技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及碳碳復(fù)合材料。

背景技術(shù)：

碳纖維加強(qiáng)碳材料（也稱為碳碳（C-C）復(fù)合材料）是包括在碳材料基體中加強(qiáng)的碳纖維的復(fù)合材料。C-C復(fù)合材料可以用于許多高溫應(yīng)用中。例如，航天航空工業(yè)使用C-C復(fù)合材料作為摩擦材料用于商業(yè)和軍用飛機(jī)，諸如制動(dòng)摩擦材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

描述了用于形成包括抗氧化劑涂層的碳碳復(fù)合部件的設(shè)備、系統(tǒng)和技術(shù)以及由其產(chǎn)生的那些部件。在一些示例中，碳碳復(fù)合部件可以包括在碳碳基底的表面的至少一部分上的抗氧化劑涂層，例如在基底的非工作表面區(qū)域上，其可以是非摩擦表面區(qū)域。在一些示例中，抗氧化劑涂層可以通過添加制造過程形成并且可以包括多個(gè)單獨(dú)的抗氧化劑材料層。多個(gè)單獨(dú)的層中的每一個(gè)可以通過由三維（3D）打印設(shè)備的打印頭（直接或間接地）在碳碳基底的希望的表面區(qū)域上沉積抗氧化劑材料而形成。例如，單獨(dú)的抗氧化劑材料層可以在碳碳復(fù)合基底上三維地在逐層的基礎(chǔ)順序地形成。在單獨(dú)的抗氧化劑層形成的整個(gè)過程中，打印頭所處的三維位置可以在自動(dòng)控制下以在碳碳基底的希望表面區(qū)域上產(chǎn)生具有希望的3D幾何形狀的抗氧化劑涂層。

在一個(gè)方面中，本公開指向用于形成包括抗氧化劑涂層的碳碳復(fù)合部件的方法，該方法包括經(jīng)由三維打印設(shè)備的打印頭在碳碳復(fù)合基底的第一表面區(qū)域上沉積抗氧化劑材料以在基底的第一表面區(qū)域上形成第一抗氧化劑材料層，以及經(jīng)由三維打印設(shè)備的打印頭在基底的第二表面區(qū)域上沉積抗氧化劑材料以在第二表面區(qū)域上形成第二抗氧化劑材料層，其中抗氧化劑涂層包括的第一抗氧化劑材料層和第二抗氧化劑層。

在另一個(gè)方面中，本公開指向一種系統(tǒng)，系統(tǒng)包括構(gòu)造成在碳碳復(fù)合部件上沉積抗氧化劑材料以形成抗氧化劑涂層的三維打印頭；以及控制器，構(gòu)造成控制打印頭以在碳碳復(fù)合基底的第一表面區(qū)域上沉積抗氧化劑材料以在基底的第一表面區(qū)域上形成第一抗氧化劑材料層，并且控制打印頭經(jīng)由三維打印設(shè)備的打印頭在基底的第二表面區(qū)域上沉積抗氧化劑材料以在第二表面區(qū)域上形成第二抗氧化劑材料層，其中抗氧化涂層包括第一層和第二層。

在另一方面中，本公開指向一種制品，其包括碳碳復(fù)合基底；以及在基底表面上的抗氧化劑涂層，其中抗氧化劑涂層包括在基底的第一表面區(qū)域上的第一抗氧化劑材料層和在第二表面區(qū)域上的第二抗氧化劑材料層，其中第一層和第二層中的每一個(gè)通過經(jīng)由三維打印設(shè)備的打印頭沉積抗氧化劑材料而形成。

在下面的附圖和描述中闡述了一個(gè)或多個(gè)示例的細(xì)節(jié)。本公開的其他特征、目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)根據(jù)描述和附圖以及根據(jù)權(quán)利要求將是顯而易見的。

附圖說明

圖1是示出示例性飛機(jī)制動(dòng)組件的示意結(jié)構(gòu)圖。

圖2是示出示例性碳碳復(fù)合部件的概念圖。

圖3是示出示例性添加制造系統(tǒng)的示意方框圖。

圖4是示出根據(jù)本公開的各方面的形成包括抗氧化劑涂層的碳碳復(fù)合部件的示例性方法的流程圖。

圖5-7是示出包括抗氧化劑涂層的示例性碳碳復(fù)合部件的各種部分截面的概念圖。

具體實(shí)施方式

如所述的，本公開的一些示例涉及碳碳復(fù)合部件。例如用于航天航空應(yīng)用（諸如制動(dòng)盤）中的C-C復(fù)合部件可以由已使用多種密實(shí)技術(shù)進(jìn)行密實(shí)的碳纖維預(yù)制件形成。例如，碳纖維預(yù)制件可以通過層疊由紡織或無紡碳纖維形成的織物薄片而形成，其隨后可以通過使用真空壓力浸透（VPI）用液態(tài)瀝青浸透預(yù)制件和/或跟隨有瀝青的碳化的樹脂轉(zhuǎn)移成型（RTM）而進(jìn)行密實(shí)，以實(shí)現(xiàn)顯示希望的最終密度的C-C復(fù)合材料。附加地或替代地，可以使用化學(xué)氣相浸透（CVI）或化學(xué)氣相沉積（CVD）以密實(shí)織物預(yù)制件或其他預(yù)制件。在飛機(jī)制動(dòng)盤的情況下，在一些示例中，碳化的預(yù)制件可以采用環(huán)形圈的形式，盡管還可以使用其他形狀。

