用于加工复合材料的工具，包括碳泡沫、附着到该碳泡沫上以形成整体式细晶粒石墨状表面的密封剂；和面板材料表皮。该面板材料包括：喷雾沉积的金属涂层；更优选地，热或等离子体喷雾沉积的金属；最优选地，等离子体喷雾的Ｉｎｖａｒ金属。该面板材料可以任选地包括薄镀层。该面板材料可替代地包括塑料、树脂材料和碳－碳复合材料。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术背景相关申请[0001]本申请是2005年5月25日提交的名称为“Sealant for HighStrength Carbon Foam”的共同未决且共同转让的美国专利申请序列第11/137,111号的部分延续并要求其优先权，以及本申请是2004年10月21日提交的名称为“High Strength Monolithic Carbon Foam”的共同未决且共同转让的美国专利申请序列第10/970,352号的部分延续并要求其优先权，将其公开内容通过引用结合进来。
[0002]本专利技术涉及可用于制备复合材料的覆层碳泡沫加工工具(clad carbon foam tooling article)。更特别地，本专利技术涉及如下加工工具，包括外覆有耐久面板材料(durable facesheet material)的高强度碳泡沫块。甚至更特别地，本专利技术涉及包括用固化的碳质水泥密封且外覆有热相容耐久面板材料的高强度整体式碳泡沫块的加工工具，并进一步涉及用于制备这种工具的方法和材料。
技术介绍
[0003]在现有技术中已经建议了高强度轻质碳材料可用于加工工具。特别地，由于其低密度以及非常高或非常低的导热性，碳泡沫吸引了非常大的近期关注。不幸的是，现有技术方法制备的碳泡沫不足以用于很多高温应用，例如复合材料加工。这些泡沫通常不是整体式的且不能满足这些应用的强度和强度密度比需求。此外，具有高度互连孔的开孔碳泡沫具有使其不适用这些应用的孔隙率。术语孔和孔隙可互换使用表示通过其前体材料中的气体置换在泡沫中形成的小空腔。[0004]现有技术中还已经建议了对碳泡沫进行覆层作为改性方式以改善其作为加工工具的可用性。在其美国专利第6,849,098号中，Joseph和Rogers描述了覆层有所谓的“面板”材料的、具有高度互连的-->开孔孔结构的碳泡沫产品。此处的术语“面板”表示具有工作面或工作表面的工具(特别是加工工具)的表皮、覆层或外层。依照Joseph和Rogers描述的方法施加到碳泡沫上的面板材料完全或部分填充该孔体积。然而，用面板材料填充孔将提高该泡沫的密度并因此降低其作为用于复合材料加工中的轻质材料的适用性。由Joseph和Rogers制备的覆有面板的碳泡沫表现出固有的结构问题，包括难于将该面板材料直接粘附到该碳泡沫上，以及由热膨胀速率不相容造成的面板材料的内在受力和开裂。Joseph和Rogers的泡沫产品可能没有加工或其他结构应用所需的强度密度比。而且，依照Joseph和Rogers技术制备的泡沫不能以用于加工的足够大的块形式获得，因此需要将数个块用水泥固定在一起。尽管可以将这种块成功地用水泥固定在一起，但更多的经水泥接合必然会降低所得到的块的结构完整性，以及能够在成品中导致接缝。[0005]近来，UCAR Carbon Company Inc.，Parma，Ohio已经开发并以商品名GRAFOAM商品化了碳泡沫，并在美国专利申请公开第US2006-0086043A1号中对其进行了描述，本申请要求其优先权。该新泡沫是整体式的，且具有可控制的孔结构，以提供适用于复合材料加工和其他应用的孔结构、强度和强度密度比。事实上，GRAFOAM碳泡沫中发现的特征的组合(包括高于现有技术中证实的强度密度比)已经发现是在将碳泡沫应用于复合材料加工应用中所必需的。[0006]尽管GRAFOAM碳泡沫与市场上可获得的开孔碳泡沫相比具有提供低透气性的孔结构，但是其碳泡沫表面仍是多孔的，且需要密封以使该碳泡沫特别可用于例如加工的应用。如果该泡沫表面没有充分密封，在复合材料制备工艺过程中(例如树脂注入和真空辅助树脂传递成型)树脂能够渗透到该泡沫块中。该新型碳泡沫具有约0.05～约0.8克每立方厘米(g/cm3)的密度，具有至少约2000磅每平方英寸(psi)的抗压强度(由例如ASTM C695测定)，用于复合材料加工材料；核心材料是较低密度的材料。当意于用于高温应用(例如复合材料加工)时，形成该新型碳泡沫以提供至少约7000psi/(g/cm3)的强度密度比。[0007]该新型碳泡沫具有具有低互连度的孔结构。两种截然不同的孔尺寸分布大大促进了该新型碳泡沫用于复合材料加工应用的适用性。一种孔尺寸在微米范围内；另一种在几十到几百微米范围内。然而，传统商品密封剂不能将该孔密封到所需的程度。