CN1544686A - 炭刹车盘负压定向流外热梯度化学气相渗透方法及其设备 - Google Patents

炭刹车盘负压定向流外热梯度化学气相渗透方法及其设备 Download PDF

Info

Publication number
CN1544686A
CN1544686A CNA2003101151180A CN200310115118A CN1544686A CN 1544686 A CN1544686 A CN 1544686A CN A2003101151180 A CNA2003101151180 A CN A2003101151180A CN 200310115118 A CN200310115118 A CN 200310115118A CN 1544686 A CN1544686 A CN 1544686A
Authority
CN
China
Prior art keywords
precast body
thermal gradient
negative pressure
graphite
carbon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2003101151180A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1242090C (zh
Inventor
苏君明
肖志超
孟凡才
向嵛
朱寿庆
李睿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xi'an Chaoma Technology Co ltd
Original Assignee
XI'AN AEROSPACE COMPOSITE MATERIALS INSTITUTE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by XI'AN AEROSPACE COMPOSITE MATERIALS INSTITUTE filed Critical XI'AN AEROSPACE COMPOSITE MATERIALS INSTITUTE
Priority to CN 200310115118 priority Critical patent/CN1242090C/zh
Publication of CN1544686A publication Critical patent/CN1544686A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1242090C publication Critical patent/CN1242090C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Braking Arrangements (AREA)

Abstract

一种飞机炭刹车盘的负压定向流外热梯度化学气相渗方法及其设备,其特点在于:将飞机炭刹车盘预制体装入炉中,各预制体之间垫入等厚的石墨垫片;在负压下使预制体外热内冷,径向建立热梯度;碳源气体在负压下几乎100%的定向流经各炭盘预制体间等距的狭缝;采用0.3℃/cm~25℃/cm的温度差或者内外总温差30℃~380℃;使碳源气体进入预制体内侧,定向流经各预制体间等距狭缝,并由外侧排出炉外;预制体的致密过程由外侧高温面向内侧低温面逐渐推移,经300~600小时气相沉炭,即可制成飞机炭刹车盘制品。本发明有效的提高了碳源气体利用率,并具有了摩擦特性好、热效率高的优点,适应于各类型飞机炭刹车静盘及尾盘结构特点的特色,缩短了生产周期、降低了成本,适用于工业化规模生产。

