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炭/炭复合材料刹车片发展及基本生产工艺

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-02-10  作者:鑫椤资讯
   炭/炭复合材料因具有一系列独特的力学、热学及摩擦磨损系能而成为替代金属基复合材料的新一代刹车材料,其主要特点如下:
 
  密度小,该材料的密度在1.8g/m3左右,是金属基复合材料的1/3到1/4。采用该材料制作的刹车组件相比,减重40%左右。这对军用飞机来说,可提高飞机的有效载荷和战技指标:对商用飞机来说减重1Kg相当于每年可节省3000升燃料。因此其节约使用成本效果显著。
 
  热稳定性好,当飞机进行中止起飞后,刹车片的表面温度超过2000摄氏度以上,炭/炭复合材料既不会熔融粘结,也不会翘曲变形,冷却以后可继续使用;而金属基复合材料的温度超过660摄氏度以上就会产生翘曲变形,导致熔融粘结,需要对刹车组件进行大修。因此,采用碳了碳复合材料制作的刹车片既提高了刹车组件的设计裕度,也提高了刹车组件的使用安全性,比热容大,该材料的比热容是金属基复合材料的2.5倍,具有良好的吸热功能,提高了热库的储热能力,降低了热库工作温度.
 
  摩擦系数稳定,该材料在很大的温度范围内具有稳定的摩擦系数,飞机刹车过程柔和,提高了飞机的刹车舒适性.磨损率低,使用寿命长,达金属基复合材2倍以上,减少了刹车组件的维修次数。比弧度高,尤其是高温强度是钢的2倍以上,与金属基复合材料相比,该材料自身可作为结构元件,不需要别的材料制作骨架支撑结构,简化了刹车组件的结构,提高了刹车组件的可靠性和可维修性
 
  正因为该材料具有上述特点,特别适合作为飞机刹车材料使用,所以自上世纪九十年代以来,碳刹车已成为新型飞机的标准配置而广泛应用。 炭/炭复合材料刹车片的基本生产工艺炭/炭复合材料是由炭纤维增强体和基体碳两部分组成的,按炭纤维在基体碳中存在的形式可分成如下三种:
 
  第一种:炭纤维以短纤维束的方式随机分布在基体碳中。
 
  第二种:炭纤维以连续长丝束编织成布,再叠合成层合板的形式存在于基体碳中。
 
  第三种:炭纤维以介于碳布层合板和三维编织物的两种结构之间的过渡结构,即针刺毡的形式存在于基体碳中。
 
  基体碳按其来源和形式可分成液相法和气相法两类:
 
  液相法是指用树脂或沥青等液相.含碳有机物浸渍炭纤维并进行固化和炭化,脱除有机物中的挥发性成份,留下碳质成分,形成复合材料中的基体碳。
 
  气相法是指将低分子有机烃类以气相形式通入预热的炭纤维增强体,并在高温下裂解和聚合,形成基体碳。
 
  将炭纤维增强体的分布形状与基体碳的形成组合起来,形成了各种各样的炭/炭复合材料刹车片制备工艺,实际使用的工艺分三类:
 
  第一类:短纤维模压浸渍炭化工艺。
 
  该工艺首先是用树脂浸渍炭纤维长丝形成预浸带,然后切短成一定长度的短纤维束,在模具中热压成形,经固化、炭化处理后,再用树脂或沥青浸渍炭化,并循环多次,直至达到材料要求密度。最后经过一定加工处理形成炭/炭复合材料刹车片。
 
  该工艺按照炭化的压力等参数可分成常压、中压、高压等几种。美国Honeywell公司和ABSC公司主要采用该工艺生产碳刹车片,其产品主要应用于B767. MD11等飞机。该工艺的优点是,炭纤维利用率高,工艺简便,生产成本低。所生产的炭/炭复合材料是各向同性状态.缺点是力学性能低,在使用过程中易出现刹车片摩擦面断裂现象。原因是炭纤维增强体为短切纤维束未形成完整结构。另一个缺点是磨损率大,这是因为是基体碳为球状,易形成磨料磨蚀的磨损方式。
 
  第二类:碳布叠层或针刺毡预制体与化学气相沉积(CVD)工艺。
 
  该工艺先将炭纤维编制成碳布,再切割叠合成预制体或将炭纤维编织针刺成针刺毡类预制体,在化学气沉积,直至达到所要求密度,最后经过一定加工处理形成炭/炭复合材料刹式和气流方向可分成等温等压、压差法、温差法等。_op公司、法国Messier公司采用该工艺生产碳刹车片,产品主要用于B757,炭纤维表面逐渐生长而形成的,所以基体碳与炭纤维之间结构紧密。另外,CVD碳为类石墨片层结构,摩擦过程中摩擦面易形成损率。缺点是该工艺沉积效率低,沉积时间长。
 
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