專利名稱：碳/碳、碳/陶復(fù)合材料作為剎車片應(yīng)用制備方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)動(dòng)車輛剎車片，特別是碳/碳、碳/陶復(fù)合材料剎車片在機(jī)動(dòng)車輛上的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著地鐵、城市輕軌、高速列車、汽車跑車和摩托車賽車的出現(xiàn)，車輛的制動(dòng)問題漸漸受到人們的重視，剎車片是制動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分；目前碳/碳、碳/陶復(fù)合材料剎車片僅在航空飛機(jī)上使用，生產(chǎn)這種剎車片的方法主要是用化學(xué)氣相沉積法，這種方法增密工藝過程及時(shí)間較長(zhǎng)，一般從數(shù)百小時(shí)乃致數(shù)月才能完成，存在著工作效率極低，大大的浪費(fèi)了能源和時(shí)間，產(chǎn)品成本高的缺陷，現(xiàn)有的機(jī)動(dòng)車輛使用的剎車片是采用金屬或金屬合金制造，這種剎車片在剎車時(shí)又存在以下不足剎車時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱能，剎車片溫度急驟升高，使剎車片性能降低，剎車片產(chǎn)生軟化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響車輛及人身安全。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的是提供成本低，加工時(shí)間短，提高車輛制動(dòng)安全性能及可靠性的一種碳/碳、碳/陶復(fù)合材料作為剎車片應(yīng)用制備方法。
本發(fā)明的另一發(fā)明目的是提供生產(chǎn)剎車片的化學(xué)液相沉積裝置。
實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的的技術(shù)方案是這樣解決的碳/碳、碳/陶復(fù)合材料作為剎車片應(yīng)用的制備方法，依次包括下述步驟I、制作剎車片的預(yù)制件，所述的預(yù)制件主要包括纖維，纖維織物，氈基；II、將制作好的剎車片的預(yù)制件放入生產(chǎn)復(fù)合材料剎車片的化學(xué)液相沉積裝置中，進(jìn)行化學(xué)液相沉積，其化學(xué)液相沉積溫度至少在850℃或850℃以上；或化學(xué)氣相沉積法沉積，其化學(xué)氣相沉積溫度至少在800℃或800℃以上；
III、將沉積好的預(yù)制件產(chǎn)品送入石墨化爐處理，石墨化處理溫度至少在2000℃或2000℃以上；IV、經(jīng)石墨化處理后形成碳/碳或碳/陶復(fù)合材料初級(jí)品；V、將碳/碳或碳/陶復(fù)合材料初級(jí)品按照各種機(jī)動(dòng)車輛剎車片的標(biāo)準(zhǔn)尺寸加工成半成品剎車片；VI、半成品剎車片的表面進(jìn)行涂刷涂層，形成抗氧化層；VII、半成品剎車片的表面進(jìn)行涂層后，進(jìn)入燒結(jié)爐燒結(jié)，其燒結(jié)溫度至少在800℃或800℃以上；燒結(jié)時(shí)間為3小時(shí)以上；VIII、經(jīng)燒結(jié)爐燒結(jié)后，再通過精細(xì)加工，便形成了碳/碳或碳/陶復(fù)合材料剎車片成品，經(jīng)檢驗(yàn)合格即可銷售。
制備碳/碳、碳/陶復(fù)合材料作為剎車片的化學(xué)液相沉積裝置，包括爐體、真空系統(tǒng)、液體補(bǔ)給系統(tǒng)、水系統(tǒng)、電源系統(tǒng)。本發(fā)明的突出特點(diǎn)之處在于所說(shuō)的爐體是雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)外層之間可注入冷卻水或氣體。爐體左面的真空系統(tǒng)與爐體的頂端連接。爐體的上部分別連接有交錯(cuò)式排列的冷凝器、冷卻水進(jìn)水管和出水管。爐體的中部設(shè)有引電引出法蘭。爐體的底部設(shè)有連接底座，底座上放置被加熱制品。被加熱制品的中心置有發(fā)熱體，被加熱制品的外圍設(shè)有感應(yīng)器，感應(yīng)器與變頻電源連接。在爐體的下部?jī)?nèi)置有含碳元素低分子化合物液體，它通過管路接入液體補(bǔ)給器。水箱通過管路與爐體上部的交錯(cuò)式排列的冷凝器、冷卻水進(jìn)水管和出水管分別連接，進(jìn)行水循環(huán)。