Description

炭刹车盘负压定向流外热梯度化学气相渗透方法及其设备
所属技术领域
本发明涉及一种飞机炭刹车盘的制造方法及其设备,特别是采用负压定向流外热内冷热梯度化学气相渗透(CVI)技术制造飞机炭刹车盘的方法及其设备。
背景技术
CVI工艺是一种众所周知的用以致密炭纤维预制体制造高温结构炭/炭复合材料的方法,例如飞机炭刹车盘、固体火箭发动机喷管炭/炭喉衬、扩张段等材料均采用此方法。传统的CVI工艺分为均热法、热梯度法、压差法和脉冲法四种。英国Dunlop公司、法国Carbon Industie公司、美国Goodyear、Bendix公司等都采用均热CVI工艺制造炭刹车盘材料,这一传统工艺具有适应工业化规模生产、产品不受几何形状限制等特点,但存在沉炭效率低、生产周期过长,且表面易结壳、需多次中间石墨化开孔或机加工等缺点。美国B.F.Goodrich公司和我国514厂采用压差CVI工艺制造飞机炭刹车盘材料,虽然可缩短生产周期,但仅局限在炭刹车盘低密度时采用,当其密度升高后,产品的透气性变差,仍需采用均热CVI工艺,上述存在的缺点仍不能完全克服。而热梯度CVI工艺制造飞机炭刹车盘的方法,主要是内热外冷热梯度CVI工艺,预制体在炉中叠落时没有人造气体通道,势必导致各部位气体流量不均匀,影响其密度的均匀性,且在气体滞留部位易产生炭黑;此外,内热外冷热梯度CVI工艺仅适用于各类型飞机炭刹车动盘的工业化生产,其静盘及尾盘摩擦面的外侧由于沉积炭温度偏低,易导致其微观结构不均匀,而影响了摩擦特性。
发明内容
本发明的技术解决问题是:为了克服现有技术的不足,提供一种适应于飞机炭刹车静盘及尾盘结构特点的,且透气性和摩擦特性好的炭刹车盘负压定向流外热热梯度化学气相渗透(CVI)方法及其设备。
本发明的技术解决方案是:炭刹车盘负压定向流外热热梯度化学气相渗透(CVI)方法,包括下列步骤:
(1)将飞机炭刹车盘预制体装入外热梯度气相沉积炉中,各预制体之间垫入等厚的石墨垫片;
(2)在负压下使预制体外热内冷,径向建立热梯度;
(3)采用0.3℃/cm~25℃/cm的温度差或者内外总温差30℃~380℃;
(4)使碳源气体进入预制体内侧,定向流经各预制体间等距狭缝,并由外侧排出炉外;
(5)预制体的致密过程由外侧高温面向内侧低温面逐渐推移,根据炭盘密度值不断调整装炉位置,经4~6炉,经300~600小时气相沉炭,即可制成飞机炭刹车盘制品。
所述步骤(1)中各炭盘预制体间垫入等厚石墨垫片的厚度为0.5~4.0mm。
所述步骤(2)中的外热内冷采用内置内水冷装置,外热为石墨发热体。
所述步骤(4)中碳源气体由炉底进入预制体内腔,并定向流经预制体间等距的狭缝。
所述步骤(2)中预制体外侧高温面的温度范围为1000℃~1180℃。
所述步骤(5)中炭盘密度值不断调整装炉位置是指密度高的装入炉的上下部位,密度低的装入炉的中部。
为实施权利要求1所述方法而设计的定向流外热梯度CVI设备,包括炉盖、石墨盖板及其上的保温毡、铜感应圈、石墨发热体其及外层的保温毡、炭盘预制体、炉底、与炉底连接的石墨托架和位于石墨托架上的石墨托板、外炉体、进气管、抽气孔,其特征在于:在炭盘预制体的内径套有内水冷装置,并在各炭盘预制体之间垫入等厚的石墨垫片,各炭盘预制体和石墨垫片由石墨托架和石墨托板支撑。
此外,在炉底上还安装有从炭盘预制体的内侧进入至外侧边缘处的处测量外侧温度的测温热电偶;在内水冷装置外还加有保温层,其厚度来控制炭盘预制体的径向温差;炭盘预制体下部保温层的厚度为30~60mm。
本发明与现有技术相比的有益效果是:
