本公開涉及碳-碳復合材料的制造，諸如由碳-碳復合材料制成的飛行器制動盤的制造。

背景技術：

碳-碳復合材料是包括具有用碳纖維增強的碳的基體的復合材料。碳-碳（c-c）復合部件能夠被用于許多高溫應用中。例如，航空工業(yè)針對商用和軍用飛行器采用c-c復合部件作為摩擦材料，諸如制動摩擦材料。

一些碳-碳復合物，諸如用在航空工業(yè)中的一些碳-碳復合制動盤，可以由多孔預制件制成，該預制件包括多層碳纖維，其可以使用若干過程中的一種或多種被致密化，所述過程包括化學氣相沉積/化學氣相滲透（cvd/cvi）、真空/壓力滲透（vpi）或者樹脂傳遞模塑（rtm），以用碳來滲透多孔預制件。在致密化過程之前，一些預制件會經(jīng)受針刺過程。

技術實現(xiàn)要素：

在一些示例中，本公開描述了一種用于制造碳-碳復合物的預制件，所述碳-碳復合物包括多個層，所述多個層包括碳纖維或碳前體纖維，其中所述多個層沿中央軸線堆疊以形成層疊，其中所述多個層包括限定所述預制件的第一主要表面的第一外部層、限定與第一主要表面相對的預制件的第二主要表面的第二外部層以及布置于第一外部層和第二外部層之間的至少一個內(nèi)部層，所述至少一個內(nèi)部層具有周邊區(qū)域，其形成預制件的外表面的一部分；以及多個針刺纖維，其中所述多個針刺纖維中的至少一些針刺纖維延伸通過所述多個層中的兩個或更多個層；其中所述預制件具有外部區(qū)域和核芯區(qū)域，其中所述外部區(qū)域包括所述至少一個內(nèi)部層的至少周邊區(qū)域；其中所述多個針刺纖維限定外部區(qū)域中的第一針刺纖維數(shù)密度（nfnd）和核芯區(qū)域的至少一部分中的第二nfnd，其中第二nfnd大于第一nfnd。

在一些示例中，本公開描述了一種包括沿中央軸線堆疊包括碳纖維或碳前體纖維的多個層以形成層疊的方法，其中所述多個層包括第一外部層、第二外部層和布置于第一外部層和第二外部層之間的至少一個內(nèi)部層，其中所述至少一個內(nèi)部層包括鄰近所述層疊的外部表面的至少一個周邊區(qū)域；以及實質(zhì)上平行于所述中央軸線針刺所述層疊以形成包括多個針刺纖維的預制件，其中所述多個針刺纖維中的至少一些針刺纖維延伸通過所述多個層中的兩個或更多個層，其中所述預制件包括核芯區(qū)域和外部區(qū)域，其中所述外部區(qū)域包括所述至少一個內(nèi)部層的所述至少一個周邊區(qū)域，其中所述外部區(qū)域至少部分地圍繞所述核芯區(qū)域，其中所述多個針刺纖維限定在外部區(qū)域中的第一針刺纖維數(shù)密度（nfnd）和在核芯區(qū)域中的第二nfnd，并且其中第二nfnd大于第一nfnd。

在一些示例中，本公開描述了一種包括多個層的碳-碳復合物，所述多個層包括：碳纖維，其中所述多個層沿中央軸線堆疊以形成盤形層疊從而限定內(nèi)直徑和外直徑；多個針刺纖維，其中所述多個針刺纖維中的至少一些針刺纖維延伸通過所述多個層中的兩個或更多個層；以及布置于所述盤形層疊中的致密材料，其中所述致密材料至少部分地包圍所述碳纖維和所述多個針刺纖維中的至少一些，其中所述碳-碳復合物包括形成盤形層疊的外直徑的第一復合直徑區(qū)域、形成盤形層疊的內(nèi)直徑的第二復合直徑區(qū)域以及在第一復合直徑區(qū)域和第二復合直徑區(qū)域之間的中央?yún)^(qū)域，其中所述多個針刺纖維限定第一復合直徑區(qū)域中的第一nfnd、第二復合直徑區(qū)域中的第二nfnd和中央?yún)^(qū)域中的第三nfnd，其中第一nfnd或第二nfnd中的至少一者不同于第三nfnd。

本公開還包括以下技術方案：

方案1.一種用于制造碳-碳復合物的預制件，包括：

包括碳纖維或碳前體纖維的多個層，其中所述多個層沿中央軸線堆疊以形成層疊，其中所述多個層包括限定所述預制件的第一主要表面的第一外部層、限定與所述第一主要表面相對的所述預制件的第二主要表面的第二外部層以及布置在所述第一外部層和所述第二外部層之間的至少一個內(nèi)部層，所述至少一個內(nèi)部層具有周邊區(qū)域，該周邊區(qū)域形成所述預制件的外表面的一部分；以及

多個針刺纖維，其中所述多個針刺纖維中的至少一些針刺纖維延伸通過所述多個層中的兩個或更多個層；

其中所述預制件具有外部區(qū)域和核芯區(qū)域，其中所述外部區(qū)域包括所述至少一個內(nèi)部層的至少所述周邊區(qū)域；

其中所述多個針刺纖維限定所述外部區(qū)域中的第一針刺纖維數(shù)密度（nfnd）和所述核芯區(qū)域的至少一部分中的第二nfnd，其中所述第二nfnd大于所述第一nfnd。

方案2.根據(jù)方案1所述的預制件，其中所述核芯區(qū)域包括形成從所述中央軸線測得的所述核芯區(qū)域的外直徑的第一復合物直徑區(qū)域、形成從所述中央軸線測得的所述核芯區(qū)域的內(nèi)直徑的第二復合物直徑區(qū)域以及徑向地處于所述第一復合物直徑區(qū)域和所述第二復合物直徑區(qū)域之間的中央?yún)^(qū)域，

其中所述多個針刺纖維限定所述第一復合物直徑區(qū)域中的第三nfnd、所述第二復合物直徑區(qū)域中的第四nfnd和所述中央?yún)^(qū)域中的第五nfnd，

其中所述第三nfnd、所述第四nfnd或所述第五nfnd中的至少一者大于所述第一nfnd。

方案3.根據(jù)方案2所述的預制件，其中所述第三nfnd或所述第四nfnd中的至少一者大于所述第五nfnd。

方案4.根據(jù)方案2所述的預制件，其中所述第五nfnd大于所述第三nfnd或所述第四nfnd中的至少一者。

方案5.根據(jù)方案1所述的預制件，其中所述預制件限定帶有實質(zhì)上正交于所述中央軸線的所述第一主要表面和所述第二主要表面的盤形狀，其中所述第一主要表面和所述第二主要表面由平行于所述中央軸線測得的所述預制件的厚度分隔開，其中所述預制件包括沿所述中央軸線通過所述預制件的厚度的開孔，

其中所述至少一個內(nèi)部層的所述周邊區(qū)域包括形成所述盤形狀的外直徑的第一周邊區(qū)域；并且

其中所述至少一個內(nèi)部層包括形成所述盤形狀的內(nèi)直徑的第二周邊區(qū)域。

方案6.根據(jù)方案5所述的預制件，其中所述外部區(qū)域包括所述第一外部層、所述第二外部層和所述第二周邊區(qū)域中的至少一者。

方案7.一種方法，包括：

沿中央軸線堆疊包括碳纖維或碳前體纖維的多個層以形成層疊，其中所述多個層包括第一外部層、第二外部層和布置在所述第一外部層和所述第二外部層之間的至少一個內(nèi)部層，其中所述至少一個內(nèi)部層包括鄰近所述層疊的外部表面的至少一個周邊區(qū)域；以及

