专利名称：一种碳陶刹车盘涂层的修补方法
技术领域：
本发明涉及一种碳陶刹车盘涂层的修补方法，涉及一种碳陶刹车盘涂层在线修补方法。
背景技术：
航空刹车副装置是飞机实现制动和保障飞行安全的关键部件之一，它是利用相对运动的摩擦表面之间产生摩擦来达到制动的目的。飞机在着陆刹车的几十秒内，需要依靠刹车装置将其巨大的动能转变为热能散发，而制动时在刹车盘表面产生急剧的温升，可使表面温度达到600°C -800°C以上。碳陶材料是目前刹车盘应用较为广泛的材料，具有密度低、耐磨、抗氧化性及抗热震性好等特点。碳材料的显著特点是在较大的温度范围内保持稳定，它的最大缺点是在 400°C以上空气中易发生氧化。碳陶刹车材料表面存在裸露的碳纤维和碳基体。这些裸露的碳纤维和碳基体在高温氧化性环境中容易被氧化。轻度氧化时材料的密度降低，强度下降，随着温度升高，复合材料氧化加剧，严重氧化时材料会出现分层，甚至变为絮状，完全丧失材料的力学性能，导致飞机刹车失效，甚至发生事故。因此碳陶刹车材料的防氧化主要是防止表面裸露的碳纤维和碳基体的氧化。碳陶刹车材料生产成本高，价格昂贵，因氧化造成刹车副过早失效在经济上也是极大的损失。为此必须解决材料的抗氧化性问题，所以对于碳陶刹车材料防氧化涂层的研究具有重要的意义。目前对于这方面的研究成果显著。涂层主要制备方法有化学气相沉积法，溶胶-凝胶法，液相法，固渗法等，这些方法所制备的涂层都能在程度上很好的保护基体。但是存在的问题是刹车盘在装备过程中会造成表面涂层有一定破坏，从而影响涂层的保护作用，影响碳陶材料的正常使用。为了解决这一问题，研究涂层在线修复技术成为一个执占。目前的涂层制备技术较多，但均不能进行在线修补，比如溶胶凝胶法，需要经过高温处理才能形成涂层，这就限制了其在线修补行为。
发明内容
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种碳陶刹车盘涂层的修补方法，是一种简单有效并且可以进行在线修补的技术，在室温下制备，并可以在较高温度下对材料进行防护。技术方案一种碳陶刹车盘涂层的修补方法，其特征在于修补步骤如下步骤1 采用清水将待修补的碳陶刹车盘进行超声清洗20 30分钟，然后置于 100°C烘箱内经20 30分钟烘干；步骤2 将软化点为650 750°C的玻璃粉、溶剂、有机硅烷和固态填充物混合，经球磨得到混合均勻的浆料；然后将浆料刷涂于受损涂层处，80 120°C低温下使其固化，获得内涂层；所述玻璃粉溶剂有机硅烷固态填充物的质量比为3 4 3 4 1 1. 5 1 1. 5步骤3 将软化点为450 550°C的玻璃粉、溶剂、有机硅烷混合，经球磨得到混合均勻的浆料；然后将浆料刷涂于内涂层上，80 120°C下使其固化，得到中间涂层；所述玻璃粉溶剂有机硅烷的质量比为3 4 3 4 1 1.5步骤4 将软化点为350 400°C的玻璃粉、溶剂、有机硅烷和固态填充物混合，经球磨得到混合均勻的浆料；然后将浆料刷涂于中间涂层，80 120°C下使其固化，得到外涂层；所述玻璃粉、溶剂、有机硅烷和固态填充物的质量比为3 4 3 4 1 1.5 1 1. 5所述固态填充物为氢氧化铝或氧化铝。所述步骤2、步骤3和步骤4中的固化采用红外灯照射使其固化。所述玻璃粉为铋玻璃粉、铅玻璃粉、钒玻璃粉、磷酸盐玻璃粉或硼硅酸盐玻璃粉。所述有机硅烷粘合剂为聚氮硅烷、聚硅氧烷、聚碳硅烷或聚硼氮硅烷。有益效果本发明提出的一种碳陶刹车盘涂层的修补方法，所要解决的问题是一种碳陶刹车盘涂层的修补方法，该方法可有效解决碳陶刹车盘在装备过程中涂层损伤问题。采用该方法制备的玻璃涂层致密度高、工艺稳定性好、制备周期短，能有效提高复合材料的抗氧化性能。同时本方法也是一种低温制备涂层技术，可对碳纤维增强碳基体复合材料(C/C复合材料)，碳纤维增强碳、碳化硅基体复合材料(C/C-SiC复合材料)起到很好的氧化防护作用。本发明的有益效果是(1)低熔点玻璃粉融化后起到封填孔隙的作用，有效的阻挡了氧气的进入，防止碳纤维的氧化；(2)涂层制备工艺过程简单，周期短、成本低，且可以进行在线修补，方便易行。
