用于保护碳/碳复合材料部件免于氧化的方法与流程

本发明涉及碳/碳复合材料部件的领域，并且更具体地涉及用于保护此类部件免于氧化的方法。

背景技术：

1、本发明涉及碳/碳复合材料部件(即，包含由基质致密化的纤维增强物的材料，其中纤维增强物和基质包含碳)的免于氧化。本发明的特殊应用领域是c/c复合制动盘，特别是飞行器(例如飞机)的制动盘，或陆地车辆的制动盘的免于氧化。

2、在氧化环境中，此类部件在高温下维持良好机械特性的能力经受有效保护免于碳氧化。实际上，在产生之后，该复合材料通常具有残余内部孔隙度，该残余内部孔隙度给周围环境提供了通向该材料的芯的入口。

3、此外，在一些应用中，氧化保护必须在湿气和/或碳氧化催化剂的存在下保持其有效性。这对于可能暴露于跑道上存在的湿气并且与碳氧化催化剂接触的c/c复合飞行器制动盘尤其如此，所述碳氧化催化剂例如通过在跑道上常用的除冰产品中存在的乙酸钾或甲酸钾引入。

4、通常通过沉积在碳/碳复合材料部件上的涂层提供这种部件的抗氧化保护。然而，此类外部涂层对由此类部件不可避免的摩擦、冲击和振动引起的机械降解敏感。

5、还认为在复合材料部件的内部孔隙中引入氧化保护层克服了这些缺点。例如，文件fr 2,726,554和ep 3,072,866描述了用于保护碳/碳复合材料部件免于氧化的方法，这些氧化是使用水性组合物获得的，使之有可能在热处理之后在该部件的内部孔隙中形成免于氧化的保护。

6、然而，希望改善此类部件的抗氧化性，以便增加它们的寿命。

技术实现思路

1、本发明人已注意到，可以改善在部件的孔隙中形成的保护层的均匀性，同时增加沉积产率并且进一步改善碳/碳复合材料部件的抗氧化性能。

2、为此，本发明人提出一种用于保护碳/碳复合材料部件免于氧化的方法，所述方法至少包括以下步骤：

3、-将包含至少一种金属磷酸盐的浸渍组合物施加至该部件的至少一部分外表面上；

4、-在施加所述浸渍组合物之后，固体抗氧化玻璃组合物干法沉积在部件的至少一部分外表面上；以及

5、-浸渍热处理，以软化或熔化干燥的沉积的固体组合物，以能够通过由此软化或熔化的组合物浸渍部件的内部孔隙，并且在部件的内部孔隙中形成抗氧化玻璃。

6、本发明人已注意到，这种保护方法允许在部件的内部孔隙中形成防止氧化的阻挡物。有利的是该保护存在于该内部孔隙中，因为它因此不经受该部件可能经受的冲击或摩擦。

7、此外，不同于现有技术中考虑的保护方法，保护性玻璃的固体组合物被干法沉积。

8、通过“干法沉积”应理解为本发明的方法在该固体组合物的沉积过程中不需要使用一种第三载液并且将其渗透到该内部孔隙中，与使用浆料的现有技术的沉积方法不同。

9、选择用于沉积固体组合物的干法使得可以在浸渍热处理之后直接在部件的内部孔隙中获得抗氧化玻璃，与现有技术的沉积方法相比具有增加的沉积产率。此外，所获得的玻璃比需要用于固体组合物的载液的方法更均匀。

10、在干沉积方法中，固体组合物可以没有第三载液而以液体、固体或糊状形式喷雾，并且一旦其沉积完成就形成固体沉积物。

11、例如，固体组合物的干燥沉积是通过静电喷涂、通过高速热喷涂粉末或甚至通过冷喷涂进行的。

12、在本发明的含义内，应理解部件的内部孔隙的浸渍应理解为内部孔隙的深浸渍，即，抗氧化玻璃不仅形成在部件的表面上，而且从表面深入部件延伸到其内部孔隙中。

13、例如，浸渍热处理允许形成抗氧化玻璃至大于或等于0.5mm的深度(从部件的外表面测量)。

14、在一种实施方式中，可以在部件的内部孔隙中并且在部件的整个厚度中形成抗氧化玻璃。

15、在一种实施方式中，该方法可以包括在浸渍组合物施用步骤之后并且在固体组合物沉积步骤之前，进行在680℃与740℃之间的温度下的初步热处理步骤。

16、这种初步热处理使得可以在形成抗氧化玻璃之前通过浸渍组合物增加部件的内部孔隙率的浸渍。

17、初步热处理能够使浸渍组合物进一步浸渍部件的内部孔隙并在其中形成用于捕获碳氧化催化剂的层，从而改善部件的抗氧化性。此外，浸渍组合物的存在能够使固体组合物更好地浸渍预制件的内部孔隙度。