實質(zhì)上平行于所述中央軸線針刺所述層疊以形成包括多個針刺纖維的預制件，其中所述多個針刺纖維中的至少一些針刺纖維延伸通過所述多個層中的兩個或更多個層，

其中所述預制件包括核芯區(qū)域和外部區(qū)域，其中所述外部區(qū)域包括所述至少一個內(nèi)部層的所述至少一個周邊區(qū)域，其中所述外部區(qū)域至少部分地圍繞所述核芯區(qū)域，其中所述多個針刺纖維限定所述外部區(qū)域中的第一針刺纖維數(shù)密度（nfnd）和所述核芯區(qū)域中的第二nfnd，并且其中所述第二nfnd大于所述第一nfnd。

方案8.根據(jù)方案7所述的方法，其中所述核芯區(qū)域是盤形的并且包括形成從所述中央軸線測得的所述核芯區(qū)域的外直徑的第一復合物直徑區(qū)域、形成從所述中央軸線測得的所述核芯區(qū)域的內(nèi)直徑的第二復合物直徑區(qū)域以及徑向地位于所述第一復合物直徑區(qū)域和所述第二復合物直徑區(qū)域之間的中央?yún)^(qū)域，

其中所述多個針刺纖維限定所述第一復合物直徑區(qū)域中的第三nfnd、所述第二復合物直徑區(qū)域中的第四nfnd和所述中央?yún)^(qū)域中的第五nfnd，

其中所述第三nfnd、所述第四nfnd或所述第五nfnd中的至少一者大于所述第一nfnd。

方案9.根據(jù)方案8所述的方法，其中所述第三nfnd或所述第四nfnd中的至少一者大于所述第五nfnd。

方案10.根據(jù)方案8所述的方法，其中所述第五nfnd大于所述第三nfnd或所述第四nfnd中的至少一者。

方案11.根據(jù)方案7所述的方法，其中所述預制件限定帶有實質(zhì)上正交于所述中央軸線的第一主要表面和第二主要表面的盤形狀，其中所述第一主要表面和所述第二主要表面由平行于所述中央軸線測得的所述預制件的厚度分隔開，其中所述預制件包括沿所述中央軸線通過所述預制件的厚度的開孔，

其中所述至少一個內(nèi)部層的所述周邊區(qū)域包括形成所述盤形狀的外直徑的第一周邊區(qū)域；并且

其中所述至少一個內(nèi)部層包括形成所述盤形狀的內(nèi)直徑的第二周邊區(qū)域。

方案12.根據(jù)方案7所述的方法，其中所述外部區(qū)域包括所述第一外部層、所述第二外部層和所述第二周邊區(qū)域中的至少一者。

方案13.根據(jù)方案7所述的方法，還包括致密化所述預制件以形成碳-碳復合物。

方案14.根據(jù)方案7所述的方法，其中所述多個層中的至少一個層包括雙重層，其中通過將至少一個網(wǎng)狀層針刺于至少一個纖維束層形成所述雙重層。

方案15.根據(jù)方案7所述的方法，還包括碳化所述預制件。

方案16.根據(jù)方案7所述的方法，其中針刺所述層疊包括：

使用包括多個針的針板；以及

使所述多個針分布在所述針板上以形成所述第一針刺纖維數(shù)密度和所述第二針刺纖維數(shù)密度。

方案17.根據(jù)方案7所述的方法，其中針刺所述層疊包括：

使用包括具有倒鉤的多個針的針板；以及

改變每個針的倒鉤數(shù)量以形成所述第一針刺纖維數(shù)密度和所述第二針刺纖維數(shù)密度。

方案18.根據(jù)方案7所述的方法，其中針刺所述層疊包括改變針刺速率以形成所述第一針刺纖維數(shù)密度和所述第二針刺纖維數(shù)密度。

方案19.一種碳-碳復合物，包括：

包括碳纖維的多個層，其中所述多個層沿中央軸線堆疊以形成限定內(nèi)直徑和外直徑的盤形層疊；

多個針刺纖維，其中所述多個針刺纖維中的至少一些針刺纖維延伸通過所述多個層中的兩個或更多個層；以及

布置在所述盤形層疊中的致密材料，其中所述致密材料至少部分地包圍所述碳纖維和所述多個針刺纖維中的至少一些，

其中所述碳-碳復合物包括形成所述盤形層疊的外直徑的第一復合物直徑區(qū)域、形成所述盤形層疊的內(nèi)直徑的第二復合物直徑區(qū)域以及所述第一復合物直徑區(qū)域和所述第二復合物直徑區(qū)域之間的中央?yún)^(qū)域，

其中所述多個針刺纖維限定所述第一復合物直徑區(qū)域中的第一nfnd、所述第二復合物直徑區(qū)域中的第二nfnd和所述中央?yún)^(qū)域中的第三nfnd，其中第一nfnd或第二nfnd中的至少一者不同于所述第三nfnd。

方案20.根據(jù)方案19所述的碳-碳復合物，其中所述第一nfnd或所述第二nfnd中的至少一者大于所述第三nfnd。

以下的附圖和描述中闡述了本公開的一種或多種示例的細節(jié)。從描述和附圖以及從權(quán)利要求中將顯而易見到本公開的其它特征、目標和優(yōu)點。

附圖說明

圖1是可以被用于制造致密的碳-碳復合物的示例預制件的示意性立體圖。

圖2是包括用于形成預制件的多個層的示例性層疊的示意性立體圖。

圖3是沿橫截面a-a的圖1的示例預制件的示意性橫截面圖。

圖4是示例預制件的示意性橫截面圖。

圖5a-5e是預制件的核芯區(qū)域的示例的示意性橫截面圖。

圖6是圖示制造預制件的示例技術的流程圖。

圖7a-7c是利用三迭代針刺過程形成的預制件的示例層疊的部分的示意性橫截面圖。

具體實施方式

本公開描述了用于制造多孔預制件的技術，該預制件被用于生產(chǎn)致密的碳-碳（c-c）復合物，該復合物可以被用于例如形成盤式制動器。所描述的多孔預制件可以包括多個層，其包括與多個針刺纖維針刺在一起的碳纖維或碳前體纖維?？梢愿淖冡槾汤w維的放置和分布以例如相比于預制件的一個或多個內(nèi)部區(qū)域，在預制件鄰近多孔預制件的外直徑或內(nèi)直徑中至少一者的區(qū)域中形成不同的針刺纖維數(shù)密度。

如本文所使用的，“針刺纖維數(shù)密度”或者“nfnd”被用于描述預制件的單位體積內(nèi)的針刺纖維的數(shù)量。因此相比于具有更低nfnd的區(qū)域，具有更高nfnd的區(qū)域在每單位體積中具有更高的數(shù)量（例如，群體密度）的針刺纖維。nfnd可以被表示為在預制件的單位體積內(nèi)針刺纖維的數(shù)量相比于纖維的總數(shù)量的百分比。例如，對于具有10%nfnd的給定單位體積將包括大約10%的針刺纖維含量。

如本文所使用的，預制件的“外部區(qū)域”被用于描述所得的針刺預制件的外部表面，其隨后在預制件的致密化加工期間通過機加工過程被去除并且不會存在于最終所得的c-c復合物中。外部區(qū)域可以包括預制件的內(nèi)部層的至少一個周邊區(qū)域。