在一些示例中，碳碳復(fù)合部件可能在升高的溫度下（例如在500攝氏度或更高溫度）顯示較低的對(duì)氧化（由大氣氧氣導(dǎo)致）的抵抗力。這種氧化可能不僅侵害碳碳復(fù)合物的表面而且還會(huì)進(jìn)入在這種結(jié)構(gòu)中總是存在的孔中并且氧化鄰近孔的碳纖維和孔的表面，由此潛在地削弱復(fù)合物。因此，特別是在高溫環(huán)境中使用時(shí)（例如飛機(jī)制動(dòng)組件），碳碳復(fù)合部件的氧化可能是磨損碳碳復(fù)合部件的重要因素。

在一些示例中，抗氧化劑涂層可以施加在碳碳復(fù)合制動(dòng)盤的非摩擦表面?？寡趸瘎┩繉拥氖┘涌梢酝ㄟ^“視線”噴涂（例如經(jīng)由瓶和泡沫噴灑頭）、浸涂或刷涂而進(jìn)行施加。但是這些技術(shù)中每一種都會(huì)產(chǎn)生困難，其中困難可能涉及例如實(shí)現(xiàn)橫過碳碳復(fù)合制動(dòng)盤的施加表面的復(fù)雜幾何形狀的完全并且均勻的覆蓋。

例如，在使用視線施加技術(shù)（諸如噴涂）時(shí)，復(fù)雜部分幾何形狀可能遮擋或以其他方式阻擋要涂覆的意圖區(qū)域。遮擋可能會(huì)導(dǎo)致具有不一玫厚度的抗氧化劑涂層，并且在一些示例中，可能會(huì)應(yīng)用將基底的區(qū)域完全屏蔽于涂層。作為另一個(gè)示例，刷涂可以導(dǎo)致不一致量的材料被施加到基底。在刷涂復(fù)雜幾何形狀期間，涂層可能僅被施加到刷子的刷毛觸及基底的區(qū)域內(nèi)，因此限制了刷涂例如將涂層施加至尖的角部、小半徑內(nèi)部等的能力。

用于施加這種涂層的這些技術(shù)（諸如視線噴涂、浸涂和刷涂）可以包括批量地混合涂層材料、將批量的涂層材料施加至基底并隨后熱處理涂覆的部件以實(shí)現(xiàn)最終的化學(xué)性質(zhì)。均勻地批量地混合和施加一致濃度的批量混合物至碳碳復(fù)合基底的表面以實(shí)現(xiàn)希望的涂層化學(xué)性質(zhì)可能是困難的。例如，熱處理之前涂層的濃度和批量施加中的變化可能引起最終化學(xué)性質(zhì)的變化，因此引起產(chǎn)品可靠性和性能的變化。

根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)示例，碳碳復(fù)合部件可以包括在碳碳基底的至少一部分表面上的抗氧化劑涂層（例如在基底的非工作表面區(qū)域上）?？寡趸瘎┩繉涌梢酝ㄟ^添加制造過程形成并且可以包括一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的抗氧化劑材料層。每個(gè)單獨(dú)的層可以通過由3D打印設(shè)備的打印頭將抗氧化劑材料（直接或間接地）沉積在碳碳基底的希望的表面區(qū)域上。例如，單獨(dú)的抗氧化劑材料層可以順序地三維地在逐層的基礎(chǔ)上形成在碳碳復(fù)合基底上。在單獨(dú)的抗氧化劑層形成的整個(gè)過程中，打印頭所處的3D位置可以在自動(dòng)控制下以在基底的希望的表面區(qū)域上產(chǎn)生具有希望的3D幾何形狀的抗氧化劑涂層。

本公開的示例可以提供一個(gè)或多個(gè)益處。在一些示例中，抗氧化劑涂層的3D打印的使用可以允許對(duì)抗氧化劑涂層的厚度分布的更大的控制，例如與噴涂、刷涂或浸涂中的控制相比。例如，由于3D打印設(shè)備的打印頭可能能夠?qū)崿F(xiàn)多得多的至復(fù)雜區(qū)域（例如尖銳的半徑范圍、角部等的可達(dá)性，所以單獨(dú)的抗氧化劑層的3D打印可以允許在復(fù)合基底的表面上的具有基本一致厚度和/或調(diào)整的厚度分布的抗氧化劑涂層。

附加地或替代地，抗氧化劑涂層的3D打印的使用可以允許具有相對(duì)更復(fù)雜的幾何形狀的碳碳復(fù)合基底，同時(shí)仍保持基本均勻的涂層。而且，由于3D打印可以允許化學(xué)性質(zhì)的更好的控制（在一些情況中甚至控制至原子水平），所以通過在打印過程期間建立小的單獨(dú)的抗氧化劑材料層（而不是由噴涂或刷涂產(chǎn)生的涂層的批量施加）可以實(shí)現(xiàn)更一致的涂層化學(xué)性質(zhì)（例如從組成的角度）。

在一些示例中，通過在3D打印期間抗氧化劑材料的熱處理可以實(shí)現(xiàn)最終的涂層化學(xué)性質(zhì)，并且在一些情況中，可能不需要在已形成完整的抗氧化劑涂層之后的另外的熱處理?？寡趸瘎┑臒崽幚砜梢灾腹袒寡趸瘎┮詫?shí)現(xiàn)防止碳氧化的必要性質(zhì)。在一些示例中，固化可以例如是應(yīng)用至基于磷的抗氧化系統(tǒng)的煅燒過程或應(yīng)用于基于陶磁的抗氧化涂層的化學(xué)轉(zhuǎn)化過程。

