[发明专利]碳陶瓷摩擦盘及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳陶瓷摩擦盘和用于制备所述碳陶瓷摩擦盘的方法。

背景技术

摩擦盘、比如制动盘具有几个主要任务：所述摩擦盘必须提供足够的抗扭强度、刚度和稳定性，以能够承受例如由使行驶中的车辆减速产生的扭矩；通过适当选择产生优选在0.3和0.7之间的摩擦系数的材料，所述摩擦盘必须提供与制动垫的充分的摩擦耦合；并且所述摩擦盘必须能够限制由旋转能量作为热量的耗散所产生的温度的增加。

在文献中已经描述了制动盘，所述制动盘通过调节几何形状，例如通过将通风管引入到灰口铸铁制动盘中以提供空气冷却从而限制操作温度，来完成这些任务。其余的固体顶层和底层提供扭转稳定性和摩擦表面。碳纤维增强碳盘已经用于民用和军用飞机，以及一级方程式赛车。此外，在这种类型的制动盘中，单一的材料必须适应不同的几何形状，以完成所有任务。这种材料的优点是，由于碳材料的密度低，在赛车中的非簧载质量被保持在低水平。碳纤维加强解决了所需要的强度和刚度。但是，在温度超过400℃时，碳受到氧化降解。由碳纤维增强碳化硅制成的制动盘在高得多的温度是稳定的。例如在DE4438456A1中已经描述了包括具有高机械强度的分离的摩擦层和承载体的设计。这样的承载体还能够配备有允许散热的中空的空间，见DE4438455C1。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳陶瓷制动盘，通过为这些任务中的各项任务适当地选择最佳材料来对所述碳陶瓷制动盘进行优化以满足所有的要求；所述碳陶瓷制动盘能够由标准组件制成，所述标准组件能够通过能够容易地成规模的工艺来制造；并且所述碳陶瓷制动盘还具有在组成制动盘的不同材料的区域之间的最佳的力传递以及热传递和力牵引。已经发现能够满足所有这些要求的复合体，所述复合体包括提供所需要的摩擦性能的至少一部分，提供所需的抗扭强度和刚度的至少一个其他部分，以及提供所需要的冷却性质的至少一个进一步的部分。还进一步发现，在技术上合理的解决方案是以满足所需的性能的分离的层构造制动盘。

因此，本发明的目的是一种多层碳陶瓷制动盘，所述多层碳陶瓷制动盘具有：至少一个承载体；和包括通风管的至少一个通风层；和优选地至少一个专用的摩擦层，所述多层碳陶瓷制动盘通过以下步骤制成：结合至少一个单独的承载体的坯体和至少一个单独的通风层的坯体，以及优选地至少一个单独的摩擦层的坯体，所述坯体包括热塑性或热固性聚合材料，所述热塑性或热固性聚合材料在处于固体或固化状态；随后利用碳化物形成元素浸润来进行碳化和陶瓷化。为在车辆如电动车、卡车和火车的应用中用作制动盘，本发明的多层碳陶瓷制动盘具有对称结构，所述对称结构包括摩擦层、承载体、包括通风管的层、第二承载体和第二摩擦层，或在进一步的构造中，对称结构包括摩擦层、包括通风管的层、承载体、包括通风管的另一个层和第二摩擦层。

本发明的再一个目的是提供用于制备多层碳陶瓷摩擦盘的方法，所述方法包括：

-制备用于承载体的坯体：堆叠包含基质聚合材料和增强纤维的至少两层混合物，

-制备用于通风层的坯体：将包含热塑性或热固性聚合材料的混合物与基本上具有待形成的通风管的形式的芯一起挤压模制；或者将热塑性或热固性聚合材料注射模制到模具中，所述模具基本上具有包围所述通风管的肋或鳍状物或柱状物的形式，

-作为选择，制备用于摩擦层的坯体：注射模制或挤压模制如下混合物，所述混合物包含热塑性或热固性聚合材料以及影响摩擦特性的填料和添加剂中的至少一种；或者流延成型或注浆成型，其中将优选为碳化硅的陶瓷颗粒和可选的颗粒碳以及进一步作为选择的影响摩擦特性的填料和添加剂中的至少一种的悬浮液，进一步作为选择在存在诸如酚醛树脂的粘结剂的情况下，铸造成金属带，利用刮刀展开，并通过干燥固化以形成根据摩擦层的所需尺寸被冲压的坯带，

-作为选择，将由溶液、糊状物和颗粒状或粉末状的固体物质中的至少一种构成的粘接剂涂敷到在叠层中在所述坯体之间形成的界面，以改善这些层之间的粘结，

-堆叠至少一个承载体的坯体、包括通风管的至少一个通风层的坯体和可选的至少一个摩擦层的坯体以形成叠层，

-作为选择，使该叠层经受可选的压力和热处理，以改善在这些层之间的粘接，

-在非氧化性气氛中在加热条件下使所述叠层经受热解，以形成碳化体，并且

-利用优选包括硅的液体碳化物形成材料进行浸润，以形成具有包括碳化物、优选碳化硅的基体的陶瓷体。