專利名稱：由致密碳泡沫體制成的碳－碳復(fù)合材料的制作方法
本專利申請(qǐng)根據(jù)1996年12月19日提交的U.S臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?0/034821要求優(yōu)先權(quán)。
本發(fā)明涉及通過制成開孔式泡沫預(yù)制件并利用含碳物質(zhì)致密該預(yù)制件的方法來制造摩擦材料，尤其涉及制造用于航空器剎車裝置的摩擦材料。
碳-碳復(fù)合材料廣泛用作航空器剎車裝置摩擦材料。碳-碳是誘人的，因?yàn)樗p并能在極高的溫度下操作，又因?yàn)樗芫鹊匚沾罅康暮娇掌髂芰坎⑵滢D(zhuǎn)變成熱量。將碳-碳用于這種場(chǎng)合的主要缺點(diǎn)是制造這些部件所用原材料的成本較高。昂貴的碳纖維是重要的組分；在這種復(fù)合材料中使用的纖維有時(shí)高達(dá)45％。纖維的各種費(fèi)用在制造摩擦材料的費(fèi)用中所占比重可能常是唯一最大者。另外的缺點(diǎn)是制造碳-碳是一個(gè)費(fèi)時(shí)間的過程。制造一個(gè)含碳剎車盤的整個(gè)過程估計(jì)要幾個(gè)星期，甚至幾個(gè)月。在現(xiàn)代工業(yè)環(huán)境中，慢周期是不合乎要求的。最理想的是要能提供一種方法，這種用于制造碳-碳復(fù)合材料的方法有著低的成本和短的周期。
公開于此的本發(fā)明論及了制造碳-碳復(fù)合材料的那些主要缺點(diǎn)費(fèi)用和周期。正如黑格和萊克(“基于碳泡沫體的新型雜化復(fù)合物”材料研究學(xué)會(huì)研討會(huì)論文集第270卷(1992年)第29-33頁(yè))所指出的，由中間相瀝青形成網(wǎng)狀碳泡沫結(jié)構(gòu)是可能的。這種結(jié)構(gòu)將基本上具有纖維狀性能。這種泡沫體其后能用來補(bǔ)強(qiáng)，或形成一種具有多方面類似碳纖維增強(qiáng)復(fù)合物特性的復(fù)合材料。通過采用泡沫預(yù)制件而不是碳纖維便能使用成本較低的纖維前體，而且這種預(yù)制件能用簡(jiǎn)單的發(fā)泡工序形成，而不是采用制造針織式碳織物的、和針織預(yù)制件的、或制成通過隨后的模壓能將其壓實(shí)的纖維預(yù)浸膠體的繁復(fù)方法。
使用泡沫預(yù)制件用于制造摩擦材料由昌奇等人公開于US4537823中。但是，它的優(yōu)點(diǎn)在于1)典型地，使用由中間相瀝青形成的可石墨化的碳泡沫體，而不是使用玻璃碳泡沫體，2)利用含碳物質(zhì)而不是高分子材料或結(jié)晶漿料填充孔隙空間，和3)形成具有細(xì)孔尺寸小于500μm的泡沫體，以便于隨后致密。
由中間相瀝青制成的碳泡沫體已公開于梅赫塔等人的“石墨化碳泡沫體工藝設(shè)計(jì)和特性鑒定”，該文發(fā)表于1993年6月13～18日在紐約的布法羅召開的美國(guó)碳學(xué)會(huì)第21屆雙年度碳研討會(huì)。這些泡沫體未經(jīng)致密，因?yàn)檫@些泡沫體是用于不要求致密的輕結(jié)構(gòu)的場(chǎng)合的。
含碳物質(zhì)泡沫體已眾所周知，還因用于吸收或用作過濾介質(zhì)和催化劑等的載體，其制備方法已公開，并且通常是由往往產(chǎn)生非晶形或非晶性的碳的高分子前體(熱固性和熱塑性塑料)制成。
本發(fā)明包括使用能夠生產(chǎn)出最終形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的碳泡沫預(yù)制件的各種前體，而這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)會(huì)形成纖維狀性能的支桿。這些支桿可以或者是結(jié)晶的、各向異性的可石墨化的碳，或者是各向同性的不可石墨化的碳，而對(duì)于結(jié)晶的各向異性的可石墨化的碳，如在現(xiàn)行瀝青基質(zhì)纖維中所發(fā)現(xiàn)的，在含碳泡沫體的支桿區(qū)(正如下面所定義的)內(nèi)，高強(qiáng)度和高模量可以再現(xiàn)。泡沫體內(nèi)的實(shí)心支桿區(qū)其長(zhǎng)度可以是數(shù)十到數(shù)千微米，寬度上具有的直徑為數(shù)十微米，剩下的互連孔隙的直徑為數(shù)十到數(shù)百微米，以便在化學(xué)氣相淀積(CVD)或液相致密之后能獲得高的最終體積密度。泡沫體內(nèi)的支桿區(qū)薄的特性，將使中間相前體碳中的微晶能夠變得優(yōu)先沿支桿的軸定向，從而模擬了碳纖維的顯微結(jié)構(gòu)。能對(duì)整體泡沫材料加以控制，以形成或是整體各向同性性能或是整體各向異性性能。前體包括中間相瀝青，聚丙烯腈(“PAN”)和聚氯乙烯(“PVC”)，以及某些樹脂，例如酚醇和糖醇樹脂。瀝青前體在熱解過程中經(jīng)歷了液晶(中間相)的生成，并最終形成具有結(jié)晶序的碳。目前，中間相瀝青是可以得到的，它已經(jīng)具有液晶性能并是用于泡沫體的理想前體。當(dāng)或者是瀝青或者是樹脂被用作含碳物質(zhì)的前體時(shí)，術(shù)語(yǔ)“樹脂”可認(rèn)為是包括瀝青的。希望能生產(chǎn)具有互連的(網(wǎng)狀的)可控的孔結(jié)構(gòu)的泡沫體，以便或者通過化學(xué)氣相淀積(“CVD”)，諸如熱等靜壓壓制(“HIP”)、增壓浸漬碳化(“PIC”)、真空壓力滲透(“VPI”)之類的液相致密法，瀝青或樹脂注射法，或者通過這些致密方法的組合來進(jìn)行致密。
本發(fā)明的目的包括(1)生產(chǎn)可石墨化的網(wǎng)狀泡沫預(yù)制件，其中“支桿(strut)”結(jié)構(gòu)模擬碳纖維的性能(以生產(chǎn)碳纖維預(yù)制件的直接替代品)。在發(fā)泡過程中，在支桿元件中的纖維狀性能可通過應(yīng)用液晶前體(例如中間相瀝青)和在發(fā)泡過程中發(fā)生的應(yīng)變效應(yīng)(包括縱向的和剪切的)來獲得(在發(fā)泡過程中和隨后的熱處理增強(qiáng)過程中引起的液晶沿支桿的排列)。
