具有帶織紋的陶瓷摩擦層的摩擦盤制造技術

本發明專利技術涉及一種圓柱形環狀摩擦盤，所述圓柱形環狀摩擦盤包括支撐體和至少一個摩擦層，并且在每種情況下還包括中間層，中間層布置在支撐體和摩擦層之間，所述中間層具有相互鄰接的平坦區域，所述相互鄰接的平坦區域具有不同的熱膨脹系數。本發明專利技術還涉及用于制造摩擦盤的方法，并且涉及其作為特別地用于機動車輛的制動和離合器系統的部件的用途。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】具有帶織紋的陶瓷摩擦層的摩擦盤
本專利技術涉及：具有結構化陶瓷摩擦層的摩擦盤，具體是制動盤，其包括陶瓷支撐體和至少一個摩擦層，其中，所述支撐體和/或所述摩擦層可以由碳纖維增強陶瓷材料（碳陶瓷）制成；以及用于制造該制動盤的方法。
技術介紹
在其它來源中，由歐洲專利EP1273818B1已知具有陶瓷摩擦層的碳陶瓷制動盤。歐洲專利EP1251290B1描述了這種摩擦盤，其中摩擦層設有凹部，所述凹部可以是在徑向上呈梯形、螺旋或漸開線曲線形、橢圓形、圓形或多邊形的形狀，并有助于改善碳陶瓷制動盤的冷卻。根據歐洲專利EP1314708B1已知一種成形體，所述成形體由纖維增強復合材料制成，具有分段的覆蓋層。在這種情況下，優選陶瓷部分通過網或網狀區域彼此分離，所述網或網狀區域由與摩擦材料不同的材料制成。所述部分的平均直徑優選為至少3mm，網的厚度優選為0.1mm至10mm。根據專利申請EP2213902A2已知具有結構化摩擦層的摩擦盤，其中摩擦層由槽分為多個部分。這里，槽的寬度在0.1mm和5mm之間，其深度為至少0.4mm。這種摩擦盤表現出對潮濕條件的改善的響應。在通向本專利技術的研究過程中發現，在存在水或水溶液或水泥漿的情況下，制動襯墊與碳陶瓷制動盤的摩擦表面接觸時，對潮濕條件的響應和穩定摩擦系數的發展仍然需要改進。
技術實現思路
因此，目的是設計一種摩擦盤，具體是一種碳陶瓷制動盤，使得可以改善其對潮濕條件的響應和摩擦系數的發展。已經發現能夠通過選擇性構造摩擦層的在冷卻摩擦盤具體是碳陶瓷制動盤的過程中形成的膨脹裂紋微觀結構來實現該目標，所述摩擦盤包括具有包含碳化硅的基質的支撐體和至少一個摩擦層，優選在利用硅對一個摩擦層進行處理后，將該摩擦層布置在圓柱形環狀支撐體的上蓋表面和下蓋表面中的每個上，并且將其以面積分布方式附接到上蓋表面和下蓋表面中的每個上。在于硅的熔化溫度1420℃以上利用液體硅進行硅化之后在冷卻過程中，也就是說，當溫度降低至少1000K時，支撐體和摩擦層或附著到其的層的材料的不同熱膨脹性質通常導致在摩擦層中形成隨機的裂紋圖案。如果所述摩擦層通過以確定方式形成的裂紋圖案散布，在下文中確定方式也被稱為“有意圖的”方式，也就是說以故意的方式而不是隨機地，則在由制動襯墊和制動盤構成的制動系統中，當在存在水的情況下制動襯墊與摩擦表面接觸時，對潮濕條件的響應和穩定摩擦系數的發展可以通過這樣的方式被影響以便獲得穩定的致動行為，其中響應時間在小于2秒的范圍內，更具體地在1秒至3秒的范圍內，摩擦系數為低于50％，低于干式制動。此外，隨著使用制動盤的時間段增加，沒有觀察到該響應時間增加。