图1 涂层在低温固化后表面SEM图；图2 涂层试样在700°C氧化实验开始之前涂层表面SEM图；图3 涂层试样在700°C氧化实验开始之前涂层断面SEM图；图4 涂层试样在700°C，空气中氧化10小时后涂层表面SEM图；图5 涂层试样在700°C，空气中氧化10小时后涂层断面SEM图；图6 涂层试样在700°C，热震50次后涂层表面SEM图；图7 涂层试样在700°C，热震50次后涂层断面SEM图；图8 涂层试样的氧化动力曲线。
具体实施例方式现结合实施例、附图对本发明作进一步描述实施例1 步骤1 对于待修补的碳陶刹车盘材料采用清水进行超声清洗30分钟，然后置于 100°c烘箱内经30分钟烘干，待用；
步骤2 以B-Si玻璃粉添加80-100%的乙醇作为溶剂、添加15_25%的聚氮硅烷作为粘合剂，添加15-25%的氢氧化铝作为固态填充物，球磨约10-15min，得到混合均勻的浆料；步骤3 将混合均勻的浆料刷涂于基材表面，1200C (现场可采用红外灯照射)左右经5-6小时使其固化，从而获得内涂层；步骤4 以Bi玻璃粉添加80-100%的乙醇作为溶剂、添加15_25 %的聚氮硅烷作为粘合剂，球磨约10-15min，得到混合均勻的浆料；步骤5 将混合均勻的浆料刷涂于步骤2、3制备的内涂层上，1200C (现场可采用红外灯照射)左右经5-6小时使其完全固化，即可得到中间涂层；步骤6 以1 玻璃粉添加80-100%的乙醇作为溶剂、添加15_25 %的聚氮硅烷作为粘合剂，添加15-25%的氢氧化铝作为固态填充物，球磨约10-15min，得到混合均勻的浆料；步骤7 将混合均勻的浆料刷涂于步骤4、5制备的中间涂层上，1200C (现场可采用红外灯照射)左右经10-12小时使其完全固化，从而获得外涂层；对已制备的涂层试样和无涂层试样和进行氧化实验，结果显示在700°C保温1小时涂层试样失重为0. 19%左右，而未加涂层的试样失重为16. 19%，70(TC保温10小时涂层试样失重为5. 10%，而未加涂层的试样失重为41. 5%，由此显示了该方案对基体可起到很好的防氧化作用。经700°C X:3min——室温Xaiiin 50次实热冲击试验(共计氧化 150min)，氧化失重率为1. 60%，涂层保持完整，没有明显的裂纹与剥落，表明涂层具有较好的抗热震性。实施例2 步骤1 对于待修补的碳陶刹车盘材料采用清水进行超声清洗30分钟，然后置于 100°c烘箱内经30分钟烘干，待用；步骤2 以B-Si玻璃粉添加80-100%的乙醇作为溶剂、添加15_25%的聚硅氧烷和聚氮硅烷(质量比为1 1)作为粘合剂，添加15-25%的氢氧化铝作为固态填充物，球磨约10-15min，得到混合均勻的浆料；步骤3 将混合均勻的浆料刷涂于基材表面，1200C (现场可采用红外灯照射)左右经5-6小时使其固化，从而获得内涂层；步骤4 以Bi玻璃粉添加80-100%的乙醇作为溶剂、添加15_25 %的聚硅氧烷和聚氮硅烷(质量比为1 1)作为粘合剂，球磨约10-15min，得到混合均勻的浆料；步骤5 将混合均勻的浆料刷涂于步骤2、3制备的内涂层上，1200C (现场可采用红外灯照射)左右经5-6小时使其完全固化，即可得到中间涂层；步骤6 以1 玻璃粉添加80-100%的乙醇作为溶剂、添加15_25 %的聚硅氧烷和聚氮硅烷(质量比为1 1)作为粘合剂，添加15-25%的氢氧化铝作为固态填充物，球磨约 10-15min，得到混合均勻的浆料；步骤7 将混合均勻的浆料刷涂于步骤4、5制备的中间涂层上，1200C (现场可采用红外灯照射)左右经10-12小时使其完全固化，从而获得外涂层；对已制备的涂层试样和无涂层试样和进行氧化实验，结果显示在450°C氧化10小涂层试样失重为0. 40%左右，而未加涂层的试样失重为1. 14%。