18、然而，这种初步热处理不是必须的，并且浸渍组合物的施用可以直接在固体组合物的干燥沉积之后进行。如果是这种情况，则浸渍组合物和固体组合物都存在，并可能混合在部件的孔隙中，在固体组合物沉积之后进行的浸渍热处理将能够以一个步骤进行以下过程：用浸渍组合物浸渍部件的内部孔隙，并在那里形成抗氧化玻璃和用于捕集碳氧化催化剂的层。

19、例如，固体组合物可以是由多个颗粒组成的玻璃粉末，其平均尺寸小于或等于10μm。除非另外说明，“平均尺寸”是指在群体的一半处由统计粒度分布给出的尺寸，称为d50。

20、使得有可能软化或熔化固体组合物的热处理的持续时间和温度是根据该固体组合物的物理化学性质选择的。特别地，浸渍热处理必须能够使抗氧化玻璃的固体组合物变得足够柔软或者甚至熔化，使得其可以浸渍部件的内部孔隙。

21、在固体组合物包含磷酸盐或硅酸盐玻璃粉末的具体实施方式中，浸渍热处理在680℃与1100℃之间的温度下进行，并且例如持续1分钟与2小时之间的持续时间。

22、例如，可以通过快速热处理或通过引入烘箱中进行热处理。

23、在一种实施方式中，在浸渍热处理步骤之后，该方法可以包括至少以下步骤：

24、-将与固体组合物相同或不同的抗氧化玻璃的第二固体组合物干法沉积到部件的至少一部分外表面上；然后

25、-第二浸渍热处理，以便软化或熔化干法沉积的第二固体组合物，从而能够通过由此软化或熔化的第二组合物浸渍部件的内部孔隙，并且在该部件的内部孔隙中形成第二抗氧化玻璃。

26、这些另外的步骤使得有可能进一步改进所获得的部件的抗氧化性，这种改进不仅能够与用现有技术的方法获得的那些相比，而且能够与在沉积单一固体组合物之后获得的那些相比。

27、在一种实施方式中，固体组合物对于第一和第二干法沉积步骤是相同的。在另一种实施方式中，该第一和第二固体组合物可以是不同的。

28、相同或不同固体组合物的选择使得可以进一步改进所获得的部件的抗氧化特性，并且使它们特别适应该部件在其最终使用过程中遇到的外部条件。

29、在一个实施方式中，所述方法在所述第二浸渍热处理步骤之后包括至少以下步骤：

30、-采用与第一和/或第二固体组合物相同或不同的抗氧化玻璃的第三固体组合物干法沉积到该部件的至少一部分外表面上；然后

31、-第三浸渍热处理，以软化或熔化干法沉积的第三固体组合物，以通过由此软化或熔化的第三组合物浸渍部件的内部孔隙，并且在部件的内部孔隙中形成第三抗氧化玻璃。

32、在该实施方式中，第一组合物、第二组合物和第三组合物可以相同或不同。还有可能的是这三种组合物中的两种是相同的，并且另一种组合物是不同的。

33、包括沉积固体组合物的三个步骤的实施方式使得有可能进一步改进通过所述方法获得的部件的抗氧化性。

34、特别地，观察到在两个或三个连续步骤中而不是在单个步骤中沉积和浸渍的一定量的固体组合物使得有可能获得抗氧化性甚至更好的最终部件。

35、在一种实施方式中，在一个或多个干式沉积步骤过程中沉积在部件的至少一部分外表面上的固体组合物的总量可以是大于或等于3mg/cm2、或甚至大于或等于5mg/cm2。

36、这种量的固体组合物使得有可能获得比通过现有技术的方法获得的部件的抗氧化性更好的抗氧化性。

37、在一种实施方式中，固体抗氧化玻璃组合物可选自磷酸盐或硅酸盐玻璃粉末。

38、在一种实施方式中，固体抗氧化玻璃组合物可包含质量百分比：

39、-42％至47％的五氧化二磷p2o5；

40、-8％至11％的氧化钾k2o；

41、-14％至18％的氧化钠na2o；

42、-14％至18％的氧化铝al2o3；

43、-7％至10％的氧化硼b2o3。

44、在一种实施方式中，固体抗氧化玻璃组合物可包含质量百分比：

45、-37％至41％的五氧化二磷p2o5；

46、-16％至20％的氧化钾k2o；

47、-10％至13％的氧化钠na2o；

48、-16％至19％的氧化铝al2o3；

49、-7.5％至10.5％的氧化硼b2o3。

50、在一种实施方式中，碳/碳复合材料部件是摩擦部件，例如，飞行器制动盘。