用于使气流在坯件的堆叠内扩散的扩散器以及相关组件的制作方法

本发明涉及用于对基于碳/碳复合材料的零件的浸渍坯件进行干燥的装置，用于利用溶胶-凝胶型溶液对基于碳/碳复合材料的零件的坯件进行浸渍以获得坯件并用于对浸渍坯件进行干燥的系统，以及相关的组件和方法。

背景技术：

1、基于碳/碳(c/c)复合材料的零件是已知的。

2、这些零件可以包括例如摩擦零件(诸如飞行器制动盘)，但也可以包括其他应用和/或由c/c复合材料制成的零件，特别是寻求改进的机械性能的零件。由c/c复合材料制成的飞行器制动盘被广泛使用。事实上，由于所涉及的能量、可能的空间需求以及减少设备质量的重要性，60多年来，摩擦制动一直是飞行器的首选技术。集成到飞行器轮子中的制动器包括可与轮子整体旋转的转子的堆叠，以及夹紧转子的定子。制造盘的钢已逐渐被c-c复合材料所取代，c-c复合材料在制动期间产生的高温下具有更低的密度和优异的摩擦性能。

3、这种盘的制造通常包括：生产由碳纤维制成的纤维预制件的步骤，该纤维预制件具有与待制造的盘的形状接近的形状并且旨在构成复合材料的纤维增强件；以及利用由热解碳(pyc)制成的基质使预制件致密化以形成坯件的步骤。一种众所周知的用于生产由碳纤维制成的纤维预制件的方法包括叠置由碳前体纤维制成(例如由预氧化的聚丙烯腈(pan)制成)的纤维层，例如通过针刺将这些层结合在一起，并执行碳化热处理以将前体转化为碳。尤其可以参考us 5 792 715。

4、用pyc基质使坯件致密化可以通过化学气相渗透(chemical vapourinfiltration，cvi)来执行。将坯件放置在封壳中，在该封壳中引入含有一种或多种碳前体(诸如甲烷和/或丙烷)的气相。控制封壳中的温度和压力，使得气相能够在预制件内扩散，并通过前体的分解在预制件中形成热解碳的固体沉积物。尤其在us 5 904 957中描述了一种用于使被布置成堆叠的多个环形制动盘预制件致密化的方法。

5、利用碳基质进行致密化也可以通过液体途径进行，即通过利用碳前体(通常是树脂)对预制件进行浸渍并且使前体热解，通常进行多次浸渍和热解循环。

6、还已知一种所谓的“加热”致密化方法，由此，将待致密化的盘预制件浸没在碳前体(例如甲苯)浴中，并且例如通过与电感器耦合进行加热，使得在与预制件接触时蒸发的前体在预制件内扩散，从而通过分解形成pyc沉积物。尤其在us 5 389 152中描述了这种方法。

7、在基于c/c复合材料的制动盘的各种期望性能中，低磨损是非常期望的。为了提高耐磨性，广泛提出了在c/c复合材料中引入陶瓷颗粒。因此，us 6 376431描述了利用含有二氧化硅前体(sio2)的溶胶-凝胶型溶液对碳纤维坯件进行浸渍，二氧化硅前体在热处理以及与碳发生化学反应之后，留下分布在坯件中的碳化硅(sic)颗粒，这些颗粒在最终的c/c复合材料中占不超过重量1％。

8、wo 2006/067184建议利用溶胶-凝胶型溶液或胶体悬浮液对用于生产坯件的层的纤维结构进行浸渍，以获得氧化物(诸如钛(tio2)，锆(zro2)，铪(hfo2)和硅(sio2)氧化物)的颗粒的扩散。随后的热处理将这些氧化物颗粒转化为碳化物颗粒。ep 1 748 036描述了利用含有碳前体树脂和金属氧化物颗粒(例如，sio2，tio2，zro2，……)的浆料对碳纤维基材进行浸渍。在热处理之后，获得了含有通过氧化物颗粒的转化获得的碳化物颗粒的c/c复合材料。示例显示了尺寸为几微米的氧化物颗粒的使用。ep 0 507 564描述了通过对碳纤维、陶瓷粉末和碳粉末进行混合、成型和烧结来生产由c/c复合材料制成的零件，陶瓷粉末例如是诸如为sio2、tio2、zro2的氧化物或者氮化物。在示例2中提到，使用由一微米颗粒制成的zro2粉末，最终复合材料中的zro2的量为6.2％。应当注意，在所考虑的陶瓷粉末中，zro2远没有给出最佳的磨损结果。ep 0 404571描述了与ep 0 507 564的方法类似的方法，但是用于形成低摩擦滑动零件。

