本公開涉及碳-碳復(fù)合材料的制造，并且尤其涉及由碳-碳復(fù)合材料制成的航空器制動盤的制造。

背景技術(shù)：

碳纖維增強(qiáng)碳材料（也被稱為碳-碳復(fù)合材料）是包括含有由碳纖維增強(qiáng)的碳的基體的復(fù)合材料。碳-碳（C-C）復(fù)合部件能夠被用在許多高溫應(yīng)用中。例如，航空航天工業(yè)采用C-C復(fù)合部件作為用于商用和軍用航空器的摩擦材料，諸如制動摩擦材料。

一些碳-碳復(fù)合體（諸如在航空航天工業(yè)中使用的一些碳-碳復(fù)合制動盤）可由多孔預(yù)制體制成。預(yù)制體可使用可將碳施加在多孔預(yù)制體內(nèi)的若干過程的組合被致密化，所述若干過程包括化學(xué)氣相沉積/化學(xué)氣相滲透（CVD/CVI）、真空/壓力滲透（VPI）、或樹脂傳遞模塑（RTM）。CVD/CVI處理是昂貴的、資本密集的并且耗費(fèi)時(shí)間的過程，通常需要數(shù)月才完成。在一些示例中，可通過使用與CVI/CVD結(jié)合的VPI或RTM過程來減少與CVD/CVI處理相關(guān)聯(lián)的循環(huán)時(shí)間和成本。然而，VPI和RTM過程可能需要在導(dǎo)致小于1.75 g/cc的最終密度的延長時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行若干循環(huán)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一些示例中，本公開描述一種用于制作碳-碳復(fù)合材料制動盤的方法，其包括：（i）用樹脂滲透多孔預(yù)制體以形成樹脂滲透的預(yù)制體，其中，所述樹脂包括各向同性樹脂或中間相樹脂中的至少一種，并且其中，所述多孔預(yù)制體源自：多個(gè)織物片，其包括從由氧化聚丙烯腈纖維、瀝青纖維或人造纖維組成的組中選擇的非織造纖維，其中，所述多個(gè)織物片中的每個(gè)織物片均具有在從大約1250到大約3000克每平方米的范圍內(nèi)的基重；以及針刺纖維，其從由氧化聚丙烯腈纖維、瀝青纖維或人造纖維組成的組中選擇，其中，所述針刺纖維將所述多個(gè)織物片結(jié)合在一起。所述方法還包括（ii）在至少大約5000 psi的壓力下碳化所述樹脂滲透的預(yù)制體以形成致密碳-碳復(fù)合材料盤式制動器。此外，所述方法還包括（iii）重復(fù)步驟（i）-（ii）直到所述致密碳-碳復(fù)合材料盤式制動器具有至少大約1.9 g/cc的密度。

在一些示例中，本公開描述一種用于制作碳-碳復(fù)合材料制動盤的方法，其包括：（i）將多孔預(yù)制體放置在高壓容器中，其中，所述多孔預(yù)制體源自：多個(gè)織物片，其包括：從由氧化聚丙烯腈纖維、瀝青纖維或人造纖維組成的組中選擇的非織造纖維，其中，所述多個(gè)織物片中的每個(gè)織物片均具有在從大約1250到大約3000克每平方米的范圍內(nèi)的基重；以及針刺纖維，其從由氧化聚丙烯腈纖維、瀝青纖維或人造纖維組成的組中選擇，其中，所述針刺纖維將所述多個(gè)織物片結(jié)合在一起。所述方法還包括（ii）在所述高壓容器中使用至少大約50 psi的第一壓力用樹脂滲透所述多孔預(yù)制體以形成樹脂滲透的預(yù)制體，其中，所述樹脂包括各向同性樹脂或中間相樹脂中的至少一種。所述方法額外地可以包括（iii）在至少大約5000 psi的第二高壓下碳化所述樹脂滲透的預(yù)制體以形成致密碳-碳復(fù)合材料盤式制動器。

