(57)【要約】【課題】扱いが簡単で且つ材料損失が少ない、カーボンセラミック・ブレーキディスクを製造するための改良された方法を提供する。【解決手段】強化繊維とバインダとを含む混合物をプレス成形し、加熱により前記バインダを硬化させ、プレス成形された本体を酸化物質の排除のもとに７５０℃〜１３００℃の温度まで加熱して炭化させることにより、炭化されたコア本体を製造する工程と、強化繊維を含む成形可能な材料を、予め製造された炭化された前記コア本体に対してプレス成形し、その後更なる複数の方法工程が摩擦層を製造する工程と、前記摩擦層のための材料を硬化させ、本体全体を炭化させた後、複合した本体に液状シリコンを含浸させる工程とを含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維とバインダとを含む混合物をプレス成形し、加熱により前記バインダを硬化させ、プレス成形された本体を酸化物質の排除のもとに７５０℃〜１３００℃の温度まで加熱して炭化させることにより、炭化されたコア本体を製造する工程と、
強化繊維を含む成形可能な材料を、予め製造された炭化された前記コア本体に対してプレス成形し、その後更なる複数の工程により摩擦層を製造する工程と、
前記摩擦層のための材料を硬化させ、本体全体を炭化させた後、複合した本体に液状シリコンを含浸させる工程と
を含むことを特徴とするカーボンセラミック・ブレーキディスクを製造するための方法。
【請求項２】
前記摩擦層と対向する前記コア本体の表面がテクスチャード加工され、このテクスチャリングが表面の不規則な或いは規則的な粗面化であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記コア本体の表面テクスチャリングは、ピラミッド状、円錐状、球状の隆起もしくは窪み又は溝状の切り欠きの形態を成していることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
平均的長さが５ｍｍを超えないステープルファイバが強化繊維である材料を前記摩擦層のために使用することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記摩擦層のための材料は、強化繊維を４０％〜８０％の質量分率で含み、また、９００℃〜１０００℃の温度で残ることなく分解される高分子を最大で１％含むとともに、酸化物質の排除下で９００℃〜１０００℃の温度まで加熱される場合にカーボンのその当初の質量の少なくとも５０％の歩留りを生じる樹脂を２０％〜６０％含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
最初の工程におけるコア本体の炭化は、前記バインダの分解による質量損失がその最大値の８０％に達する状態に至るまでにおいてのみ達成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記コア本体中の前記強化繊維の平均長が３０ｍｍを超えることを特徴とする請求項１記載の方法によって製造されたカーボンセラミック・ブレーキディスク。
【請求項８】
前記摩擦層中の前記強化繊維の平均長の最大が３０ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の方法によって製造されたカーボンセラミック・ブレーキディスク。
【請求項９】
前記コア本体と前記摩擦層との間の境界層は、不規則な或いは規則的な粗面化であるテクスチャを示すことを特徴とする請求項１記載の方法によって製造されたカーボンセラミック・ブレーキディスク。
【請求項１０】
前記コア本体の表面テクスチャリングは、ピラミッド状、円錐状、球状の隆起もしくは窪み又は溝状の切り欠きの形態を成していることを特徴とする請求項９記載のカーボンセラミック・ブレーキディスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンセラミック・ブレーキディスクを製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンセラミック・ブレーキディスクおよび当該ディスクを製造するための方法は知られている（例えば特許文献１参照）。その特許文献には、シリコンカーバイドを含む接着層を用いて、別個に製造されたコア本体と摩擦本体とを互いに結合する方法について記載されている。シリコンの含浸は本体毎に別個に行なうことができ、またカーボンセラミック・ブレーキディスクは、シリコン化されたコア本体および少なくとも１つのシリコン化された摩擦本体を互いに上下に配置するとともに、液状シリコンを本体間の隙間に含浸させることにより形成される。この方法の欠点は、摩擦層とシリコンを多く含むコア本体との間に接着層が形成されるという点である。この接着層は、繊維強化されたセラミック相よりも強度が低い。
【０００３】
更に改良された方法が知られており（例えば特許文献２参照）、その文献においては、コア本体と少なくとも１つの別個の摩擦層とを備えるカーボンセラミック・ブレーキディスクは、最初に摩擦層のための予備成形品を別個に製造し、これらの予備成形品をコア本体のための所謂マスターモールド内に配置し、コア本体のための材料でマスターモールドを満たし、この構成物から、その後に熱分解されてシリコンが含浸される摩擦本体のための予備成形品を製造することによって製造される。
【０００４】
この方法は、特別に形成された接着層をコア本体と接着本体との間で必要としない。同様に、たった１回のシリコン化、すなわち、コア本体と摩擦本体とを備える構成物のシリコン化しか必要とならない。しかしながら、実際には、この方法が欠点をもたらすことが分かった。摩擦層はコア本体よりもかなり薄い（約２０ｍｍ〜約４０ｍｍと比べて約０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ）ため、特に配慮して注意しても、摩擦層のための炭化された脆弱な予備成形品を処理する際の高い損失が問題となる。