因此可以避免摩擦系數急劇下降至對于在干燥條件下利用沒有經過仔細考慮構造的摩擦層的相同功能對的值的25％。發現裂紋圖案的目標形成的特征在于，可以經由位于摩擦層和支撐體之間的中間層或粘接劑層的組成和厚度來控制處于在摩擦層中的由裂紋包圍的凸起部分之間的裂紋的寬度以及這些部分的尺寸和尺寸分布，當用于支撐體的生坯體和摩擦層被組裝時，所述中間層或粘接劑層介于摩擦層和支撐體之間。在隨后的處理步驟之前，在處于多孔碳纖維增強支撐體上的碳陶瓷制動盤的情況下，該中間層或粘接劑層否則僅用于固定至少一個摩擦層。例如根據專利申請DE4438456A1已知這樣的中間層，其中，在制造過程中，由多孔的基于纖維素的可熱解材料構成的、但也可以是無紡墊或碳墊的插入件可以定位在多層碳陶瓷制動盤的支撐體和摩擦層之間。該中間層覆蓋在支撐體和摩擦層之間的整個接觸表面。在硅化過程中，該中間層在不存在氧化性氣體的情況下被加熱時首先被碳化，然后與一個摩擦層（或更多個摩擦層）和支撐體一起利用硅滲透，其中，在中間層的材料被熱解時形成的碳中的至少一些碳被轉換成碳化硅。該中間層現在需要完成新的任務。將在現有技術的文件中是均勻的該中間層構造成具有不同熱膨脹系數的層區域，例如，通過利用不同材料的復合物，比如通過將碳化硅粉末或碳粉末添加到粘接化合物中或將不同的粘結劑添加到粘接化合物、例如不同混合比的酚醛樹脂和瀝青中，在硅化后的冷卻過程中在處于摩擦層和支撐體之間的中間層中產生張力，所述張力導致裂紋選擇性地也就是說有意圖地形成在陶瓷摩擦層中。熱膨脹差還可以通過借助于包括優選由碳制成的絲束的機織織物的中間層的優選方式實現。碳絲以通常的方式成束，其中，優選利用每股線具有3000、6000或12,000（“3k”、“6k”、“12k”）條絲的常用絲線。由于這些絲的在縱向方向上的熱膨脹系數明顯不同于在與其垂直的方向上的熱膨脹系數（在聚丙烯腈基的碳化絲中，縱向的熱膨脹系數為0.6·10-6K-1到0.75·10-6K-1，而橫向的熱膨脹系數為8·10-6K-1到9·10-6K-1），如果適當選擇每股線的絲數和在機織織物中的粘結物，在中間層中能夠產生張力圖案，所述張力圖案在冷卻時導致有意圖的裂紋的形成。此外，優選還可以在經線和緯線中在每股之間留出空白區域，使得網眼狀編織物或編帶形成有在每條緯線和經線的線股之間的空間。該中間層的以這種方式賦予的結構導致在硅化后的冷卻過程中的在摩擦層中的有意限定的，也就是說根據計劃形成的膨脹裂紋微觀結構，這繼而利用合適的尺寸選擇導致在濕條件下進行制動時的摩擦系數的發展的改善。在這方面，摩擦系數發展的速度以令人驚訝的方式受到摩擦層的鄰近區域的尺寸的影響，所述鄰近摩擦層區域通過裂縫彼此分離。結果發現，摩擦系數的發展速度與所述鄰近的摩擦層區域的尺寸近似成反比，也就是說與所述鄰近的摩擦層區域的表面的平面中的平均尺寸近似成反比。因此，本專利技術涉及一種摩擦盤，所述摩擦盤包括支撐體和至少一個摩擦層，以及一個中間層，所述中間層每個均布置在支撐體和摩擦層之間，其中，所述中間層具有帶有不同熱膨脹系數的相鄰面積區域。具有不同熱膨脹的相鄰區域的熱膨脹的差異優選為對于線性熱膨脹系數而言較高的值的至少5％，優選為該值的至少10％。