(57)【要約】【課題】新規な炭素ファイバブレーキプリホームを提供する。【解決手段】布から作られた炭素ファイバブレーキプリホーム（２０）、特に環状ディスクは連続ファイバ（２５）及びステープルファイバ（２６）からなるセグメント（２１）である。布セグメント（２１）内の大半の連続ファイバ（２５）は半径方向に環状ディスク（２０）の内径から外径までの６０°以内に位置するように配列される。布円弧セグメントは半径方向に及びセグメント円弧二等分線に対して平行に方位決めされたその実質上すべての連続ファイバを有するか、または、セグメントは、それぞれ、連続ファイバの半分がセグメント円弧二等分線に関して＋４５度の角度で方位決めされ、連続ファイバの半分がセグメント円弧二等分線に関して−４５度の角度で方位決めされるような交互する層として配列される。プリホームを作る方法は一方向性連続ファイバ及びステープルファイバの針穿孔された不織布を提供する工程と、複数の布セグメントを作る工程と、多層中間体としてセグメントを配列する工程と、ファイバを炭素に変換するために多層中間体を加熱する工程と、炭化された製品を濃縮する工程とを有する。上述のように作られたブレーキディスクにおいては、ファイバの引き抜きが最小化され、機械的な磨耗を減少させる。開示されたプリホームファイバ構造は、ブレーキディスクの強度を維持しつつ、磨耗量を減少させる。
2004530844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
９０乃至７０重量％の連続ファイバ（２５）及び１０乃至３０重量％のステープルファイバ（２６）からなる布円弧セグメント（２１）で形成された環状ディスクを有する炭素ファイバブレーキプリホーム（２０）であって、
布セグメント（２１）内の連続ファイバ（２５）の少なくとも８０％が環状ディスクの内径から外径までの半径方向に６０°内に位置するように配置することを特徴とする炭素ファイバブレーキプリホーム。
【請求項２】
布円弧セグメント（２１）は、その連続ファイバ（２５）の実質上すべてが半径方向に及びセグメント円弧二等分線に平行に方位決めされるように、配置されることを特徴とする請求項１の炭素ファイバブレーキプリホーム。
【請求項３】
布円弧セグメント（２１）は、それぞれ、その連続ファイバ（２５）のほぼ半分がセグメント円弧二等分線に関して＋４５度の角度で方位決めされ、その連続ファイバ（２５）のほぼ半分がセグメント円弧二等分線に関して−４５度の角度で方位決めされるような交互する層となって配置されることを特徴とする請求項１の炭素ファイバブレーキプリホーム。
【請求項４】
プリホーム複合体（２０）を作る方法であって、
ａ）一方向連続ファイバ（２５）の大きい方の部分とステープルファイバ（２６）の小さい方の部分とを有する針穿孔された不織布を提供する工程と；
ｂ）前記布から製造すべきプリホームの外径及び内径を有する複数のセグメント（２１）を作る工程と；
ｃ）応用のために所望のプリホーム密度を提供するように計算された重量及び寸法となるようにセグメント（２１）を多層中間体として配列する工程と；
ｄ）ファイバを炭素に変換するのに十分な時間量だけ、不活性雰囲気内で多層中間体を１５００℃以上の温度に加熱する工程と；
ｅ）炭素蒸着により、炭化された製品を所望のプリホーム密度に濃縮する工程と；
を有することを特徴とする方法。
【請求項５】
セグメント（２１）は、その連続ファイバ（２５）が半径方向に及びセグメント円弧二等分線に平行に方位決めされるように、上記工程ｃ）において配置されることを特徴とする請求項４の方法。
【請求項６】
セグメント（２１）は、その連続ファイバ（２５）がセグメント円弧二等分線に関して＋４５度の角度及びセグメント円弧二等分線に関して−４５度の角度で交互に方位決めされるような交互する層となって、上記工程ｃ）において配置されることを特徴とする請求項４の方法。
【請求項７】
環状のブレーキディスクにおいて磨耗を減少させる方法であって、
少なくとも８０％の連続ファイバ（２５）がほぼ半径方向の方法で整合されている複数の連続ファイバ（２５）で補強されたプリホーム（２１）からディスクを製造する工程を有することを特徴とする方法。
