HK1084999A1 - 整体垫片 - Google Patents

Description

整体垫片

技术领域

本发明涉及在制造过程中用于使堆叠多孔衬底间隔分开的垫片元件。本发明的一个特定实例涉及尤其在压实处理(诸如化学气相渗透(CVI))期间用于使堆叠的环形复合材料压片间隔分开的金属环形垫片元件。

背景技术

所述复合材料压片尤其可为用于制造刹车盘或其它摩擦元件的环形压片。

举例来说，在2003年8月14日申请的第10/468,031号美国专利申请案中揭示了一种用于压实制作刹车盘等的环形压片的装置；在图1中对其表示进行了说明。

图1是一处理腔室的高度图解说明，所述处理腔室中具有一包裹体10，所述包裹体10包含由碳纤维制成的环形压片或衬底20的负载。所述负载呈一堆叠的衬底的形式，所述衬底各自具有通常垂直对准的中心通路。所述堆叠可由由一个或一个以上中间支撑板12分离的复数个叠加的堆叠部分构成。

所述堆叠的衬底通过隔板30而彼此间隔。如图2中所示，隔板30可径向安置，且其数量可变化。所述隔板30在整个堆叠中在相邻衬底之间提供大体上恒定高度的间隙22，同时允许由所述衬底的通常对准的中心通路所组成的堆叠的内部体积24与位于所述堆叠外部且在包裹体10内部的外部体积26相连通。

在图1的实例中，包裹体10包含单一堆叠的衬底。在其它实例中，复数个堆叠的衬底可并排安置在同一包裹体中。

包裹体10通过一感受器14(例如由石墨制成)而加热，所述感受器14用于界定包裹体10，且与位于一包围所述感受器的外壳17外部的感应线圈16感应耦接。可使用其它的加热方法，例如，电阻加热(焦耳效应)。

将含有一种或一种以上碳的前体(通常为诸如甲烷和/或丙烷的碳氢化合物气体)的气体容纳于包裹体10中。在所示的实例中，通过所述包裹体的底部10a实现容纳。气体穿过在所述包裹体的底部部分中彼此叠加放置的一个或一个以上穿通板形成的预热区18，在板11之下支撑所述衬底的堆叠。由预热板加热的气体(其升高到包裹体内的温度)自由地流动到所述包裹体中，同时进入到内部体积24中，进入到外部体积26中且进入到间隙22中。剩余气体通过抽空经由形成于盖子10b中的出口而被从包裹体中抽出。

隔板30为单独放置的块状元件，通常由氧化铝制成。然而，一旦形成，所述氧化铝块元件极其易碎，且从破裂处的损耗非常高。实际上，在正常使用的情况下，常规氧化铝块常常维持不会超过2或3个压实循环。因为必须更换氧化铝块，所以这也自然地提高了制造成本。

此外，每个压片层之间的单独氧化铝块元件的适当手动放置极为耗时。在图2中以说明性实例的方式展示了六个所述块状元件，且在实际实践中，使用多达12个的块体。处理易碎的块体而不会使其破裂所需要的极大细心更加重了时间负担。一般来说，根据常规方法，包含七盘压片(每一盘具有十二到十四个压片堆叠)的完全压实过程可花费长达一个或两个工作日来设置。

与使用单独隔板元件30相关的另一个问题是其倾向于在压片中引起变形(即，凹痕)，此由堆叠于其上的压片(和隔板)的重量引起。如可从图2中了解到，存在以圆周方式在隔板元件30之间的压片的较大未受支撑的面积。因为所述压片材料通常易弯曲，且因为氧化铝形成的隔板元件30不会变形，所以在对应于隔板元件30的位置中的压片的表面中出现压痕。这些变形尽管微小，但是必须在额外的精整步骤中将其机械加工除去，以获得适用于摩擦应用的所要的平坦表面。结果，因为预期在已知的方法中会发生变形，且预期最终的机械加工步骤以移除那些变形，所以每个压片的厚度均厚于最终产品所要的厚度。经机械加工除去的材料意味着经济上的浪费。

发明内容

鉴于上述内容，本发明涉及一种用于使堆叠的环形压片间隔分开的整体或其它形式的单件环形垫片元件。

根据本发明的一垫片元件具有一通常平整的环形形状，其具有相对的第一和第二表面。所包括表面的至少一个表面经加工成形以至少部分地界定用于使所述垫片元件的内部空间与一外部空间相连通的径向延伸的气流路径。

根据本发明的一垫片元件优选在径向尺寸上与跟其相邻的环形压片类似。也就是说，所述垫片元件优选具有与所述环形压片类似的内直径和类似的外直径。如果所述垫片元件在尺寸上与所述环形压片通常不相等，那么优选略微缩小所述垫片元件的大小(即，具有大于所述环形压片的内直径和/或小于所述环形压片的外直径)，而不是使所述垫片元件大于(即，径向上宽于)所述环形压片。