本發(fā)明與現(xiàn)有金屬或金屬合金制造的剎車片具有以下有益效果I、采用化學(xué)液相沉積法生產(chǎn)的剎車片縮短了沉積時(shí)間幾十倍或100倍以上的時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了原材料，使其產(chǎn)品成本大大降低。
II、與金屬件相比重量輕；III、比強(qiáng)高、比模量高；IV、高導(dǎo)熱性、低膨脹系數(shù)；
V、斷裂韌性高、耐磨性好、抗燒蝕；VI、有很好的化學(xué)穩(wěn)定性和尺寸穩(wěn)定性；VII、強(qiáng)度隨溫度升高而升高；VIII、使用壽命長(zhǎng)。
IX、沉積速度快，消耗能源少，工藝過程短，其產(chǎn)品技術(shù)性能及參數(shù)與化學(xué)氣相沉積裝置生產(chǎn)的產(chǎn)品技術(shù)性能及參數(shù)相當(dāng)。
X、環(huán)保性好，節(jié)約資源，化學(xué)裂解后，多余低分子化合物可以回收再利用，不直接排放到大氣中去。
XI、生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品可靠性及穩(wěn)定性高。
XII、沉積的時(shí)間由原來(lái)的數(shù)百小時(shí)乃致數(shù)月縮小到十幾個(gè)小時(shí)和幾十個(gè)小時(shí)。縮短了工期，提高效率幾十倍至100倍以上。
該裝置是當(dāng)前碳/碳、碳/陶等復(fù)合材料快速致密化的理想設(shè)備。具有較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。廣泛用于碳/碳、碳/陶等復(fù)合材料的液相致密化處理工藝。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
圖2為本發(fā)明的化學(xué)液相沉積裝置主視剖面圖；圖3為本發(fā)明的化學(xué)液相沉積裝置另實(shí)施例主視剖面圖。
具體實(shí)施例方式
附圖為本發(fā)明的實(shí)施例下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說(shuō)明參照附圖1，碳/碳、碳/陶復(fù)合材料作為剎車片應(yīng)用制備方法，依次包括下述步驟I、制作剎車片的預(yù)制件，所述的預(yù)制件主要包括纖維，纖維織物，氈基；II、將制作好的剎車片的預(yù)制件放入生產(chǎn)復(fù)合材料剎車片的化學(xué)液相沉積裝置中，進(jìn)行化學(xué)液相沉積，其化學(xué)液相沉積溫度至少在850℃或850℃以上；或化學(xué)氣相沉積法沉積，其化學(xué)氣相沉積溫度至少在800℃或800℃以上；III、將沉積好的預(yù)制件產(chǎn)品送入石墨化爐處理，石墨化處理溫度至少在2000℃或2000℃以上，使熱力學(xué)不穩(wěn)定的非石墨質(zhì)碳通過熱活化作用轉(zhuǎn)變?yōu)槭|(zhì)碳的高溫?zé)崽幚磉^程，即高溫轉(zhuǎn)變碳鏈結(jié)構(gòu)；IV、經(jīng)石墨化處理后形成碳/碳或碳/陶復(fù)合材料初級(jí)品；V、將碳/碳或碳/陶復(fù)合材料初級(jí)品按照各種機(jī)動(dòng)車輛剎車片的標(biāo)準(zhǔn)尺寸加工成半成品剎車片；VI、半成品剎車片的表面進(jìn)行涂刷涂層，形成抗氧化層；VII、半成品剎車片的表面進(jìn)行涂層后，進(jìn)入燒結(jié)爐燒結(jié)，其燒結(jié)溫度至少在800℃或800℃以上，燒結(jié)時(shí)間為3小時(shí)以上；VIII、經(jīng)燒結(jié)爐燒結(jié)后，再通過精細(xì)加工，便形成了碳/碳或碳/陶復(fù)合材料剎車片成品。經(jīng)檢驗(yàn)合格即可銷售。
圖2所示，該圖為感應(yīng)式加熱主視剖面圖。包括爐體3、真空系統(tǒng)1、液體補(bǔ)給器2、水箱7、電源8。所說(shuō)的爐體3是雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)外層之間可注入冷水或氣體。爐體3左面為真空系統(tǒng)1，與爐體3的頂端相連接。爐體3的上部分別連接有交錯(cuò)式排列的冷凝器12、冷卻水進(jìn)水管13和出水管14。爐體3的中部設(shè)有引電引出法蘭9。爐體3的底部設(shè)有底座10。底座10上放置被加熱制品5。被加熱制品5的中心置有發(fā)熱體4，被加熱制品5的外圍設(shè)有感應(yīng)器6，感應(yīng)器6與變頻電源8連接。在爐體3的下部?jī)?nèi)置有含碳元素低分子化合物液體11，它通過管路接入液體補(bǔ)給器2。水箱7通過管路與爐體3上部的交錯(cuò)式排列的冷凝器12、冷卻水進(jìn)水管13和出水管14分別連接進(jìn)行水循環(huán)。由于含碳元素低分子化合物液體11受熱后，一部分元素進(jìn)入被加熱制品5內(nèi)，另一部分被蒸發(fā)，使含碳元素低分子化合物液體11的液位降低。因此，要經(jīng)常覌察其液位變化，隨時(shí)通過液體補(bǔ)給器2補(bǔ)充液體。