【請求項８】
環状のディスク形状を有し、９０乃至７０重量％の連続ファイバ（２５）及び１０乃至３０重量％のステープルファイバ（２６）からなる当接する布円弧セグメント（２１）の複数の連続的に重ねられた層で形成され、布円弧セグメント層（２１）がステープルファイバ（２６）の少なくとも一部により相互接続されているような形状付けられた繊維状布構造体（２０）であって、
布円弧セグメント（２１）内の連続ファイバ（２５）の少なくとも８０％が半径方向に環状ディスクの内径から外径までの６０°内に位置することを特徴とする構造体。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
この出願は、その全内容を参照としてここに組み込む２００１年４月９日付で出願された仮出願６０／２８２，４２８号に対する３５ＵＳＣ・１１９（ｅ）に基づく優先権を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は炭素ファイバ／炭素マトリックス複合体の製造において有用な繊維状基体及びそこから製造された炭素ファイバ／炭素マトリックス複合体に関する。このような複合体の代表的なものは、本発明の炭素ファイバ基体上に炭素マトリックスを蒸着し、続いて、炭素ファイバで補強された炭素マトリックスを提供するように組み合わせ体を炭化することにより作られた航空機及び高性能自動車のブレーキディスクである。
【背景技術】
【０００３】
ブレーキディスクに関連する分野で長年にわたって多くの進歩がなされてきた。米国特許第５，３８８，３２０号明細書は一方向性のフィラメント及びステープルファイバ（staple fiber;短繊維）の層から作られた炭化可能な針穿孔される(needle-punched) フィラメント系構造体（典型的には、環状プリホーム）を記載している。これらの構造体は炭素ファイバで補強された炭素の形状物品（典型的には、ブレーキディスク）を作るために使用することができる。この特許明細書の第７欄に教示されているように、構造体を作るために使用される円弧セグメントのいくつかは、大半のフィラメントが最終的な環体の実質上半径方向に延びるような方法で切断され、他は、大半のフィラメントが環体の実質上弦方向に延びるように切断される。前者のセグメントは半径方向において一層大きな寸法的安定性を有し、後者のセグメントは弦方向において一層大きな寸法的安定性を有する。
【特許文献１】
米国特許第５，３８８，３２０号明細書  米国特許第５，５４６，８８０号明細書は、多方向性の布、即ち少なくとも２つの方向に延びるフィラメント又はファイバを有する布により作られた、摩擦ディスクの製造に使用するのに適した、多層の環状形状の繊維状構造体からなる炭素ファイバで補強された複合体の製品のための繊維状基体を記載している。
【特許文献２】
米国特許第５，５４６，８８０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、炭素ファイバ複合摩擦ライニングにおいて、摩擦表面でのファイバの方位（orientation）が材料の磨耗特徴にとって主要な役割を果たすという認識を包含する。摩擦表面上の反対方向のファイバが互いに対して摺動するとき、機械的な磨耗が生じ、ファイバ束が摩擦表面から引き抜かれる。このファイバの引き抜きは炭素の周囲のマトリックスの破壊を招く。一層多くのファイバ引き抜き領域が摩擦表面上で生じると、これらのファイバを取り巻くマトリックスもまた破壊され、形成された空洞を満たす。これは、摩擦材料の全体的な厚さの減少を招く。
【０００５】
本発明は、炭素ファイバ摩擦材料の実地寿命を（磨耗量の減少を介して）増大させ、それによって所有者のコストを減少させることにより、ブレーキ製造者及びその顧客の双方の要求を処理する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