实施例3 步骤1 对于待修补的碳陶刹车盘材料采用清水进行超声清洗30分钟，然后置于 100°c烘箱内经30分钟烘干，待用；步骤2 以B-Si玻璃粉添加80-100%的乙醇作为溶剂、添加20%的聚碳硅烷作为粘合剂，添加15-25%的氢氧化铝作为固态填充物，球磨约10-15min，得到混合均勻的浆料；步骤3 将混合均勻的浆料刷涂于基材表面，1200C (现场可采用红外灯照射)左右经5-6小时使其固化，从而获得内涂层；步骤4 以Pb玻璃粉添加80% -100%的乙醇作为溶剂、添加20%的聚碳硅烷作为粘合剂，添加15-25%的氢氧化铝作为固态填充物，球磨约10-15min，得到混合均勻的浆料；步骤5 将混合均勻的浆料刷涂于步骤2、3制备的内涂层上，1200C (现场可采用红外灯照射)左右经10-12小时使其完全固化，从而获得外涂层；对已制备的涂层试样和无涂层试样和进行氧化实验，结果显示在550°C氧化10小涂层试样失重为4. 30%左右，而未加涂层的试样失重为17. 26%。实施例4 步骤1 对于待修补的碳陶刹车盘材料采用清水进行超声清洗30分钟，然后置于 100°c烘箱内经30分钟烘干，待用；步骤2 以B-Si玻璃粉添加80-100%的乙醇作为溶剂、添加15-25%的聚硅氧烷和聚氮硅烷(质量比为1 1)作为粘合剂，添加15-25%的氢氧化铝作为固态填充物，球磨约10-15min，得到混合均勻的浆料；步骤3 将混合均勻的浆料刷涂于基材表面，1200C (现场可采用红外灯照射)左右经5-6小时使其固化，从而获得内涂层；步骤4 以Bi玻璃粉添加80-100%的乙醇作为溶剂、添加15_25%的聚硅氧烷和聚氮硅烷(质量比为1 1)作为粘合剂，添加15-25%的氢氧化铝作为固态填充物，球磨约 10-15min，得到混合均勻的浆料；步骤5 将混合均勻的浆料刷涂于步骤2、3制备的内涂层上，1200C (现场可采用红外灯照射)左右经10-12小时使其完全固化，从而获得外涂层。
权利要求
1.一种碳陶刹车盘涂层的修补方法，其特征在于修补步骤如下步骤1 采用清水将待修补的碳陶刹车盘进行超声清洗20 30分钟，然后置于100°C 烘箱内经20 30分钟烘干；步骤2 将软化点为650 750°C的玻璃粉、溶剂、有机硅烷和固态填充物混合，经球磨得到混合均勻的浆料；然后将浆料刷涂于受损涂层处，80 120°C低温下使其固化，获得内涂层；所述玻璃粉溶剂有机硅烷固态填充物的质量比为3 4 3 4 1 1. 5 1 1. 5步骤3 将软化点为450 550°C的玻璃粉、溶剂、有机硅烷混合，经球磨得到混合均勻的浆料；然后将浆料刷涂于内涂层上，80 120°C下使其固化，得到中间涂层；所述玻璃粉溶剂有机硅烷的质量比为3 4 3 4 1 1.5步骤4 将软化点为350 400°C的玻璃粉、溶剂、有机硅烷和固态填充物混合，经球磨得到混合均勻的浆料；然后将浆料刷涂于中间涂层，80 120°C下使其固化，得到外涂层； 所述玻璃粉、溶剂、有机硅烷和固态填充物的质量比为3 4 3 4 1 1.5 1 1. 5所述固态填充物为氢氧化铝或氧化铝。
2.根据权利要求1所述碳陶刹车盘涂层的修补方法，其特征在于所述步骤2、步骤3 和步骤4中的固化采用红外灯照射使其固化。
3.根据权利要求1所述碳陶刹车盘涂层的修补方法，其特征在于所述玻璃粉为铋玻璃粉、铅玻璃粉、钒玻璃粉、磷酸盐玻璃粉或硼硅酸盐玻璃粉。
4.根据权利要求1所述碳陶刹车盘涂层的修补方法，其特征在于所述有机硅烷粘合剂为聚氮硅烷、聚硅氧烷、聚碳硅烷或聚硼氮硅烷。
全文摘要
本发明涉及一种碳陶刹车盘涂层的修补方法，技术特征在于将待修补的碳陶刹车盘进行超声清洗，制备3种不同软化点的玻璃粉、溶剂、有机硅烷和固态填充物混合浆料，分3层涂敷得到内涂层、中间涂层和外涂层，固化后将碳陶刹车盘修补完毕。本发明的方法制备的玻璃涂层致密度高、工艺稳定性好、制备周期短，能有效提高复合材料的抗氧化性能。同时本方法也是一种低温制备涂层技术，可对碳纤维增强碳基体复合材料(C/C复合材料)，碳纤维增强碳、碳化硅基体复合材料(C/C-SiC复合材料)起到很好的氧化防护作用。
文档编号C04B41/85GK102491783SQ201110372669
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月21日 优先权日2011年11月21日
发明者张立同, 成来飞, 杨娟, 王一光 申请人:西北工业大学