CN1544828A - 碳/碳、碳/陶复合材料作为刹车片应用制备方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及碳/碳、碳/陶复合材料刹车片在机动车辆上的应用。其制备方法为制作刹车片的预制件，放入化学液相沉积装置进行化学液相沉积，石墨化处理，形成初级品；按尺寸加工成半成品刹车片；表面涂层；烧结；精细加工，形成复合材料刹车片成品。装置包括炉体、真空***、冷凝器、水循环***、及炉体下部液体的补给***、和炉体底部底座上放置的被加热制品、及中心置有发热体，制品***设有感应器，感应器与变频电源连接的电***。用化学液相沉积法生产的刹车片缩短了沉积时间几十倍或100倍以上，提高生产效率，节约原材料，使其产品成本大大降低。
Description
技术领域
本发明涉及机动车辆刹车片，特别是碳/碳、碳/陶复合材料刹车片在机动车辆上的应用。
背景技术
随着地铁、城市轻轨、高速列车、汽车跑车和摩托车赛车的出现，车辆的制动问题渐渐受到人们的重视，刹车片是制动***的重要组成部分；目前碳/碳、碳/陶复合材料刹车片仅在航空飞机上使用，生产这种刹车片的方法主要是用化学气相沉积法，这种方法增密工艺过程及时间较长，一般从数百小时乃致数月才能完成，存在着工作效率极低，大大的浪费了能源和时间，产品成本高的缺陷，现有的机动车辆使用的刹车片是采用金属或金属合金制造，这种刹车片在刹车时又存在以下不足：刹车时会产生大量的热能，刹车片温度急骤升高，使刹车片性能降低，刹车片产生软化，严重时会影响车辆及人身安全。
发明内容
本发明的发明目的是提供成本低，加工时间短，提高车辆制动安全性能及可靠性的一种碳/碳、碳/陶复合材料作为刹车片应用制备方法。
本发明的另一发明目的是提供生产刹车片的化学液相沉积装置。
实现发明目的的技术方案是这样解决的：碳/碳、碳/陶复合材料作为刹车片应用的制备方法，依次包括下述步骤
I、制作刹车片的预制件，所述的预制件主要包括纤维，纤维织物，毡基；
II、将制作好的刹车片的预制件放入生产复合材料刹车片的化学液相沉积装置中，进行化学液相沉积，其化学液相沉积温度至少在850℃或850℃以上；或化学气相沉积法沉积，其化学气相沉积温度至少在800℃或800℃以上；
III、将沉积好的预制件产品送入石墨化炉处理，石墨化处理温度至少在2000℃或2000℃以上；
IV、经石墨化处理后形成碳/碳或碳/陶复合材料初级品；
V、将碳/碳或碳/陶复合材料初级品按照各种机动车辆刹车片的标准尺寸加工成半成品刹车片；
VI、半成品刹车片的表面进行涂刷涂层，形成抗氧化层；
VII、半成品刹车片的表面进行涂层后，进入烧结炉烧结，其烧结温度至少在800℃或800℃以上；烧结时间为3小时以上；
VIII、经烧结炉烧结后，再通过精细加工，便形成了碳/碳或碳/陶复合材料刹车片成品，经检验合格即可销售。
制备碳/碳、碳/陶复合材料作为刹车片的化学液相沉积装置，包括炉体、真空***、液体补给***、水***、电源***。本发明的突出特点之处在于所说的炉体是双层结构，内外层之间可注入冷却水或气体。炉体左面的真空***与炉体的顶端连接。炉体的上部分别连接有交错式排列的冷凝器、冷却水进水管和出水管。炉体的中部设有引电引出法兰。炉体的底部设有连接底座，底座上放置被加热制品。被加热制品的中心置有发热体，被加热制品的***设有感应器，感应器与变频电源连接。在炉体的下部内置有含碳元素低分子化合物液体，它通过管路接入液体补给器。水箱通过管路与炉体上部的交错式排列的冷凝器、冷却水进水管和出水管分别连接，进行水循环。
本发明与现有金属或金属合金制造的刹车片具有以下有益效果：
I、采用化学液相沉积法生产的刹车片缩短了沉积时间几十倍或100倍以上的时间，提高了生产效率，节约了原材料，使其产品成本大大降低。
II、与金属件相比重量轻；
III、比强高、比模量高；
IV、高导热性、低膨胀系数；
V、断裂韧性高、耐磨性好、抗烧蚀；
VI、有很好的化学稳定性和尺寸稳定性；
VII、强度随温度升高而升高；
VIII、使用寿命长。
IX、沉积速度快，消耗能源少，工艺过程短，其产品技术性能及参数与化学气相沉积装置生产的产品技术性能及参数相当。