圖1是可以包括根據(jù)本公開的技術(shù)形成的一個(gè)或多個(gè)碳碳復(fù)合部件的示例性組件10的概念圖。為了易于描述，本公開的示例將主要關(guān)于包括在密實(shí)的碳碳復(fù)合基底的表面的一部分上的抗氧化劑涂層的飛機(jī)制動(dòng)盤進(jìn)行描述。但是本公開的碳碳復(fù)合部件可以用于形成除了飛機(jī)制動(dòng)盤以外的部件。例如碳碳復(fù)合部件可以用作在其他類型的制動(dòng)應(yīng)用中的摩擦材料，以及用于諸如像熱交換器和熱屏障的其他應(yīng)用中。

在圖1的示例中，飛機(jī)制動(dòng)組件10包括輪12、致動(dòng)器組件14、制動(dòng)疊層組件16和軸18。輪12包括輪轂20、輪外伸架凸緣22、胎圈密封膠24A和24B、長平頭螺栓26和四方螺帽28。致動(dòng)器組件14包括致動(dòng)器殼體30、致動(dòng)器殼體螺栓32和撞擊件34。制動(dòng)疊層組件16包括交替的轉(zhuǎn)子盤36和定子盤38；轉(zhuǎn)子盤36被構(gòu)造成相對(duì)于定子盤38移動(dòng)。轉(zhuǎn)子盤36通過梁式鍵40安裝至輪12，并且特別是安裝至輪轂20。定子盤38通過花鍵44安裝至軸18，并且特別地安裝到扭矩管42。輪組件10可以支撐任何種類的私人、商業(yè)或軍用飛機(jī)。

輪組件10包括輪12，輪在圖1的示例中通過輪轂20和輪外伸架凸緣22限定。輪外伸架凸緣22通過長平頭螺栓26和四方螺帽28機(jī)械地固定至輪轂20。輪12限定胎圈密封膠24A和24B。在組裝期間，可充氣輪胎（未示出）可以放置在輪轂20之上并且由輪外伸架凸緣22固定在相對(duì)側(cè)上。之后，四方螺帽28可以被緊固在長平頭螺栓26上，并且可充氣輪胎可與胎圈密封膠24A和24B一起膨脹，從而提供可充氣輪胎的不透氣的密封。

輪組件10可以通過扭矩管42和軸18安裝在飛機(jī)上。在圖1的示例中，扭矩管42通過多個(gè)螺栓46固定至軸18。扭矩管42支撐致動(dòng)器組件14和定子38。軸18可以安裝至起落架（未示出）的支柱上以將輪組件10連接至飛機(jī)。

在飛機(jī)的操作期間，制動(dòng)可能是不時(shí)地必要的，諸如在著陸和滑行期間。輪組件10被構(gòu)造成通過致動(dòng)器組件14和制動(dòng)疊層組件16提供對(duì)飛機(jī)的制動(dòng)功能。致動(dòng)器組件14包括致動(dòng)器殼體30和撞擊件34。致動(dòng)器組件14可以包括不同種類的致動(dòng)器，諸如像機(jī)電致動(dòng)器、液壓致動(dòng)器、氣動(dòng)致動(dòng)器或類似致動(dòng)器中的一個(gè)或多個(gè)。在操作期間，撞擊件34可以從致動(dòng)器殼體30延伸離開以軸向地將制動(dòng)疊層組件16壓縮在壓縮點(diǎn)48上以用于制動(dòng)。

制動(dòng)疊層組件16包括交替的轉(zhuǎn)子盤36和定子盤38。轉(zhuǎn)子盤36通過梁式鍵40安裝至輪轂20以共同旋轉(zhuǎn)。定子盤38通過花鍵44安裝至扭矩管42。在圖1的示例中，制動(dòng)疊層組件16包括四個(gè)轉(zhuǎn)子和五個(gè)定子。但是在其他示例中在制動(dòng)疊層組件16中可以包括不同數(shù)量的轉(zhuǎn)子和/或定子。而且，轉(zhuǎn)子和定子的相對(duì)位置可以是相反的，例如，使得轉(zhuǎn)子盤36安裝至扭矩管42并且定子盤38安裝至輪轂20。

轉(zhuǎn)子盤36和定子盤38可以提供相對(duì)摩擦表面用于制動(dòng)飛機(jī)。由于移動(dòng)的飛機(jī)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成制動(dòng)疊層組件16中的熱能，所以制動(dòng)疊層組件16中的溫度可以快速升高例如超過200攝氏度。對(duì)于一些飛機(jī)，緊急制動(dòng)（例如中斷起飛）可以導(dǎo)致部件溫度超過500攝氏度，并且在一些情況下甚至超過800攝氏度。這樣，形成制動(dòng)疊層組件16的轉(zhuǎn)子盤36和定子盤38可以包括能夠在這些溫度下操作的堅(jiān)固的熱穩(wěn)定的材料。

在一個(gè)示例中，轉(zhuǎn)子盤36和/或定子盤38可以由根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)示例性技術(shù)的包括抗氧化劑涂層的C-C復(fù)合部件形成。例如，至少一個(gè)轉(zhuǎn)子盤36和/或至少一個(gè)定子盤38可以由包括通過經(jīng)由三維打印機(jī)的打印頭沉積抗氧化劑材料而形成在表面的至少一部分上的抗氧化劑涂層的C-C復(fù)合基底形成。轉(zhuǎn)子盤36和定子盤38可以由相同材料或不同材料形成。例如，輪組件10可以包括金屬轉(zhuǎn)子盤36和C-C復(fù)合定子盤38，或反之亦然。而且，轉(zhuǎn)子盤36中的每個(gè)盤和/或定子盤38中的每個(gè)盤可以由相同的材料形成，或者轉(zhuǎn)子盤36和/或定子盤38中的至少一個(gè)盤可以由與轉(zhuǎn)子盤36和/或定子盤38中的至少另一個(gè)盤不同的材料形成。