圖3為圖2的另一種實(shí)施方式，其區(qū)別在于被加熱制品5的中心只置有發(fā)熱體4，取消了感應(yīng)器6。發(fā)熱體4與直流或交流電源8連接。其他與附圖2相同。
爐體3是內(nèi)外層具有間隙，中間可以注入循環(huán)水，用循環(huán)水來(lái)降低爐體3的溫度和用循環(huán)水的流量控制爐體3的溫度。爐體3的內(nèi)腔由于真空系統(tǒng)1的作用，使被加熱制品5先處于負(fù)壓狀態(tài)。其主要目的是將爐內(nèi)的氧氣抽出，以避免由于升溫引起爆燃，保證爐體3的安全，待低分子化合物液體到達(dá)指定液位后，開始充入保護(hù)氣體，爐內(nèi)壓力由負(fù)壓變?yōu)槲⒄龎?。同時(shí)，由于負(fù)壓的作用，使低分子化合物液體11迅速進(jìn)入被加熱制品5的內(nèi)部孔隙中去，加快了液相沉積速度和裂解。
本發(fā)明的加熱方式分別為感應(yīng)加熱方式將單相單路或單相多路感應(yīng)電流加在浸泡在低分子化合物液體11的感應(yīng)器上，在發(fā)熱體4和被加熱制品5中產(chǎn)生渦流，使其由內(nèi)向外或由外向內(nèi)發(fā)熱。當(dāng)達(dá)到沉積溫度后，低分子化合物液體11開始裂解，將所需的元素沉積在被加熱制品5上。
電阻加熱方式將直流或交流電流加在浸泡在低分子化合物液體11的發(fā)熱體4或被加熱制品5上，使其發(fā)熱。當(dāng)達(dá)到沉積溫度后，低分子化合物液體11開始裂解，將所需的元素沉積在被加熱制品5上。
電阻-感應(yīng)加熱混合加熱方式將直流或交流電流和感應(yīng)電流順序、交替或同時(shí)作用在浸泡在低分子化合物液體11的發(fā)熱體4或被加熱制品5上，使其發(fā)熱。當(dāng)達(dá)到沉積溫度后，低分子化合物液體11開始裂解，將所需的元素沉積在被加熱制品5上。
上述所說(shuō)的三種加熱方式，無(wú)論采用那一種方式，對(duì)于柱形預(yù)制件來(lái)說(shuō)，從預(yù)制件的芯部(軸向發(fā)熱體)開始發(fā)熱，逐漸徑向至預(yù)制件外側(cè)加溫，沉積過程隨溫度徑向推移。
對(duì)于盤形預(yù)制件來(lái)說(shuō)，是從預(yù)制件的兩端面開始發(fā)熱，直至沉積過程完成。
本發(fā)明的裝置除適用于民用外，還用于國(guó)防及航空航天領(lǐng)域的元器件的加工。
綜上所述，發(fā)熱體是石墨棒或其他金屬絲(棒)。加熱方式是單獨(dú)電阻式或單獨(dú)感應(yīng)式或電阻-感應(yīng)組合加熱。
所說(shuō)的碳/碳復(fù)合材料剎車片是指以碳纖維、碳纖維織物、氈基等作為基體，沉積碳后的一種復(fù)合材料剎車片。
所說(shuō)的碳/陶復(fù)合材料剎車片是指以碳纖維、碳纖維織物、氈基等作為基體，沉積碳化硅后形成碳化硅陶瓷的一種復(fù)合材料剎車片。
用化學(xué)液相沉積法沉積與石墨化處理是一個(gè)可逆過程，有時(shí)需要多次反復(fù)沉積和反復(fù)石墨化處理或用化學(xué)氣相沉積法沉積相結(jié)合進(jìn)行處理。直至沉積符合要求，才往下一步進(jìn)行。
用本發(fā)明生產(chǎn)的剎車片廣泛用于地鐵、城市輕軌、高速列車、汽車跑車和摩托車賽車上。也可適用于高擋轎車。裝置除適用于民用外，還用于國(guó)防及航空航天領(lǐng)域的元器件的加工。
權(quán)利要求
1.一種碳/碳、碳/陶復(fù)合材料作為剎車片的應(yīng)用，其制備方法依次按下述步驟進(jìn)行I、制作剎車片的預(yù)制件，所述的預(yù)制件主要包括纖維，纖維織物，氈基；II、將制作好的剎車片的預(yù)制件放入生產(chǎn)復(fù)合材料剎車片的化學(xué)液相沉積裝置中，其化學(xué)液相沉積溫度至少在850℃或850℃以上；或化學(xué)氣相沉積法沉積，其化學(xué)氣相沉積溫度至少在800℃或800℃以上；III、將沉積好的預(yù)制件產(chǎn)品送入石墨化爐處理，石墨化處理溫度至少在2000℃或2000℃以上；IV、經(jīng)石墨化處理后形成碳/碳或碳/陶復(fù)合材料初級(jí)品；V、將碳/碳或碳/陶復(fù)合材料初級(jí)品按照各種機(jī)動(dòng)車輛剎車片的標(biāo)準(zhǔn)尺寸加工成半成品剎車片；VI、對(duì)半成品剎車片的表面進(jìn)行涂刷涂層，形成抗氧化層；VII、半成品剎車片的表面進(jìn)行涂刷涂層后，進(jìn)入燒結(jié)爐燒結(jié)，其燒結(jié)溫度至少在800℃或800℃以上，燒結(jié)時(shí)間在3小時(shí)以上；VIII、經(jīng)燒結(jié)爐燒結(jié)后，再通過精細(xì)加工，便形成了碳/碳或碳/陶復(fù)合材料剎車片成品，經(jīng)檢驗(yàn)合格即可銷售。