在一些示例中，本公開描述一種用于制作碳-碳復(fù)合材料盤式制動器的組件，其包括高壓容器和盤式制動器形狀的樹脂滲透的預(yù)制體，該預(yù)制體包括非穩(wěn)定的樹脂和多孔預(yù)制體，所述非穩(wěn)定的樹脂包括各向同性樹脂或中間相樹脂中的至少一種，所述多孔預(yù)制體源自：多個(gè)織物片，其包括：從由氧化聚丙烯腈纖維、瀝青纖維或人造纖維組成的組中選擇的非織造纖維，其中，所述多個(gè)織物片中的每個(gè)織物片均具有在從大約1250到大約3000克每平方米的范圍內(nèi)的基重；以及針刺纖維，其從由氧化聚丙烯腈纖維、瀝青纖維或人造纖維組成的組中選擇，其中，所述針刺纖維將所述多個(gè)織物片結(jié)合在一起，并且其中，將所述樹脂滲透的預(yù)制體布置在所述高壓容器中。所述組件還可包括壓力源和熱源，所述壓力源被構(gòu)造成將所述高壓容器增壓到至少大約5000 psi的壓力，并且所述熱源被構(gòu)造成將所述高壓容器和樹脂滲透的預(yù)制體加熱到足以碳化所述非穩(wěn)定樹脂的溫度。

下面在附圖和描述中闡述本公開的一個(gè)或多個(gè)示例的細(xì)節(jié)。根據(jù)描述和附圖，以及根據(jù)權(quán)利要求，本公開的其他特征、目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)將是明顯的。

附圖說明

圖1是說明從多孔預(yù)制體制造致密碳-碳復(fù)合材料的示例方法的流程圖。

圖2是可以被用于制造致密碳-碳復(fù)合材料的示例多孔碳預(yù)制體的透視圖。

圖3是來自圖2的區(qū)段A的放大圖。

圖4示出含有多孔碳預(yù)制體的示例模具的側(cè)向橫截面視圖。

圖5是示例致密碳-碳復(fù)合材料的透視圖。

圖6是圍封多孔碳預(yù)制體的示例模具的側(cè)向橫截面視圖。

具體實(shí)施方式

本公開描述一種生產(chǎn)盤式制動器形式且密度至少大約1.9克每立方厘米（g/cc）的致密碳-碳（C-C）復(fù)合材料的低成本且具有時(shí)效性的方法。至少大約1.9 g/cc的密度可具備與低密度C-C復(fù)合材料相比改進(jìn)的機(jī)械和熱性能，包括摩擦和磨損性能。例如，在碳-碳復(fù)合材料中獲得更高的密度可改進(jìn)復(fù)合材料的熱導(dǎo)率或可提供增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。根據(jù)本公開的擁有改進(jìn)的密度的致密C-C復(fù)合材料盤式制動器可被用在各種應(yīng)用中，包括例如被用在航空航天工業(yè)中。

在本公開中描述的致密C-C復(fù)合材料制造方法使用具有大約1250到大約3000克每平方米（g/m²）的面積基重（areal basis weight）的非織造預(yù)制體和滲透瀝青的高壓碳化以獲得具有整體密度大于1.9 g/cc的致密C-C復(fù)合材料。在一些示例中，在本公開中描述的致密C-C復(fù)合材料制造方法可省略CVD/CVI致密化步驟、樹脂穩(wěn)定化、或全部兩者，而同時(shí)能夠獲得具有整體密度大于1.9 g/cc的致密C-C復(fù)合材料。CVD/CVI處理是需要大量資本投資才得以實(shí)施的相對較慢且昂貴的過程。此外，CVD/CVI的單個(gè)循環(huán)通常對預(yù)制體的整體密度僅提供增量式增加，因此需要CVD/CVI的若干循環(huán)以獲得具有增加的密度的C-C復(fù)合材料。其他預(yù)制體可使用真空壓力滲透（VPI）或樹脂傳遞模塑（RTM）來經(jīng)受樹脂致密化循環(huán)。VPI和RTM涉及將熔融樹脂沉積在多孔預(yù)制體的表面上，同時(shí)使預(yù)制體經(jīng)受將熔融樹脂吸入（例如，VPI的真空壓力）或推動（RTM的頭壓力）到預(yù)制體的敞開孔隙中的壓力差。