如本文所使用的，預制件的“核芯區(qū)域”被用于描述被轉(zhuǎn)化成最終c-c復合物的預制件的部分。核芯區(qū)域可以被外部區(qū)域部分地或者完全地圍繞。

在一些示例中，在鄰近多孔預制件的外直徑或內(nèi)直徑中的至少一者的多孔預制件的區(qū)域中增加nfnd可以改進在外直徑或內(nèi)直徑中的至少一者附近的區(qū)域中的最終c-c復合物的層間剪切強度，其中剪切力最大而不生成多孔預制件的其它區(qū)域的過量的針刺纖維，否則過量的針刺纖維將會妨礙在多孔預制件上執(zhí)行后續(xù)致密化周期（諸如化學氣相沉積（cvd）或化學氣相滲透（cvi）的周期）的效率或能力。

圖1是可以被用于制造致密的碳-碳復合物的示例預制件10的示意性立體圖。預制件10包括第一外部層11a、第二外部層11b和多個內(nèi)部層12（集體地被稱為“多個層11和12”），其包括碳纖維或者碳前體纖維。多個層11和12沿中央軸線22堆疊以形成層疊16。預制件10也包括多個針刺纖維20，其至少部分延伸通過所述多個層11和12中的兩個或更多個層。在一些示例中，針刺纖維20可以實質(zhì)上豎直地（例如，豎直地或者幾乎豎直地）延伸通過層疊16（例如，大體平行于中央軸線22）。雖然附圖將針刺纖維20圖示為大體上平行于中央軸線22，不過在一些示例中，至少一些針刺纖維20可以不平行于中央軸線22并且可以在層疊16中采取其它取向，包括例如波浪形的、成角度的、彎曲的等等。

在一些示例中，預制件10可以呈限定預制件外直徑（od）的盤的形狀。預制件10也可以包括沿中央軸線22延伸通過層疊16的中央開孔28。中央開孔28可以限定預制件10的預制件內(nèi)直徑（id）。在一些示例中，預制件10的預制件外直徑（od）可以在大約14.5英寸（例如，大約37厘米）和大約25英寸（例如，大約64厘米）之間。預制件10的預制件內(nèi)直徑（id）可以在大約4.5英寸（例如，大約12厘米）和大約15英寸（例如，大約38厘米）之間。在一些示例中，預制件10可以是部分盤形（例如，新月形）或者不同的幾何構(gòu)型。

多個層11和12可以包括碳纖維或碳前體纖維的任意合適的構(gòu)造。圖2是示例層疊100的示意性立體圖，其包括多個層118，所述多個層118包括碳纖維或碳前體纖維（集體地被稱為“纖維14”），所述纖維被構(gòu)造成形成一個或多個纖維束層（towlayer）114、網(wǎng)狀層112或其組合。纖維束層114可以包括纖維14的一個或多個纖維束120。纖維14的纖維束120可以被設置成任意合適的設置，包括例如線性的、輻射狀的、弦狀的等等。網(wǎng)狀層112可以包括網(wǎng)狀纖維122，其可以包括纖維14的相對短的、切碎的且纏繞的纖維。

在一些示例中，多個層118可以包括多個纖維束層114、多個網(wǎng)狀層112或其組合。例如，層118可以包括纖維14的雙重層116。在一些這樣的示例中，可以通過結(jié)合一個或多個纖維束層114與一個或多個網(wǎng)狀層112來形成雙重層116。例如，網(wǎng)狀層112可以被針刺在纖維束層118上以形成雙重層116。針刺過程可以引起一些網(wǎng)狀纖維122部分地轉(zhuǎn)移到纖維束層114中以將網(wǎng)狀層112連結(jié)到纖維束層114。部分地轉(zhuǎn)移到纖維束層114中的網(wǎng)狀纖維122可以形成針刺纖維（例如，圖1的針刺纖維20）。在一些示例中，形成雙重層116可以結(jié)合本文所描述的一種或多種針刺技術以將纖維束層114連結(jié)到網(wǎng)狀層112。在其它示例中，形成雙重層116可以結(jié)合其它針刺技術（例如，貫穿雙重層116均勻分布針刺纖維），其中所得的雙重層116通過使用本文所描述的一種或多種針刺技術連結(jié)到彼此。如本文所使用的，術語纖維14的“層”不旨在被限制為一種具體類型的層（例如，網(wǎng)狀層112或者纖維束層114）并且可以包括一個或多個層被組合在一起的構(gòu)造（例如，包括與纖維束層114組合的網(wǎng)狀層112的雙重層116）。另外，雖然一些附圖（例如，圖1）示出用于形成相應層疊和預制件的相對小的數(shù)量的層，但是由本文所描述的技術生產(chǎn)的預制件（例如，預制件10）可以包括任意數(shù)量的纖維層（例如，30層或更多）以產(chǎn)生所得預制件的期望厚度（t）。在一些示例中，纖維的每個層118均可以具有沿平行于（例如，平行或幾乎平行于）中央軸線22的方向測得的大約1毫米（mm）至大約2mm的厚度。

在一些示例中，多個層118可以包括碳或碳前體材料的大的單位面積重量（arealweight）纖維層（織物），所述材料包括例如氧化聚丙烯腈（o-pan）、人造絲等等。在一些示例中，多個層118可以被形成為具有在大約1250和大約3000克每平方米（g/m²）之間的，諸如在大約1350和大約2000g/m²之間的單位面積基礎重量。在一些示例中，形成包括大的單位面積重量的纖維層（織物）（例如，o-pan纖維）的層118可以幫助增加多個層118的單位面積基礎重量，同時維持開放孔構(gòu)造，如下文進一步討論的，這可以幫助改進加工時間和效率以及降低操作成本。在一些示例中，通過使用大的單位面積重量纖維層（織物）114增加層118的單位面積基礎重量可能需要更少的針刺以將相應的層118連結(jié)在一起，同時也建立了帶有更寬和更深的孔的更加開放的層疊100，相比于帶有更小或更窄的孔的其它層疊，其更容易用致密化材料滲透，并且相比于帶有更小單位面積基礎重量纖維的層疊和預制件，不實質(zhì)上減小層疊100的密度。

返回圖1，層疊16包括第一外部層11a、至少一個內(nèi)部層（例如，多個內(nèi)部層12）和第二外部層11b。第一外部層11a可以限定第一主要表面（在圖1中未示出）并且第二外部層11b可以限定預制件10的第二主要表面18。在第一主要表面和第二主要表面18之間的實質(zhì)上平行于中央軸線22測得的間隔限定預制件10的厚度（t）。在一些示例中，遍及預制件10厚度（t）可以是實質(zhì)上一致的（例如，一致或者幾乎一致）。

雖然第一外部層11a和第二外部層11b中的每一個均被描繪且描述為纖維14的單個層，但是在一些示例中，第一外部層11a或者第二外部層11b中的至少一個可以是堆疊在一起的兩個或更多個層的組合或者可以是單個層的一部分。