如簡單提到的，在一些示例中，轉(zhuǎn)子盤36和定子盤38可以分別通過梁式鍵40和花鍵44安裝在輪組件10中。在一些示例中，梁式鍵40可以圍繞輪轂20的內(nèi)部在周向上間隔開。梁式鍵40可以例如成形成具有相對(duì)端部（例如矩形的相對(duì)側(cè)）并且可以使一個(gè)端部機(jī)械地固定至輪轂20的內(nèi)部并且使相對(duì)的端部機(jī)械地固定至輪轂20的外部。梁式鍵40可以與輪轂20整體地形成或可以與輪轂20分離并機(jī)械地固定至輪轂20，例如以提供轉(zhuǎn)子盤36和輪轂20之間的熱屏障。朝向那個(gè)端部，在不同的示例中，輪組件10可以包括熱罩（未示出），熱罩圍繞制動(dòng)疊層組件16徑向并向外地延伸出例如以限制制動(dòng)疊層組件16和輪12之間的熱傳遞。

在一些示例中，花鍵44可以圍繞扭矩管42的外部周向地間隔開。花鍵44可以例如與扭矩管42整體地形成，或可以與扭矩管42分離并機(jī)械地固定至扭矩管42。在一些示例中，花健44可以在扭矩管42內(nèi)限定橫向的凹槽。這樣，定子盤38可以包括構(gòu)造成能被插入花鍵內(nèi)的多個(gè)徑向向內(nèi)設(shè)置的凹口。

因?yàn)榱菏芥I40和花鍵44可以分別與轉(zhuǎn)子盤36和定子盤38熱接觸，所以梁式鍵40和/或花鍵44可以由包括例如關(guān)于轉(zhuǎn)子盤36和定子盤38的上述那些材料的熱穩(wěn)定材料制成。因此，在一些示例中，本公開的示例性技術(shù)可以用于形成用于輪組件10的梁式鍵和/或花鍵。

圖1中示出的示例性組件10僅是一個(gè)示例。在其他示例中，組件10和組件10的部件（例如輪10、致動(dòng)器組件14、制動(dòng)疊層組件16和軸18）可以具有另外的適合構(gòu)造。此外，在其他示例中，本文描述的C-C復(fù)合部件可以用于形成其他結(jié)構(gòu)，除了（或替代）盤36、38、鍵40和花鍵44中的一個(gè)或多個(gè)。

圖2是示出了根據(jù)本公開的各方面的示例性碳碳復(fù)合盤50的概念圖。盤50可以是圖1中的轉(zhuǎn)子盤36和定子盤38的示例。如所示出的，盤50包括具有摩擦表面區(qū)域56（也稱為工作表面區(qū)域）和非摩擦表面區(qū)域54（或非工作表面區(qū)域）的密實(shí)的碳碳復(fù)合基底52。摩擦表面區(qū)域56通常對(duì)應(yīng)于基底52的表面部分，與非摩擦表面區(qū)域54不同，其在制動(dòng)操作期間摩擦地與相對(duì)的制動(dòng)盤接合。盤50的情況，摩擦表面區(qū)域56可以對(duì)應(yīng)于環(huán)形圈的外表面，并且非摩擦表面區(qū)域54可以對(duì)應(yīng)于外周邊表面區(qū)域和凸耳區(qū)域。

碳碳復(fù)合基底50可以使用任何合適的技術(shù)形成。例如，基底50可以通過使包括由紡織或無紡碳纖維形成的織物薄片層的碳纖維預(yù)制件密實(shí)而形成。碳纖維預(yù)制件的密實(shí)可包括使用真空壓力浸透（VPI）用液態(tài)瀝青浸透預(yù)制件和/或跟隨有瀝青的碳化的樹脂轉(zhuǎn)移成型（RTM），以實(shí)現(xiàn)顯示希望的最后密度的C-C復(fù)合材料。附加地或替代地，可以使用化學(xué)氣相浸透（CVI）或化學(xué)氣相沉積（CVD）以密實(shí)織物預(yù)制件。在一些示例中，密實(shí)的碳碳復(fù)合基底52顯示大于或等于大約1.7克每立方厘米（g/cc）（諸如像在大約1.75g/cc和大約1.90g/cc之間）的密度。

在CVD/CVI的一些示例中，碳化的預(yù)制件在熱處理容器內(nèi)在惰性氣體的覆蓋下諸如在100脫以下的壓力下被加熱。當(dāng)碳化的預(yù)制件達(dá)到約900攝氏度和約1200攝氏度之間的溫度時(shí)，惰性氣體由諸如天然氣、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、丙烯或乙炔或這些氣體中至少兩種的組合的含碳?xì)怏w代替。當(dāng)含碳?xì)怏w在碳化的預(yù)制件周圍流動(dòng)并流動(dòng)通過碳化的預(yù)制件時(shí)，發(fā)生脫氫、冷凝和聚合反應(yīng)的復(fù)雜組合，由此將碳原子沉積到碳化的預(yù)制件的內(nèi)部內(nèi)和其表面上。隨著時(shí)間的搬移，由于越來越多的碳原子被沉積到碳化的預(yù)制件內(nèi)的孔的表面上，因此碳化的預(yù)制件變得更密實(shí)。這個(gè)過程可以被稱為密實(shí)，因?yàn)樘蓟念A(yù)制件內(nèi)的開放空間最終被碳基體填充直到形成基本實(shí)心的碳部件。美國專利申請(qǐng)公開號(hào)2006/0046059（Arico等人）提供了可以用于本文所述的技術(shù)的示例性CVD/CVI處理的概述，其全部公開內(nèi)容通過引用并入本文。盡管其他處理技術(shù)也可以在其他示例中用于密實(shí)基底52。