(1)本发明由中频感应加热石墨发热体,且经辐射传热使预制体受热,因其装有内水冷装置,在预制体的径向建立了热梯度,而且采用负压定向流外热梯度CVI工艺方法和设备,实现了工业化规模生产飞机炭刹车盘材料,一次可装炭盘50~60片,具有生产周期短、产品成本低的特点。
(2)具有适应各类型飞机炭刹车静盘及尾盘结构特点的特色,在炭盘的摩擦面上获得了粗糙层结构热解炭基体,具有易石墨化、热效率高、摩擦特性好的特征。
(3)负压下气体定向流过各预制体间等距狭缝,使碳源气体(C3H6)几乎100%通过预制体,提高了其有效利用率,常达20%~40%;且气体定向流路通畅,无气体滞留处,可防止有害物质炭黑的形成。
(4)采用比常规热梯度CVI工艺(温度差70℃/cm~400℃/cm)较小的温度差(0.3℃/cm~25℃/cm),可加宽沉积炭致密带,大幅度降低设备功率的消耗。
(5)本发明可在传统真空感应气相沉积炉上稍作改动就可达到本发明的功能。
附图说明
图1是本发明中定向流外热梯度CVI设备及工作原理示意图。
具体实施方式
如图1所示,本发明设计的定向流外热梯度CVI设备由炉盖1、石墨盖板3及其上的保温毡2、石墨发热体5及其位于其外部的保温毡6、位于保温毡6的铜感应圈4、炭盘预制体7、石墨垫片8、热电偶9、保温层10、石墨托板11、石墨托架12、保温毡13、炉底14、进气管15、保温毡16、内水冷装置17、外炉体18、抽气孔19组成,内水冷装置17设置在炉底14上,并套入炭盘预制体7的内径中,与炭盘预制体7设有一定的间隔,水冷装置17为内通冷却水的水管,并由位于其外部保温层16的厚度调节炭盘预制体7内外侧的温度差;在炉底14上还固定和进气管15和石墨托架12,石墨托板11装在石墨托架12上,且其上厚度是30mm~60mm的保温层10。在保温层10上面装入炭盘预制体7,并用等厚石墨垫片8隔开,石墨垫片的厚度是0.5mm~4.0mm,构成碳源气体C3H6定向流动通道;在炉底14上还固定测温热电偶9,且从炭盘预制体7内侧进入炉内,且在中部弯90°角从预制体7的内侧延至外侧边缘处,用于测量外侧温度值。
本发明的具体实施例负压定向流外梯度CVI工艺方法是:
(1)将飞机炭刹车盘的预制体7,外径为300mm~500mm,内径为150mm~320mm,厚度为15mm~40mm,初始密度为0.56g/cm3,套装入水冷装置17与石墨发热体5之间的石墨托板11上面,各预制体7之间用等厚的石墨垫片8,其厚度是0.5mm~4.0mm隔开,形成碳源气体C3H6由内至外定向流动的通路。当预制体8装入炉内高度50%时,将热电偶9***预制体7的内外边缘处。一次可装入预制体7是50片~60片,且将最上层预制体7垫入石墨垫片8后,盖上石墨盖板3,装入保温毡2,且吊装炉盖1。
(2)启动真空机组,由抽气孔19对炉体抽真空,真空表显示负压为-0.086MPa~-0.1MPa。
(3)由中频感应加热石墨发热体4,且经辐射传热使预制体7受热,其预制体7外侧温度达到1000℃~1180℃,因装有内水冷装置17,其预制体7内侧温度为800℃~1000℃,形成了温度梯度。
(4)碳源气体(C3H6)和稀释气体(N2)由进气管15进入预制体7内腔,两者比例和流量均根据预制体7的尺寸,装炉总质量进行设定和调整。气体定向流经预制体7间的等距狭缝,由抽气孔19排出炉外。
(5)碳源气体流经预制体7的平面时,迅速扩散到孔隙内,且在预制体6的外侧高温面进行沉积炭过程,且致密由外侧向内侧逐渐推移。
(6)按密度大小调整炭刹车盘坯体7的装炉位置,经4~6炉,累计沉积时间300~600小时,使炭刹车盘7的密度达1.60g/cm3~1.75g/cm3,每批炭盘的密度离散系数小于2%。