一旦樹脂充分地滲透預(yù)制體，樹脂滲透的預(yù)制體被冷卻以使得樹脂在預(yù)制體中固化。接下來，樹脂滲透的預(yù)制體經(jīng)歷樹脂穩(wěn)定化循環(huán)，其使得樹脂能進(jìn)行某種程度的交聯(lián)，從而防止樹脂在隨后的碳化過程（該過程在樹脂的熔點(diǎn)之上進(jìn)行）期間從預(yù)制體中擠出。然而，樹脂穩(wěn)定化循環(huán)可能是相當(dāng)耗費(fèi)時(shí)間的，需要數(shù)月以使得樹脂經(jīng)歷充分的交聯(lián)，并且甚至在樹脂穩(wěn)定化的情況下，一些量的樹脂可在碳化期間由于在樹脂轉(zhuǎn)變?yōu)槟咎繒r(shí)從樹脂逸出的氣體而被從預(yù)制體中推出。相對于CVD/CVI，包括樹脂穩(wěn)定化（通過利用本文中描述的預(yù)制體）和在施加高壓力下滲透樹脂的碳化的技術(shù)可減少制造時(shí)間和成本，同時(shí)還提供高密度（例如，大于大約1.90 g/cc）的碳-碳復(fù)合材料。

圖1是說明從多孔碳預(yù)制體制造致密碳-碳復(fù)合材料的示例技術(shù)的流程圖。為了便于說明，關(guān)于圖2-5的物品和系統(tǒng)描述圖1的示例方法；然而，通過本公開還可以設(shè)想用于制造致密碳-碳復(fù)合材料的其他物品和系統(tǒng)。

圖1的示例技術(shù)包括用熔融樹脂對多孔碳預(yù)制體進(jìn)行滲透（10），以及當(dāng)在高壓下時(shí)碳化樹脂滲透的預(yù)制體，不需要使樹脂在碳化之前經(jīng)受樹脂穩(wěn)定化循環(huán)（12）。在一些示例中，如需要獲得具有至少1.9 g/cc的最終密度的致密C-C復(fù)合材料，可重復(fù)上面的步驟（14）。

圖1的示例技術(shù)的第一步驟包括用熔融樹脂對多孔碳預(yù)制體進(jìn)行滲透（10）。圖2示出可被用于形成在圖1的技術(shù)中使用的多孔碳預(yù)制體的示例前驅(qū)體預(yù)制體20。前驅(qū)體預(yù)制體20可包括非織造的織物片24，其含有氧化聚丙烯腈（O-PAN）、人造纖維或?yàn)r青的高面積重量的纖維22。舉例說明，圖3示出來自圖2的部分A的放大圖，其示出個(gè)體纖維22被組合在一起以形成非織造的織物片24。在一些示例中，織物片24可被形成為具有在大約1250和大約3000克每平方米（g/m²）之間的面積基重，諸如在大約1350和大約2000 g/m²之間。

使用包括纖維22（例如，O-PAN纖維）的非織造纖維片24形成前驅(qū)體預(yù)制體20可增加非織造纖維片24的面積重量，同時(shí)維持敞開孔隙構(gòu)造最終減少材料和操作成本。至少部分地獲得這些益處，因?yàn)榫哂懈呙娣e基重的非織造織物片24可需要進(jìn)行更少針刺以將織物片24結(jié)合在一起，同時(shí)還建立具有更寬和更深孔隙的更敞開的預(yù)制體，其與具有更小或更窄孔隙的預(yù)制體相比更容易滲透有熔融樹脂（10），而與具有更小的面積基重的織物相比基本上不減小前驅(qū)體預(yù)制體20的密度。