2.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1的制備碳/碳、碳/陶復(fù)合材料作為剎車片的化學(xué)液相沉積裝置，包括爐體(3)、真空系統(tǒng)(1)、液體補(bǔ)給系統(tǒng)(2)、水箱(7)、電源(8)，其特征在于所說(shuō)的本爐體(3)是雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)外層之間可注入冷水或氣體，爐體(3)左面真空系統(tǒng)(1)與爐體(3)的頂端連接，爐體(3)的上部分別連接有交錯(cuò)式排列的冷凝器(12)、冷卻水進(jìn)水管(13)和出水管(14)，爐體(3)的中部設(shè)有引電引出法蘭(9)，爐體(3)的底部設(shè)有底座(10)，底座(10)上放置被加熱制品(5)，被加熱制品(5)的中心置有發(fā)熱體(4)，被加熱制品(5)的外圍設(shè)有感應(yīng)器(6)，感應(yīng)器(6)與變頻電源(8)連接，在爐體(3)的下部?jī)?nèi)置有含碳元素低分子化合物液體(11)，它通過管路接入液體補(bǔ)給器(2)，水箱(7)通過管路與爐體(3)上部的交錯(cuò)式排列的冷凝器(12)、冷卻水進(jìn)水管(13)和出水管(14)分別連接進(jìn)行水循環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備碳/碳、碳/陶復(fù)合材料作為剎車片的化學(xué)液相沉積裝置，其特征在于所說(shuō)的發(fā)熱體、感應(yīng)器、被加熱制品三者均浸泡在含碳元素低分子化合物液體中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備碳/碳、碳/陶復(fù)合材料作為剎車片的化學(xué)液相沉積裝置，其特征在于所說(shuō)的真空系統(tǒng)是由真空泵和過濾器組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備碳/碳、碳/陶復(fù)合材料作為剎車片的化學(xué)液相沉積裝置，其特征在于所說(shuō)的加熱方式是單獨(dú)電阻加熱方式或單獨(dú)感應(yīng)加熱方式或電阻-感應(yīng)組合加熱方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備碳/碳、碳/陶復(fù)合材料作為剎車片的化學(xué)液相沉積裝置，其特征在于所說(shuō)的發(fā)熱體是石墨棒或其他金屬絲或棒。
全文摘要
本發(fā)明涉及碳/碳、碳/陶復(fù)合材料剎車片在機(jī)動(dòng)車輛上的應(yīng)用。其制備方法為制作剎車片的預(yù)制件，放入化學(xué)液相沉積裝置進(jìn)行化學(xué)液相沉積，石墨化處理，形成初級(jí)品；按尺寸加工成半成品剎車片；表面涂層；燒結(jié)；精細(xì)加工，形成復(fù)合材料剎車片成品。裝置包括爐體、真空系統(tǒng)、冷凝器、水循環(huán)系統(tǒng)、及爐體下部液體的補(bǔ)給系統(tǒng)、和爐體底部底座上放置的被加熱制品、及中心置有發(fā)熱體，制品外圍設(shè)有感應(yīng)器，感應(yīng)器與變頻電源連接的電系統(tǒng)。用化學(xué)液相沉積法生產(chǎn)的剎車片縮短了沉積時(shí)間幾十倍或100倍以上，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約原材料，使其產(chǎn)品成本大大降低。
文檔編號(hào)F16D65/02GK1544828SQ20031010598
公開日2004年11月10日 申請(qǐng)日期2003年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月27日
發(fā)明者周挺, 周 挺 申請(qǐng)人:西安誠(chéng)瑞科技發(fā)展有限公司