(2)生產(chǎn)不可石墨化的網(wǎng)狀泡沫預(yù)制件結(jié)構(gòu)和隨后使可石墨化的材料淀積在支桿元件周圍，以便模擬纖維的性能。可石墨化的材料可采用CVD方法來淀積或用液晶材料浸濕支桿表面。
(3)生產(chǎn)具有能采用以上討論的常規(guī)方法進(jìn)一步致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的泡沫預(yù)制件。由網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成的孔隙允許氣體擴(kuò)散到或液體浸入到結(jié)構(gòu)的內(nèi)部。
(4)生產(chǎn)適用于制造用作航空器剎車裝置上摩擦材料的碳-碳復(fù)合材料的、適用于熱力控制的、以及適用于結(jié)構(gòu)用途的泡沫預(yù)制件。隨后這種泡沫預(yù)制件用碳或可碳化材料或其它填料進(jìn)行致密，以提高結(jié)構(gòu)的、熱或摩擦的性能，并生產(chǎn)摩擦材料、熱力控制材料、或結(jié)構(gòu)用材料。這種合成復(fù)合材料應(yīng)具有摩擦材料、熱力控制材料、和結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用時(shí)所要求的結(jié)構(gòu)的、熱和/或摩擦的性能。
本公開發(fā)明具有以下勝過以前制造碳-碳復(fù)合摩擦材料的方法的優(yōu)點(diǎn)(1)中間相瀝青以及其它選用的熱塑性前體生產(chǎn)高質(zhì)量的結(jié)晶的可石墨化碳。此外，與在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中出現(xiàn)的不連續(xù)增強(qiáng)件相比較，碳泡沫體的支桿區(qū)具有連續(xù)網(wǎng)狀纖維增強(qiáng)件。所以，泡沫預(yù)制件會(huì)導(dǎo)致改善傳熱。傳熱在航空器剎車裝置散熱片中和在熱力控制材料中是一個(gè)需要考慮的重要事項(xiàng)。
(2)預(yù)計(jì)泡沫預(yù)制件的方法其費(fèi)用固有地比在碳-碳復(fù)合材料中使用的碳纖維要低，因?yàn)樗璧募庸ぽ^少。
(3)用泡沫體有可能制造出形成精密形狀的最終部件，因?yàn)榕菽w能容易地進(jìn)行模壓或擠壓。
(4)預(yù)計(jì)泡沫預(yù)制件的整體性能是可控制的，并均勻地為各向同性或各向異性的。此外，預(yù)計(jì)可以運(yùn)用各種工藝過程變量或后發(fā)泡工藝過程來控制材料性能的各向異性。
本公開內(nèi)容提供了解決上述問題的方法和步驟，即制造碳-碳復(fù)合材料的方法，制成開孔式碳泡沫預(yù)制件和使用含碳物質(zhì)致密該預(yù)制件的步驟，以便制成碳-碳復(fù)合材料。


圖1是熱處理至局部中間相狀態(tài)后的固化瀝青的拋光剖面照片；圖2是在通過模具擠壓過程中，中間相晶體的排列的示意圖；圖3是顯示泡沫材料輝紋或排列的中間相泡沫體的照片；圖4是用于瀝青基泡沫體的擠壓成形系統(tǒng)的示意圖；圖5是說明用于發(fā)泡的壓力/溫度循環(huán)的曲線圖；圖6是說明用于發(fā)泡的假設(shè)粘度/溫度關(guān)系的曲線圖；圖7是說明當(dāng)泡沫體的細(xì)孔開口時(shí)，因氧化造成的增重差的曲線圖；圖8是用于穩(wěn)定瀝青泡沫體的系統(tǒng)的示意圖；圖9～12是說明用于穩(wěn)定瀝青泡沫體的壓力和溫度循環(huán)的曲線圖；圖13是在瀝青泡沫體穩(wěn)定化過程中用于提高氧氣流量的真空/壓力容器的示意圖；圖14是壓力和時(shí)間及在穩(wěn)定化過程中由提高了的氧氣流量造成的部件增重的曲線圖；圖15是說明由圖13的壓力容器裝置和空氣循環(huán)烘箱引起的增重的曲線圖；圖16是在瀝青泡沫體穩(wěn)定化過程中用于提高氧氣流量的連續(xù)流量裝置的示意圖；圖17是由圖16的裝置提高了氧氣流量引起的增重的示意圖；圖18是說明按照本發(fā)明制造瀝青泡沫預(yù)制件的壓力/溫度循環(huán)的曲線圖；圖19是當(dāng)本發(fā)明的材料被致密時(shí)密度增加的曲線圖；圖20是說明本發(fā)明的摩擦材料的摩擦系數(shù)即剎車效率的曲線圖；和圖21是說明按照本發(fā)明制成的摩擦材料的剎車扭矩曲線的曲線圖。
制造適用于航空器剎車裝置用途的含碳泡沫預(yù)制件的方法包括增壓和瞬時(shí)釋壓，向熱固性或熱塑性物料中添加發(fā)泡劑等等的添加物。其長(zhǎng)度為數(shù)千微米，直徑或?qū)挾葹?0～20微米，和直徑為數(shù)十到數(shù)百微米的、尺寸可控制的互連孔隙或開孔，而對(duì)于有些上述的應(yīng)用，其直徑為10～30微米。如果是熱塑性的，使泡沫材料成為熱固性的方法是，使其經(jīng)受氧化穩(wěn)定處理，從而基本上使其成為不易熔的和低揮發(fā)的，借此在隨后的碳化處理、熱處理和致密過程中保持該泡沫結(jié)構(gòu)不會(huì)毀壞。對(duì)于某些高溫?zé)崴苄晕锪希€(wěn)定化處理可以減少或完全省去。對(duì)于熱塑性物料，泡沫預(yù)制件的穩(wěn)定化處理是在空氣中在150～300℃溫度下進(jìn)行的。然后，穩(wěn)定化泡沫體經(jīng)過緩慢加熱至900～1600℃進(jìn)行碳化，以生產(chǎn)出碳化預(yù)制件。在碳化處理后，可以任選進(jìn)行石墨化處理或熱處理工序，以便生成適合于隨后的致密處理的附加孔隙和/或改善支桿性能。然后對(duì)該預(yù)制件采用CVD、HIP、PIC、VPI、瀝青或樹脂注射法，或它們的組合等方法進(jìn)行致密，并在中間或最后進(jìn)行石墨化，以便把這種致密基體碳轉(zhuǎn)變成石墨型。