Claims (10)

1、飞机炭刹车盘的负压定向流外热梯度CVI方法,其特征在于包括下列步骤:
(1)将飞机炭刹车盘预制体装入炉中,各预制体之间垫入等厚的石墨垫片;
(2)在负压下使预制体外热内冷,径向建立热梯度;
(3)采用0.3℃/cm~25℃/cm的温度差或者内外总温差30℃~380℃;
(4)使碳源气体进入预制体内侧,定向流经各预制体间等距狭缝,并由外侧排出炉外;
(5)预制体的致密过程由外侧高温面向内侧低温面逐渐推移,经300~600小时气相沉炭,即可制成飞机炭刹车盘制品。
2、根据权利要求1所述的负压定向流外热梯度CVI方法,其特征在于:所述步骤(1)中等厚石墨垫片的厚度为0.5~4.0mm。
3、根据权利要求1所述的负压定向流外热梯度CVI方法,其特征在于:所述步骤(2)中的使预制体外热内冷采用内置内水冷装置,外热为石墨发热体。
4、根据权利的要求1所述的负压定向流外热梯度CVI方法,其特征在于:所述步骤(2)中预制体外侧高温面的温度为1000℃~1180℃。
5、根据权利要求1所述的负压定向流外热梯度CVI方法,其特征在于:所述步骤(5)中根据炭盘密度值不断调整装炉位置是指密度高的装入炉的上下部位,密度低的装入炉的中部。
6、为实施权利要求1所述方法而设计的定向流外热梯度CVI设备,包括包括炉盖、石墨盖板及其上的保温毡、铜感应圈、石墨发热体其及外层的保温毡、炭盘预制体、炉底、外炉体、进气管、抽气孔,其特征在于:在炭盘预制体的内径套有内水冷装置,并在各炭盘预制体之间垫入等厚的石墨垫片,各炭盘预制体和石墨垫片由与炉底连接的石墨托架和位于石墨托架上的石墨托板支撑。
7、根据权利要求6所述的定向流外热梯度CVI设备,其特征在于:在炉底上还安装有从炭盘预制体的内侧进入至外侧边缘处测量外侧温度的测温热电偶。
8、根据权利要求6所述的定向流外热梯度CVI设备,其特征在于:在内水冷装置外还加有保温层,其厚度来控制炭盘预制体的径向温差。
9、根据权利要求6所述的定向流外热梯度CVI设备,其特征在于:所述炭盘预制体下部保温层的厚度为30mm~60mm。
10、根据权利要求6所述的定向流外热梯度CVI设备,其特征在于:所述石墨垫片的厚度是0.5mm~4.0mm。
CN 200310115118 2003-11-24 2003-11-24 炭刹车盘负压定向流外热梯度化学气相渗透方法 Expired - Lifetime CN1242090C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 200310115118 CN1242090C (zh) 2003-11-24 2003-11-24 炭刹车盘负压定向流外热梯度化学气相渗透方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 200310115118 CN1242090C (zh) 2003-11-24 2003-11-24 炭刹车盘负压定向流外热梯度化学气相渗透方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1544686A true CN1544686A (zh) 2004-11-10
CN1242090C CN1242090C (zh) 2006-02-15

Family

ID=34337252

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 200310115118 Expired - Lifetime CN1242090C (zh) 2003-11-24 2003-11-24 炭刹车盘负压定向流外热梯度化学气相渗透方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN1242090C (zh)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100368592C (zh) * 2005-08-03 2008-02-13 西北工业大学 大功率热梯度化学气相渗透工艺***监控装置及监控方法
CN101831623A (zh) * 2010-05-28 2010-09-15 湖南金博复合材料科技有限公司 化学气相增密炉炉膛
CN101942232A (zh) * 2010-08-17 2011-01-12 南京钛威科技有限公司 一种填料炭改性方法
CN102618851A (zh) * 2012-03-31 2012-08-01 西安航天复合材料研究所 一种厚壁空芯c/c复合材料制品的致密工装
CN103044056A (zh) * 2013-01-10 2013-04-17 湖南南方搏云新材料有限责任公司 一种制备c/c复合材料的工艺及其设备
CN103193498A (zh) * 2013-04-07 2013-07-10 山东国晶新材料有限公司 一种快速制备碳/碳复合材料坩埚的窄流感应耦合cvd 致密化方法
CN105822698A (zh) * 2015-01-22 2016-08-03 福特全球技术公司 来自制动***的热电能量回收
CN111120548A (zh) * 2019-12-26 2020-05-08 贵州宏安制动器科技有限公司 一种盘式制动片自动生产线
CN112628326A (zh) * 2020-11-13 2021-04-09 甘肃新西北碳素科技有限公司 一种碳/碳复合材料飞行器制动盘片的制备方法
CN116283330A (zh) * 2022-10-19 2023-06-23 西北工业大学 一种定向沉积非均质cc复合材料的制备方法
CN116283330B (zh) * 2022-10-19 2024-06-07 西北工业大学 一种定向沉积非均质cc复合材料的制备方法