酸化ポリアクリロニトリル製の連続フィラメントのトウ（tows;短繊維）から作られる環状のプリホーム（preform;予備的形成品）を製造する方法は上記米国特許第５，３８８，３２０号明細書に記載されており、その全体の内容を参照として表現的にここに組み込む。本発明の新規なプリホーム科学技術においては、プリホーム内のファイバの方位は半径方向である。これは、連続ファイバが環状ディスクの内径から外径へ主として延びることを意味する。この様式でファイバを方位決めすることにより、ファイバの引き抜きが最小化され、それによって機械的な磨耗を減少させる。試験の結果、このプリホームファイバ構造を使用することにより、ディスクの強度及び一体性を維持しながら、磨耗量を４０％まで減少させることができることが分かった。
【０００７】
本発明の１つの実施の形態は、９０乃至７０重量％の連続ファイバと、１０乃至３０重量％のステープルファイバとからなる布円弧セグメントで形成された環状ディスクを有する炭素ファイバブレーキプリホームである。本発明の典型的な環状ディスクは、例えば、８５重量％の連続ファイバと１５重量％のステープルファイバとからなることができる。好ましくは、連続ファイバ及びステープルファイバの双方は酸化されたポリアクリロニトルリファイバである。このプリホームにおいては、布セグメント内の連続ファイバの少なくとも８０％は、半径方向に環状ディスクの内径から外径までの６０°内に位置するように、配置される。
【０００８】
従って、例えば、布円弧セグメントは、その連続ファイバの実質上すべてが半径方向に及びセグメント円弧二等分線に平行に方位決めされるように、配置することができ、または、布円弧セグメントは、それぞれ、その連続ファイバのほぼ半分がセグメント円弧二等分線に関して＋４５度の角度で方位決めされ、その連続ファイバのほぼ半分がセグメント円弧二等分線に関して−４５度の角度で方位決めされるような交互する層となって配置することができる。
【０００９】
本発明の別の実施の形態は、プリホーム複合体を作る方法である。この方法は、ａ）一方向性連続ファイバの大きい方の部分とステープルファイバの小さい方の部分とを有する針穿孔された不織布を提供する工程と、ｂ）布から製造すべきプリホームの外径及び内径を有する複数のセグメントを、この布から作る工程と、ｃ）応用に対する所望のプリホーム密度を提供するように計算された重量及び寸法となるようにセグメントを多層中間体として配列する工程と、ｄ）ファイバを炭素に変換するのに十分な時間量だけ、不活性雰囲気内で多層中間体を１５００℃以上の温度に加熱する工程と、ｅ）炭素蒸着により、炭化された製品を所望のプリホーム密度に濃縮する工程と、を有する。
【００１０】
セグメントは、その連続ファイバが半径方向に及びセグメント円弧二等分線に平行に方位決めされるように又はその連続ファイバがセグメント円弧二等分線に関して＋４５度の角度及びセグメント円弧二等分線に関して−４５度の角度で交互に方位決めされるような交互する層となって、上記工程ｃ）において配置できる。炭化された製品は化学蒸発浸透／化学蒸着を使用して、上記工程ｅ）において濃縮できる。この方法により製造された仕上がりディスクの典型的な密度は１．７０−１．８０ｇ／ｃｃの範囲にある。
【００１１】
本発明の更に別の実施の形態は、環状のブレーキディスクにおいて磨耗を減少させる方法であって、少なくとも約８０％の連続ファイバがほぼ半径方向の方法で、例えば環状のディスクブレーキの半径の６０°内で整合されている複数の連続ファイバで補強されたプリホームからディスクを製造する工程を有する方法である。２つの特定の場合において、連続ファイバは環状のブレーキディスクの半径上に位置するか、または、連続ファイバは環状のブレーキディスクの半径から４５°の角度で位置する。この方法を使用すると、連続ファイバ半分が各プリホームセグメントの半径により二等分される１２０°円弧の外側に位置するようなプリホームから作った他の方法で比較できるブレーキディスクの磨耗に比べて、例えば２５％又はそれ以上だけ、ブレーキディスクの磨耗を減少させることができる。
【００１２】