多個層11和12（例如，關于圖2描述的一個或多個網(wǎng)狀層112、纖維束層114、雙重層116等等）可以通過使用差別針刺技術（differentialneedlingtechnique）被針刺在一起以在預制件10內(nèi)形成多個針刺纖維20。在一些示例中，針刺纖維20可以由于針刺過程而形成，在該過程中，一些纖維14被至少部分地轉(zhuǎn)移到層疊16內(nèi)的一個或更多個相鄰層內(nèi)。在一些這樣的示例中，可以由被沖壓/針刺到多個層11和12中的一個或多個層內(nèi)的網(wǎng)狀纖維（例如，圖2的網(wǎng)狀纖維122）形成針刺纖維20。在一些示例中，可以由被轉(zhuǎn)移到層疊16內(nèi)的一個或多個相鄰層內(nèi)的初始被包括在纖維束（例如，圖2的纖維束120）內(nèi)的纖維14形成針刺纖維20。例如，針刺過程會破壞被包含在纖維束中的一些纖維14并且將被破壞的纖維至少部分地轉(zhuǎn)移到層疊16內(nèi)的一個或多個相鄰層內(nèi)以形成針刺纖維20。在一些示例中，針刺纖維20可以幫助將多個層11和12中的層固定到彼此。額外地或者替代性地，針刺過程和所得的針刺纖維20可以部分地壓縮層12，從而形成相比于包括未被針刺在一起的層12的層疊16更加致密的預制件。

針刺纖維20可以包括與纖維14實質(zhì)上相同（例如，相同或者幾乎相同）的材料。例如，針刺纖維20可以包括碳纖維或碳前體纖維（包括，例如，氧化聚丙烯腈（o-pan）、人造絲等等）。在一些示例中，針刺纖維20可以經(jīng)受初始碳化周期以將任意碳前體材料轉(zhuǎn)化成碳。

層疊16內(nèi)的多個層11和12中的每個層可以如關于圖3所描述的那樣關于不同區(qū)域被描述，其中圖3是沿橫截面a-a的圖1的預制件10的示意性橫截面視圖?？梢躁P于不同區(qū)域描述預制件10，所述區(qū)域包括外部區(qū)域132，其可以包括預制件10的可以隨后在致密化過程（例如，cvi致密化）的一部分期間被移除的區(qū)域，其中該外部區(qū)域132可以被機加工去除以暴露核芯區(qū)域134，該核芯區(qū)域134代表通過預制件10的致密化過程產(chǎn)生的所得c-c復合物的最終尺寸。在一些示例中，外部區(qū)域132可以包括多個內(nèi)部層12的至少第一周邊區(qū)域140a（其可以代表直接鄰近預制件外直徑（od）的區(qū)域）并且可選地包括第一外部層11a和第二外部層11b以及多個內(nèi)部層12的第二周邊區(qū)域140b（其可以代表直接鄰近預制件內(nèi)直徑（id）的區(qū)域）。

在其中預制件10呈包括中央開孔28的盤的形式的一些示例中，第二周邊區(qū)域140b可以被定位成鄰近預制件內(nèi)直徑表面30b（例如，最接近中央軸線22從而限定預制件內(nèi)直徑（id）的區(qū)域），并且第一周邊區(qū)域140a可以被定位成鄰近預制件10的預制件外直徑表面30a（例如，最遠離中央軸線22從而限定預制件外直徑（od）的區(qū)域）。

可以關于不同區(qū)域（例如，描述核芯區(qū)域134的所述多個內(nèi)部層12的區(qū)域）進一步描述所述多個內(nèi)部層12，所述不同區(qū)域包括第一復合物直徑區(qū)域24a、第二復合物直徑區(qū)域24b和中央?yún)^(qū)域26，如下文進一步描述的那樣。在一些示例中，所述多個內(nèi)部層12可以包括第一復合物直徑區(qū)域24a，其代表在預制件10已經(jīng)被致密化且被機加工成適當大小之后將變成所得c-c復合物的外直徑的所述多個內(nèi)部層12的區(qū)域（例如，形成核芯區(qū)域134的外直徑的區(qū)域）。在一些示例中，第一復合物直徑區(qū)域24a可以鄰近預制件10內(nèi)的第一周邊區(qū)域140a并且關于其徑向向內(nèi)。在一些示例中，所述多個內(nèi)部層12也可以包括第二復合物直徑區(qū)域24b，其代表在預制件10已經(jīng)被致密化且被機加工成適當大小之后將變成所得的c-c復合物的內(nèi)直徑的所述多個內(nèi)部層12的區(qū)域（例如，形成核芯區(qū)域134的內(nèi)直徑的區(qū)域）。在一些示例中，第二復合直徑區(qū)域24b可以鄰近預制件10內(nèi)的第二周邊區(qū)域140a并且可以關于其徑向向外。在一些示例中，多個內(nèi)部層12的核芯區(qū)域134也可以包括中央?yún)^(qū)域26，該中央?yún)^(qū)域26徑向地定位在第一復合物直徑區(qū)域24a和第二復合物直徑區(qū)域24b之間。

在一些示例中，在用以致密化多孔預制件10且生成c-c復合物的致密化過程（例如，cvi/cvd）期間，可以將含碳氣體沉積在預制件10的纖維14和針刺纖維20上和周圍以增加所得c-c復合物的密度和期望的強度/摩擦特性。因為預制件10變得致密，因此由于使用cvi/cvd施加的含碳氣體的碳材料的累積可以減小預制件10的孔隙度，具體地外部區(qū)域132中的孔隙度，從而減小含碳氣體滲透和致密化預制件10的內(nèi)部區(qū)域（例如，限定核芯區(qū)域134的區(qū)域）的能力。在一些示例中，在致密化過程期間反復地機加工外部區(qū)域132可以通過部分地去除預制件10的外部表面以去除孔會被堵塞或被顯著收縮的預制件10的部分而幫助促進含碳氣體擴散進入核芯區(qū)域134內(nèi)。

在一些示例中，可以通過使用如在下文進一步描述的差別針刺技術改進致密化過程，該差別針刺技術通過在外部區(qū)域132中用相比于核芯區(qū)域134減小的針刺纖維數(shù)密度（nfnd）生產(chǎn)預制件10。例如，第一外部層11a、第二外部層11b、多個內(nèi)部層12的第一周邊區(qū)域140a和多個內(nèi)部層12的第二周邊區(qū)域140b（例如，形成外部區(qū)域132的預制件10的部分）中的一者或多者可以包括小于形成核芯區(qū)域134的部分的nfnd的第一nfnd。使預制件10的外部區(qū)域132中的nfnd保持相對低以形成帶有相比于核芯區(qū)域134（例如，帶有更高的nfnd且因此具有更低的孔隙度的區(qū)域）更高的空隙度的區(qū)域可以減小外部區(qū)域134內(nèi)可能發(fā)生的瓶頸效應的可能性。在預制件10的后續(xù)cvi/cvd加工期間，由更低的nfnd導致的外部區(qū)域132內(nèi)的更高的孔隙度可以促進含碳氣體更多地擴散通過外部區(qū)域132進入核芯區(qū)域134內(nèi)。

在一些示例中，外部區(qū)域132可以部分地或者完全地包圍核芯區(qū)域134。在一些示例中，外部區(qū)域132可以限定實質(zhì)上正交于（例如，正交或者幾乎正交于）第一主要表面和第二主要表面（例如，第一主要表面18）的大約2毫米（mm）至大約10毫米每側(cè)面（例如，每個主要表面）的厚度。額外地或者替代性地，第一周邊區(qū)域140a和第二周邊區(qū)域140b可以具有沿實質(zhì)上正交于（例如，正交或者幾乎正交于）中央軸線22的徑向方向測得的大約6mm的厚度。在一些示例中，核芯區(qū)域134的第一周邊區(qū)域24a和第二周邊區(qū)域24b可以分別具有沿實質(zhì)上正交于（例如，正交或者幾乎正交于）中央軸線22的徑向方向測得的大約5mm至大約25mm的厚度。

