Brevet FR2483031A1 — publié le 19811127

D E S C R I.P T I O N L'invention concerne les garnitures de friction pour des freins à friction du type freins à disques ou freins à tambour. Dans les freins à friction, les garnitures de friction disposées, sur les mâchoires de serrage formant l'étrier ou sur les sabots, sont le plus souvent constituées par des fibres organiques comprimées auxquelles est ajoute un liant permettant la mise en forme de ces garnitures selon le type de frein. En particulier la plupart de ces garnitures comportent essentiellement comme fibre organique des fibres d'amiante. Ce materiau, aux qualites mécaniques de tenue en température bien connues, ne permet cependant pas, du fait de la nécessité de présence du liant pour former la garniture, d'obtenir une efficacité de freinage constante au cours du freinage, un phénomène d'evanescence du coefficient de frottement de la garniture sur le disque ou sur le tambour, phénomène analogue à un phénomène de fading se produisant lors de l'échauffement de la garniture et du disque ou du tambour au cours de freinage dans des conditions sevères. De plus, au cours de l'utilisation à long terme de ce type de garnitures, en particulier dans le cas des freins à disques, usure du disque de frein se manifeste par un creusage des faces planes du disque de frein au niveau des zones de contact de ces faces et des garnitures de frein. Ce phénomène d'usure de disque de frein peut être- attribué au frottement des garnitures sur les faces du disque, frottement provoquant, par une usure plus rapide des garnitures de frein, l'émission de particules de fibres organiques hautement abrasives. En particulier lors de la présence de fibres d'amiante dans les garnitures de frein, l'amiante ayant un coefficient de dureté compris entre 6 et 7 selon l'échelle MOHS, les particules d'amiante détachees des garnitures provoquent à plus long terme l'usure du disque de frein, les disques de frein classiques, habituellement obtenus par coulage de fonte d'acier et par usinage par enlèvement de copeaux présentant un coefficient de dureté inférieur. Différentes solutions ont été proposes à ce jour en vue de la mise en oeuvre de garnitures de friction résistantes à l'usure, les particules organiques,notamment les particules d'amiante, étant de plus réputées cancérogènes. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients precités. - Un objetde la présente invention est la mise en oeuvre d'une gar niture de friction pour frein à friction à usure très faible. - Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre diune garniture de -friction pour frein à friction de réalisation simple et ne necessitant pas d'entretien ultérieur. - Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'une garniture de friction permettant une bonne isolation thermi que de l'étrier de frein et des circuits hydrauliques de commande. - Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'une garniture de friction de coefficient de frottement sensible ment constant en fonction des températures habituelles d'utilisa tion des freins. La garniture de friction pour frein à friction selon l'invention est constituée par une pièce support comportant au moins une zone de frottement en matériau dur. De telles garnitures de friction peuvent étre utilises dans les freins à disques précites sur des véhicules tels que véhicules automobiles courants ou de compétition. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description et des dessins ci-apres où les mêmes références représentent les mêmes élé- ments et dans lesquels les figures la, lb représentent un mode de réalisation non limitatif de l'objet de l'invention, les figures 2a, 2b representent en coupe un détail de réalisation de l'invention, la figure 3 représente une variante de réalisation de l'objet de l'invention dans le cas d'une garniture de friction du type sabot pour frein à tambour, la figure 4 représente une variante de réalisation de l'objet de l'invention plus particulierement adapté à des surfaces de friction non planes, la figure 5 represente une garniture de frein monobloc selon l'invention. Selon la figure la,la garniture de friction pour frein à friction comprend une pièce support 1 comportant au moins une zone de frottement 2 en matériau dur. Par matériau dur on entend tout materiau pressentant au test de durete selon le procedé Vickers un coefficient de dureté su-périeur à environ 1200. Ainsi que représenté de manière non limitative,figure la,lb dans le cas d'une garniture de friction pour frein à disque, la pièce support 1 comprend au moins une surface plane 10. La surface plane 10 comporte unepluralité de zones de frottement 2 en matériau dur. Les zones de frottement 2 sont disposées sensiblement dans un même plan, les zones de frottement 2 étant au cours du freinage appliquées contre la face correspondante du disque. Selon un mode de réalisation non limitatif de l'invention, la plaquette support 1 est constituée par une plaquette métallique par exemple et le matériau dur est constitué par du