個(gè)體非織造織物片24可使用類似于用于制作織物片24的纖維22的散纖維26被針刺在一起。在一些示例中，散纖維26可使用例如旋轉(zhuǎn)環(huán)形針器或非旋轉(zhuǎn)環(huán)形針器針刺通過多層非織造織物片。在環(huán)形針器的情況下，前驅(qū)體預(yù)制體20可通過將兩層非織造織物片24針刺在一起并且然后將額外非織造織物片24針刺在先前針刺層的頂部上形成。在一些示例中，環(huán)形針器可具有大約700沖程每分鐘或更多的針沖程速率（例如，在大約850和大約1250沖程/分鐘之間的沖程速度）和大約2 rpm的旋轉(zhuǎn)攪拌速度。在一些示例中，可通過增加攪拌旋轉(zhuǎn)速度，例如3 rpm，同時(shí)保持沖程每轉(zhuǎn)的比率在大約350沖程每轉(zhuǎn)來減少針刺時(shí)間。在使用環(huán)形針器時(shí)，可將非織造織物片24的第一層放置在柔軟材料諸如泡沫環(huán)上，然后將隨后的非織造織物片24放置在第一層的頂部上以允許針和散纖維26一直穿透通過兩個(gè)非織造織物片24而不損壞針?？衫^續(xù)非織造織物片24的針刺直到前驅(qū)體預(yù)制體20達(dá)到目標(biāo)厚度T。下面表1和2提供構(gòu)思用于圖1中示出的方法的多孔碳預(yù)制體20的示例。

在一些示例中，前驅(qū)體預(yù)制體20可在用樹脂40滲透（10）前經(jīng)受初始碳化循環(huán)以將碳纖維前驅(qū)體材料轉(zhuǎn)變?yōu)樘?。例如，可通過在惰性氣體下在干餾釜中加熱前驅(qū)體預(yù)制體20或降低條件以將非碳組分（氫、氮、氧等）從高面積重量纖維22和散纖維26移除對前驅(qū)體預(yù)制體20進(jìn)行碳化。初始碳化前驅(qū)體預(yù)制體20產(chǎn)生碳纖維的多孔碳預(yù)制體?？墒褂酶绅s釜（諸如高壓釜、爐、熱等靜壓機(jī)、單軸熱壓機(jī)。或等等）來實(shí)施碳化。在這些技術(shù)中的每一個(gè)中，前驅(qū)體預(yù)制體20可在惰性氣氛中在大約600℃到大約1000℃范圍內(nèi)的溫度下被加熱，同時(shí)可選地被機(jī)械壓縮。機(jī)械壓縮可以被用來限定多孔碳預(yù)制體的幾何形狀（例如，厚度）和碳在多孔碳預(yù)制體中的體積分?jǐn)?shù)（例如，碳的體積除以多孔碳預(yù)制體的整個(gè)總體積）。在一些示例中，干餾釜可用氮?dú)鉁睾偷卮迪创蠹s1小時(shí)，然后在大約10-20小時(shí)的過程中緩慢地加熱到大約900℃，接下來在大約1-2小時(shí)中將溫度提高到大約1050 ℃。然后將干餾釜保持在大約1050℃約3-6小時(shí)，隨后使碳化的預(yù)制體冷卻整晚。在一些示例中，碳化步驟能夠在甚至更高的溫度下進(jìn)行，包括高達(dá)至大約1800℃的溫度。

在一些示例中，在前驅(qū)體預(yù)制體20的碳化之后，所得多孔碳預(yù)制體還可在進(jìn)行樹脂滲透循環(huán)（10）之前被熱處理。熱處理多孔碳預(yù)制體可改變多孔碳預(yù)制體中碳原子的晶體結(jié)構(gòu)，其可導(dǎo)致預(yù)制體或相應(yīng)地復(fù)合材料的改變的機(jī)械、熱和化學(xué)性能。在一些示例中，取決于期望特性，可在1400℃到2800℃的范圍內(nèi)進(jìn)行多孔碳預(yù)制體的熱處理。更高的溫度可導(dǎo)致更大的熱導(dǎo)率、在所得多孔碳預(yù)制體中的碳原子的更大的晶體有序度，并且可提高最終C-C復(fù)合材料的彈性模量。晶體有序度可使用例如X射線衍射或拉曼光譜被確定。

如在本文中使用的，源自織物片24的多孔碳預(yù)制體旨在描述通過碳化前驅(qū)體預(yù)制體20形成的碳纖維預(yù)制體。

在隨后的處理期間如上所述的前驅(qū)體預(yù)制體20可提供額外益處。例如，前驅(qū)體預(yù)制體20的碳化形式可以足夠剛性，使得CVD/CVI的最初致密化循環(huán)對于保護(hù)預(yù)制體免受由于樹脂的快速滲透而導(dǎo)致的損壞，例如，分層，是非必要的。