最後に、本発明は、環状のディスク形状を有し、９０乃至７０重量％の連続ファイバと、１０乃至３０重量％のステープルファイバとからなる当接する布円弧セグメントの複数の連続的に重ねられた層で形成され、布円弧セグメント層がステープルファイバの少なくとも一部により相互接続されているような形状付けられた繊維状布構造体であって、布円弧セグメント内の連続ファイバの少なくとも８０％が半径方向に環状ディスクの内径から外径までの６０°内に位置することを特徴とする構造体を提供する。布円弧セグメントは、その連続ファイバが半径方向に及びセグメント円弧二等分線に平行に方位決めされるように又はその連続ファイバがセグメント円弧二等分線に関して＋４５度の角度及びセグメント円弧二等分線に関して−４５度の角度で交互に方位決めされるような交互する層となって、配置できる。
【発明の効果】
【００１３】
これらの新規なファイバプリホーム構造（半径方向及び±４５°）の実施は、ブレーキ製造者が既存の航空会社の要求を満たす一層低い摩擦ライニングを製造するのを可能にする。更に、ブレーキ製造者は、この科学技術により生じる過剰な生産能力を利用することによる更なる資本投資を行うことなく、増大する要求を満たすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の更なる利点は以下に行う詳細な説明から明らかとなろう。しかし、本発明の好ましい実施の形態を示している、詳細な説明及び特定の例は、当業者にとっては、本発明の精神及び範囲内での種々の変更及び修正がこの詳細な説明から明らかになるので、単なる例示であることを理解すべきである。
【００１５】
図１Ａ及び図１Ｂは本発明に従って使用できるプリホーム布セグメントを示し、一方、図１Ｃは上記米国特許第５，３８８，３２０号明細書の図５に示されたものの如き従来のプリホームセグメントを示す。これらすべての図において、水平線の視界は連続ファイバを表す。図１Ａは、連続ファイバがセグメントの半径内に位置するような布セグメントを示し、一方、図１Ｂは、その半径が布内の連続ファイバの方向に関して４５°の角度を描くように方位決めされた布セグメントを示す。従来技術を示す図１Ｃは、その半径が布内の連続ファイバの方向に関して９０°の角度を描くような布セグメントを含む。プリホーム内でのこのような布セグメント（即ち、９０°の方位）の存在が、本発明に従って製造された同様の複合体よりも一層大きな摩擦磨耗を受ける炭素ファイバ／炭素マトリックス複合体を提供する。
布
本発明に係る布セグメントを製造するために次の処理を使用することができる。けば立ったウエブが所望の面積重量を達成するように重ね継ぎされ、次いでステープルファイバウエブ布を形成するように針穿孔される。ステープルファイバウエブはステープルファイバをエアレイ(airlaying)することにより形成することができる。これとは別個に、クリールを使用して、大きくて連続的なトウを広げ、所望の面積重量のシートを形成する。シートは針型織機を通して処理され、連続的なファイバ布に一体性を与える。この布は連続トウ布として知られる。次いで、ステープルファイバウエブが連続トウ布内へ針穿孔され、両面布と呼ばれるものを形成する。本発明に従って使用される＋４５°、−４５°及び半径方向のセグメントは両面布から切断される。
【００１６】
本発明の１つの態様は、主に一方向性の連続ファイバで構成された不織布から切断されたセグメントからプリホームを製造することである。不織布はまた少量ではあるが十分な百分率（典型的には、１０乃至３０重量％）のステープルファイバを含み、このステープルファイバは針穿孔時に構造上の一体性を提供する。例えば８５重量％の一方向性連続ファイバ及び１５重量％のステープルファイバで作った布により、優れた効果を得ることができる。一般に、布は針穿孔連続トウの層となるように針で縫った、けば立った針穿孔ステープルウエブからなる。出来上がった布は両面布として知られる。
【００１７】