X、环保性好，节约资源，化学裂解后，多余低分子化合物可以回收再利用，不直接排放到大气中去。
XI、生产出来的产品可靠性及稳定性高。
XII、沉积的时间由原来的数百小时乃致数月缩小到十几个小时和几十个小时。缩短了工期，提高效率几十倍至100倍以上。
该装置是当前碳/碳、碳/陶等复合材料快速致密化的理想设备。具有较好的社会和经济效益。广泛用于碳/碳、碳/陶等复合材料的液相致密化处理工艺。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图2为本发明的化学液相沉积装置主视剖面图；
图3为本发明的化学液相沉积装置另实施例主视剖面图。
具体实施方式
附图为本发明的实施例
下面结合附图对本发明的内容作进一步说明
参照附图1，碳/碳、碳/陶复合材料作为刹车片应用制备方法，依次包括下述步骤：
I、制作刹车片的预制件，所述的预制件主要包括纤维，纤维织物，毡基；
II、将制作好的刹车片的预制件放入生产复合材料刹车片的化学液相沉积装置中，进行化学液相沉积，其化学液相沉积温度至少在850℃或850℃以上；或化学气相沉积法沉积，其化学气相沉积温度至少在800℃或800℃以上；
III、将沉积好的预制件产品送入石墨化炉处理，石墨化处理温度至少在2000℃或2000℃以上，使热力学不稳定的非石墨质碳通过热活化作用转变为石墨质碳的高温热处理过程，即高温转变碳链结构；
IV、经石墨化处理后形成碳/碳或碳/陶复合材料初级品；
V、将碳/碳或碳/陶复合材料初级品按照各种机动车辆刹车片的标准尺寸加工成半成品刹车片；
VI、半成品刹车片的表面进行涂刷涂层，形成抗氧化层；
VII、半成品刹车片的表面进行涂层后，进入烧结炉烧结，其烧结温度至少在800℃或800℃以上，烧结时间为3小时以上；
VIII、经烧结炉烧结后，再通过精细加工，便形成了碳/碳或碳/陶复合材料刹车片成品。经检验合格即可销售。
图2所示，该图为感应式加热主视剖面图。包括炉体3、真空***1、液体补给器2、水箱7、电源8。所说的炉体3是双层结构，内外层之间可注入冷水或气体。炉体3左面为真空***1，与炉体3的顶端相连接。炉体3的上部分别连接有交错式排列的冷凝器12、冷却水进水管13和出水管14。炉体3的中部设有引电引出法兰9。炉体3的底部设有底座10。底座10上放置被加热制品5。被加热制品5的中心置有发热体4，被加热制品5的***设有感应器6，感应器6与变频电源8连接。在炉体3的下部内置有含碳元素低分子化合物液体11，它通过管路接入液体补给器2。水箱7通过管路与炉体3上部的交错式排列的冷凝器12、冷却水进水管13和出水管14分别连接进行水循环。由于含碳元素低分子化合物液体11受热后，一部分元素进入被加热制品5内，另一部分被蒸发，使含碳元素低分子化合物液体11的液位降低。因此，要经常覌察其液位变化，随时通过液体补给器2补充液体。
图3为图2的另一种实施方式，其区别在于被加热制品5的中心只置有发热体4，取消了感应器6。发热体4与直流或交流电源8连接。其他与附图2相同。
炉体3是内外层具有间隙，中间可以注入循环水，用循环水来降低炉体3的温度和用循环水的流量控制炉体3的温度。炉体3的内腔由于真空***1的作用，使被加热制品5先处于负压状态。其主要目的是将炉内的氧气抽出，以避免由于升温引起爆燃，保证炉体3的安全，待低分子化合物液体到达指定液位后，开始充入保护气体，炉内压力由负压变为微正压。同时，由于负压的作用，使低分子化合物液体11迅速进入被加热制品5的内部孔隙中去，加快了液相沉积速度和裂解。
本发明的加热方式分别为：
感应加热方式：将单相单路或单相多路感应电流加在浸泡在低分子化合物液体11的感应器上，在发热体4和被加热制品5中产生涡流，使其由内向外或由外向内发热。当达到沉积温度后，低分子化合物液体11开始裂解，将所需的元素沉积在被加热制品5上。
电阻加热方式：将直流或交流电流加在浸泡在低分子化合物液体11的发热体4或被加热制品5上，使其发热。当达到沉积温度后，低分子化合物液体11开始裂解，将所需的元素沉积在被加热制品5上。
