航空刹车用炭_炭复合材料的抗氧化研究.pdf

第14卷第3期新型炭材料Vol.14No.3
1999年9月NEWCARBONMATERIALSSep.1999

文章编号1007-8827(1999)03-0053-05

航空刹车用炭/炭复合材料的抗氧化研究
杨尊社,卢刚认,刘航
(华兴航空机轮公司机轮刹车系统研究所,陕西兴平713106)

摘要:以多种金属磷酸盐和磷酸作为主料,以硼酸和酸溶性金属氧化物为辅料,再加入少量磷
酸盐改性剂,配制成改性磷酸盐涂料。采用溶胶-凝胶工艺在炭/炭复合材料上形成涂层。涂层炭/
炭复合材料试样在高温空气气氛中进行热震试验和恒温氧化试验,结果表明改性磷酸盐涂层对炭
/炭复合材料具有良好的氧化抑制作用。该涂层所用原材料价格低廉,成形工艺简便,具有良好的
可操作性。
关键词:炭/炭复合材料;抗氧化;改性磷酸盐
中图分类号:TB332文献标识码:A

炭/炭复合材料作为新一代飞机刹车材计了一种改性磷酸盐涂料,原材料价格低廉,
料在发达国家已广泛地应用于大、中型商用涂刷处理工艺简便,适用于飞机炭刹车盘的
飞机。国内炭/炭复合材料的研究工艺起步于工作温度范围。
70年代,80年代进行了大量的使用模拟试
验,90年代初进入试用阶段。1试验
由于炭/炭复合材料的用途一般都与高
1.1试验原料
温环境有关,所以炭/炭复合材料的高温抗氧
飞机刹车装置现在一般用盘式刹车结
化问题一直是一个热门的研究课题。以前的
构。盘的多少和大小根据飞机的刹车力矩要
研究显然取得了进展[1],有些抗氧化涂层在
求确定,分为动盘和静盘。动盘外周有键槽,
全尺寸飞机炭刹车装置的模拟试验中已达到
与飞机轮子键合,随轮子转动;静盘内周留有
了使用要求[2]。涂层工艺的稳定性是目前存
键槽,与飞机扭力管键合,是不可转动的。但
在的重要问题,涂层系统中缺陷的存在使得
所有盘子均可在轴向移动,当施加轴向压力
涂层的实际寿命远远短于一个无缺陷涂层理
时,动、静盘之间就会发生摩擦,形成摩擦力
论上所能达到的寿命。另一方面,由于涂层与
矩,阻挠飞机前进。
基体热膨胀不匹配形成的裂纹或缺陷,也会
飞机的质量是给定的,飞机着陆后应有
减少涂层的有效寿命[3]。
给定的刹车速度,从而可以计算出飞机的动
作为飞机刹车材料尽管所承受的温度
,能。动能通过刹车装置转化为热能,热能被所
没有航天烧蚀材料那么高,但由于前者的使
有刹车盘即所谓热库吸收,随后逐步散发出
用频率很高,要求相应的防氧化涂层具有较
去。在不计其它损耗的情况下,刹车动能将全
高的耐热震特性。再者飞机市场上商用飞机
,部转换为热能,可估算如下:
T+T
占了绝大多数,因而廉价的涂料和简便的涂0
ES=H=M∫TCPdT
层形成工艺无疑更具有竞争力。本项研究设0

收稿日期:1999-03-01;修订日期:1999-04-16
作者简介:杨尊社(1959-),男,陕西武功人,高级工程师,现从事刹车材料及相关技术的研究和开发。
·54·新型炭材料第14卷

EC
其中:EC-动能;T=
M·CP
H-热焓;
在设计炭刹车装置时,尽管炭/炭复合材
M-刹车质量;
料能承受很高的温度,但是要兼顾使用寿命、
CP-比热容;
热库周围部件的承受能力,炭/炭复合材料防
dT-温度变化
氧化等因素,实际上的热库体容温度一般如
由上面的方程可推得一次刹车后热库的
表1示。
体容温度变化为:

表1一般飞机炭热库体容温度
Table1GeneralbulktemperaturesofC/Ccompositeheatpackrelatingtoaircraftbrake

LandingNormallandingOverloadlanding
AircraftpattemRTObraking
brakingbraking
application

Commercial500℃～600℃600℃～750℃900℃～1250℃
Military600℃～700℃700℃～800℃1000℃～1300℃

飞机着陆能载大多数属于正常着陆能工艺。磷酸盐涂料以磷酸和金属磷酸盐为主
载,超载着陆能载出现较少,试验时按10%料,以硼酸和酸溶性金属氧化物为辅料,再加
考虑,中止起飞能载一般不出现,一旦出现,入少量磷酸盐改性剂,采用溶胶-凝胶工艺,
刹车热库在制动后应拆出报废。在炭/炭试样上形成涂层。
根据上述使用状况,炭/炭复合刹车材料将加热到100℃的炭/炭试样浸入50℃
的高温氧化模拟试验可确定为热震试验和流的磷酸盐溶液中,保持1min后取出;然后放
动空气环境恒温氧化试验。置烘箱内,100℃烘烤60min除去水分,冷却
1.2试样至室温后再放入氮气氛炉内,585℃熔烧
1.2.1炭/炭复合材料试样5min,使涂层固化,随炉冷却至100℃以下取
采用从华兴航空