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100368592C (zh) * 2005-08-03 2008-02-13 西北工业大学 大功率热梯度化学气相渗透工艺***监控装置及监控方法
CN101831623A (zh) * 2010-05-28 2010-09-15 湖南金博复合材料科技有限公司 化学气相增密炉炉膛
CN101942232A (zh) * 2010-08-17 2011-01-12 南京钛威科技有限公司 一种填料炭改性方法
CN102618851B (zh) * 2012-03-31 2014-02-12 西安航天复合材料研究所 一种厚壁空芯c/c复合材料制品的致密工装
CN102618851A (zh) * 2012-03-31 2012-08-01 西安航天复合材料研究所 一种厚壁空芯c/c复合材料制品的致密工装
CN103044056A (zh) * 2013-01-10 2013-04-17 湖南南方搏云新材料有限责任公司 一种制备c/c复合材料的工艺及其设备
CN103044056B (zh) * 2013-01-10 2014-08-13 湖南南方搏云新材料有限责任公司 一种制备c/c复合材料的工艺及其设备
CN103193498A (zh) * 2013-04-07 2013-07-10 山东国晶新材料有限公司 一种快速制备碳/碳复合材料坩埚的窄流感应耦合cvd 致密化方法
CN103193498B (zh) * 2013-04-07 2014-06-18 山东国晶新材料有限公司 一种快速制备碳/碳复合材料坩埚的窄流感应耦合cvd 致密化方法
CN105822698A (zh) * 2015-01-22 2016-08-03 福特全球技术公司 来自制动***的热电能量回收
CN111120548A (zh) * 2019-12-26 2020-05-08 贵州宏安制动器科技有限公司 一种盘式制动片自动生产线
CN112628326A (zh) * 2020-11-13 2021-04-09 甘肃新西北碳素科技有限公司 一种碳/碳复合材料飞行器制动盘片的制备方法
CN116283330A (zh) * 2022-10-19 2023-06-23 西北工业大学 一种定向沉积非均质cc复合材料的制备方法
CN116283330B (zh) * 2022-10-19 2024-06-07 西北工业大学 一种定向沉积非均质cc复合材料的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN1242090C (zh) 2006-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2120092C (en) Triangular deposition chamber for a vapor deposition system
EP2050311B1 (en) Apparatus for porous material densification
Zhao et al. The influence of thermal gradient on pyrocarbon deposition in carbon/carbon composites during the CVI process
CA2028438C (en) Selective area chemical vapor deposition
US7959973B2 (en) Pressure swing CVI/CVD
CN1242090C (zh) 炭刹车盘负压定向流外热梯度化学气相渗透方法
EP1728889B1 (en) CVI method
CN101646538B (zh) 蜂窝成形体的干燥方法以及干燥装置
CN108975922B (zh) 一种表面具有热解碳涂层的碳/碳复合材料发热体及其制备方法
CN104831347B (zh) 一种内热式化学气相渗透致密c/c坩埚的工装及方法
CN110644048A (zh) 一种制备多晶碳化硅的化学气相沉积方法及装置
CA2175785A1 (en) Method for drying and sintering an optical fiber preform
CN201144282Y (zh) 制备炭/炭构件的温度梯度定向流动气相沉积炉
CN106480503A (zh) 一种颗粒状碳化硅单晶的生长方法
CN106757355A (zh) 一种碳化硅宝石的生长方法
AU2007316209B2 (en) Method of densifying porous articles
Hu et al. Microstructure and permeability of porous Si3N4 supports prepared via SHS
US6231923B1 (en) Chemical vapor deposition of near net shape monolithic ceramic parts
CN1291173C (zh) 双元炭基体优化组合的飞机炭刹车盘制造方法
CN2661702Y (zh) 制造飞机炭刹车盘的外热梯度气相沉积炉
CN108048817A (zh) 一种化学气相沉积炉
CN103993292B (zh) 一种碳碳复合材料快速制备方法及装置
CN1291174C (zh) 狭缝定向流制备飞机炭刹车盘的方法
EP2298716A2 (en) Methods of rapidly densifying complex-shaped, asymmetrical porous structures
CN1159261C (zh) 限域变温压差化学气相渗透工艺

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: XI'AN CHAOMA SCIENCE CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: XI'AN AEROSPACE COMPOSITE MATERIALS INSTITUTE

Effective date: 20060303

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20060303

Address after: 101 mailbox 710025, Shaanxi City, Xi'an Province

Patentee after: Xi'an Chaoma Technology Co.,Ltd.

Address before: 101 mailbox 710025, Shaanxi City, Xi'an Province

Patentee before: XI'AN AEROSPACE COMPOSITE MATERIALS Research Institute

CX01 Expiry of patent term

Granted publication date: 20060215

CX01 Expiry of patent term