能夠用于滲透多孔碳預(yù)制體（10）的示例樹脂包括例如提供相對高的碳產(chǎn)量（例如，大于約80%的碳產(chǎn)量）并且可具有相對高的粘度的液體樹脂或?yàn)r青（例如，各向同性和/或中間相的瀝青），諸如合成的中間相瀝青、煤焦油衍生瀝青，諸如熱或化學(xué)處理的煤焦油、石油衍生瀝青、合成瀝青衍生物、熱處理的瀝青、催化轉(zhuǎn)變的瀝青、以及熱固性或熱塑性樹脂，諸如酚醛樹脂?？稍诿枋鲞^程中使用的合成中間相瀝青的示例包括由三菱氣體化學(xué)公司（Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc.）（日本，東京）制造的芳香族樹脂（AR）中間相瀝青或催化聚合的萘。在一些示例中，樹脂可以是各向同性瀝青，包括例如低成本煤焦油瀝青或石油瀝青、合成的各向同性瀝青、或等等。額外于更低成本，所公開的技術(shù)可還允許各向同性樹脂到焦炭材料的更高轉(zhuǎn)變（例如，更高的碳產(chǎn)量），從而導(dǎo)致與環(huán)境壓力下的碳化相比更高效的過程。

用熔融樹脂滲透多孔碳預(yù)制體（10）可以使用多種技術(shù)被實(shí)施。例如，可使用VPI將熔融樹脂滲透到多孔碳預(yù)制體中（10）。在這樣的示例中，多孔碳預(yù)制體31可被放置在模具30中，如在圖4中所示，其示出含有多孔碳預(yù)制體31的模具30的側(cè)向橫截面視圖。模具30可包括上模具部分34和下模具部分36，其限定用于接納多孔碳預(yù)制體31的內(nèi)模具室32。上模具部分34和下模具部分36可被構(gòu)造成形成緊密密封。一旦多孔碳預(yù)制體31被密封在模具30內(nèi)，多孔碳預(yù)制體31在惰性條件下被加熱44到待被滲透的樹脂的熔點(diǎn)之上。接下來，通過抽空模具室32移除多孔碳預(yù)制體31的孔隙中所包含的氣體。然后將熔融樹脂40引入到模具室32中，從而在模具室返回到環(huán)境壓力時(shí)如流動線42所示的滲透多孔碳預(yù)制體31。在一些VPI過程中，一定體積的熔融樹脂40可在不同容器中被熔化并且經(jīng)由樹脂入口端口38被引入到模具30中。

在一些示例中，可使用RTM將熔融樹脂40滲透到多孔碳預(yù)制體31中（10）。在 RTM過程中，多孔碳預(yù)制體31被放置并密封在模具室32內(nèi)側(cè)。然后熔融樹脂40可在頭壓力下通過一個(gè)或多個(gè)樹脂入口端口38被注入到模具室32中，所述頭壓力推動熔融樹脂40到多孔碳預(yù)制體31的內(nèi)部孔隙中。在一些示例中，模具30包括一個(gè)或多個(gè)排氣口48以使得在熔融樹脂40被引入到多孔碳預(yù)制體31中時(shí)在模具室32和多孔碳預(yù)制體31中的氣體（例如，空氣）能夠逸出。

在一些示例中，可通過將樹脂沉積在模具室32中或直接沉積在多孔碳預(yù)制體31上將熔融樹脂40滲透到多孔碳預(yù)制體31中（10）。一旦上模具部分34和下模具部分36被封閉且密封，（如果需要的話）樹脂可被轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴跔顟B(tài)，并且可以使用惰性氣體46對模具室進(jìn)行增壓，從而推動熔融樹脂40到多孔碳預(yù)制體31的內(nèi)部孔隙中（10）。在這樣的示例中，有利于熔融樹脂40的滲透的初始壓力可為大約50 psi到大約1250 psi。