この不織布を得るために使用されるファイバは炭素質性質のものでなければならない。酸化されたポリアクリロニトリル（ＯＰＡＮ）ファイバは特に好ましいが、熱硬化ピッチファイバ、未酸化ポリアクリロニトリルファイバ、炭素ファイバ、黒鉛ファイバ、セラミックファイバ及びその組み合わせを含む他の普通のファイバを使用することができる。本発明に従えば、ファイバは一般に「トウ」と呼ばれる連続フィラメントのストランドとして使用される。本発明に使用されるステープルファイバは連続ファイバと同じ形式のファイバから選択することができる。必ずしも連続ファイバと同じにする必要はない。しかしながら、ステープルファイバに対してもＯＰＡＮが好ましい。
【００１８】
本発明の履行において、例えば６８度のセグメント円弧を有するセグメントが布シートから切断され、セグメントは製造すべきプリホームの外径及び内径を有する。６８度の円弧が好ましい。その理由は、この円弧の寸法が製造している部品内での突合せ継手重なりを最小化するからである。しかし、必要なら、他の円弧寸法を使用することができる。
【００１９】
円弧セグメントの内径及び外径は製造すべきプリホームに基づき選定される。例えば、ロータプリホームは約１３９．７ｍｍ（５．５インチ）の内側半径及び約２６６．７ｍｍ（１０．５インチ）の外側半径を有するセグメントから製造することができる。ステータプリホームは約１２３．８３ｍｍ（４．８７５インチ）の内側半径及び約２４７．６５ｍｍ（９．７５インチ）の外側半径を有するセグメントから製造することができる。当業者なら、製造すべき特定のプリホーム形式に対して適当な内径及び外径を設定することは困難でなかろう。次いで、これらのセグメントは、応用に対する所望のプリホーム密度に基づき、特定の重量及び寸法となるように螺旋状の敷設パターンに従って一緒に針縫いされる。布層は針によりｚ方向へ運ばれるステープルファイバにより相互係止される。
針縫い
針縫いは、その全体の開示を参照のためにここに組み込む上記米国特許第５，３８８，３２０号明細書に記載されたような環状針縫い機により実行することができる。環状の針縫いは、セグメントを針縫いする所望の環状形状の内径及び外径を有する回転する独立気泡性のポリマーフォームリング上に（一度に１個ずつ）個々の布セグメントを連続的に配置する処理である。このようなリングの一例は約２５４ｍｍ（１０インチ）の内径及び約５０８ｍｍ（２０インチ）の外径を有する。しかし、当業者なら、製造すべき形状に応じてこのような寸法を種々に変更できることを認識できよう。セグメントは端と端を接して置かれ、所望の重量及び寸法となるように螺旋状の敷設パターンに従って一緒に針縫いされる。
【００２０】
フォームリングベースはその上にセグメントの第１の数個の層を針縫いする剛直な構造体を提供する。針は布の層を通ってフォームリング内へ侵入する。これらのセグメント層は、ｚ方向のファイバ（主にステープルファイバ）が布層を通してフォーム内へ運ばれるときに、フォームに機械的に接着される。これは、構造体が製造されるときに、セグメントの引き続きの層を組み立てるのに必要な一体性を提供する。セグメントの層が形成されると、セグメントはフォームリング内へはもはや針縫いされないが、布層間のファイバ束を機械的に相互係止することによりセグメントの先の層内へ針縫いされる。
プリホーム
この層針縫い処理はプリホームと呼ばれる厚い環状のリングを形成する。プリホームの厚さが成長すると、層毎の同じ針侵入深さを維持するように下げられる。結果としてのプリホームは針縫い処理中に一緒に機械的に接着されたセグメントの多数の層からなる。典型的なプリホームは１５乃至３５個の層で作られる。しかし、当業者なら、製造すべき形状に応じて、一層少ない又は一層多い層を使用できることを認識できよう。フォームリングはプリホーム形成処理の終期に除去される。出来上がったプリホーム（２０）は図２に示すが、それぞれ厚さ（２８）を有する多数のセグメント（２１）で作られている。図２において、セグメントは半径方向のトウ（２５）を特徴とする。これらは、ｚ方向（即ち、セグメントの面に垂直な方向）に針縫いされてしまったステープルファイバ（２６）により上下のセグメント層に結合される。
【００２１】