通常，本方法的步驟可描述如下·前體熱固性的(有可能可石墨化)或熱塑性的(一般為可石墨化的)·發(fā)泡利用氣體或化學(xué)發(fā)泡劑實(shí)現(xiàn)過飽和·穩(wěn)定化處理對(duì)由熱塑性物料制成的泡沫體進(jìn)行氧穩(wěn)定化處理·碳化處理在900～1800℃下轉(zhuǎn)化成碳·任選的熱處理在1600～2800℃下對(duì)泡沫體進(jìn)行石墨化處理，以改善支桿性能和/或以前致密預(yù)制件的整體孔隙率·致密處理多種方法CVD；PIC；HIP；VPI；瀝青或樹脂注射法，或它們的組合(包括任選加入摩擦改良劑)·熱處理在1600～2800℃下對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行石墨化處理以改善性能制造泡沫預(yù)制件適用于發(fā)泡的材料是三菱生產(chǎn)的AR瀝青。這是一種100％各向異性中間相的合成萘衍生瀝青。這種萘瀝青前體是一種煤焦油衍生物。莫恰達(dá)等已在1995年2月的化學(xué)工程(Chemtech)第29頁(yè)上“由芳香烴制成的碳纖維”一文中，對(duì)這種材料作了極好的綜述。AR瀝青的制備方法是利用HF/BF3催化劑對(duì)萘進(jìn)行催化聚合。
一般而言，各向異性的中間相是某些芳香烴在熱解過程中出現(xiàn)的中間體。適合的中間相瀝青前體可以包括石油、煤焦油或合成前體。當(dāng)烴在惰性氣體中進(jìn)行熱處理時(shí)，它縮聚成大的平面分子，經(jīng)常同時(shí)有氫逸出。這些分子的分子量可以為500～1000或更重，而碳/氫之比約為1.5。當(dāng)這些分子生長(zhǎng)時(shí)，它們形成晶核并逐漸形成稱為中間相的液晶相，它在各向同性基體中作為旋光球體出現(xiàn)。圖1是熱處理至局部中間相后的固化瀝青的拋光剖面照片；見穆爾迪等人的“碳-碳基體材料”一文，該文刊登在由新澤西州Park Ridge的諾伊斯出版社1993年出版的碳-碳材料和復(fù)合材料的第105～167頁(yè)上。可以把液晶相看做平面分子的堆積，作為在形成石墨片晶過程中的中間步驟。100％的中間相材料應(yīng)完全由這種液晶材料組成。
在剪切過程中，如在抽絲時(shí)那樣，中間相晶體將根據(jù)剪切應(yīng)變進(jìn)行排列。亦即，在將材料擠壓通過模子形成纖維的過程中，片晶全都排列在同一方向的左右。這在圖2上用示意圖作了說明。
本發(fā)明包括這樣的理論，即發(fā)泡會(huì)在樹脂和/或中間相瀝青前體中，引起如同其在通過模子擠壓成型過程中所產(chǎn)生的那些類似的剪切應(yīng)變。因此，由于在泡沫體的泡孔生成過程中局部出現(xiàn)了剪切，預(yù)期中間相材料要排列。這樣，泡孔壁勢(shì)必將優(yōu)先形成排列好的石墨結(jié)構(gòu)。
我們已證實(shí)了這種排列的出現(xiàn)，正如在圖3上所見。呈球狀的三菱生產(chǎn)的AR瀝青樣品在模子中受壓。對(duì)其加熱至300℃，緊接著用800psi的二氧化碳進(jìn)行增壓(壓力通常應(yīng)高于500psi)。最好是溫度要高出材料軟化點(diǎn)約10～50℃。然后在此溫度下保持60小時(shí)，再冷卻到275℃，并保持2小時(shí)以下，接著釋壓。因?yàn)橹虚g相是旋光的，在圖上可以看見泡孔周圍的排列。在圖3的左上方支桿上可看到輝紋。根據(jù)細(xì)孔之間的支桿上的輝紋，可以看見有大量的中間相結(jié)構(gòu)的取向，從而賦予纖維狀顯微結(jié)構(gòu)。
中間相瀝青泡沫體的制備為了制備具有商用價(jià)值的瀝青泡沫體，要求采用擠壓機(jī)。用于制備熱塑性泡沫體的擠壓成形系統(tǒng)都已熟知。用于制備泡沫體的典型的擠壓成形系統(tǒng)示于圖4上。將冷的瀝青放入漏斗30中，然后由螺桿32將材料傳送到右方。通過加熱和剪切的組合作用，聚合物被熔化。其次，通過在筒體的出口34處抽真空對(duì)聚合物進(jìn)行脫氣。然后，擠壓機(jī)28對(duì)聚合物加壓直至注射口36。在注射口36附近，諸如氮或二氧化碳之類的惰性氣體，按控制壓力和流率，在入口37處被導(dǎo)入到擠壓機(jī)28中，由此處向前，保持著高的壓力以防止在擠壓機(jī)28內(nèi)發(fā)泡。瀝青/氣體混合物被傳送到冷的擠壓機(jī)38中，當(dāng)瀝青朝模子方向輸送時(shí)，熱交換系統(tǒng)在此處吸取熱量。在模子的出口或排出口39處，壓力突然釋放，于是發(fā)泡發(fā)生。
用于發(fā)泡的壓力/溫度循環(huán)利用1加侖的派勒高壓釜對(duì)擠壓機(jī)中用于樹脂和/或?yàn)r青的典型增壓/減壓循環(huán)已作了模擬。使用了15～30克樹脂樣而不加其它添加劑。為了得到適合的細(xì)孔尺寸和支桿結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和在適合于此目的的擠壓機(jī)中的試驗(yàn)已經(jīng)完成。
用于高壓釜實(shí)驗(yàn)的總的循環(huán)示于圖5。所有的實(shí)驗(yàn)可由這些曲線描述。首先是溫度升高，就像瀝青在擠壓機(jī)中正在熔化似的。然后有一個(gè)溫度保持階段，同時(shí)發(fā)生脫氣。接著施加氣體壓力。再使瀝青冷卻到發(fā)泡溫度，就像處于擠壓機(jī)中冷卻部件狀態(tài)下。然后是壓力被釋放，就如瀝青正退出模子。浸泡時(shí)間均比擠壓機(jī)所預(yù)期的長(zhǎng)得多，因?yàn)闆]有攪拌。在擠壓機(jī)中的典型時(shí)間量級(jí)為10～20分鐘，而在高壓釜中的時(shí)間量級(jí)為數(shù)小時(shí)。