在本发明的一个实例中，垫片元件由一其中形成有开口的金属材料制成，所述金属材料包括(不限于)金属网格材料。所述金属材料可为裸露的(即，没有涂层，包括没有一剥离涂层)，此使得制造及整修相应地较为简单且较不昂贵。

附图说明

参考附图将更好地理解本发明，其中：

图1说明用于压实堆叠的环形压片的处理腔室；

图2说明用于将图1中说明的堆叠环形压片间隔分开的单独隔板元件的排列；和

图3a和图3b说明根据本发明的整体垫片元件的实例。

特别强调，本文的图式仅用于说明本发明的实例，且无意解释为以任何方式限制本发明的定义。还请注意，本文的图式一般来说或在相关视图中没有必要按比例绘制。

具体实施方式

一般来说，根据本发明的垫片元件具有某些根本有用的特征。

与在堆叠中的每一环形压片之间使用数个单独隔板元件相比，一整体或单件构造大大促进了将一处理腔室装载有堆叠的环形压片的操作。如上文注意到，上文参考图2所描述的常规排列需要手动放置每个常规隔板元件。此外，因为常规隔板元件通常由高度易碎的材料(诸如氧化铝)制成，所以在本来已经够冗长且乏味的手动过程期间必须非常小心地处理每个隔板元件以努力避免破裂。所述隔板元件又相对较小且非常薄(例如，1″x4″x0.1″)，这也使对其进行处理较困难。

由于使用根据本发明的一整体垫片元件，定位所述垫片元件的单一动作代替根据常规方法定位单独隔板元件的数次放置动作。与以上述常规方式装载处理腔室的一到两天相比，使用根据本发明的一整体垫片可(在相等基础上)将装载时间减少到两到四个小时。

另外，与如图2中所说明的单独隔板元件的常规使用相比，根据本发明的整体垫片元件的结构在一较大面积上更好地支撑堆叠于其上的一个或一个以上的环形压片的重量。具体地说，所述环形整体垫片元件的径向宽度应该约等于或稍微窄于所述环形压片的径向宽度。结果，每个环形压片在从所述处理腔室移除之后较不易变形。这意味着在压实处理之后想要获得有效未变形的表面需要较少的补救的机械加工。

如刚刚提及的，所述整体垫片元件优选具有约与所述环形压片相同的径向宽度，或略微较窄(例如，相对于其外直径和/或内直径窄约5mm)。假如所述整体垫片元件比所述环形压片宽，那么暴露的部分往往会具有因压实气体的分解而形成于其上的结垢(诸如热解碳)。这会缩短所述垫片元件的使用寿命或者必须采取额外的修整程序来移除这些结垢。另外，假如所述垫片元件向外径向延伸越过所述环形压片的外部边缘，那么会导致在处理腔室中定位数个用于同时处理的环形压片堆叠(此经常发生)方面产生问题。因为处理腔室内的间隔问题，此会负面影响生产效率，达到可同时处理的堆叠减少的程度。

一般来说，根据本发明的整体垫片元件包括在其一个表面或两个表面上径向延伸的通道或其它特征，此在实际效果中至少部分地界定了使整体垫片元件的径向内侧与其径向外侧相连通的气流路径。在此提及“部分地”界定的气流路径是因为在某些情形下，所述气流路径还由与所述整体垫片元件的结构合作的一个所述环形压片的相对表面而部分地界定。较佳地，使用整体垫片的气流路径的横截面面积在实际效果中可与现有技术的排列中呈现的横截面面积相比较。然而，此考虑可根据个别情况而有所变化。

应了解，例如，可通过调整每一通道的大小等或通过提供更多的通道等来影响所呈现的气流路径的总体横截面面积。在这个方面，一个确定因素是维持对叠加的环形压片的一所期望的支撑水平。

通常，根据本发明的整体垫片元件应该由可经受住高达约1100℃且优选(为安全目的)高达约1200℃到1400℃温度的材料制成。所选择的材料优选在所提及的操作温度下与压片反应最小。

适用于如所预期的整体垫片元件的材料的实例包括(不限于)诸如不锈钢、铬镍铁合金、钛、钼、钽和钨的金属材料。

图3a是根据本发明的一环形垫片元件600的另一个实例的平面图，且图3b是包括其放大局部部分的对应正视图。

环形垫片元件600通常由具有约20％到约80％开孔面积的穿孔金属材料制成。在它的一个特定实例中，环形垫片元件600由金属网格材料制成。

用于制造环形垫片元件600的金属材料必须(如上所提及)能够经受住高达约1100℃且优选(为提供一安全系数)高达约1200℃到1400℃的温度。不锈钢、铬镍铁合金、钛、钼、钽和钨是适当金属材料的所有适合的实例。