盤50還包括覆蓋非摩擦表面區(qū)域54的抗氧化劑涂層58（在圖2中未示出但在圖5-8中示出），例如以防止在高溫下操作期間基底52的表面和孔的氧化。如下面將要描述的，抗氧化劑涂層58可以由單個(gè)單獨(dú)的抗氧化劑層形成，或者由通過經(jīng)由3D打印設(shè)備的打印頭沉積抗氧化劑材料形成的多個(gè)單獨(dú)抗氧化劑層的組合形成。在多個(gè)單獨(dú)的層的情況中，多個(gè)單獨(dú)的層中的每一個(gè)可以通過經(jīng)由3D打印設(shè)備的打印頭將抗氧化劑材料沉積在非摩擦表面區(qū)域54的至少一部分上（直接沉積在基底52的表面上或間接地沉積在另一個(gè)之前形成的單獨(dú)的抗氧化劑層上）而順序地形成。在單獨(dú)的抗氧化劑層形成的整個(gè)過程中，打印頭的3D位置可以在自動(dòng)控制下以產(chǎn)生覆蓋基底52的非摩擦表面區(qū)域54的具有希望的3D幾何形狀的抗氧化劑涂層58。

任何合適的抗氧化劑材料可以用于形成組合以形成抗氧化劑涂層58的單獨(dú)層。例如基于磷的抗氧化化合物可以通過3D打印系統(tǒng)的打印頭以液態(tài)的形式施加。這種化合物的示例可以是基于添加各種金屬磷酸鹽（諸如像磷酸鋁、磷酸鉀等）的磷酸。在一些示例中，這些液態(tài)抗氧化材料可以在由打印頭施加后例如使用高能量的空間集中的激光光束或另外的非接觸的空間集中的加熱技術(shù)而基本上立即被煅燒。這個(gè)過程和抗氧化劑涂層可以形成滲透類型的抗氧化劑涂層58，例如由于液體滲透至基底52的孔隙內(nèi)而不是由于具有例如抗氧化劑屏障類型的涂層而位于基底52的外表面上。經(jīng)由3D設(shè)備的打印頭沉積的滲透類型的抗氧化劑涂層可以被認(rèn)為限定了基底52的表面區(qū)域上的抗氧化劑層。在一些示例中，抗氧化劑涂層58可以通過例如經(jīng)由毛細(xì)管作用沉積滲透的液體（以允許液體滲透基底52的孔隙并隨后經(jīng)由激光器或其他適合的加熱技術(shù)煅燒而形成。整個(gè)的屏障涂層58可以通過單個(gè)的沉積、滲透和煅燒周期而形成，或可以由通過例如重復(fù)這個(gè)過程沉積的多個(gè)抗氧化劑層形成。

在另一個(gè)示例中，包含陶磁前體（諸如像硅和碳黑）的混合物的液體可以通過打印頭沉積并在沉積后例如使用高能量空間集中的激光光束或其他非接觸空間集中加熱技術(shù)基本上立即被局部熱處理，以將硅和碳黑轉(zhuǎn)變成碳化硅。此過程可以導(dǎo)致屏障類型的抗氧化涂層，例如由于涂層58在基底52的外表面上而不是滲透到基底52的孔隙中形成。此外，整個(gè)的抗氧化劑涂層58可以由經(jīng)由打印頭沉積的單獨(dú)的抗氧化劑材料層并隨后被固化而形成，或可以由在基底52的表面上在逐層的基礎(chǔ)上形成的多個(gè)單獨(dú)的抗氧化劑涂層形成，其可包括或可以不包括在沉積連續(xù)的層之間內(nèi)的固化。

圖3是示出構(gòu)造成經(jīng)由添加制造過程在基底52的選定表面上（例如在非摩擦表面區(qū)域24上）形成抗氧化劑涂層58的示例性3D打印系統(tǒng)60的示意圖。系統(tǒng)60可以是構(gòu)造成經(jīng)由打印頭沉積抗氧化劑材料62以在基底52的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域上形成抗氧化劑涂層58的任何合適的3D打印系統(tǒng)。為了易于描述，系統(tǒng)60根據(jù)噴墨沉積系統(tǒng)進(jìn)行描述。但是可以預(yù)期用于形成抗氧化劑涂層58的其他3D打印系統(tǒng)，例如可以使用構(gòu)造成向基底52上的相對(duì)準(zhǔn)確的位置輸送配量的量的抗氧化劑材料（例如液體）的3D打印系統(tǒng)。

如所示出的，系統(tǒng)60包括以液態(tài)形式輸送至可移動(dòng)打印頭68（其可以采用噴墨打印頭的形式）的抗氧化劑材料62。打印頭68可以包括一個(gè)或多個(gè)孔，在3D打印過程期間抗氧化劑液體通過一個(gè)或多個(gè)孔被擠出（例如通過施加高壓）?？寡趸瘎┎牧峡梢宰鳛榛具B續(xù)或不連續(xù)的流在基本連續(xù)或不連續(xù)的基礎(chǔ)上沉積出打印頭68。