圖4是示例預制件150的示意性橫截面視圖（例如，沿截面a-a截取的圖1的預制件10的橫截面視圖），其形成層疊145，相比于外部區(qū)域142，該層疊145在核芯區(qū)域144中具有更高的nfnd的針刺纖維20。預制件140包括堆疊在一起以產(chǎn)生層疊145的第一外部層141a、第二外部層141b和多個內(nèi)部層143。在一些示例中，外部區(qū)域142可以包括多個內(nèi)部層143的第一周邊區(qū)域140a，并且可選地包括第一外部層141a、第二外部層141b和多個內(nèi)部層143的第二周邊區(qū)域140b中的一者或多者。在一些示例中，核芯區(qū)域145可以包括多個內(nèi)部層143的內(nèi)部區(qū)域（例如，形成徑向地在第一周邊區(qū)域140a和第二周邊區(qū)域140b之間的空間的內(nèi)部層143的部分）。

在一些示例中，如圖4中所示增加層疊145的核芯區(qū)域144的nfnd可以幫助改進預制件150的加工效率和/或所得的c-c復合物的性能特性。例如，增加層疊145的核芯區(qū)域144（例如，所述多個內(nèi)部層143的內(nèi)部區(qū)域）內(nèi)的nfnd可以幫助通過增加可用于將熱傳遞離開主要表面的針刺纖維20的量來改進離開所得的c-c復合物的主要表面（例如，在后續(xù)機加工和致密化之后將由核芯區(qū)域144限定的主要表面）的導熱性。相比于不包括具有更高nfnd的核芯區(qū)域144的c-c復合物，這可以改進c-c復合物的摩擦性能。

額外地或者替代性地，在一些示例中，本文所描述的用以形成預制件10的差別針刺技術可以導致預制件10在核芯區(qū)域134的不同區(qū)域內(nèi)具有不同的nfnd。所得的差別針刺可以被用于使得預制件在預制件10的核芯區(qū)域134內(nèi)具有一個或多個nfnd梯度。在一些示例中，如下文所討論的，所述一個或多個nfnd梯度可以沿預制件的徑向方向（例如，當從預制件內(nèi)直徑（in）至預制件外直徑（od）測量時產(chǎn)生的nfnd梯度）。

圖5a是帶有多個層的示例預制件130a的示意性橫截面視圖（例如，沿橫截面a-a的圖1的預制件10），所述多個層包括第一外部層17a、第二外部層17b和多個內(nèi)部層13（集體地被稱為“多個層13和17”），其用多個針刺纖維20連結(jié)在一起，所述針刺纖維20至少部分地延伸通過所述多個層13和17中的兩個或更多個。預制件130a可以包括外部區(qū)域162和核芯區(qū)域164a。在一些示例中，外部區(qū)域162（為清楚起見未示出）的nfnd可以小于核芯區(qū)域164a的nfnd。如圖5a中所示，核芯區(qū)域164a可以包括多個內(nèi)部層13的內(nèi)部部分。在一些示例中，核芯區(qū)域164a的特征可以進一步在于核芯區(qū)域164a內(nèi)的不同區(qū)域，包括鄰近第一周邊區(qū)域140a的第一復合物直徑區(qū)域24a、鄰近第二周邊區(qū)域140b的第二復合物直徑區(qū)域24b以及徑向地位于第一復合物直徑區(qū)域24a和第二復合物直徑區(qū)域24b之間的中央?yún)^(qū)域26。在一些示例中，第一復合物直徑區(qū)域24a可以具有相對于核芯區(qū)域164a的其它部分（例如，多個內(nèi)部層13的第二復合物直徑區(qū)域24b和中央?yún)^(qū)域26）的更高的nfnd。第一復合物直徑區(qū)域24a內(nèi)的針刺纖維20的更高的nfnd可以關聯(lián)于第一復合物直徑區(qū)域24a內(nèi)最終的c-c復合物中的改進的層間剪切強度（其可以沿所得的c-c復合物的外直徑（例如，核芯區(qū)域164a的外直徑）），其中相對于c-c復合物的其它區(qū)域，在該第一復合物直徑區(qū)域24a內(nèi)剪切力可以更加普遍。額外地或者替代性地，在一些示例中，第一復合物直徑區(qū)域24a內(nèi)的更高的nfnd可以幫助改進使熱遠離c-c復合物的摩擦表面（例如，在預制件130a的致密化和機加工之后核芯區(qū)域164a的主要表面）的導熱性和熱耗散，從而改進c-c復合物的摩擦性能。

圖5b示出被應用于預制件130b的核芯區(qū)域164b的差別針刺的另一示例。圖5b是帶有多個層的另一示例預制件130b的示意性橫截面視圖（例如，沿橫截面a-a的圖1的預制件10），所述多個層包括第一外部層17a、第二外部層17b和多個內(nèi)部層15（集體被稱為“多個層15和17”），其用多個針刺纖維20連結(jié)在一起，所述針刺纖維20至少部分地延伸通過所述多個層15和17中的兩個或更多個。預制件130b可以包括外部區(qū)域162和核芯區(qū)域164b。在一些示例中，外部區(qū)域162（為了清楚起見未示出）的nfnd可以小于核芯區(qū)域164b的nfnd。如圖5b中所示，核芯區(qū)域164b可以包括多個內(nèi)部層15的內(nèi)部部分。在一些示例中，核芯區(qū)域164b的特征可以進一步在于核芯區(qū)域164b內(nèi)的不同區(qū)域，其包括鄰近第一周邊區(qū)域140a的第一復合物直徑區(qū)域24a、鄰近第二周邊區(qū)域140b的第二復合物直徑區(qū)域24b以及徑向地位于第一復合物直徑區(qū)域24a和第二復合物直徑區(qū)域24b之間的中央?yún)^(qū)域26。在一些示例中，第二復合物直徑區(qū)域24b可以具有相對于核芯區(qū)域164b的其它部分（例如，多個內(nèi)部層15的第一復合物直徑區(qū)域24a和中央?yún)^(qū)域26）更高的nfnd。在一些示例中，第二復合物直徑區(qū)域24b內(nèi)的針刺纖維20的更高nfnd可以關聯(lián)于最終c-c復合物中第二復合物直徑區(qū)域24b內(nèi)的改進的層間剪切強度（例如，沿所得c-c復合物的內(nèi)直徑（例如，核芯區(qū)域164b的內(nèi)直徑））。