摩擦表面で半径方向に指向したファイバのこの新規な概念を使用する２つのプリホーム構造が本発明に従って製造された。本発明の一方のプリホーム構造は、連続ファイバがセグメント円弧二等分線に平行に方位決めされたセグメントを提供する。これらのセグメントは半径方向セグメントとして参照され、図１Ａに示す。本発明の他方のプリホーム構造は一方向性トウから導き出された連続ファイバに関して特定の範囲内で角度づけられた布セグメントの交互する層から製造されたプリホームを提供する。図１Ｂは＋４５度ファイバ方位セグメント及び−４５度ファイバ方位セグメントを示す。本発明に従って使用される「−４５」度ファイバ方位セグメントは図１Ｂに示すようにダイス切断角度を変更することにより又は単に「＋４５」度セグメントを裏返しにすることにより、作ることができる。
【００２２】
第１のプリホーム構造は半径方向に指向したすべての連続ファイバを備えたセグメントから製造される。これは、一方向性のトウファイバがセグメント円弧二等分線に平行に走ることを意味する。例えば６８度円弧セグメントと組み合わせて、プリホームの層毎のバイアスは半径方向においてファイバ長さに沿って直線欠陥部が形成されるのを禁止する。
【００２３】
第２のプリホーム構造は２つの異なるセグメント形式を使用して製造される。第１のセグメント形式においては、一方向性のトウファイバはセグメント円弧二等分線に対して＋４５度の角度で走り、第２のセグメント形式においては、一方向性のトウファイバはセグメント円弧二等分線に対して−４５度の角度で走る。このプリホームのためのセグメント敷設は＋／−４５度の方位を追う。この敷設パターンはプリホームの層化にわたって繰り返される。このプリホーム構造は複合ディスクの全体の機械特性を改善するために層毎の一層望ましいバイアスを提供する。
【００２４】
これらの構造から製造されたプリホームは不活性雰囲気内で、極めて高い温度、例えば１５００℃以上に熱処理され、ファイバを炭素に変換する。プリホーム内のファイバの炭化を提供する限り、精確な温度及び時間長さを種々に変更できる。次いで、プリホームは普通の方法を使用して濃縮され、繊維状のプリホーム基体に炭素マトリックスを堆積させる。
濃縮
基体上での炭素の堆積は炭素担持ガスを分留することにより本来の場所で行われる。この処理は炭素蒸気蒸着（ＣＶＤ）または炭素蒸気浸透（ＣＶＩ）として参照され、これらの用語は本発明の目的のために互換できる。代わりに、基体は液体ピッチ又は炭素担持樹脂で繰り返し含漬でき、その後樹脂を炭にする。
【００２５】
炭素蒸気浸透及び蒸着（ＣＶＩ／ＣＶＤ）は多孔性構造体内に結合マトリックスを蒸着するための周知の方法である。用語「炭素蒸気蒸着」（ＣＶＤ）は一般に表面コーティングの蒸着を意味するが、用語はまた多孔性構造体内でのマトリックスの浸透及び蒸着を参照するために使用される。ここで使用するように、用語ＣＶＩ／ＣＶＤは多孔性構造体内でのマトリックスの浸透及び蒸着を参照することを意図する。この技術は炭素質又はセラミックの多孔性構造体内で炭素質又はセラミックのマトリックスを蒸着することにより高温構造複合体を製作するのに特に適する。これらの複合体は炭素／炭素航空機ブレーキディスク及びセラミック燃焼器又はタービン素子の如き構造体において特に有用である。一般に知られたＣＶＩ／ＣＶＤ処理は４つの一般的なカテゴリー：等温、熱勾配、圧力勾配及びパルス（脈動）流に分類できる。
【００２６】
等温ＣＶＩ／ＣＶＤ処理においては、反応剤ガスが数ミリｔｏｒｒほどのできる限り小さい絶対圧力で加熱された多孔性構造体のまわりを通過する。ガスは集中勾配及びクラックにより駆動される多孔性構造体内へ拡散し、結合マトリックスを堆積する。この処理はまた「普通の」ＣＶＩ／ＣＶＤとして知られる。多孔性構造体は多少均一な温度に加熱され、それ故、用語「等温」であるが、これは実際には誤った名称である。多孔性構造体内でのある温度変化は、不均一加熱（大半の炉においては本質的に避けられない）、反応剤ガス流によるある部分の冷却、及び反応効果の熱による他の部分の加熱又は冷却のため、免れない。本質的に、「等温」は、結合マトリックスの蒸着に優先的に影響を及ぼす熱勾配を誘起する意図がないことを意味する。この処理は多量の多孔性物品を同時に濃縮するために十分適し、炭素／炭素ブレーキディスクを作るのに特に適する。