9、特别地，已知用于制造具有改进性能的零件的方法，包括在由碳/碳(c/c)复合材料制成的碳坯件内添加陶瓷填料，其中，通过浸渍-干燥方法将填料与含有陶瓷颗粒的溶胶一起引入。该方法在专利申请fr 2 945 529中描述。这种方法使得能够获得改进的机械性能，这对于基于c/c复合材料的零件而言是特别感兴趣的，无论这些零件的目的是什么。

10、然而，当实施这些方法时，很难实现颗粒在坯件内的均匀分布，从而导致横跨材料厚度的填料梯度。对于零件(例如摩擦零件)，这些填料通常分布如下：大量的填料存在于表面(例如摩擦表面)附近，而只有少量的填料被引入坯件的芯部中。

11、填料的这种非典型分布产生了与零件使用寿命期间的摩擦学性能的可变性相关的风险，例如，根据零件的磨损程度，可能会观察到一些表面的磨损。在摩擦部件的情况下，例如，在制动器的寿命期间，可以观察到摩擦表面上约几毫米的磨损。

12、对于含有陶瓷颗粒的c-c材料，适当控制颗粒在零件内的分散是至关重要的。在新的零件(例如盘)上，陶瓷颗粒分布的梯度，使得与零件的芯部相比，表面上存在更多数量的颗粒，将在盘的寿命期间产生摩擦学性能(诸如磨损和制动性能)的显著可变性，即摩擦系数的变化。此外，这些方法受到与其工业制造相关联的时间和成本限制。零件确实必须以高生产率进行生产。

技术实现思路

1、因此，特别地，本发明旨在解决在工业制造工艺的背景下在由碳/碳(c/c)复合材料制成的碳坯件内添加陶瓷填料而制成的零件内的填料分布的问题，以及在该工艺实施期间从一个坯件到另一个坯件的处理可变性的问题。本发明旨在降低这种零件在其使用寿命期间的摩擦学性能的可变性的风险，同时实现工业生产率。

2、为此，提出了一种扩散器，所述扩散器用于使气流在基于碳/碳复合材料的零件的坯件的堆叠内扩散，所述坯件利用溶胶-凝胶型溶液进行浸渍，溶液包含溶剂和一种或多种化合物，气流使得溶剂能够通过热传递而蒸发，每个坯件具有中心通孔，中心孔通过形成堆叠的中心井而穿过堆叠的坯件，扩散器包括多个扩散叶片，每个扩散叶片包括中心端部和周边端部，叶片从扩散器的中心空腔延伸至扩散器的周边，

3、每个叶片具有中心贯通开口，叶片的中心贯通开口形成扩散器的敞开的中心空腔，以在扩散器被安装成与堆叠相关联时形成向上敞开的气体入口，中心空腔的截面从气体入口减小，

4、所述叶片被适配成当扩散器被安装成与堆叠相关联时至少部分地延伸到中心井中，叶片被适配成使从中心井流经堆叠的气流在堆叠的整个高度上扩散和变得均匀。

5、装置可以包括单独采用的下述特征或这些特征的技术上可行的任何组合：

6、-叶片各自包括在中心端部与周边端部之间延伸的倾斜部段，例如，叶片的周边直径是不变的，

7、-扩散器被配置成使得当扩散器被安装成与堆叠相关联时，每个叶片的周边端部面向坯件的内壁，使得气流被导向坯件之间的周边，

8、-偏转器，所述偏转器被适配成当扩散器被安装成与堆叠相关联时至少部分地在堆叠的上方延伸，以将气体导向堆叠的中心井，例如导向扩散器的中心空腔，

9、-一个或多个结构元件，所述结构元件将叶片彼此连接，并且例如将叶片连接到偏转器，结构元件包括例如多个杆。

10、提出了一种扩散组件，包括：

11、-这样的扩散器，以及

12、-基座，所述基座被配置成使得扩散器在被安装成与堆叠相关联时搁置在基座上。

13、提出了一种堆叠组件，包括：

14、-这样的扩散器或扩散组件，以及

15、-基于碳/碳复合材料的零件的坯件，所述坯件利用溶胶-凝胶型溶液进行浸渍，溶液包含溶剂和一种或多种化合物，坯件被布置成堆叠，每个坯件具有中心通孔，中心孔通过形成堆叠的中心井而穿过堆叠的坯件，

16、扩散器被安装成与堆叠相关联。