盡管圖4描繪出僅具有設(shè)置用于單個(gè)多孔碳預(yù)制體31的單室32的壓力模具30，但在其他示例中，模具30可被構(gòu)造有能夠保持多個(gè)預(yù)制體的模具室32。替代地，模具30可被構(gòu)造有多個(gè)室，每個(gè)均保持一個(gè)或多個(gè)多孔碳預(yù)制體，以便多個(gè)預(yù)制體可使用所述樹脂致密化過程被致密化。

一旦熔融樹脂40已經(jīng)滲透到多孔碳預(yù)制體31中（10），熔融樹脂40可在高壓下被碳化（12）。在高壓下實(shí)施樹脂碳化步驟（12）可在一些示例中導(dǎo)致更高效的致密化過程。例如，滲有熔融樹脂40的多孔碳預(yù)制體31可以在高壓下被碳化而不需要首先使樹脂滲透的預(yù)制體經(jīng)受長期的樹脂穩(wěn)定化循環(huán)。替代地，施加到滲有熔融樹脂40的多孔碳預(yù)制體31的高壓力可有助于在熔融樹脂40的溫度被提高到碳化點(diǎn)，例如高于650℃時(shí)，減少或基本上防止（例如，幾乎防止或完全防止）熔融樹脂40從多孔碳預(yù)制體31滲出。

額外地或替代地，在一些示例中，施加到滲有熔融樹脂40的多孔碳預(yù)制體31的高壓抑制不需要的空隙在熔融樹脂40和多孔碳預(yù)制體31中形成，不需要的空隙否則將在熔融樹脂40轉(zhuǎn)變?yōu)榻固繒r(shí)由于氣體從熔融樹脂40逸出被形成。抑制在熔融樹脂40和多孔碳預(yù)制體31內(nèi)的空隙還有助于將樹脂40保留在多孔碳預(yù)制體31中，這是因?yàn)闅怏w的逸出可在熔融樹脂40碳化時(shí)以其他方式將一些熔融樹脂40推出多孔碳預(yù)制體31。

以該方式，在高壓下碳化熔融樹脂40（12）可允許熔融樹脂40更多地保留在多孔碳預(yù)制體31內(nèi)并在多孔碳預(yù)制體31內(nèi)更多地轉(zhuǎn)變?yōu)樘?，從而得到如在圖5中示出的致密C-C復(fù)合材料50，該復(fù)合材料50具有比使用常規(guī)樹脂穩(wěn)定和碳化技術(shù)生產(chǎn)的材料的整體密度更大的整體密度。此外，通過省去樹脂穩(wěn)定過程，可減少用于形成致密C-C復(fù)合材料50的制造時(shí)間。

在一些示例中，在高壓下碳化滲有熔融樹脂40的多孔碳預(yù)制體31（12）可通過使用惰性氣體46對模具室32增壓被實(shí)施。例如，如果樹脂還未處于熔融狀態(tài)，則熱44可被施加到模具30以使樹脂和多孔碳預(yù)制體31的溫度逐漸上升到樹脂的熔點(diǎn)以上，例如，在大約0.5到大約1.5小時(shí)內(nèi)將溫度提高到大約90到240℃（取決于樹脂的類型）。一旦樹脂轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴跔顟B(tài)（例如，熔融樹脂40），則模具室32的內(nèi)部壓力可通過例如將惰性氣體46（諸如氮?dú)?、氬氣、二氧化碳或等等）引入到模具?2中被增加到至少大約5000 psi以建立圍繞多孔碳預(yù)制體31的高壓環(huán)境。

接下來，可將多孔碳預(yù)制體31和熔融樹脂40的溫度逐漸提高到熔融樹脂40的碳化溫度之上，例如高于650℃，同時(shí)將模具室32的內(nèi)部壓力維持在大約5000 psi或大約5000 psi之上。在一些示例中，在至少大約5000 psi（例如，大約10000到大約15000 psi）的目標(biāo)壓力下，可以以在每小時(shí)大約50℃和大約150℃之間的速率將溫度提高到大約650℃的目標(biāo)溫度。