【００２７】
熱勾配ＣＶＩ／ＣＶＤ処理においては、多孔性構造体は多孔性構造体の一部に蒸着を生じさせる急峻な熱勾配を発生させるような方法で加熱される。熱勾配は、多孔性構造体の一表面のみを加熱することにより、例えばサスセプタ壁に対して多孔性構造体表面を置くことにより、生じさせることができ、対向する表面を冷却することにより、例えば液体で冷却された壁に対して多孔性構造体の対向表面を置くことにより、向上させることができる。結合マトリックスの蒸着は熱い表面から冷たい表面へ進行する。
【００２８】
圧力勾配ＣＶＩ／ＣＶＤ処理においては、反応剤ガスは多孔性構造体の１つの表面から多孔性構造体の対向する表面へ向かって圧力勾配を誘起させることにより多孔性構造体を通って流れるように圧送される。反応剤ガスの流量は等温及び熱勾配処理に比べて大いに増大され、これは結合マトリックスの蒸着量を増大させる。この処理はまた「圧送流れ」ＣＶＩ／ＣＶＤとして知られる。環状の多孔性壁は、この処理を使用して、（ブレーキディスクを作るための）多数の重ねられた環状ディスクから又は単一の環状構造体として形成することができる。
【００２９】
最後に、パルス流ＣＶＩ／ＣＶＤ処理は加熱された多孔性構造体を収容する室に対して反応剤ガスを迅速かつ周期的に満たし、排出することを含む。周期的な作用は反応剤ガスを多孔性構造体に強制的に浸透させ、また、多孔性構造体から分留された反応剤ガス副産物を強制的に除去する。ＣＶＩ／ＣＶＤ処理のこれらすべての変形例においては、予め設定された密度が摩擦材料応用に対して達成されるまで、炭素蒸着が続行される。濃縮処理に続き、複合体にとって所望の熱的、機械的及び摩擦的特性を設定するために最終の熱処理を遂行することができる。
【事例】
【００３０】
事例１
プリホームは、連続ファイバがセグメント円弧二等分線に平行に方位決めされるようなセグメントから全体的に製造される。これらのセグメントは半径方向セグメントとして参照され、図１に示す。普通の環状針縫い機械で針縫いが実行される。個々の布セグメントは製造されているプリホームの環状形状の内径及び外径を有する回転する独立気泡性ポリマーフォームリング上に一度に１つずつ置かれる。セグメントは端と端を接して置かれ、所望の重量及び寸法となるように螺旋状敷設パターンに従って一緒に針縫いされる。プリホームの厚さが成長すると、層毎の同じ針侵入深さを維持するように下げられる。結果としてのプリホームは針縫い処理中に一緒に機械的に接着されたセグメントの多数の層からなる。フォームリングはプリホーム形成処理の終期に除去される。出来上がったプリホームは図２に概略的に示す。
事例２
プリホームは＋４５度のファイバ方位セグメントと−４５度のファイバ方位セグメントとの交互の層から製造された。ＳＧＬ社によりＰａｎｏｘの商品名で売られている酸化ポリアクリロニトリルを連続ファイバ及びステープルファイバの双方に使用した。ファイバは針穿孔された連続トウへと針縫いされてしまったけば立った針穿孔ステープルウエブからなる両面布とした。プリホーム組立体針縫い処理前の自由状態形状でのセグメント厚さは３−４ｍｍであった。この例のプリホームの製造に２つの異なる寸法のセグメントを使用した。ロータプリホームは約１３９．７ｍｍ（５．５インチ）の内側半径及び約２６６．７ｍｍ（１０．５インチ）の外側半径を有するセグメントから製造された。
【００３１】
ステータプリホームは約１２３．８３ｍｍ（４．８７５インチ）の内側半径及び約２４７．６５ｍｍ（９．７５インチ）の外側変形を有するセグメントから製造された。両方のセグメント形式は６８度の円弧を使用して製造された。この例で使用されたプリホーム内のセグメント層の数は２６乃至３２個の範囲であった。これらのセグメントは図１Ｂに示すものと同様の＋４５度及び−４５度のセグメントから導き出された。本発明のこの実施の形態において、連続ファイバはプリホームの層の半分においてセグメント円弧二等分線に対して＋４５度のファイバ角度とし、＋４５度セグメント層の各々は−４５度セグメント層により他の＋４５度セグメント層から分離された。−４５度方位は＋４５度セグメントを裏返すことにより達成された。
