[发明专利]制动盘用材料

说明书

本发明涉及用于摩擦部件、特别是制动盘或离合器盘中的材料。

包含制动钳和盘的盘式制动器已被广泛采用，特别是用于汽车应用。在制动过程中，盘被挤压在安装在制动钳中的摩擦材料的制动块(pad)之间。盘安装为使其绕与车轮旋转轴平行的轴旋转。

在使用中，制动盘将需要承受相当大的应力，特别是剪切、摩擦和磨削力。超过一定时间，制动盘将经常由于磨削力而磨损。当然希望制造比当前可用的那些更耐磨损的盘。

可经受特别高能量制动力的制动盘一般包含某些类型的增强物，这些增强物常常是诸如布、短纤维和纺织纤维等的一些形式的碳丝。这种细丝的主要目的在于赋予盘诸如高温下的强度和刚度的高机械性能，使得它们可承受在高性能应用中制动期间遇到的力。这些应用通常但不限于在汽车和航空工业中，例如，在高性能跑车和喷气式飞机等的制动系统中。制动盘可包含碳材料，其可以采取碳-碳(C/C)复合材料的形式，例如含有包含在碳基体内的碳布或丝层的制动盘。(术语“碳”以一般意义使用并可指任何类型的碳，包括无定形碳或结晶石墨)。另外，已利用诸如块状石墨的块状碳层制成制动盘，以缩短C/C复合材料层压体的长制造时间并降低成本。当然，制动盘还已经使用C/C复合材料和块状石墨层的组合物。

在操作中，制动盘可达到超过1000℃的温度。这种高温导致盘的氧化(碳氧化的阈值为约1010℃，并且许多用户设置800℃的操作上限)并导致摩擦和非摩擦区域二者的高磨损速率。

各种专利公报教导涂覆盘的非摩擦区域以减少这些区域的氧化和质量损失。例如，在GB 1544994中教导可对C/C盘的“非磨损”表面涂覆涂层，以提供氧化限制涂层。

专利EP 0 548 196教导对优选为铝金属基体复合材料(MMC)的金属基体涂覆陶瓷涂层，其意图是通过形成热屏障来提高铝盘的温度能力。

专利申请PCT/GB03/01783教导对碳-碳制动表面涂覆陶瓷涂层。

美国专利6455159公开了通过刷涂、浸涂或其它涂覆技术，在碳/碳制动盘上涂覆的含磷酸铝组合物(但具体排除含磷酸单铝的组合物)涂层。

国际专利公报WO2004/011392公开了用于涂覆碳/碳制动盘的抗氧化剂涂层组合物。该文件指出不希望用抗氧化剂涂层涂覆制动盘的摩擦表面，这是因为它降低“制动服务适应性”，即，工作(或摩擦)表面在涂覆有抗氧化涂层时摩擦性能降低。

带涂层制动盘的制动效率由于涂层和基体材料在它们的界面上的离散性而受到限制。已发现涂层和基体之间的界面是限制这些系统的有效性的薄弱面。一般地，已发现对摩擦表面涂覆抗氧化剂涂层降低该表面的摩擦性能。带涂层制动盘的另一缺点在于，涂层在使用过程中被去除，从而暴露出制动器的下方制动材料，这可导致暴露于空气的摩擦表面的氧化增加。因此，希望制造的制动盘优选在盘的整个工作寿命中都具有比标准碳/碳盘高的抗氧化性，但不表现出比标准碳/碳盘差的制动性能。

一般通过将碳纤维的集合压制在一起并将纤维的集合形成为盘状体(预制坯)来制成碳/碳制动盘。在一种制造方法中，在含有有机气体的炉中加热盘状体，使得碳沉积在预制坯块体中的纤维上(CVD/CVI工艺)。这样，形成碳/碳复合材料。盘状体必须被加热的温度相当高，并且使用大量的能量和气体来制造盘，CVD工艺有时重复几次。因此，在这种制造制动盘的方法中包含相当多的时间和成本。因此，希望采用消耗更少的能量并花费更少的时间的工艺来制造制动盘。

在第一方面中，本发明提供一种形成制动盘用材料的方法，该方法包括以下步骤：

(i)提供至少一个多孔体；

(ii)将用于形成或沉积陶瓷材料的一种或多种前体材料引入多孔体的孔隙中；和

(iii)通过在多孔体的孔隙内由前体材料形成或沉积陶瓷材料来形成制动盘用材料，

其中，前体材料是包含陶瓷粒子和/或酸式磷酸盐的悬浮体的液体。

在第二方面中，本发明提供一种用于形成制动盘的材料，该材料包括在其孔隙内包含陶瓷材料的多孔体，其中，陶瓷材料遍布于基本上整个多孔体中。

在第三方面中，本发明提供一种可通过本发明的方法形成的制动盘用材料。

在第四方面中，本发明提供一种用于制动盘的材料，该材料包括在其孔隙内包含选自以下材料中的一种或多种组分的多孔体：

(i)化学键合的磷酸盐陶瓷；

(ii)一种或多种陶瓷材料，其已从包含一种或多种陶瓷材料的粒子的一种或多种液体悬浮体沉积在所述孔隙内；