流出打印頭68的抗氧化劑材料可以被引向工作表面66，在沉積過程期間復(fù)合基底52可以固定在工作表面上。流出打印頭52的抗氧化劑材料62可以被引到基底52的表面上的希望位置以形成由沉積的抗氧化劑材料構(gòu)成的抗氧化劑材料層?？寡趸瘎┎牧峡梢灾苯映练e在基底52的表面上或可以間接地沉積在表面上，例如沉積在基底52的表面上的之前形成的抗氧化劑材料層上。沉積的抗氧化劑材料可以被煅燒或熱固化(取決于抗氧化劑材料62的類型)以形成固態(tài)的復(fù)合材料層，并且過程可以通過調(diào)整打印頭68在工作表面66之上的三維位置而被重復(fù)，工作表面可以在整個(gè)3D打印過程中支撐基底52。

在圖5所示的示例中，系統(tǒng)60包括控制器70，控制器可以在基底52的一個(gè)或多個(gè)非摩擦表面區(qū)域上沉積和形成抗氧化劑涂層58期間控制系統(tǒng)60的操作。例如在沉積期間，控制器70可以控制操縱臂72（其附接至可移動(dòng)打印頭68）的移動(dòng)，以控制可移動(dòng)打印頭68相對(duì)于固定在工作表面66上的復(fù)合基底52的位置。打印頭68可以在x、y和z方向的每一個(gè)方向上是可移動(dòng)的。以此方式，控制器70可以控制可移動(dòng)打印頭68相對(duì)于復(fù)合基底52的三維位置以使得排出打印頭68的抗氧化劑材料62在基底52的希望的表面區(qū)域上形成單獨(dú)的抗氧化劑材料層。附加地或替代地，控制器70可以通過在沉積過程期間移動(dòng)工作表面66而不是使其保持固定來控制打印頭68相對(duì)于工作表面66的位置。

在一些示例中，控制器70可以控制單獨(dú)的抗氧化劑材料層的形成以使得所有單獨(dú)層的組合形成顯示希望的三維幾何形狀和/或覆蓋基底52的希望的表面區(qū)域（例如非摩擦表面區(qū)域）的抗氧化劑涂層。在一些示例中，步進(jìn)式電動(dòng)機(jī)、伺服式電動(dòng)機(jī)或其他適合的設(shè)備可以用于移動(dòng)打印頭68并調(diào)整抗氧化劑材料62從打印頭68流出的流量。

附加地，控制器70可以控制添加沉積過程的一個(gè)或多個(gè)其他參數(shù)?？梢岳缃?jīng)由控制器70在3D打印過程期間被控制的示例性參數(shù)可以包括在基底52上沉積的液體的位置、在沉積時(shí)液態(tài)抗氧化劑62和基底溫度、液態(tài)抗氧化劑62的沉積量、打印頭68運(yùn)動(dòng)的3D速度、在基底52上激光器或類似加熱設(shè)備加熱抗氧化劑材料62的位置和/或由激光器或其他加熱設(shè)備加熱的抗氧化劑材料62的溫度。例如，在滲透類型涂層的情況中，控制器70可以控制抗氧化劑材料62的配量以使得輸送能被孔隙吸收的適當(dāng)量的抗氧化劑。例如，可以沉積較小量的抗氧化劑62并由毛細(xì)管作用吸入以及固化。在一些示例中，另外的抗氧化劑62可以接著被沉積在基本相同的表面區(qū)域（例如相同的表面區(qū)域或幾乎相同的表面區(qū)域）、被吸入孔隙并固化。類似的過程可以用于形成屏障類型的涂層，但例如基于使用的抗氧化劑材料62的類型而沒有抗氧化劑62實(shí)質(zhì)上滲透到孔隙內(nèi)。

在一些示例中，控制器70可以包括能夠響應(yīng)于接收到的和/或儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)而執(zhí)行和/或輸出命令信號(hào)的一個(gè)微處理器或多個(gè)微處理器?？刂破?0可以包括一個(gè)或多個(gè)處理器，包括一個(gè)或多個(gè)微處理器、數(shù)據(jù)信號(hào)處理器（DSP）、特定應(yīng)用集成電路（ASIC）、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或任意其他等效的集成或分立的邏輯電路以及這些部件的任何組合。術(shù)語“處理器”或“處理電路”可以總體上指前述邏輯電路單獨(dú)或與其他邏輯電路組合的任一個(gè)，或者任意其他等效電路?？刂破?0可以包括計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器，諸如只讀存儲(chǔ)器（ROM）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）和/或快閃存儲(chǔ)器，或用于運(yùn)行應(yīng)用程序和處理數(shù)據(jù)以控制與系統(tǒng)60相關(guān)的操作的任何其他部件。因此，在一些示例中，控制器70可以包括存儲(chǔ)作為一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)設(shè)備和/微處理器中的硬件、軟件和/或固件的指令和/或數(shù)據(jù)。在一些示例中，控制器70可以使用在微控制器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）軟件包控制打印頭68?？刂破?0可以包括多個(gè)控制器或僅包括單個(gè)控制器。