一旦已經(jīng)達(dá)到目標(biāo)溫度和目標(biāo)壓力，目標(biāo)溫度和目標(biāo)壓力被維持足夠長時(shí)間以允許滲透的熔融樹脂40經(jīng)歷碳化（12）。在一些示例中，模具30可以在大約650℃和大約10000到大約15000 psi的條件下被維持大約1個(gè)小時(shí)到大約6個(gè)小時(shí)以獲得熔融樹脂40的充分碳化。在一些示例中，模具30可以在相對更高的溫度和/或更高的壓力下被維持相對更短的持續(xù)時(shí)間。在一些示例中，模具30可以在相對更低的溫度和/或更低的壓力下被維持相對更長的持續(xù)時(shí)間。

在一些示例中，可在多個(gè)階段中實(shí)施熔融樹脂40的碳化。例如，多孔碳預(yù)制體31和熔融樹脂40首先可在相對低的壓力（例如，低于5000 psi）下被部分地碳化，隨后進(jìn)行高壓碳化（例如，5000 psi以上）的額外循環(huán)。在其他示例中，多孔碳預(yù)制體31和熔融樹脂40可首先在高壓（例如，5000 psi以上）下被部分地碳化，隨后在相對低的壓力（例如，低于5000 psi）下進(jìn)行碳化的額外循環(huán)。全部兩個(gè)示例以及其他示例均可通過本發(fā)明及碳化樹脂滲透的預(yù)制體的術(shù)語的使用被設(shè)想。

在一些示例中，用熔融樹脂40滲透多孔碳預(yù)制體31（10）并且使用惰性氣體46在高壓下碳化熔融樹脂40（12）可使用相同的壓力容器或模具30實(shí)施。在其他示例中，步驟（10）和步驟（12）可使用不同的壓力容器、模具30或其他系統(tǒng)被實(shí)施。

在一些示例中，在高壓下碳化滲有熔融樹脂40的多孔碳預(yù)制體31（12）可通過使用包裝粉圍繞樹脂滲透的預(yù)制體施加等靜壓進(jìn)行。例如，圖6示出含有先前已經(jīng)滲有樹脂的多孔碳預(yù)制體（此后“樹脂滲透的預(yù)制體70”）的示例模具60的側(cè)向橫截面視圖，其中，樹脂滲透的預(yù)制體70由包裝粉66基本上圍繞（例如，圍繞或幾乎圍繞）。模具60可包括上模具部分64和下模具部分62，其限定用于接納并基本上圍封（例如，圍封或幾乎圍封）樹脂滲透的預(yù)制體70和包裝粉66的內(nèi)模具室72。當(dāng)將樹脂滲透的預(yù)制體70和包裝粉66布置在內(nèi)模具室72中時(shí)，上模具部分64可被降低以接觸包裝粉66。然后可對模具60，或至少上模具部分64施加高壓68。在一些示例中，所施加的高壓力68可以是至少大約5000 psi、至少大約10000 psi、或至少大約15000 psi。在將高壓力68施加到模具60或至少上模具部分64的情況下，包裝粉66將所述高壓力圍繞樹脂滲透的預(yù)制體70基本上均勻地（例如，均勻地或幾乎均勻地）重新分配，從而建立高等靜壓。

然后整個(gè)模具60可被加熱44以碳化樹脂滲透的預(yù)制體70。例如，模具60可被加熱到熔融樹脂40的碳化溫度之上，例如高于650℃，同時(shí)將模具室32的內(nèi)部壓力維持在大約5000 psi或大約5000 psi之上。在一些示例中，在目標(biāo)壓力為至少大約5000 psi（例如，大約10000到大約15000 psi）的情況下，可以以在每小時(shí)大約25℃和大約100℃之間的速率將溫度提高到大約650℃到大約900℃的目標(biāo)溫度。

當(dāng)已經(jīng)達(dá)到目標(biāo)溫度和目標(biāo)壓力時(shí)，目標(biāo)溫度和目標(biāo)壓力被維持足夠長的時(shí)間以使得滲透的熔融樹脂40能夠進(jìn)行碳化（12）。在一些示例中，熔融樹脂40的碳化可在單個(gè)或多個(gè)階段中進(jìn)行。在一些示例中，模具60可在大約810℃和大約10000 psi到大約15000 psi下被維持大約12個(gè)小時(shí)以獲得熔融樹脂40的充分碳化。在一些示例中，模具60可以在大約900℃且在大約15000 psi下被維持16個(gè)小時(shí)。在一些示例中，模具60可在相對更高的溫度和/或更高的壓力下被維持相對更短的持續(xù)時(shí)間。在一些示例中，模具60可在相對更低的溫度和/或更低的壓力下被維持相對更長的持續(xù)時(shí)間。