【００３２】
普通の環状針縫い機械で針縫いを実行した。個々の布セグメントは製造されているプリホームの環状形状の内径及び外径を有する回転する独立気泡性ポリマーフォームリング上に一度に１つずつ置かれた。セグメントは端と端を接して置かれ、所望の重量及び寸法となるように螺旋状敷設パターンに従って一緒に針縫いされた。プリホームの厚さが成長すると、層毎の同じ針侵入深さを維持するように下げられた。結果としてのプリホームは針縫い処理中に一緒に機械的に接着されたセグメントの多数の層から構成された。フォームリングはプリホーム形成処理の終期に除去された。出来上がったプリホームは図２に概略的に示す。
【００３３】
これらの構造から製造されたプリホームはファイバを炭素に変換するために不活性雰囲気内でほぼ１５００℃に熱処理された。次いで、プリホームは強制流ＣＶＩ／ＣＶＤ処理を使用して繊維状プリホーム基体内で炭素マトリックスを堆積するために混合炭化水素ガスで濃縮された。最後に、濃縮されたプリホームは複合体のための所望の熱的、機械的及び摩擦的特性を設定するために１５００℃以上に再度加熱された。
例３
全寸法の航空機ブレーキディスクが例２の＋／−４５度構造手順に従って作られた。ディスクは規格Ｂ７６７−３００として形状づけられた。全部スケールブレーキは４ロータ形状のものとした。すなわち、ブレーキは４個のロータ、３個のステータ、１個の圧力板及び１個の支持板で構成された。素子の適当な寸法は次の通りである：
【００３４】
【表１】
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【００３５】
これらのディスクは（前離陸自力移動停止を表す）冷間自力移動停止、着陸停止、及び（航空機がゲートに近づくときの後着陸自力移動停止を表す）一連の熱間自力移動停止を含む標準の商業的航空機使用スペクトルを擬態するように設計された磨耗試験を受けた。磨耗試験用着陸エンジンは実際の商業的奉仕において生じる航空機負荷における変化を表す種々のエネルギレベル間に分配された。
【００３６】
磨耗試験は次のように行った：
シーケンス＃１  −  ９回の冷間自力移動、５０％奉仕エネルギ（１．４６３Ｍｆｔ−ポンド）着陸停止、７回の熱間自力移動。（シーケンスは１２０回繰り返した。）
シーケンス＃２  −  ９回の冷間自力移動、７５％奉仕エネルギ（２．１９４Ｍｆｔ−ポンド）着陸停止、７回の熱間自力移動。（シーケンスは６０回繰り返した。）
シーケンス＃３  −  ９回の冷間自力移動、１００％奉仕エネルギ（２．９２５ｆｔ−ポンド）着陸停止、７回の熱間自力移動。（シーケンスは２０回繰り返した。）
各試験は単一ロータブレーキ形状で１回及び全ブレーキ形状で１回行った。単一ロータブレーキ試験に対しては、結果としての磨耗はたったの８４マイクロインチ／表面／シーケンスであり、全ブレーキ試験に対しては、結果としての磨耗はたったの９２マイクロインチ／表面／シーケンスであった。比較として、従来のＢ７６７ブレーキディスクはこれらの試験において１５４マイクロインチ／表面／シーケンスを示す。
【００３７】
上述の説明及び特定の実施の形態は本発明の原理の単なる例示であることを理解すべきである。当業者なら、特許請求の範囲内に要約されたような本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本発明に対する修正及び付加を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１Ａ及び１Ｂは本発明に従って使用できる２つの異なる布セグメント方位を示す頂平面図である。図１Ｃは従来の布セグメント方位を示す頂平面図である。
【図２】本発明のプリホームの概略斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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