這種循環(huán)的理由是基于圖6上大致所示的。氣體在例如300℃的高溫下被液化，此處溶解動(dòng)力學(xué)都是高的，并由于熔化，瀝青呈液態(tài)。氣體溶解降低了粘度且溶化基本結(jié)束。然后溫度降至約265℃，此處，在受壓狀態(tài)下，粘度仍是低的。液化氣體使瀝青成為可塑的。當(dāng)釋壓后，塑化作用消失。同時(shí)發(fā)生有結(jié)構(gòu)的發(fā)泡和凝固。
在最初的高溫浸泡期間，使瀝青置于1大氣壓力下，在增壓之前和/或之后，用氮吹洗。有必要使瀝青中的揮發(fā)物質(zhì)逸出。否則，揮發(fā)物質(zhì)就起不受控制的發(fā)泡劑的作用，從而得到不均勻的細(xì)孔尺寸。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使泡沫材料保持在大約60～120℃的溫暖狀態(tài)下直至碳化，這是重要的，以防止泡沫材料產(chǎn)生裂紋。如果使泡沫材料冷卻到低于上述溫度范圍，雖然泡沫材料將會(huì)是脆性的，但該材料仍可在隨后的此處公開的工藝步驟中加以應(yīng)用。
在發(fā)泡之后，要求用一種合適的方法來去除環(huán)繞網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的外層表皮。可以采用機(jī)械的或化學(xué)的方法來去除表皮。
各向同性熱固性泡沫體的制造可以采用許多其它可供選擇的發(fā)泡的方法，例如氣體的過飽和，和化學(xué)發(fā)泡劑。若采用這種方法，不需要穩(wěn)定化處理。
穩(wěn)定化處理當(dāng)泡沫體由熱塑性物料諸如中間相瀝青制造時(shí)，在這泡沫體被加熱到碳化溫度之前，通過氧化的方法使該泡沫體交聯(lián)可能是必要的。沒有這一氧化(穩(wěn)定化)步驟，瀝青被加熱后可能熔化。這個(gè)問題已眾所周知。由瀝青制成的碳纖維采用在空氣氧化烘箱中加熱的方法進(jìn)行穩(wěn)定化處理。在碳化過程中當(dāng)泡沫體發(fā)脹時(shí)，便很容易看出氧化步驟失敗了。使用溶劑化中間相瀝青提供了在低溫下發(fā)泡的能力，繼之在高溫下碳化而無需進(jìn)行穩(wěn)定化處理。
瀝青泡沫體氧化的明顯困難之一是確保泡沫體有足夠的開式多孔結(jié)構(gòu)，以便在氧化步驟期間使氧氣能滲入到所有的細(xì)孔中。在以下的熱解重量分析法中，用一個(gè)實(shí)例對(duì)這類問題作了闡明。
制備好二塊如吹制的瀝青泡沫體用于熱解重量分析法。一塊樣品作為一塊未作變動(dòng)的泡沫體加以保留，而第二塊樣品則在研缽和研杵中研碎。它們均以每分鐘升溫5℃的速度加熱到170℃，然后保持96小時(shí)。整個(gè)分析在流動(dòng)的空氣中進(jìn)行。圖7說明了重量的差別，這些重量差提供了明顯的證據(jù)，說明在第一塊整體泡沫體樣品中有許多閉著的細(xì)孔。在氧化期間，空氣不能滲入這些細(xì)孔，所以，氧化更加緩慢地發(fā)生著。通過研磨這種材料，所有閉著的孔隙被打開，于是空氣中的氧氣便容易地滲入第二樣品材料。當(dāng)然，這種分析或?qū)嶒?yàn)方法不適宜于生產(chǎn)，故需要一種方法，能得到易被氧化的開孔泡沫體。例如，正如在邦薩姆等人的US 4276246中所述的，基本為100％開孔孔隙率的材料是能獲得的。可是，直接吹制含有高的開孔孔隙百分率的微孔泡沫體的努力通常導(dǎo)致了泡沫體非常易破。
第一種方法我們相信由于某些孔封閉著而要求不完全的穩(wěn)定化。也就是說，它們沒有通向材料外部的通路。于是，要求某種打開孔的方法。通過將這些部件放入增壓環(huán)境中，以下兩種情況中的每種情況都可能發(fā)生。由于高的壓差，封閉孔的壁可能破裂，或者部分的氧氣壓力梯度會(huì)增大，從而局部地增加了氧氣擴(kuò)散進(jìn)入封閉區(qū)域的速率。于是，完全穩(wěn)定化便能在更短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)。實(shí)施本發(fā)明這部分的通用方法包括將由各向同性或中間相瀝青制成的泡沫預(yù)制件放入填充有氮-氧混合物的高壓釜中。使泡沫預(yù)制件經(jīng)受壓力高達(dá)1500psi的一次或更多次循環(huán)，同時(shí)加熱到100-300℃之間長(zhǎng)達(dá)100小時(shí)。在增壓和加熱期間，瀝青材料的孔壁可能會(huì)破裂，同時(shí)瀝青的穩(wěn)定或交聯(lián)可能發(fā)生。可以預(yù)見，氧在這混合體中百分率可以在0.002～0.2之間變動(dòng)。
正如在圖8中所闡明的，將泡沫樣品10放入壓力容器6中，并通過由壓力調(diào)節(jié)器9調(diào)節(jié)的閥8準(zhǔn)許氮-氧混合物7進(jìn)入壓力容器。壓力由連接到控制器20的數(shù)字顯示裝置21上的傳感器3進(jìn)行監(jiān)控。壓力容器6由加熱器4進(jìn)行外部加熱，而溫度由熱電偶11檢測(cè)，并由程序控制器20進(jìn)行控制。壓力容器6內(nèi)的壓力經(jīng)由排氣管5減壓。根據(jù)這套裝置，一種用來打開泡沫材料的孔以允許進(jìn)入空氣的方法已研究出來。三菱AR瀝青泡沫體樣品被加熱到100℃，保持大約1小時(shí)，然后利用1500psi的氮增壓。使其在此壓力下浸泡1小時(shí)，然后釋壓。接著這泡沫件在170℃下進(jìn)行氧化96小時(shí)，從而造成8.5％的增重。這泡沫體接著在氮?dú)庵羞M(jìn)行碳化至900℃(浸泡4小時(shí))，造成重量損失21％。有很不明顯的發(fā)脹現(xiàn)象。這樣，本公開的方法產(chǎn)生了一種適用于隨后可致密的泡沫體。可以采用一些變化的方法。