圖5c示出被應用于預制件130c的核芯區(qū)域164c的差別針刺的另一示例。圖5c是帶有多個層的另一示例預制件130c的示意性橫截面視圖（例如，沿橫截面a-a的圖1的預制件10），所述多個層包括第一外部層17a、第二外部層17b和多個內(nèi)部層19（集體地被稱為“多個層19和17”），其用多個針刺纖維20連結(jié)在一起，所述針刺纖維20至少部分地延伸通過所述多個層19和17中的兩個或更多個。預制件130c可以包括外部區(qū)域162和核芯區(qū)域164c。在一些示例中，外部區(qū)域162（為了清楚起見未示出）的nfnd可以小于核芯區(qū)域164c的nfnd。如圖5c中所示，核芯區(qū)域164c可以包括多個內(nèi)部層15的內(nèi)部部分。在一些示例中，核芯區(qū)域164c的特征可以進一步在于核芯區(qū)域164c內(nèi)的不同區(qū)域，其包括鄰近第一周邊區(qū)域140a的第一復合物直徑區(qū)域24a、鄰近第二周邊區(qū)域140b的第二復合物直徑區(qū)域24b以及徑向地位于第一復合物直徑區(qū)域24a和第二復合物直徑區(qū)域24b之間的中央?yún)^(qū)域26。在一些示例中，第一復合物直徑區(qū)域24a和第二復合物直徑區(qū)域24b可以具有相對于核芯區(qū)域164c的其它部分（例如，多個內(nèi)部層19的中央?yún)^(qū)域26）更高的nfnd。根據(jù)最終c-c復合物的應用，在一些示例中，相比于多個內(nèi)部層19的中央?yún)^(qū)域26，第一復合物直徑區(qū)域24a和第二復合物直徑區(qū)域24b二者（例如，最靠近最終c-c復合物的內(nèi)直徑和外直徑的區(qū)域）會經(jīng)受增加的剪切力。因此，相比于中央?yún)^(qū)域26的nfnd，增加多個內(nèi)部層19的第一復合物直徑區(qū)域24a和第二復合物直徑區(qū)域24b二者的nfnd可以幫助改進所得c-c復合物的剪切強度。

圖5d示出被應用于預制件130d的核芯區(qū)域164d的差別針刺的另一示例。圖5d是帶有多個層的示例預制件130d的示意性橫截面視圖（例如，沿橫截面a-a的圖1的預制件10），所述多個層包括第一外部層17a、第二外部層17b和多個內(nèi)部層52（集體地被稱為“多個層52和17”），其用多個針刺纖維20連結(jié)在一起，所述針刺纖維20至少部分地延伸通過所述多個層52和17中的兩個或更多個。預制件130d可以包括外部區(qū)域162和核芯區(qū)域164d。在一些示例中，外部區(qū)域162（為了清楚起見未示出）的nfnd可以小于核芯區(qū)域164d的nfnd。如圖5e中所示，核芯區(qū)域164d可以包括多個內(nèi)部層52的內(nèi)部部分。在一些示例中，核芯區(qū)域164d的特征可以進一步在于核芯區(qū)域164d內(nèi)的不同區(qū)域，其包括鄰近第一周邊區(qū)域140a的第一復合物直徑區(qū)域24a、鄰近第二周邊區(qū)域140b的第二復合物直徑區(qū)域24b以及徑向地位于第一復合物直徑區(qū)域24a和第二復合物直徑區(qū)域24b之間的中央?yún)^(qū)域26。在一些示例中，中央?yún)^(qū)域26可以具有相對于核芯區(qū)域164b的其它部分（例如，多個內(nèi)部層52的第一復合物直徑區(qū)域24a和第二復合物直徑區(qū)域24b）更高的nfnd。這樣的構(gòu)造可以導致預制件130d在核芯區(qū)域164d的中央?yún)^(qū)域26中具有最高的nfnd的針刺纖維20，并且在外部區(qū)域162中具有最低的nfnd。增加預制件130d的中央?yún)^(qū)域26內(nèi)的nfnd可以通過增加可用于將熱從所得c-c復合物的主要表面（例如，在致密化和機加工預制件130d之后形成的主要表面）傳導離開的針刺纖維20的量來幫助改進所得c-c復合物的導熱性。相比于不包括帶有相比于復合物的其它區(qū)域更高的nfnd的核芯區(qū)域26的c-c復合物，這可以改進c-c復合物的摩擦性能。

圖5e示出被應用于預制件130e的核芯區(qū)域164e的差別針刺的另一示例。圖5e是帶有多個層的示例預制件130e的示意性橫截面視圖（例如，沿橫截面a-a的圖1的預制件10），所述多個層包括第一外部層17a、第二外部層17b和多個內(nèi)部層62（集體地被稱為“多個層62和17”），其用多個針刺纖維20連結(jié)在一起，所述針刺纖維20至少部分地延伸通過所述多個層62和17中的兩個或更多個。預制件130e可以包括外部區(qū)域162和核芯區(qū)域164e。在一些示例中，外部區(qū)域162（為了清楚起見未示出）的nfnd可以小于核芯區(qū)域164e的nfnd。如圖5e中所示，核芯區(qū)域164e可以包括多個內(nèi)部層52的內(nèi)部部分。在一些示例中，核芯區(qū)域164e的特征可以進一步在于核芯區(qū)域164e內(nèi)的不同區(qū)域，包括鄰近第一周邊區(qū)域140a的第一復合物直徑區(qū)域24a、鄰近第二周邊區(qū)域140b的第二復合物直徑區(qū)域24b以及徑向地位于第一復合物直徑區(qū)域24a和第二復合物直徑區(qū)域24b之間的中央?yún)^(qū)域26。在一些示例中，第一復合物直徑區(qū)域24a和第二復合物直徑區(qū)域24b以及中央?yún)^(qū)域26可以具有相對于核芯區(qū)域164e的其它部分（例如，構(gòu)成第一復合物直徑區(qū)域24a和中央?yún)^(qū)域26之間的空間以及第二復合物直徑區(qū)域24b和中央?yún)^(qū)域26之間的空間的核芯區(qū)域164e的部分）更高的nfnd。這樣的構(gòu)造可以導致，相比于預制件130e的其它部分，預制件130e在第一復合物直徑區(qū)域24a和第二復合物直徑區(qū)域24a和24b以及中央?yún)^(qū)域26內(nèi)具有最高的nfnd的針刺纖維20。在一些示例中，增加這些區(qū)域中的nfnd可以幫助改進所得的c-c復合物的導熱性以及提高將在已經(jīng)致密化且機加工預制件130e之后形成所得的c-c復合物的內(nèi)直徑和外直徑的區(qū)域內(nèi)的層間剪切強度。例如，相比于核芯區(qū)域164e的相對高的nfnd，外部區(qū)域162中的相對低的nfnd可以幫助改進在cvi/cvd加工期間含碳氣體朝向核芯區(qū)域164e的擴散。另外，相比于核芯區(qū)域164e的其它部分，第一復合物直徑區(qū)域24a和第二復合物直徑區(qū)域24b以及中央?yún)^(qū)域26的相對高的nfnd也可以改進在相應的高nfnd區(qū)域中所得的c-c復合物的層間剪切強度。

在一些示例中，其特征在于包括相對高的nfnd的區(qū)域內(nèi)的nfnd可以具有大于大約10%（例如，大約10%至大約20%）的nfnd。在其特征在于包括相對低的nfnd的區(qū)域中，nfnd可以小于大約10%（例如，大約5%至大約10%）。

可以使用任意合適的技術來形成本文所描述的預制件。圖6是圖示制造預制件的示例技術的流程圖。為了圖示的簡單，關于圖1-3和圖7a-7c的預制件和層疊描述圖6的示例方法；然而，可以使用所描述的技術形成其它層疊或預制件，并且可以使用其它技術制成圖1-3和圖7a-7c的預制件和層疊。

