由炭/炭复合材料并经润滑改性后制作轴承保持架的方法

摘要

本发明是一种由炭/炭复合材料并经润滑改性后制作轴承保持架的方法。将无纬炭布和网胎制成圆筒状炭纤维编织体，经过化学气相沉积炉的裂解、沉积以及石墨化处理得到炭/炭纤维编织体，此后经过酚醛树脂的浸渍→炭化→粗车和钻削→精加工→机械抛光和超声波清洗得到炭/炭复合材料保持架，最后经镀膜后得到润滑改性的炭/炭复合材料保持架。炭/炭复合材料具有较小的密度，因此所制作的保持架就轻质以利减轻轴承整体的重量，提高其转速，也能提高主机使用效果。此外炭/炭复合材料保持架具有较高的拉伸强度，尤其是在300℃时其拉伸强度更高。导热系数高，热膨胀系数小，摩擦系数小，自润滑性能高，炭/炭复合材料保持架的尺寸稳定、可靠。

主权项

一种由炭/炭复合材料并经润滑改性后制作轴承保持架的方法，该方法先将无纬炭布和网胎制成圆筒状炭纤维编织体，经过化学气相沉积炉的裂解、沉积以及石墨化处理得到炭/炭纤维编织体，此后经过酚醛树脂的浸渍→炭化→粗车和钻削→精加工→机械抛光和超声波清洗得到炭/炭复合材料保持架，最后经镀膜后得到润滑改性的炭/炭复合材料保持架；设定成品轴承保持架具有外径D、内径d、高度H以及兜孔个数M和兜孔直径；其特征是：①在无纬炭布上铺上网胎形成复合炭布层，将所述复合炭布层卷绕成圆筒状炭纤维编织体，所述圆筒状炭纤维编织体的对接处用炭纤维线连接，所述圆筒状炭纤维编织体的外径与成品保持架外径D匹配；②将所述圆筒状炭纤维编织体置于化学气相沉积炉内，然后升温到1000~1100℃，当化学气相沉积炉内温度达到1000~1100℃时通入C3H6气体，在通入C3H6气体时同时通入N2，C3H6与 N2的体积比控制在1：1~2，化学气相沉积炉内的压力控制在4.0~5.0Kpa，此时C3H6裂解出炭并沉积于所述筒状炭纤维编织体中形成炭/炭纤维编织体，沉积100h后取出所述炭/炭纤维编织体并置于石墨化炉内进行石墨化处理，石墨化炉的温度控制在2300~2500℃并保温3h；当所述炭/炭纤维编织体的体积密度达到1.20~1.30g/cm3时符合要求，当其体积密度达不到1.20~1.30g/cm3时需重复上述裂解、沉积和石墨化处理过程直至体积密度达到1.20~1.30g/cm3为止；③将体积密度达到1.20~1.30g/cm3的所述炭/炭纤维编织体置于密闭的浸渍炉内的酚醛树脂槽中，酚醛树脂槽内的酚醛树脂重量百分比浓度控制在40wt%，酚醛树脂槽内的温度控制在80℃，当浸渍炉内压力达到1.6Mpa时保温、保压浸渍1h后取出并放在真空度为‑0.1MPa的真空干燥箱内进行干燥，真空干燥箱的温度保持在60℃，其保温时间控制在2h；最后经固化得到酚醛/炭材料，当所述固化温度在100℃时所需固化时间为1h ，升温至140℃时所需固化时间为6h；④将所述酚醛/炭材料置于炭化炉内进行炭化，在炭化炉内通入N2作为保护性气体并在炭化炉内的温度达到900~ 1000℃时保温3h，取出所述酚醛/炭材料后置于石墨化炉内进行石墨化，石墨化炉的温度控制在2300~2500℃并保温3h；经过所述炭化和所述石墨化的所述酚醛/炭材料的体积密度若达到1.7~1.8g/cm3时既得到炭/炭复合材料坯体，若达不到1.7~1.8g/cm3时需重复上述③和④的步骤直至其体积密度达到1.7~1.8g/cm3为止；⑤粗车和钻削加工所述炭/炭复合材料坯体，粗车和钻削时对所述炭/炭复合材料坯体的加工参数控制如下：在成品轴承保持架外径D和高度H的设计尺寸基础上各增大0.5mm以上进行粗车削加工；在成品轴承保持架内径d的设计尺寸基础上减小0.5mm以上进行粗车削加工；根据成品轴承保持架兜孔个数M并在成品轴承保持架兜孔直径的设计尺寸基础上减小0.5mm以上钻削出M个兜孔；上述粗车和钻削后应对炭/炭复合材料坯体加工处去除毛刺得到炭/炭复合材料保持架毛坯；⑥按成品轴承保持架的外径D、内径d、高度H以及兜孔直径将所述炭/炭复合材料保持架毛坯精加工成炭/炭复合材料保持架；⑦对上述⑥中所述炭/炭复合材料保持架进行机械抛光和超声波清洗，超声波清洗功率控制在100W，超声波清洗时间控制在0.5h；然后用无水乙醇并在超声波协助下对其进行清洗，清洗时间控制在0.5h；最后将其放置在真空干燥箱内进行干燥，真空干燥箱的真空度控制在‑0.1MPa，真空干燥箱的温度控制在80℃，干燥时间控制在3h；⑧经过上述⑦步骤处理后，将所述炭/炭复合材料保持架在磁控溅射机上进行镀膜，镀膜时的控制参数如下：溅射靶材：纯Ag，或是纯Ag+纯MoS2；镀膜厚度：若采用纯Ag时镀膜厚度控制在3µm之内，若采用纯Ag+纯MoS2时镀膜厚度控制在5µm之内；靶‑炭/炭复合材料保持架的距离控制在70~80mm，溅射时真空度控制在5×10‑5 Pa，所述炭/炭复合材料保持架的温度控制在70~80℃，溅射功率控制在150~200W，镀膜时间控制在90~150min；上述镀膜结束后得到润滑改性的炭/炭复合材料保持架。