在圖9上示意地闡明了一種變化方法，這種方法利用標(biāo)準(zhǔn)空氣使壓力容器增壓到150～1500psi達(dá)1分鐘到1小時(shí)，然后減壓，緊接著使溫度沿斜線上升至100～250℃。應(yīng)保持這溫度長(zhǎng)達(dá)96小時(shí)，然后使泡沫體冷卻并取出。這個(gè)變化方法試圖利用壓力來破壞材料的孔壁，然后在1個(gè)大氣壓下加溫便形成所要求的穩(wěn)定化。圖10表示另一種變化方法，它類似于圖9上所闡明的變化方法，只是首先是升溫，然后增加壓力。圖11表明的另一種變化方法是一開始加壓到150～1500psi，并在這熱循環(huán)期間內(nèi)保持這壓力。使高壓釜溫度斜線上升到100～250℃，然后保持96小時(shí)，接著使泡沫材料冷卻并取出。這個(gè)變化方法同時(shí)實(shí)現(xiàn)了打開孔壁和增大氧氣壓力梯度。圖12的變化方法類似于圖11的變化方法，只是壓力是循環(huán)的。
因?yàn)檠鯕鈹U(kuò)散進(jìn)入泡沫體結(jié)構(gòu)和氧化產(chǎn)物流出泡沫體結(jié)構(gòu)可能是非常困難的，故可以采用替換的穩(wěn)定化方法。空氣難以流入和流出泡沫體是泡沫體用作熱絕緣的確切理由。因支桿的厚度而可能使這個(gè)問題惡化。雖然理想的支桿厚度是10～20微米，但和厚度約為10μm的瀝青纖維相比，它們可以厚達(dá)100μm。這樣，氧氣一旦是在泡沫體中，氧氣擴(kuò)散進(jìn)入支桿花費(fèi)的時(shí)間比進(jìn)入類似材料的纖維所花的時(shí)間要多。于是，除了上述氧化增壓方法外，下面還公開了二種方法。每一種方法都提供了一種在穩(wěn)定化過程中，提高氧氣流入和反應(yīng)物流出泡沫預(yù)制件的手段。
第二種方法預(yù)制件被放入能加熱到至少300℃的金屬容器內(nèi)，且同時(shí)抽空到小于250托(0.33大氣壓)。通過交替地抽氣和進(jìn)氣，廢氣和反應(yīng)產(chǎn)物隨每次循環(huán)而被排出，同時(shí)新鮮空氣加入。由于部件總是暴露在新鮮的反應(yīng)劑中，于是反應(yīng)便加快，并按照勒夏特列原理，這些產(chǎn)物被排出。
一種“鐵肺”方法示意于圖13。部件或預(yù)制件41被疊放在真空容器40中，優(yōu)選地在部件或預(yù)制件中間放置墊片或它被放置在各個(gè)隔板上。預(yù)制件被加熱到穩(wěn)定化溫度，該溫度可在150°～300℃之間變化。對(duì)容器的加熱可在外部或內(nèi)部進(jìn)行。
整個(gè)循環(huán)預(yù)計(jì)要花時(shí)不到24小時(shí)。在這時(shí)間內(nèi)，真空泵開斷交替循環(huán)，通過排氣管42抽出空氣和反向通氣。這容器交替地被抽氣降至小于250托，可能低至1托，然后再充以新鮮空氣或其它氧化氣體直至760托。壓力-時(shí)間曲線的一種可能的波形示于圖14。容器內(nèi)的壓力降低、46，然后上升、45，再保持在1個(gè)大氣壓附近、44。抽氣和再充氣的標(biāo)稱時(shí)間的量級(jí)各為20秒，而保持壓力44的時(shí)間約為5分鐘。這并不意味著排除階梯函數(shù)、指數(shù)波形、正弦波形、或其它波形。最高頻率只受抽汲能力的限制，但我們想象一個(gè)合理的頻率范圍是1/分鐘～1/小時(shí)。對(duì)于每個(gè)系統(tǒng)有一個(gè)最佳頻率，這取決于部件的尺寸、容器尺寸、選擇的材料、反應(yīng)速率、溫度、投資和設(shè)備利用費(fèi)用。按照氧化曲線43，部件重量增加到的最佳值約為8％。
“鐵肺”裝置和空氣循環(huán)(藍(lán)M)箱二者均在240℃下運(yùn)作時(shí)的重量增益之間的對(duì)比說明示于圖15。最初，鐵肺表明有大的重量增益，不過，在大密封容器內(nèi)采用小尺寸樣品這個(gè)特定對(duì)比條件下，在鐵肺方法的后階段這一優(yōu)點(diǎn)沒有顯示出來。一般相信當(dāng)這個(gè)方法按比例擴(kuò)大到產(chǎn)品級(jí)時(shí)，這密封容器或容器基本上將被泡沫體充滿，而這樣便對(duì)排出反應(yīng)產(chǎn)物和供給反應(yīng)氣體這一需要將是必要的了。
第三種方法實(shí)現(xiàn)上述目的的一個(gè)替代方法是將部件或預(yù)制件安放在加熱爐內(nèi)，而這樣便有高的氣體流量通過部件。在這個(gè)方法(風(fēng)洞方法)中，部件被疊放在具有壓力梯度的容器內(nèi)。空氣和/或氧化氣體在一端以及沿側(cè)壁的幾個(gè)入口處導(dǎo)入，而在另一端同時(shí)有一臺(tái)或更多臺(tái)真空泵在汲取，從而在整堆部件的兩端產(chǎn)生壓力梯度。由于保證反應(yīng)氣體接觸表面，同時(shí)反應(yīng)產(chǎn)物被排出，這就實(shí)現(xiàn)了要求的目的。這風(fēng)洞方法示意地示于圖16。空氣或其它氧化氣體在一端50處導(dǎo)入。這氣體也可沿側(cè)壁53導(dǎo)入。預(yù)制件51用隔板間隔地支放，隔板在圖上沒有示出。容器兩端的壓差由一臺(tái)高速率的真空泵52連續(xù)汲取來實(shí)現(xiàn)。預(yù)制件的增重54示意地示于圖17。
二種方法都可采用內(nèi)標(biāo)尺來測(cè)量重量增益，以提供能指出何時(shí)穩(wěn)定化基本結(jié)束的反饋?zhàn)兞俊Ｎ覀兿嘈哦N方法將達(dá)到所要求的目標(biāo)。鐵肺方法，從制造觀點(diǎn)來看，可能較容易地實(shí)現(xiàn)和操作，而風(fēng)洞方法預(yù)期會(huì)快些。這類含碳泡沫材料隨后可以用碳或其它填充材料進(jìn)行致密，它們可以用作熱控制材料，結(jié)構(gòu)材料，或摩擦材料，用于汽車業(yè)或航空航天業(yè)。