圖5-7是示出了碳碳復(fù)合部件50的各種部分截面的概念圖，碳碳復(fù)合部件50包括在基底52的非摩擦表面區(qū)域54而不是在基底52的摩擦表面區(qū)域56上的抗氧化劑涂層58。特別地，部分截面代表在環(huán)形圈形狀的基底52的外周邊表面區(qū)域（其對(duì)應(yīng)于非摩擦表面區(qū)域54）和外表面（其對(duì)應(yīng)于摩擦表面區(qū)域56）之間的邊緣界面處的基底52的外周邊。在每種情況下，抗氧化劑涂層58由多個(gè)單獨(dú)抗氧化劑材料層的組合限定。多個(gè)單獨(dú)的抗氧化劑材料層的示例包括各自直接或間接形成在非摩擦表面區(qū)域54的相應(yīng)部分上的第一層88和第二層90。

為了易于描述，圖5-7的示例被描述和示出為屏障類型的抗氧化劑涂層，其中涂層58和單獨(dú)層形成在基底52的外表面上而不是在基底52的孔隙內(nèi)的具有可測量的厚度的涂層。但是所述的構(gòu)造和沉積技術(shù)可以用于形成進(jìn)入基底52的孔隙內(nèi)的滲透類型的抗氧化劑涂層。在一些示例中，抗氧化劑涂層58可以是由滲透類型的抗氧化劑涂層和屏障類型的抗氧化劑涂層的組合形成。

如本文所描述的，限定抗氧化劑涂層58的每個(gè)單獨(dú)的抗氧化劑材料層（包括第一層88和第二層90）可以通過經(jīng)由3D打印系統(tǒng)的打印頭（諸如像3D打印系統(tǒng)60的打印頭68）沉積抗氧化劑材料而形成。在圖5所示的示例中，第一層88直接形成在非摩擦表面54的一部分上，并且第二層90直接形成在非摩擦表面54的另一相鄰但分離的部分上。相反，在圖6中，第一層88和第二層90完全形成在非摩擦表面54的基本相同的部分上，其中第一層88直接形成在非摩擦表面54上并且第二層90堆疊在第一層88的頂部上以使得第二層90間接地形成在非摩擦表面54上。

作為另一種構(gòu)造，在圖7中，第一層88和第二層90沉積在非摩擦表面54的部分上，其僅部分地彼此重疊。如所示出的，第一層88直接形成在非摩擦表面54上。第二層90隨后間接地形成在非摩擦表面54上，其中一部分疊加第一層88并且另一部分疊加另一個(gè)單獨(dú)的抗氧化劑材料層92。在另一個(gè)實(shí)施例中，第二層90可以形成以使得一部分直接在第一層88上并且另一部分直接在非摩擦表面54上。

經(jīng)由3D打印設(shè)備的打印頭（例如設(shè)備60的打印頭68）在基底52上沉積的第一層88、第二層90和任何另外的單獨(dú)的抗氧化劑材料層可以組合以形成在非摩擦表面上的具有任何希望的3D幾何形狀的抗氧化劑涂層58?？傊?，抗氧化劑涂層58可以保護(hù)非摩擦表面54不被氧化（例如在部件50的高溫操作期間）的方式形成。盡管在圖5-7中將抗氧化劑涂層58示出為僅覆蓋非摩擦表面54的一部分，但是在其他示例中，抗氧化劑涂層58可以基本上覆蓋碳碳復(fù)合基底52的非摩擦表面54的全部。附加地，本公開的示例并不限于使用本文所述的技術(shù)在非摩擦表面上形成抗氧化劑涂層。例如抗氧化劑涂層可以形成在部件（諸如像碳碳復(fù)合部件）的任何表面上，由此希望減少或甚至消除部件的下面部分的氧化。

抗氧化劑涂層58可以具有任何希望的厚度，如通過經(jīng)由打印頭68在非摩擦表面54上沉積的多個(gè)單獨(dú)抗氧化劑材料層所限定的。例如，在圖6的示例中，抗氧化劑涂層58顯示厚度（T），其由第一層88和第二層90的組合限定?？寡趸瘎┩繉?8的厚度可以適合提供防止基底52的覆蓋的部分的氧化的保護(hù)。在一些示例中，抗氧化劑涂層58的厚度可以是大約2微米至大約30微米，諸如像大約8微米至大約15微米，或大約5微米至大約30微米。在一些示例中，抗氧化劑涂層58的厚度可以大于或等于大約5微米?？寡趸瘎┩繉?8的厚度可以是基本均勻的或可以是變化的。

此外，抗氧化劑涂層58的厚度可以通過經(jīng)由3D打印頭68沉積的任何合適數(shù)量的單獨(dú)的抗氧化劑材料層限定。例如，如圖5中所示，在非摩擦表面54上的抗氧化劑涂層58的厚度（T）可以由單個(gè)的抗氧化劑材料層（第一層88和第二層90）限定。替代地，抗氧化劑涂層58的厚度（T）可以由彼此堆疊的多個(gè)單獨(dú)層限定，例如如圖6中所示。在一些示例中，抗氧化劑涂層58的厚度可以由彼此堆疊的多個(gè)單獨(dú)的抗氧化劑材料層限定，其中層的總數(shù)量在大約1至大約20的范圍，諸如像大約3至大約7，或者大于或等于大約5。每個(gè)單獨(dú)層（例如第一層88或第二層90）的厚度可以在大約1微米至大約10微米的范圍，諸如像在大約5微米和大約10微米之間，或大于或等于大約7微米。