圖6的示例技術包括沿中央軸線22堆疊包括纖維14的多個層11和12以形成層疊16（40）。如上文所描述的，所述多個層11和12中的每一個均可以包括任意合適數(shù)量和構(gòu)造的包括纖維14的層，包括例如包括纖維14的網(wǎng)狀纖維122的網(wǎng)狀層112、纖維14的纖維束120的纖維束層114、包括被針刺于一個或多個纖維束層114的一個或多個網(wǎng)狀層112的雙重層116、其組合等等。纖維14可以包括碳纖維或碳前體纖維。在一些示例中，所述多個層11和12可以被預制造成限定預制件內(nèi)直徑（id）和預制件外直徑（od）的盤的形狀。

圖6的技術也包括針刺層疊16以形成多個針刺纖維20從而形成包括代表形成外部表面（例如，第一主要表面、第二主要表面18、預制件外直徑表面30a和預制件內(nèi)直徑表面30b）的預制件10的區(qū)域的外部區(qū)域132和核芯區(qū)域134的預制件10，其中外部區(qū)域132具有小于核芯區(qū)域134（42）中的nfnd的第一nfnd。在一些示例中，外部區(qū)域可以包括第一外部層11a和第二外部層11b、內(nèi)部層12的第一周邊區(qū)域140a和內(nèi)部層12的第二周邊區(qū)域140b。在一些示例中，外部區(qū)域132可以包括限定第一nfnd的針刺纖維20，并且核芯區(qū)域134可以包括限定相比于第一nfnd而言更高的纖維20的nfnd的一個或多個區(qū)域。

如上文所描述的，針刺纖維20可以由于針刺過程而形成，在該過程中，多個層11和12中的一個或多個的一些纖維14被至少部分地轉(zhuǎn)移到層疊16內(nèi)的一個或多個其它層11和12內(nèi)。在一些這樣的示例中，針刺纖維20可以由被沖壓/針刺到多個層11和12中的一個或多個層內(nèi)的作為網(wǎng)狀纖維（例如，圖2的網(wǎng)狀纖維122）被包括的纖維14形成。在一些示例中，針刺纖維20可以由被轉(zhuǎn)移到層疊16內(nèi)的一個或多個其它層12內(nèi)的初始地被包括在纖維束（例如，圖2的纖維束120）中的纖維14形成。例如，針刺過程可以破壞被包含在纖維束中的一些纖維14并且將被破壞的纖維至少部分地轉(zhuǎn)移到層疊16內(nèi)的一個或多個層內(nèi)以形成針刺纖維20。

在一些示例中，使用例如旋轉(zhuǎn)環(huán)形針刺件（needler）或非旋轉(zhuǎn)環(huán)形針刺件，可以將針刺纖維20至少部分地針刺穿過兩個或更多個層12以將相應的層12連結(jié)在一起。在環(huán)形針刺件的情況中，可以通過將多個層11和12中的兩個或更多個針刺在一起且之后將一個或多個附加層11和12堆疊（40）在先前針刺的層的頂部上，并且針刺（42）所述附加層來形成預制件10。在一些示例中，環(huán)形針刺件可以具有大約每分鐘700個沖程或更多（比如，在大約850和大約1250個沖程/分鐘之間的沖程速度）的針沖程速率和大約2rpm的旋轉(zhuǎn)滾動速度（bowlspeed）。在一些示例中，可以通過增加滾動旋轉(zhuǎn)速度（例如，3rpm）同時將每轉(zhuǎn)的沖程比保持在大約350個沖程每轉(zhuǎn)來減少針刺時間。在一些示例中，可以使用帶有針的選定分布、倒鉤比或二者的針板來針刺（42）層疊16。

在一些示例中，在針刺過程（42）期間，可以將第一外部層11a放置在柔軟的材料（諸如泡沫環(huán)）上，且將一個或多個附加層（例如，內(nèi)部層12）放置在第一外部層11a的頂部上以允許針和針刺纖維20一直穿透第一外部層11a而不損壞針。多個層11和12的堆疊（40）和針刺（42）可以繼續(xù)直至預制件10達到目標厚度t為止。

在一些示例中，可以使用多步迭代過程堆疊（40）和針刺（42）多個層11和12以建立如上文所描述的不同nfnd的區(qū)域（例如，圖4-5）。例如，圖7a-7c示出使用三迭代針刺過程形成的示例層疊200的一部分的橫截面視圖。圖7a示出第一針刺過程，其中第一外部層70a和一個或多個內(nèi)部層72被堆疊（40）和針刺（42）在一起。在一些示例中，針刺第一外部層70a（42）可以導致至少第一外部層70a形成外部區(qū)域80的限定針刺纖維20的第一nfnd的部分。在一些示例中，第一nfnd可以是貫穿整個第一外部層70a相對一致的（例如，一致或幾乎一致）。

在一些示例中，針刺以連結(jié)第一外部層70a和一個或多個內(nèi)部層72a的第一針刺過程（42）可以用針板執(zhí)行，該針板被構(gòu)造成限定貫穿這兩個層（待連結(jié)的第一組層）的期望nfnd。在一些這樣的示例中，針板可以被構(gòu)造成帶有更低的針密度以在第一外部層70a中產(chǎn)生第一nfnd。在一些示例中，針板可以具有實質(zhì)上一致（例如，一致或者幾乎一致）的針密度。

圖7b示出第二針刺過程，其中一個或多個附加內(nèi)部層72b已經(jīng)被堆疊（40）在先前形成的初始層疊200a上并且被針刺（42）在一起以產(chǎn)生中間層疊200b?？梢砸灾辽傥鍌€區(qū)域描述內(nèi)部層72b，所述區(qū)域可以包括（從外直徑朝向內(nèi)直徑運動）直接鄰近預制件外直徑表面30a的第一周邊區(qū)域104a、第一復合物直徑區(qū)域24a、中央?yún)^(qū)域26、第二復合物直徑區(qū)域24b和直接鄰近預制件內(nèi)直徑表面30b的第二周邊區(qū)域104b。如圖所示，內(nèi)部層72b可以被針刺（42）以限定第一周邊區(qū)域104a和第二周邊區(qū)域104b中的第一nfnd，該第一nfnd可以與第一外部層70a的第一nfnd實質(zhì)上相同。內(nèi)部層72b也可以被針刺以限定第一復合物直徑區(qū)域24a和第二復合物直徑區(qū)域24b中的第二nfnd，以及中央?yún)^(qū)域26中的第三nfnd。在一些示例中，第二nfnd和第三nfnd二者均可以大于第一nfnd（例如，如關于圖4-5所描述的）。在一些示例中，第二nfnd可以大于第三nfnd（例如，如關于圖5c所描述的那樣）。

可以使用任意合適的技術執(zhí)行中間層疊200b的針刺（42）。在一些示例中，可以使用被構(gòu)造成限定上文所描述的在相應區(qū)域中的期望nfnd的針板執(zhí)行內(nèi)部層72b的針刺以形成中間層疊200b。在一些這樣的示例中，針板可以包括選擇性地分布在針板上以形成期望的nfnd的多個針。例如，可以將針不一致地分布于針板上以在期望更高的nfnd的區(qū)域（例如第一復合物直徑區(qū)域24a和第二復合物直徑區(qū)域24b和/或中央?yún)^(qū)域26）中包括針的更大集中度。額外地或者替代性地，針板可以包括具有倒鉤的多個針，其中每個針的倒鉤數(shù)量選擇性地變化以如上文所描述地在相應區(qū)域中產(chǎn)生期望的nfnd。例如，相比于期望更低的nfnd的區(qū)域中的針，在期望更高的nfnd的區(qū)域（例如，第一復合物直徑區(qū)域24a和第二復合物直徑區(qū)域24b和/或中央?yún)^(qū)域26）中的針可以每針包括更大數(shù)量的倒鉤。相對于帶有更低倒鉤比的針板的部分，在這樣的區(qū)域中更高的倒鉤比可以增加在這些區(qū)域中產(chǎn)生的針刺纖維20的數(shù)量以增加nfnd。在一些示例中，被用以將內(nèi)部層72b針刺到初始層疊200a的針板可以是不同于用以形成初始層疊200a的針板的板。在一些示例中，在針刺內(nèi)部層72b的期間，針刺纖維20可以被針刺通過內(nèi)部層72a和/或第一外部層70a的至少一部分，以將內(nèi)部層72b結(jié)合于初始層疊200a。