泡沫預(yù)制件可以利用溶劑化中間相瀝青，采用上面概述的方法生產(chǎn)出來。中間相的“溶劑”分餾物一經(jīng)去除，就能保證中間相瀝青具有高于碳化開始溫度的軟化點(diǎn)。這樣，在中間相可能軟化之前便可碳化，借此省去了穩(wěn)定化要求。
碳化處理這方法中的下一步驟是碳化。本領(lǐng)域中的那些技術(shù)人員對(duì)這方法通常是熟知的。穩(wěn)定化聚合物在蒸餾罐中在惰性或還原條件下被加熱，直到分子結(jié)構(gòu)中的氫和氧被餾出。典型地，本方法的實(shí)行辦法是，將泡沫預(yù)制件掩埋在活化碳床中，用沙封將其封裝在超耐熱不銹鋼蒸餾罐中。這蒸餾罐用氮緩和地吹洗大約1小時(shí)，以便實(shí)現(xiàn)內(nèi)裝空氣的一些變化。接著在10～20小時(shí)內(nèi)加熱到900℃，然后由此再在1～2小時(shí)內(nèi)加熱到1050℃。蒸餾罐保持于1050℃下3～6小時(shí)，然后使其冷卻一個(gè)晚上。碳化可在1800℃以內(nèi)進(jìn)行，但是，預(yù)計(jì)在這項(xiàng)處理期間去除附加的氫和氧的數(shù)量是小的。
熱處理如果要求改進(jìn)支桿中碳的機(jī)械、熱、和化學(xué)的性能，可使預(yù)制件在1600℃～2800℃內(nèi)進(jìn)行熱處理。這樣的一種處理對(duì)可石墨化的材料的影響是熟知的。正如采用諸如X射線衍射或喇曼光譜學(xué)那樣的分析技術(shù)所測(cè)定的，較高的溫度增加了材料中的有序度。較高的溫度還增加了支桿中碳的熱導(dǎo)率，以及彈性模量。但是，較高的溫度往往也會(huì)有點(diǎn)降低強(qiáng)度。
這些材料的熱處理方法非常類似于碳化處理所采用的方法。預(yù)制件被再次埋藏在活化碳中，以防止泡沫體高溫表面氧化。可采用碳蒸餾罐，因?yàn)槌蜔岵讳P鋼不適用于在熱處理中所出現(xiàn)的高溫。一般采用氮?dú)膺B續(xù)吹洗蒸餾罐的外表。在本方法中，我們用感應(yīng)方式對(duì)環(huán)繞蒸餾罐形成一層外殼的石墨感受器加熱，于是熱量向內(nèi)輻射到蒸餾罐。對(duì)熱處理循環(huán)沒有嚴(yán)格的限定。典型地，推薦以每小時(shí)50°的速率加熱至1100℃，以便使部件受到的熱沖擊降至最低程度。從1100℃到峰值溫度的加熱速率可以是每小時(shí)100°。推薦在峰值溫度下保持4小時(shí)，以便保證所有的預(yù)制件達(dá)到所要求的溫度。冷卻可在加熱爐的自然冷卻速率下完成，或?qū)⒗鋮s速率控制到小于每小時(shí)100°，以使熱沖擊降至最低。
致密處理對(duì)制作碳-碳復(fù)合材料有經(jīng)驗(yàn)的那些人員，都熟知碳預(yù)制件致密的方法。最明顯的技術(shù)是碳的化學(xué)氣相淀積(CVD)，也稱為化學(xué)氣相滲透(CVI)，和瀝青浸漬繼之碳化。也可采用這些技術(shù)的組合。通常總是要求作多次致密循環(huán)。
在CVD/CVI方法中，碳化的、和任選熱處理過的泡沫預(yù)制件在蒸餾罐中，在惰性氣體覆蓋層下，一般在低于100托的壓力下被加熱。當(dāng)部件的溫度達(dá)到900°～1200℃時(shí)，惰性氣體被含碳?xì)怏w例如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、丙烯、或乙炔、或這些氣體的組合所取代。正當(dāng)預(yù)制件保持于此環(huán)境下時(shí)，含碳?xì)怏w分解，碳淀積在預(yù)制件上，同時(shí)向烘箱的排氣口排放氫氣。淀積碳的結(jié)晶結(jié)構(gòu)和晶序可加以控制，這取決于壓力、溫度、和氣體組合物，從而產(chǎn)生從各向同性碳到高度各向異性的、有序的碳的任何東西。
利用瀝青浸漬的整套方法是人所皆知的。真空壓力滲透(“VPI”)是一種挑選用來最初使瀝青滲入預(yù)制件的方法。對(duì)處于惰性條件下的預(yù)制件加熱到遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過浸漬瀝青的熔點(diǎn)。于是，通過對(duì)預(yù)制件抽真空的方法將細(xì)孔中的氣體排出。最后，當(dāng)總壓回復(fù)到一個(gè)大氣壓或以上時(shí)，使液態(tài)瀝青再滲入部件。典型地，在大規(guī)模生產(chǎn)中，瀝青是和預(yù)制件相分開，瀝青在單獨(dú)的一個(gè)容器內(nèi)加熱，例如通過FMI(Biddeford，ME)來實(shí)行。當(dāng)?shù)搅艘M(jìn)行滲透的時(shí)候，利用封閉的管道將瀝青從瀝青儲(chǔ)存器中輸送到利用氣體壓力的存有部件的容器中，典型地，達(dá)到的最大壓力是1個(gè)大氣壓。
在初步實(shí)驗(yàn)中，VPI的執(zhí)行包括將部件埋藏于固態(tài)瀝青粉粒中，在1大氣壓的惰性氣體下加熱直至瀝青完全熔化。緩慢地抽真空(1英寸汞柱/分鐘或更小)直至容器至少抽空到低于25英寸汞柱。然后使惰性氣體的壓力恢復(fù)到1～100大氣壓。接著可使預(yù)制件冷卻或可立即繼續(xù)碳化工序。
另一種用瀝青浸透預(yù)制件的方法是不對(duì)稱瀝青注射法。在這方法中，預(yù)制件被流動(dòng)的瀝青在壓力梯度作用下通過部件而滲透。當(dāng)有足夠量的瀝青已被吸收時(shí)，便使這過程停止。
滲透了瀝青的碳化可以或者在加熱爐中、熱等靜壓壓機(jī)(HIP)中、高壓釜中進(jìn)行，或者在單軸熱壓機(jī)中進(jìn)行。在這些技術(shù)的每一種里，在保持惰性環(huán)境于1～1000大氣壓壓力的同時(shí)，浸漬的部件被加熱到600°～1000℃。壓力愈高，得到的碳產(chǎn)出量愈高，不過，最大的碳產(chǎn)出量的增量是在中等壓力、最高達(dá)5000psi下達(dá)到。