电阻-感应加热混合加热方式：将直流或交流电流和感应电流顺序、交替或同时作用在浸泡在低分子化合物液体11的发热体4或被加热制品5上，使其发热。当达到沉积温度后，低分子化合物液体11开始裂解，将所需的元素沉积在被加热制品5上。
上述所说的三种加热方式，无论采用那一种方式，对于柱形预制件来说，从预制件的芯部(轴向发热体)开始发热，逐渐径向至预制件外侧加温，沉积过程随温度径向推移。
对于盘形预制件来说，是从预制件的两端面开始发热，直至沉积过程完成。
本发明的装置除适用于民用外，还用于国防及航空航天领域的元器件的加工。
综上所述，发热体是石墨棒或其他金属丝(棒)。加热方式是单独电阻式或单独感应式或电阻-感应组合加热。
所说的碳/碳复合材料刹车片是指以碳纤维、碳纤维织物、毡基等作为基体，沉积碳后的一种复合材料刹车片。
所说的碳/陶复合材料刹车片是指以碳纤维、碳纤维织物、毡基等作为基体，沉积碳化硅后形成碳化硅陶瓷的一种复合材料刹车片。
用化学液相沉积法沉积与石墨化处理是一个可逆过程，有时需要多次反复沉积和反复石墨化处理或用化学气相沉积法沉积相结合进行处理。直至沉积符合要求，才往下一步进行。
用本发明生产的刹车片广泛用于地铁、城市轻轨、高速列车、汽车跑车和摩托车赛车上。也可适用于高挡轿车。装置除适用于民用外，还用于国防及航空航天领域的元器件的加工。
Claims (6)
1、一种碳/碳、碳/陶复合材料作为刹车片的应用，其制备方法依次按下述步骤进行：
I、制作刹车片的预制件，所述的预制件主要包括纤维，纤维织物，毡基；
II、将制作好的刹车片的预制件放入生产复合材料刹车片的化学液相沉积装置中，其化学液相沉积温度至少在850℃或850℃以上；或化学气相沉积法沉积，其化学气相沉积温度至少在800℃或800℃以上；
III、将沉积好的预制件产品送入石墨化炉处理，石墨化处理温度至少在2000℃或2000℃以上；
IV、经石墨化处理后形成碳/碳或碳/陶复合材料初级品；
V、将碳/碳或碳/陶复合材料初级品按照各种机动车辆刹车片的标准尺寸加工成半成品刹车片；
VI、对半成品刹车片的表面进行涂刷涂层，形成抗氧化层；
VII、半成品刹车片的表面进行涂刷涂层后，进入烧结炉烧结，其烧结温度至少在800℃或800℃以上，烧结时间在3小时以上；
VIII、经烧结炉烧结后，再通过精细加工，便形成了碳/碳或碳/陶复合材料刹车片成品，经检验合格即可销售。
2、一种实现权利要求1的制备碳/碳、碳/陶复合材料作为刹车片的化学液相沉积装置，包括炉体(3)、真空***(1)、液体补给***(2)、水箱(7)、电源(8)，其特征在于所说的本炉体(3)是双层结构，内外层之间可注入冷水或气体，炉体(3)左面真空***(1)与炉体(3)的顶端连接，炉体(3)的上部分别连接有交错式排列的冷凝器(12)、冷却水进水管(13)和出水管(14)，炉体(3)的中部设有引电引出法兰(9)，炉体(3)的底部设有底座(10)，底座(10)上放置被加热制品(5)，被加热制品(5)的中心置有发热体(4)，被加热制品(5)的***设有感应器(6)，感应器(6)与变频电源(8)连接，在炉体(3)的下部内置有含碳元素低分子化合物液体(11)，它通过管路接入液体补给器(2)，水箱(7)通过管路与炉体(3)上部的交错式排列的冷凝器(12)、冷却水进水管(13)和出水管(14)分别连接进行水循环。
3、根据权利要求2所述的制备碳/碳、碳/陶复合材料作为刹车片的化学液相沉积装置，其特征在于所说的发热体、感应器、被加热制品三者均浸泡在含碳元素低分子化合物液体中。
4、根据权利要求2所述的制备碳/碳、碳/陶复合材料作为刹车片的化学液相沉积装置，其特征在于所说的真空***是由真空泵和过滤器组成。
5、根据权利要求2所述的制备碳/碳、碳/陶复合材料作为刹车片的化学液相沉积装置，其特征在于所说的加热方式是单独电阻加热方式或单独感应加热方式或电阻-感应组合加热方式。
6、根据权利要求2所述的制备碳/碳、碳/陶复合材料作为刹车片的化学液相沉积装置，其特征在于所说的发热体是石墨棒或其他金属丝或棒。
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