环形垫片元件600可通过从一片库存材料切割一适当大小的环形形状来形成。可使用任何适当的工业切割方法，包括(不限于)电脑控制的激光切割。

图3a和图3b说明使用一网格材料来制造环形垫片元件600的实例。如从图3b的放大部分中可清楚看到，网格材料是根据已知方法(尤其包括卷曲编织方法)制造的编织网格。一卷曲编织网格指的是在所述网格的至少一个方向上使所述金属丝预成形(即，卷曲)。参见(例如)在图3b中相对于金属丝604说明的卷曲金属丝602。因此，金属丝602中的起伏实际上呈现了邻近横向金属丝604的开口空间。这些开口空间(其在环形垫片元件600的面积上互连)共同提供数个通路，压实气体可经由所述通路在环形垫片600的内部与其外部之间传递。

一般来说，环形垫片元件600的厚度约为金属丝602或604的直径的两倍。在一个实例中，环形垫片元件600的整体厚度在1mm与约6mm之间。

环形垫片元件600具有与环形压片显著不同的热膨胀特征，所以其间的粘附是可忽略的，并且可以忽略碳环形垫片的剥离涂层。此外，可通过(例如)喷沙来容易且简单的对金属网格进行修复。

归因于压实发生的温度，所述压片中的某种程度的金属污染是可能的。然而，我们相信，鉴于在正常的制造过程中的表面机械加工等等流失的材料的量(例如，进行中间机械加工以再打开所述压片的多孔使得继续进行压实)，可忽略所述污染的深度。结果，无论此处污染为何物通常总会被移除。

虽然已相对于认为是本发明最实用的实施例描述了本发明，但请特别注意，这仅仅是举例，且在所附权利要求书的精神和范畴内对其进行适当的修改和变化是可能的。

Claims (20)

1.一种环形垫片元件，其具有第一和第二相对表面和穿过其形成的复数个开口，

其中所述元件由一金属丝网材料制成且至少部分地界定复数个径向延伸的气流路径，每个由所述元件界定的所述径向延伸的气流路径的部分从所述元件的一径向内侧延伸至所述元件的一径向外侧，从而使所述元件的所述径向内侧与所述径向外侧相连通。

2.根据权利要求1所述的元件，其中所述金属丝网材料是一裸露的金属材料。

3.根据权利要求1所述的元件，其中所述金属丝网材料是一可经受住高达约1100℃温度的耐火材料。

4.根据权利要求1所述的元件，其中所述金属丝网材料包含不锈钢、铬镍铁合金、钛、钼、钽和钨中的一者或一者以上。

5.根据权利要求1所述的元件，其中所述金属丝网材料具有一约20％到约80％的开孔面积。

6.根据权利要求1所述的元件，其中所述元件具有一约1mm到约6mm的有效厚度。

7.根据权利要求1所述的元件，其中所述金属丝网材料包括一卷曲编织网格。

8.根据权利要求1所述的元件，其中所述元件具有一为组成所述金属丝网材料的所述金属丝的直径的约两倍的有效厚度。

9.根据权利要求3所述的元件，其中所述耐火材料可经受住高达约1400℃的温度。

10.一种制备用于一化学气相渗透处理的复数个环形碳纤维压片的方法，其包含：

堆叠所述复数个环形碳纤维压片，其中分别在每对所述环形碳纤维压片之间提供一由一金属丝网材料制成的环形垫片元件，所述堆叠的复数个环形碳纤维压片和环形垫片元件在所述堆叠内共同界定一内部空间，

其中每个环形垫片元件具有第一和第二相对表面，且至少部分地界定用于使所述堆叠的所述内部空间与所述堆叠的一外部相连通的复数个径向延伸的气流路径，每个分别由一环形垫片元件界定的所述径向延伸的气流路径的部分从所述环形垫片元件的一径向内侧延伸至所述环形垫片元件的一径向外侧。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述金属丝网材料是一裸露的金属材料。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述金属丝网材料是一能够经受住高达1100℃的温度的耐火材料。

13.根据权利要求10所述的方法，其中所述金属丝网材料包含不锈钢、铬镍铁合金、钛、钼、钽和钨中的一者或一者以上。

14.根据权利要求10所述的方法，其中所述金属丝网材料具有一约20％到约80％的开孔面积。

15.根据权利要求10所述的方法，其中所述元件具有一约1mm到约6mm的有效厚度。

16.根据权利要求10所述的方法，其中所述金属丝网材料包括一卷曲编织网格。

17.根据权利要求10所述的方法，其中所述元件具有一为组成所述金属丝网材料的所述金属丝的直径的约两倍的有效厚度。

18.根据权利要求12所述的方法，其中所述耐火材料可经受住高达约1400℃的温度。

19.根据权利要求10所述的方法，其中每个环形垫片具有一小于所述环形碳纤维压片的一外直径的外直径和一大于所述环形碳纤维压片的一内直径的内直径。

20.根据权利要求19所述的方法，其中每个环形垫片的所述外直径和内直径比所述环形碳纤维压片的所述外直径和内直径分别小约5mm和大约5mm。