熱處理通常要對(duì)預(yù)制件實(shí)施中間或最后熱處理，以改進(jìn)碳的晶體結(jié)構(gòu)和晶序。本方法通常非常類似于上面所述的泡沫體的熱處理。
最后的機(jī)加工最后，將材料機(jī)械加工成摩擦材料或其它結(jié)構(gòu)部件的適用形狀。如有要求，可以涂覆氧化保護(hù)涂層或進(jìn)行氧化保護(hù)處理。
摩擦材料實(shí)例泡沫預(yù)制件用三菱AR合成中間相瀝青ARA 24如下地制成。將170克的AR瀝青料放置1加侖的鋼質(zhì)壓力容器底部的鋁箔器皿上。對(duì)該容器緩慢地加熱，直至在蓋上測(cè)得的溫度是330℃為止。最好是溫度高出材料軟化點(diǎn)約10～50℃。在以前的實(shí)驗(yàn)中已發(fā)現(xiàn)，在樹脂處的溫度比蓋上溫度大約高24°。使氮?dú)獾膲毫υ黾拥?600psi。在短時(shí)浸泡后，使溫度降至當(dāng)在蓋上測(cè)時(shí)為290℃，或在樹脂處估計(jì)為314°。使部件在290℃下保持4小時(shí)，然后迅速釋壓。接著使容器在6個(gè)小時(shí)的時(shí)間內(nèi)冷卻到室溫。壓力/溫度循環(huán)示于圖18。這泡沫預(yù)制件具有的開孔孔隙率大約為82％和細(xì)孔的平均尺寸為300～350μm。
接著使泡沫預(yù)制件在Blue-M空氣循環(huán)烘箱內(nèi)，在空氣中用加熱方法進(jìn)行穩(wěn)定化。緩慢地將該預(yù)制件加熱到240℃(在約10小時(shí)內(nèi))，然后借助空氣循環(huán)在240℃下保持96小時(shí)。接著使預(yù)制件緩慢地冷卻到室溫。
接著置泡沫預(yù)制件于備有超耐熱不銹鋼蒸餾罐的胡佩脫炭加熱爐中進(jìn)行碳化，方法是利用沙封，同時(shí)將預(yù)制件放置在活性碳床上。預(yù)制件在惰性環(huán)境中通過如下加熱而被碳化利用氮?dú)鈱?duì)蒸餾罐緩和地吹洗約1小時(shí)，以完成內(nèi)封空氣的一些變化，然后，在吹洗完成的情況下，在15小時(shí)內(nèi)將其加熱到900℃，接著再在1.5小時(shí)內(nèi)加熱到1050℃。蒸餾罐在1050℃下保持4小時(shí)，然后使其冷卻一晚上。
接著，用市場(chǎng)上買得到的阿萊特西格納爾15V瀝青，采用包括VPI(“真空壓力滲透”)和PIC(“壓力浸漬碳化”)的組合方法進(jìn)行4次循環(huán)，按如下方法對(duì)泡沫預(yù)制件進(jìn)行致密。在將部件浸入瀝青的同時(shí)，將其加熱到250℃。將容器抽空到小于100托。然后對(duì)容器增壓到1600psi，接著使部件在受壓狀態(tài)下冷卻。最后壓力在室溫時(shí)為1100psi。在檢查之后，容器再被增壓到700psi。容器被加熱到大約600℃。在那段時(shí)間期間，壓力達(dá)到約2100psi。這實(shí)驗(yàn)預(yù)制件的碳化方法是，利用上面所述的相同的炭化循環(huán)，在氮?dú)庵袑⑵浼訜岬?050℃。
利用15V瀝青對(duì)預(yù)制件或部件進(jìn)行再浸漬，方法是將其浸沒在粉末狀瀝青中，同時(shí)加熱到250℃。首先將容器抽空到低于100托，然后再增壓到1600psi。在這種情況下，在冷卻之前，要減壓。在對(duì)容器進(jìn)行檢查和清洗之后，部件再次放入壓力容器內(nèi)，同時(shí)使該容器增壓到700psi。該容器被加熱到605℃的峰值溫度，同時(shí)壓力增加到1850psi。使該容器在受壓狀態(tài)下冷卻，然后取出部件。該部件在氮?dú)庵斜患訜岬?050℃而再一次被碳化。
對(duì)該部件進(jìn)行第三次浸漬，再加熱到250℃，抽真空，和再增壓到1600psi。在這之后，部件在600℃和壓力1960psi被碳化，然后在受壓狀態(tài)下冷卻。最后，部件在惰性條件下，在氮?dú)庵屑訜岬?050℃而完成炭化。
此時(shí)，利用上述部件加工成實(shí)驗(yàn)用測(cè)力計(jì)圓片。加工好的一對(duì)圓環(huán)其外徑為2.188″，內(nèi)徑為1.375″，厚為0.27″。
進(jìn)行第四次浸漬和碳化。上述圓環(huán)再次在粉末狀15V瀝青中加熱到250℃。容器被抽真空，然后再增壓到1600psi。使容器在受壓狀態(tài)下冷卻。如以前那樣進(jìn)行增壓碳化，首先增壓到700psi，然后加熱到600℃，再使壓力上升到約1900psi。使容器在受壓狀態(tài)下冷卻。這些圓環(huán)被炭化，方法是在惰性條件下加熱到1050℃。
經(jīng)過上述致密處理的部件的密度示于圖19。密度顯示為1.4g/cc，而這足以證實(shí)了本發(fā)明的原理。
于是，這些圓環(huán)在林克副標(biāo)測(cè)力計(jì)上作20次剎車停機(jī)操作試驗(yàn)。這裝置的慣量是0.1323 slug-英尺2。轉(zhuǎn)子被加速到6400rpm，接著施加壓力5001b。扭矩，壓力和速度在每次整個(gè)停機(jī)過程中測(cè)出。在這試驗(yàn)過程中，剎車效率(摩擦系數(shù))從最初值約0.1增加到穩(wěn)定值約0.26。這效率曲線繪制在圖20上。正如由這些實(shí)驗(yàn)和這材料的特性所確認(rèn)的，本方法和實(shí)驗(yàn)部件清楚地證實(shí)了這材料作為摩擦材料使用的能力。利用對(duì)本方法作的附加的最佳化，這種摩擦材料及其性能可以得到改進(jìn)。
本實(shí)驗(yàn)?zāi)Σ敛牧系呐ぞ匦阅芫哂性S多所希望的特性。這摩擦材料在剎車停機(jī)過程中的典型的扭矩曲線示于圖21，它還闡明了壓力和速度二種曲線。扭矩曲線是平坦的，在停機(jī)末端則緩慢傾斜。在現(xiàn)行的常規(guī)材料中，在停機(jī)末端，扭矩曲線常常是增加的，從而通常導(dǎo)致不希望的噪音和振動(dòng)的增加。