雖然非摩擦表面54在圖5-7中示出為是基本水平的（例如限定了平坦的表面或以其他方式光滑的表面），但是在其他示例中，非摩擦表面54顯示了一個(gè)或多個(gè)3D特征，例如進(jìn)入表面平面的槽或伸出表面平面的突起。使用3D打印以形成抗氧化劑涂層58可以允許碳碳復(fù)合基底具有這樣復(fù)雜的幾何形狀以適應(yīng)由非摩擦表面54限定的表面內(nèi)的這些變化，例如同時(shí)仍保持基本均勻的涂層。

當(dāng)然，如上所述，不是所有類型的抗氧化劑涂層在基底的外表面58上形成可測量厚度的層。例如，可以形成滲透類型的涂層（例如基于磷的涂層），其滲透到基底52的孔隙內(nèi)相當(dāng)大的深度并且終止對(duì)碳分子的化學(xué)束縛。因此，雖然該涂層可以包括一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)層，但是單獨(dú)層和整個(gè)抗氧化劑涂層58可以不顯示延伸到基底52的外表面之上的厚度。

圖4是示出例如以圖5-7的任一個(gè)或多個(gè)中所示的構(gòu)造在碳碳復(fù)合基底52的非摩擦表面54上形成抗氧化劑涂層58的示例性技術(shù)的流程圖。為了易于說明，圖4的示例描述為經(jīng)由圖3的系統(tǒng)60執(zhí)行。但是在其他示例中可以使用其他系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)碳預(yù)制件50的添加制造。

如所示出的，打印頭68在非摩擦表面54的第一部分上沉積抗氧化劑材料62以在基底82上限定第一抗氧化劑材料層88（82）?？刂破?0可以在整個(gè)過程中控制打印頭68的位置、抗氧化劑材料的流速和/或其他希望的參數(shù)，例如以提供希望的層幾何形狀和/或基底52的表面區(qū)域上的位置?？刂破?0可以控制打印頭68以在基本連續(xù)或不連續(xù)的基礎(chǔ)上沉積抗氧化劑材料62。

在第一層88的抗氧化劑材料被熱固、煅燒或以其他方式固化的同時(shí)或之后，打印頭68可以在非摩擦表面54的部分上沉積抗氧化劑材料62以在基底52上限定第二抗氧化劑材料層90（84）。此外，控制器70可以在整個(gè)過程中控制打印頭68的位置、抗氧化劑材料的流速和/或其他希望的參數(shù)，以提供在基底52上的希望的抗氧化劑材料層，并且可以控制打印頭68以在基本連續(xù)或不連續(xù)的基礎(chǔ)上沉積抗氧化劑材料。該過程可繼續(xù)直到形成多個(gè)單獨(dú)的抗氧化劑材料層以使得單獨(dú)層的組合在基底52的非摩擦表面54上根據(jù)需要限定具有希望的構(gòu)造（例如幾何形狀和/或形狀）的抗氧化劑涂層58。例如，在滲透類型的抗氧化劑涂層58的情況中，涂層58可以基本上完全覆蓋基底52的碳表面至一定的滲透深度，并且隨后與碳化學(xué)地結(jié)合，而屏障類型的抗氧化劑涂層58在基底52的表面上形成基本上沒有裂紋的基本上連續(xù)的層（例如沒有裂紋或幾乎沒有裂紋，以使得保持基底52的結(jié)構(gòu)完整性）。這些性質(zhì)可以通過抗氧化系統(tǒng)的適當(dāng)?shù)呐浞皆O(shè)計(jì)以及通過調(diào)整針對(duì)每個(gè)類型的抗氧化劑系統(tǒng)的3D打印參數(shù)而得到控制。

在一些情況中，在施加期間改變抗氧化劑材料的成分可能是有益的。例如，第一層（或第一若干層）可以是滲透類型的抗氧化劑材料，隨后是一層或多層的屏障類型的抗氧化劑材料用于相對(duì)高的保護(hù)。或者，替代地，若干層的屏障類型的AO可以被沉積，隨后是若干滲透類型的層以密封屏障涂層中任何可能的裂紋。

在一些示例中，抗氧化劑涂層58可以經(jīng)歷后應(yīng)用熱處理。該應(yīng)用可以在抗氧化劑涂層形成之后在爐中通過3D打印進(jìn)行，或者其可以在通過打印頭沉積液態(tài)抗氧化劑之后在現(xiàn)場立即進(jìn)行。

已描述了用于例如在碳碳復(fù)合材料上形成抗氧化劑涂層的不同技術(shù)的示例。在不同的示例中，本公開的技術(shù)可以在不同的硬件、軟件、固件或其任意組合中實(shí)施。在一些示例中，本公開的技術(shù)可以在一個(gè)或多個(gè)處理器中實(shí)施，一個(gè)或多個(gè)處理器包括一個(gè)或多個(gè)微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）、特定應(yīng)用集成電路（ASIC）、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或任意其他等效的集成或分立的邏輯電路以及這些部件的任何組合。在一些示例中，本公開的技術(shù)還可以包含或編碼在包含指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，諸如計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。包含或編碼在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中的指令可以使可編程處理器或其他處理器執(zhí)行本方法，例如當(dāng)指令被執(zhí)行時(shí)。計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)可以包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）、只讀存儲(chǔ)器（ROM）、可編程只讀存儲(chǔ)器（PROM）、可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（EPROM）、電子可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）、快閃存儲(chǔ)器、硬盤、CD-ROM、軟盤、 盒式磁帶、磁性介質(zhì)、光學(xué)介質(zhì)或其他計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。

已描述了各種示例。這些和其他示例在以下權(quán)利要求的范圍內(nèi)。