在中間層中的如下區域被指定為面積區域，該區域在與圓柱形環狀摩擦盤的對稱軸線或旋轉軸線垂直的平面中延伸。本專利技術進一步涉及一種用于制造摩擦盤的方法，所述摩擦盤具有有意圖的膨脹裂紋微觀結構，也就是說在所述摩擦層中以經過考慮的方式計劃形成的微觀結構，所述方法包括以下步驟：-制備用于多孔碳的支撐體的預成型體，優選利用耐高溫纖維增強所述用于多孔碳的支撐體的預成型體，-制備用于多孔碳的摩擦層體的預成型體，所述用于多孔碳的摩擦層體的預成型體有利地含有碳化硅作為填料，-利用粘接劑層將至少一個摩擦層預成型體通過粘接劑粘結在支撐層體上，所述粘接劑層作為有機粘結劑包含：熱固性樹脂和可選擇的瀝青和/或熱塑性塑料；和至少一種添加劑，所述添加劑選自元素碳，元素周期表中的根據舊國際理論和應用化學聯合會（IUPAC）命名的IIIb、IVb和Vb族、也就是根據新國際理論和應用化學聯合會命名的13、14和15族的金屬和半金屬的碳化物、氮化物和硅化物；耐高溫纖維，所述耐高溫纖維選自碳纖維、元素Si、C、N、B、O和P的二元和三元化合物的纖維和難熔金屬的晶須，-在沒有氧化劑的情況下熱解產生的復合材料，由此從有機粘結劑得到碳，和-利用液體硅或含有至少50％的質量分數的硅的液體合金來浸潤碳化復合物，由此形成硅的以及可能的其他合金成分的碳化物本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.12.28 EP 10197217.21.一種用于制造圓柱形環狀摩擦盤的方法，其中一種膨脹裂紋微觀結構被故意地設計和形成在所述圓柱形環狀摩擦盤的摩擦層中，其中，所述圓柱形環狀摩擦盤包括支撐體和至少一個所述摩擦層以及布置在每個支撐體和摩擦層之間的中間層，其中，所述中間層具有多個鄰近的面積區域，所述多個鄰近的面積區域具有彼此不同的熱膨脹系數，所述方法包括以下步驟：-制備用于多孔碳支撐體的預成型體；-制備用于多孔碳摩擦層體的預成型體；-借助于粘接劑層將至少一個摩擦層預成型體通過粘接劑粘結在用于所述支撐體的預成型體上，所述粘接劑包含：作為有機粘結劑的熱固性樹脂；和至少一種添加劑，所述添加劑選自元素碳，元素周期表中的根據當前的國際理論和應用化學聯合會命名的第13、14和15族的金屬和半金屬的碳化物、氮化物和硅化物，選自碳纖維的耐高溫纖維，元素Si、C、N、B、O和P的二元和三元化合物的纖維，以及難熔金屬的晶須；-在沒有氧化劑的情況下熱解產生的復合材料，由此從所述有機粘結劑獲得碳；和-利用液體硅或含有至少50％的質量分數的硅的液體合金來浸潤碳化復合物，由此形成硅的碳化物或者形成液體合金中的硅和其它合金成分的碳化物，其中-根據溫度曲線冷卻硅化復合物，其中通過進行所述熱解和所述浸潤以形成碳化物的步驟，由所述粘接劑層形成中間層，-所述中間層的結構導致在所述浸潤后的冷卻過程中在摩擦層中故意形成所述膨脹裂紋微觀結構，其特征在于：-所述粘接劑層由粘...

【專利技術屬性】
技術研發人員：安德烈亞斯·金茨勒，英格麗德·克雷奇默，
申請(專利權)人：西格里碳素歐洲公司，
類型：
國別省市：