對(duì)本摩擦材料的磨損進(jìn)行了測(cè)量并列表如下數(shù)值 單位平均重量損失 0.036 克/表面/停機(jī)平均線性磨損 0.000646 英寸/表面/停機(jī)公開于此的本發(fā)明的方法和摩擦材料，包括采用致密方法的任何一種或幾種組合作了致密的泡沫預(yù)制件，供在許多應(yīng)用剎車和離合器組件的場(chǎng)合里使用，無疑地有著極大的潛力。
權(quán)利要求
1.一種制造碳-碳復(fù)合材料的方法，它包括以下步驟制成開孔式碳泡沫預(yù)制件，和利用含碳物質(zhì)致密該預(yù)制件，以便制成碳-碳復(fù)合材料。
2.按照權(quán)利要求1的方法，它還包括利用中間相瀝青制造泡沫預(yù)制件的步驟。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其中泡沫預(yù)制件是可石墨化的和不可石墨化的泡沫預(yù)制件中之一種。
4.按照權(quán)利要求1的方法，它還包括在預(yù)制件致密之前對(duì)其碳化的步驟。
5.按照權(quán)利要求4的方法，它還包括在預(yù)制件碳化之前對(duì)其進(jìn)行氧穩(wěn)定化處理的步驟。
6.按照權(quán)利要求1的方法，其中致密步驟包括以下方法中的一種CVD，HIP，PIC，VPI，瀝青和樹脂注射法，和它們的任何組合。
7.按照權(quán)利要求1的方法，其中這些孔具有的平均尺寸小于500μm。
8.一種按照權(quán)利要求1制成的碳-碳復(fù)合材料。
9.一種碳-碳復(fù)合材料，它包括一種被增密含碳物質(zhì)環(huán)繞的網(wǎng)格狀(cellular)石墨化支承結(jié)構(gòu)。
10.按照權(quán)利要求9的碳-碳復(fù)合材料，其中碳-碳復(fù)合材料包括一種航空器剎車盤。
11.一種制造摩擦材料的方法，它包括以下步驟制成開孔式碳泡沫預(yù)制件，和利用含碳物質(zhì)致密該預(yù)制件，以便制成該摩擦材料。
12.按照權(quán)利要求11的方法，它還包括在預(yù)制件致密之前對(duì)其碳化的步驟。
13.按照權(quán)利要求12的方法，它還包括在預(yù)制件碳化之前對(duì)其進(jìn)行氧穩(wěn)定化的步驟。
14.按照權(quán)利要求11的方法，其中致密步驟包括以下方法中的一種CVD，HIP，PIC，VPI，瀝青和樹脂注射法，和它們的任何組合。
15.一種按照權(quán)利要求11制成的摩擦材料。
16.一種使含碳瀝青材料發(fā)泡以制成含有平均孔尺寸小于500μm的網(wǎng)狀(reticulated)泡沫體的方法，它包括以下步驟增高溫度至大約高出該材料的軟化點(diǎn)10～50℃，接著增加壓力到至少約為500psi，保持上述大約溫度和壓力一個(gè)時(shí)間周期，然后釋壓，以便瀝青材料泡沫體能生產(chǎn)出含有平均孔尺寸小于500μm的含碳開孔式泡沫材料。
17.按照權(quán)利要求16的方法，它還包括在增壓步驟之前或之后利用氮?dú)膺M(jìn)行吹洗的步驟。
18.按照權(quán)利要求16的方法，它還包括在增壓步驟之前和以后利用氮?dú)膺M(jìn)行吹洗的步驟。
19.按照權(quán)利要求16的方法，它還包括保持含碳的開孔式泡沫材料處于溫暖狀態(tài)直至泡沫材料被碳化。
20.一種穩(wěn)定含碳瀝青材料以便接著進(jìn)行高溫加熱的方法，它包括以下步驟在含氧氣的環(huán)境下增壓至約150～1500psi和增溫至約100～300℃，保持壓力和/或溫度大致恒定一個(gè)時(shí)間周期，接著降低壓力和溫度。
21.按照權(quán)利要求20的方法，其中壓力和溫度均都以大致相同的時(shí)間增加，保持，和降低。
22.按照權(quán)利要求20的方法，其中瀝青材料被加熱至并保持住此溫度范圍大約1小時(shí)，然后被增壓至并保持住此壓力范圍大約1小時(shí)。
23.按照權(quán)利要求20的方法，其中含碳瀝青材料包括在約為60～120℃的溫度下使泡沫材料保持溫暖。
24.一種用于含碳瀝青基質(zhì)泡沫體的氧穩(wěn)定化處理的方法，它包括以下步驟將泡沫體放入密封容器內(nèi)，將泡沫體加熱到溫度約為150～300℃，同期地從密封容器中抽出含氧氣體和重新輸入含氧氣體，以保持密封容器內(nèi)有新鮮的反應(yīng)性含氧氣體供應(yīng)。
25.一種用于含碳瀝青基質(zhì)泡沫體的氧穩(wěn)定化處理的方法，它包括以下步驟將泡沫體放入密封容器內(nèi)，將泡沫體加熱到溫度約為150～300℃，在密封容器的一端輸入含氧氣體，而同時(shí)在密封容器的另一端抽取含氧氣體，以便在泡沫體的兩端形成壓力差，和在密封容器里保持有新鮮的含氧氣體供應(yīng)。
全文摘要
碳—碳復(fù)合材料的制造方法是,制成開孔式碳泡沫預(yù)制件,然后使用含碳物質(zhì)致密該預(yù)制件。開孔式碳泡沫預(yù)制件可以在對(duì)其進(jìn)行碳化之前進(jìn)行氧氣穩(wěn)定化處理,然后對(duì)泡沫預(yù)制件采用CVD、HIP、PIC、VPI、瀝青和樹脂注射,或它們的任何組合進(jìn)行致密。可以對(duì)碳—碳復(fù)合材料進(jìn)行熱處理以制成熱控制材料,結(jié)構(gòu)材料,或供在剎車機(jī)構(gòu)或離合品裝置中使用的摩擦材料。
文檔編號(hào)C10C3/04GK1247523SQ97181872
公開日2000年3月15日 申請(qǐng)日期1997年12月10日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月19日
發(fā)明者N·默迪, C·A·帕克, J·F·皮格福德, D·納拉西姆漢, F·迪爾隆 申請(qǐng)人:聯(lián)合訊號(hào)公司