在一些示例中，模具60可由剛性材料形成，其被構(gòu)造成能夠承受由機(jī)械壓機(jī)（諸如液壓壓機(jī)、由電伺服馬達(dá)驅(qū)動的液壓或滾珠螺桿或等等）產(chǎn)生的高壓68。在其他示例中，模具60可由能夠經(jīng)得起碳化的高溫的半柔性材料形成。在這樣的構(gòu)造中，高壓68可通過對模具60的外側(cè)進(jìn)行增壓（例如通過使用高壓氣體）被建立，所述高壓氣體可在模具60的外部上基本均勻地（例如，均勻地或幾乎均勻地）施加高壓力68。從而，模具60的柔性壓縮包裝粉60并且產(chǎn)生在碳化期間所使用的高等靜壓。

包裝粉66可包括任何相對細(xì)粒的材料（例如，10到50微米的顆粒），其能夠經(jīng)得起在高壓下碳化樹脂滲透的預(yù)制體70（12）所需的高溫而包裝粉66不發(fā)生物理變化，例如，熔化或凝集，與用于模具60和樹脂滲透的預(yù)制體70的材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、或全部兩者。在一些示例中，包裝粉66可包括例如活性炭、碳塵、石墨粉、細(xì)粒硅土或沙、或等等。

從上述高壓碳化（12）技術(shù)生產(chǎn)的所得致密C-C復(fù)合材料50在樹脂滲透（10）和高壓碳化（12）的少至1到4個(gè)循環(huán)中可擁有至少1.9 g/cc的整體密度。在一些示例中，由于獲得至少1.9 g/cc的整體密度可能需要多個(gè)致密化循環(huán)，步驟（10）和（12）可被重復(fù)（14）以獲得具有至少1.9 g/cc的整體密度的致密C-C復(fù)合材料50。

在一些示例中，在高壓下對樹脂滲透的預(yù)制體進(jìn)行碳化（12）之后（例如，在一個(gè)或多個(gè)碳化步驟（12）中的至少一個(gè)之后），可對所得致密C-C復(fù)合材料50進(jìn)行熱處理。對致密C-C復(fù)合材料50進(jìn)行熱處理可改變碳原子在致密C-C復(fù)合材料50中的晶體結(jié)構(gòu)，其可導(dǎo)致預(yù)制體或相應(yīng)地復(fù)合材料的改變的機(jī)械、熱和化學(xué)性能。根據(jù)所期望的特性，可以在1400 ℃到2800 ℃范圍內(nèi)的溫度下實(shí)施熱處理。更高的溫度可導(dǎo)致更大的熱導(dǎo)率、致密C-C復(fù)合材料50的增加的彈性模量、在所得預(yù)制體或復(fù)合材料中碳原子的更大的晶體有序度、或等等。晶體有序度可使用例如X射線衍射或拉曼光譜被確定。

在一些示例中，致密C-C復(fù)合材料50可還經(jīng)受其他機(jī)加工處理以將致密C-C復(fù)合材料50造型為期望形狀，諸如最終制動盤形狀。例如，在致密化處理步驟之間，致密C-C復(fù)合材料50的表面可被研磨至部分地暴露復(fù)合材料的孔隙，從而允許額外的致密化循環(huán)（10）-（12）。額外地或替代地，當(dāng)獲得最終的致密C-C復(fù)合材料50時(shí)，可使用研磨設(shè)備諸如CNC（計(jì)算機(jī)數(shù)控）機(jī)床對致密C-C復(fù)合材料50進(jìn)行研磨以獲得期望幾何形狀。例如，致密C-C復(fù)合材料50可被磨成致密C-C復(fù)合材料盤式制動器的形狀，其具有最終厚度T（例如，大約1.4英寸）、具有平行表面并且限定具體尺寸的內(nèi)直徑ID和外直徑OD。已經(jīng)描述了各種示例。這些示例和其它示例均在下述權(quán)利要求的范圍內(nèi)。