corindon synthetique monocristal- lin. De préférence les zones de frottement 2 sont constituées par des pastilles fixées sur la surface plane 10 de la plaquette support. Les pastilles de corindon sont, par exemple, obtenues par sciage d'un barreau de corindon monocristallin obtenu, par exemple, par le procéde Verneuil. De préférence le barreau obtenu a son axe optique perpendiculaire à l'axe de croissance de barreau et les pastilles obtenues par sciage, de forme sensiblement cylindrique, comportent deux faces planes pa allèles à l'axe optique. Le coefficient de dureté de chacune de ces faces est alors de tordre de 2200 selon le procédé Vickers, l'une de ces faces étant destinée à constituer une zone de frottement 2 de la garniture. Le corindon peut consister en un monocristal d'alumine pure saphir blancs ou un monocristal d'alumine A1203 + oxyde de chrome, rubis rouge, ou monocristal d'alumine + fer et titane, saphir bleu, par exemple. Le corindon monocristallin permet, compte tenu de l'état de surface de la zone de frottement2, d'obtenir un coefficient de frottement a sec sur une surface d'acier poli pouvant varier entre 0,08 et 0,4 selon les états de surface respectifs. Par exemple chaque pastille de section sensiblement circulaire comporte une face plane 20, constituant une zone de frottement, ayant une rugosité moyenne p de 2 à 3 m. Un- tel etat de surface pour des pastilles de ltordre de 20 mm de diamètre permet, compte tenu d'un coefficient de frottement moyen de 0,3 sur l'acier poli, une efficacite de freinage convenable, les surfaces des pastilles obtenues après sciage étant maintenues brutes.De manières inattendue, le corindon est ainsi utilisé comme matériau de friction, l'utilisation anterieur bien connue des propriétés du corindon comme matériau antifriction, notamment dans les paliers d'horlogerie, étant due a la seule qualité de durete exceptionnelle de ce matériau permettant, pour un état de surface d'excellente qualité de rugosite p inférieure à 0,05 pm et une surface de contact avec un pivot dtacier réduite au maximum, un couple de frottement de valeur minime, constant dans le temps, du fait de l'absence d'affinité corindon - metal et d'usure correspondante.Ainsi que représente figure 2a, 2b les pastilles ont de préférence une épaisseur e de l'ordre de 1 à 4 mm et chaque pastille présente une arête libre 21 constituant le bord d'attaque de chaque zone de freinage, formée par une surface gauche de section sensiblement circulaire. Le rayon de courbure r de la section circulaire formant l'arête libre est par exemple voisin de 1/10 de mil limètre et permet d'eviter les détériorations des arêtes et du disque lors de l'utilisation en cas de léger défaut de parallelisme entre garniture et disque. L'arrondi de l'arête vive peut être obtenu par tout procédé classique de façonnage du corindon. Les pastilles de corindon 2 sont fixees à la plaquette support par collage, par exemple dans des logements 100 ménagés à cet effet dans la plaquette support, ou par sertissage dans ces logements. Selon la variante de réalisation représentée figure 3, dans le cas d'un frein à tambour, a pièce support 1 constituée par une section sensiblement hémicylindrique constituant le sabot comprend une pluralite de zones de frottement en materiau dur 2. De préférence les zones de frottement 2 sont sensiblement réparties selon des génératrices de la pièce support 1. Les zones de frottement 2 sont par exemple constituées par des pastilles de corindon de forme rectangulaire, les pastilles etant disjointes et réparties par exemple de manière que la grande dimension des pastilles rectangulaires soit parallèle aux génératrices de la pièce support hémicylindrique.Le fait que les zones de frottement soient disjointes permet au cours du fonctionnement une meilleure ventilation des zones de frottement, tant dans le cas des garnitures pour frein à tambour que pour les garnitures de frein à disque. Des pastilles de corindon de forme rectangulaire peuvent également être utilisées comme représenté figure lb. La plaquette support 1 peut avantageusement, sans sortir du cadre de l'invention, être constituée par une plaquette de frein de type classique constituée par des fibres organiques dans laquelle sont pratiqués les logements destinées a recevoir les pastilles de corindon. L'affleurement de chaque zone de frottement 20 par rapport à la surface de la plaquette support peut être alors choisi voisin de 0,1 a 0,5 mm la surface de la plaquette pouvant ainsi jouer le rôle d'agent de nettoyage du disque, vis-à-vis des particules de de silice ou autre de dimension supérieure à cet affleurement, projetées par la rotation des roues du véhicule. Selon une variante de réalisation de l'invention représentée figure 4, le matériau dur est constitué par une céramique polycristallîne. Le matériau constituant la ceramique peut être avantageusement constituée par de l'alumine A1203 pure ou par tout compos d'alumine comportant au moins 90 , 0 d'alumine permattant d'obtenir, après frittage, une cerami- que de dureté