圖7c示出第三針刺過程，其中一個或多個內(nèi)部層72c和第二外部層70b在與第一外部層70a相對的一側(cè)上被堆疊（40）和針刺（42）于中間層疊200b以產(chǎn)生預制件210。由于完整的針刺過程，預制件210可以包括外部區(qū)域212和核芯區(qū)域214。外部區(qū)域212可以包括至少內(nèi)部層72a、72b和72c的第一周邊區(qū)域104a，并且可選地包括第一外部層70a、第二外部層70b和內(nèi)部層72a、72b和72c的第二周邊區(qū)域104b。核芯區(qū)域214可以包括內(nèi)部部分內(nèi)部層72a、72b和72c，其可以進一步關于包括第一復合物直徑區(qū)域24a和第二復合物直徑區(qū)域24b以及中央?yún)^(qū)域26的三個或更多個區(qū)域來描述。在一些示例中，可以以類似于用以形成初始層疊200a的技術來執(zhí)行第二外部層70b的針刺（42）。在一些示例中，相比于核芯區(qū)域214內(nèi)的nfnd，第二外部層70b中的nfnd可以相對高。在一些示例中，第二外部層70b可以包括貫穿整個層70b相對一致（例如，一致或者幾乎一致）的nfnd，其可以與第一外部層70a以及第一周邊區(qū)域104a和第二周邊區(qū)域104b中的nfnd實質(zhì)上相同（例如，相同或者幾乎相同）。在一些示例中，被用以針刺第二外部層70b的針板可以與用以針刺第一外部層70a的針板相同。

在一些示例中，層70a、70b、72a、72b和72c的堆疊（40）和針刺（42）以形成預制件210可以沿通過預制件210的一個或多個方向形成一個或多個nfnd梯度或等級，使得nfnd從預制件210的外表面朝向中心（例如，核芯區(qū)域214的中心）增加。

在一些示例中，可以作為最終步驟（42）在相應區(qū)段被針刺在一起的情況下將層疊16的層12在區(qū)段中被針刺一起，以形成在相應區(qū)域內(nèi)帶有期望nfnd的預制件10。例如，層70a和72a可以被初始地針刺在一起以形成初始層疊200a（例如，區(qū)段92a）。類似地，層70b和72c可以被針刺在一起以形成與初始層疊200a實質(zhì)上相似的第二初始層疊（例如，區(qū)段92b）?？梢詫⒂蓛?nèi)部層72b制成的內(nèi)部區(qū)段堆疊并針刺一起（例如區(qū)段92c）。這三個區(qū)段92a、92b和92c可以被堆疊成區(qū)段92c處于區(qū)段92a和92b之間并且被針刺在一起以形成預制件210。在一些這樣的示例中，可以在獨立區(qū)段92a、92b和92c的初始針刺期間、在后續(xù)針刺以將區(qū)段92a、92b和92c連結(jié)到彼此期間或者二者的組合期間形成預制件10的各種區(qū)域內(nèi)期望nfnd的針刺纖維20。在一些這樣的示例中，獨立地形成區(qū)段92a、92b和92c可以幫助確保針刺纖維20穿過預制件210的厚度上的相對對稱的分布（例如，平行于中央軸線的預制件210的主要表面之間的對稱分布）。

圖6的示例技術也包括可選地將通過堆疊（40）和針刺（42）層12產(chǎn)生的預制件10致密化（44）以形成c-c復合物基底。在一些示例中，可以通過應用含碳氣體的一個或多個cvi/cvd周期將預制件致密化。在cvi/cvd加工期間可以使用任意合適的含碳氣體，包括例如碳基氣體，諸如天然氣、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、丙烯或乙炔或者這些氣體中至少兩種的組合。在一些示例中，致密化步驟（44）可以產(chǎn)生具有在大約1.65和大約1.95g/cc之間的最終密度的致密化c-c復合物基底。

在一些示例中，應用含碳氣體以經(jīng)由cvi/cvd致密化預制件10可以實質(zhì)上在真空空間（例如，帶有小于100torr的內(nèi)部環(huán)境的容器）或者在惰性氣體環(huán)境下發(fā)生以便控制化學沉積反應。在一些示例中，在應用cvi/cvd氣體期間，包括預制件10的環(huán)境可以被加熱到升高的溫度，例如在大約900℃和大約1200℃之間，以促進化學沉積反應。

在其它示例中，可以使用其它合適的技術將預制件10致密化（44），所述技術包括例如經(jīng)由樹脂傳遞模塑（rtm）加工、真空壓力滲透（vpi）加工、高壓力滲透（hpi）等等的樹脂滲透和碳化。

在一些示例中，在經(jīng)歷致密化周期（44）之前，預制件10可以經(jīng)受初始碳化周期以將纖維14和/或針刺纖維20轉(zhuǎn)化成碳。例如，可以通過在惰性或還原條件下在爐罐（retort）中加熱預制件10來碳化預制件10，以從纖維14和/或針刺纖維20去除非碳成分（氫、氮、氧等）。能夠使用爐罐，如高壓釜、爐、熱等靜壓機、單軸熱壓機等等來進行碳化。在這些技術中的每種技術中，預制件10均可以在惰性氣氛中在處于大約600℃至大約1000℃的范圍中的溫度下被加熱，且同時可選地被機械壓縮。機械壓縮可以被用于限定預制件10的幾何構(gòu)造（例如，厚度（t））。在一些示例中，可以用氮氣輕柔地吹掃爐罐近似1小時，然后將爐罐在近似10-20小時的過程中被緩慢地加熱到大約900℃，繼之以在近似1-2小時中將溫度升高到大約1050℃。之后在允許被碳化的預制件整夜冷卻之前，可以將爐罐保持在大約1050℃下近似3-6小時。在一些示例中，碳化步驟能夠在甚至更高的溫度（包括高達大約1800℃）下進行。

在一些示例中，在預制件10的致密化期間或之后，預制件10的主要表面可以被機加工以將所得的c-c復合基底塑造成期望的形狀，諸如成品制動盤形狀。例如，在致密化（44）之后，可以使用諸如cnc（計算機數(shù)字控制）機器的研磨設備部分地磨除第一主要表面和第二主要表面18中的一個或多個以獲得期望的幾何構(gòu)造。例如，c-c復合物基底可以被磨成致密化的c-c復合物盤式制動器的形狀，其具有最終厚度t（例如，大約1.4英寸）且具有平行的主要表面18（例如，摩擦表面）并且限定期望的內(nèi)側(cè)直徑和外側(cè)直徑。

已經(jīng)描述了各種示例。這些和其它示例落在以下權(quán)利要求的范圍內(nèi)。