低粘度商品密封剂只是-->通过毛细作用进入该泡沫中，甚至在很多次施加之后仍不能密封该表面。高粘度商品密封剂/粘结剂(例如可作为Loctite 9394和9396商业获得的)在该泡沫表面上形成密封剂表皮；这种表皮在固化过程中收缩并开裂，导致该密封剂与该泡沫分层。[0008]用于密封整体式石墨或其他“固体”碳块的水泥密封剂是现有技术中已知的。以前公开的碳质水泥包括具有以约20wt％～约85wt％存在的细碎的固体碳质颗粒(例如石墨粉、焦炭粉、碳黑、沥青焦炭粉和煅烧灯黑粉)的水泥糊组合物。这种现有技术的水泥也可以包括树脂粘结剂系统、溶剂和催化剂。尽管有效作为水泥，但现有技术中并未公开将碳质水泥用于密封多孔碳泡沫或将多孔碳泡沫块(特别是具有特别适用于例如复合材料加工的应用的孔结构的那些)粘结在一起。[0009]近来，UCAR Carbon Company Inc.，Wilmington，Delaware已经开发了包括两种具有不同尺寸分布颗粒的填料部分的新型密封剂，并在上述美国专利申请序列第11/137,111号中对其进行了描述，本申请要求其优先权。第一填料部分包括约12wt％～约50wt％的新型密封剂材料，且具有其中至少80％的颗粒的直径为约2微米～约500微米且平均直径小于约120微米的颗粒尺寸分布。第二填料部分包括约8wt％～约35wt％的新型密封剂材料，且具有约0.2～约10微米的平均颗粒尺寸。该填料颗粒能够是任何能够以所需颗粒尺寸和分布制备的材料，包括金属和陶瓷，例如碳化硅，所述两个填料部分可以是不同材料的。该填料颗粒可以由碳质材料制成，以与该新型碳泡沫的热膨胀系数(CTE)更紧密匹配。[0010]该新型密封剂材料能够有效填充该新型碳泡沫的较小孔和双峰孔结构，其具有较大和较小的相对球形孔的组合。如果该泡沫将用于例如复合材料加工的应用，则需要该新的双峰孔结构。在固化或低温碳化之后，该新型密封剂材料在该泡沫表面上形成厚度约为1000微米或更小的薄层，以及充分粘结到该蜂窝状碳泡沫表面上。这种新型密封剂的应用将该碳泡沫表面形态有效转变为整体式的细晶粒石墨状表面。因为该填料颗粒提供了结构稳定性，而且还因为该填料颗粒缓和了该树脂组分较高的热膨胀系数(CTE)使得该密封剂和该碳泡沫具有相容的热膨胀系数，所以该密封剂薄层与该碳泡沫充分粘结。该填料颗粒还有助于限制密封剂中可用于渗透到碳泡沫中的液体组分的量。该密封剂层-->的经改性的表面形态使得能够用典型的没有填料的模用密封剂进一步密封该表面以提供真空密闭型表面。施加到该新型碳泡沫而不使用面板材料等的新型密封剂可以用于有限的复合材料加工应用，例如原型制作，其中该加工用表面(tooling surface)的耐久性没有受到很大的关注。然而，在制备应用中通常需要较大的加工用表面耐久性和光滑度。[0011]如本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于加工复合材料的工具，该工具包括： 碳泡沫，其具有孔分布，所述孔分布使得至少约９０％的孔体积包括直径约１０微米～约１５０微米的孔以及至少约１％的孔体积包括直径约０．８微米～约３．５微米的孔； 附着到该碳泡沫上的密封剂层；和 附着到该密封剂层上的表皮，该表皮具有加工用表面。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-6-12 11/762,0451.用于加工复合材料的工具，该工具包括：碳泡沫，其具有孔分布，所述孔分布使得至少约90％的孔体积包括直径约10微米～约150微米的孔以及至少约1％的孔体积包括直径约0.8微米～约3.5微米的孔；附着到该碳泡沫上的密封剂层；和附着到该密封剂层上的表皮，该表皮具有加工用表面。2.权利要求1的工具，其中该表皮包括Invar金属。3.权利要求1的工具，其中该表皮包括金属表皮。4.权利要求3的工具，其中该表皮进一步包括薄镀层，该薄镀层形成该加工用表面。5.权利要求1的工具，其中该工具包括具有未固化的前体状态的碳质组分，该碳质组分包括该表皮、该密封剂和该碳泡沫的至少之一，和其中，在固化后，所有该碳质组分直至至少约300℃的温度是稳定的。6.权利要求5的工具，其中在固化后，该碳质组分直至至少约400℃的温度是稳定的。7.权利要求1的工具，其中该表皮包括具有光滑的、耐久表面的面板材料的柔性片材，该面板材料选...
【专利技术属性】
技术研发人员：D卡沙克，RL邵，
申请(专利权)人：格拉弗技术国际控股有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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