supérieure à 1200 selon 'I'échelle Vicke-rs. A titre d'exemple une ceramique comportant 99,7 ,40 d'alumine permet d'obtenir un coefficient de dureté de 1800 selon l'échelle Vickers pour un coef ficient de conductibilité thermique de 0,07 cal x cm / cm2 x s x C. L'état de surface de la face 20 de la pastille obtenue par frittage de la poudre d'alumine peut être obtenue-avec une rugosité moyenne p comprise entre 3 et 6 p parfaitement convenable pour l'application considérée, les coefficients de frottement correspondant sensiblement à ceux du corindon monocristallin pour des états de surface comparables. L'utilisation de matériaux ceramique tels que décrits n'est pas li mitee à la ceramique de composés d'alumine, tout matériau céramique présentant un coefficient de dureté supérieur ou égal à 1200 selon l'échelle Vickers et un coefficient de conductivité thermique comparable à celui du corindon monocristallin ne sort pas du cadre de la présente invention. Les matériaux céramiques ainsi définis sont particulièrement bien adaptes pour la fabrication de pastilles utilisées pour des surfaces de friction non planes telles que celles des freins à tambour. Afin de simplifier la réalisation de l'objet de l'invention lors de l'utilisation des materiaux céramique, l'ensemble constitué par la pla quette support et les zones de frottement 2 est constituée par une pie- ce monobloc 30 constiutee par une céramique polycristalline. Dans ce cas, la garniture de frein selon figure 5 peut être directement ob ;tenue par les procedés classiques de la technique des céramiques, les zones de frottement 2 pouvant être de forme quelconque, mais restant disjointes de manière à ménager entre celles-ci des canaux 22 permettant la ventilation de la garniture de frein et de la zone de friction du disque ou du tambour au cours du freinage. Un essai de garnitures de frein conformes à l'invention effectué pour des freins a disques d'automobiles a permis de constater apres un essai sur 30 000 km l'absence d'usure appréciable tant des garnitures de frein que du disque lui-meme, les garnitures'de frein selon l'invention pouvant être avantageusement utilisés avec tout type de disque de frein et y compris avec des disques de frein ventilés comportant soit des ouvertures, soit des ailettes ou susceptibles de dissiper la majeure partie de la chaleur provoque par la dégradation de l'énergie cinétique du véhicule au cours du freinage. REVENDICATIONS 1 Garniture de friction pour frein à friction, caractérisé en ce qu'elle est constituée par une pièce support comportant au moins une zo G ne de frottement en matériau dur. 2. Garniture de friction selon la revendication 1, caractérisée en ce que, dans le cas d'un frein à disque, la pièce support comprend au moins une surface plane, ladite surface plane comportant une pluralité de zones de frottement en matériau dur, lesdites zones de frottement étant disposées sensiblement dans un même plan. 3. Garniture de friction selon les revendications 1 ou 2, caractérisee en ce que le matériau dur est du corindon monocristallin. 4. Garniture de friction selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les zones de frottement sont constituées par des pastilles fixées sur la surface plane de la plaquette support. 5. Garniture de friction selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque pastille de section circulaire comporte une face plane constituant une zone de frottement, chaque face plane ayant une rugosité moyenne de 2 à 3 vm. 6. Garniture de friction selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que chaque pastille présente une arête libre, constituant le bord d'attaque de chaque zone de freinage, formée par une surface gauche de section droite sensiblement circulaire, le rayon de courbure de la section circulaire formant l'arête libre etant voisin de 1/10 de millimètre. 7. Garniture de friction selon la revendication 1, caractérisée en ce que, dans te cas d'un frein à tambour, la pièce support constituée par une section sensiblement hémicylindrique constituant le sabot, comporte une pluralité de zones de frottement en matériau dur, lesdites zones étant sensiblement réparties selon des génératrices de la pièce support. 8. Garniture de friction selon la revendication 7, caractérisée en ce que lesdites zones de frottement sont constitues par des pastilles de corindon de forme rectangulaire sensiblement réparties selon des gé- nératrices de la pièce support, lesdites pastilles étant disjointes. 9. Garniture de friction selon l'une des revendications 1, 2 ou 4 à 8, caractérisée en ce que le matériau dur est constitué par une céramique polycristalline. 10. Garniture de friction selon la revendication 9, caracterisee en ce que la céramique polycristalline est constituée essentiellement par de l'oxyde d'aluminium A1203. 11. Garniture de friction selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'ensemble constituée par la plaquette support et les zones de frottement sont constituées par une pièce monobloc constituée par une céramique pojycristalline.