預(yù)制件40，圖6中的滲透預(yù)制件50和圖7中的至少部分穩(wěn)定預(yù)制件60。
[0022]作為一個示例，對于大體環(huán)形預(yù)制件，例如圖2中示出的示例多孔預(yù)制件20，預(yù)制件主體22的幾何中心可以大體上是一個環(huán)，其在預(yù)制件主體22內(nèi)大致沿軸向居中，例如，在厚度T內(nèi)