【特許文献１】欧州特許出願公開第0797555 A1号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第10066044 A1号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって本発明の目的は、扱いが簡単で且つ材料損失が少ない、カーボンセラミック・ブレーキディスクを製造するための改良された方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、変形可能な材料を、予め製造された炭化されたコア本体に対してプレス成形し、その後に続く複数の方法工程が摩擦層を製造する工程と、このようにして形成されたプレス成形体を炭化し次いでシリコン化する工程とによって達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
好ましい実施態様においては、摩擦層を製造するために、その平均的長さが３０ｍｍを超えないステープルファイバが強化繊維である材料が使用される。摩擦層のための材料は、酸化ガスを除いて加熱されるときポーラスカーボンの残留物を製造するカーボンステープルファイバで補強された成形可能な構成物であることが好ましい。この場合、ポーラスカーボンの残留物の重量は、繊維から構成されない使用された構成物の少なくとも５０％に達する。
【０００８】
更なる好ましい実施態様においては、摩擦層と対向する表面上にテクスチャード加工される本発明に係る処理のためにコア本体が使用される。この場合、テクスチャリングは、好ましくはピラミッド状、円錐状、球状の隆起または窪み或いは溝状の切り欠きの形態での表面の不規則的な或いは規則的な粗面化である。そのような表面のテクスチャリングにより、コア本体に対する摩擦層の接着力が向上する。境界層の試験によれば、プレス成形中に起こるフロー方法により、コア本体において成形用ブランクを用いてインターロッキングが観察できるように摩擦層材料中のステープルファバが配置されることが分かった。このインターロッキングは、コア本体の表面をテクスチャリングし且つ摩擦層材料中のステープルファイバの平均長を選択することにより促進させることができる。
【０００９】
驚くべきことに、テクスチャード加工された表面を有するコア本体が使用されると、摩擦層から内側への熱の損失が著しく改善されることも分かった。同じ機械的負荷（同じ時間にわたる所定の速度からの制動）の下では、テクスチャード加工されたコア本体表面が使用されると、ほかの点では同じ構造を有するカーボンセラミック・ブレーキディスク上で滑らかなコア本体表面を用いる場合よりも低い表面温度が測定される。
【００１０】
また、驚くべきことに、本発明による方法により、摩擦ライニング厚の均一性が向上することも分かった。摩擦層本体とコア本体とを別個に製造し、その後、接着・結合シリコン化によって接合すると、仕上げられたカーボンセラミック・ブレーキディスクは、研磨による二次的な仕上げにより、表面を回転軸に対して垂直となるように正確に合わせる必要がある。シリコン化を不均一に行ない、あるいは接着層を不均一に適用すると、研磨後の摩擦層の厚さが不規則になり、それによりカーボンセラミック・ブレーキディスクの可使時間が短くなる可能性がある。予め製造された摩擦層がモールド内に配置されてコア本体を製造する構成物と共にプレス成形される場合にも同じ問題が生じる。
【００１１】
コア本体の厚さが厚くなり、その結果強度が増大すれば、予め製造されたコア本体の処理が問題を引き起こすことはない。予め製造されたコア本体を摩擦層のための材料と共にプレス成形すると、驚くべきことに、摩擦層が均一な厚さで形成されることが分かった。これは、明らかに、摩擦層材料の良好な流れ及び厚さ比に起因するものである。これは、コア本体をプレス成形のためにモールド内に配置する前に予熱することにより更に促進させることができる。コア本体の表面における最小温度は、５０℃が有利であることが分かった。コア本体に対してプレス成形された摩擦層の接着力は、仕上がった本体に対して接着される場合よりも、あるいはコア本体のための材料が予め製造された摩擦層本体間でプレス成形される場合よりも更に良好である。これにより、強度が向上するとともに、摩耗耐性が更に向上する。接着力において観察された向上は、前述したようなコア本体の表面のテクスチャリングによって更に促進される。
【００１２】
摩擦層のための材料は、好ましくはカーボンまたはグラファイトから成る強化繊維を４０％〜８０％の質量分率で含み、また、９００℃〜１０００℃の温度で残ることなく分解される（その当初の質量の１％未満まで分解される）高分子を最大で１％含むとともに、バインダを２０％〜６０％含むことが好ましい。この場合、バインダは、酸化物質の排除を伴って９００℃〜１０００℃まで加熱される（炭化される）場合にカーボンのその当初の質量の少なくとも５０％の歩留りを生じる、熱硬化性樹脂およびピッチまたはこれらの混合物、好ましくはフェノール樹脂または最大で４０％の重量比率でピッチが混入されたフェノール樹脂の混合物から選択されることが好ましい。ポリビニルアルコールは、特に、残ることなく分解する樹脂として好ましい。先に挙げた混合物中の質量分率の合計は常に１００％である。ここで平均繊維長（重量平均）は最大で３０ｍｍであり、好ましくは最大で２０ｍｍであり、特に好ましくは最大で１０ｍｍである。特に良好な接着は、平均繊維長が最大で５ｍｍ、特に最大で１ｍｍの場合に達成される。
【００１３】
コア本体においては、摩擦層の場合よりも更に長い強化繊維が使用される。この場合の平均繊維長は、好ましくは３０ｍｍを超え、好ましくは少なくとも４０ｍｍであり、特に好ましくは少なくとも５０ｍｍである。強化繊維は、３０ｍｍを超える繊維長をもって、少なくとも２０％の質量分率で含まれていることが好ましい。強化繊維の質量分率は好ましくは同様に４０％〜８０％であり、フェノール樹脂や、フェノール樹脂とピッチとの混合物（好ましくは１０％〜２５％の質量分率でピッチが混入された混合物）がバインダとして好ましい。コア本体は、先に挙げた組成を有する構成物からプレス成形される。この場合、材料と対向する成形ラムの側は、滑らかであり、あるいは、成形物の表面上に成形ラムの対応する消極的にテクスチャード加工された表面から所望の積極的なテクスチャが形成されるようにテクスチャード加工されることが好ましい。プレス成形後、又はプレス成形中、コア本体は、樹脂を固くすることにより硬化されるとともに、適当なオーブン内において酸化物質の排除を伴って約９５０℃で炭化される。この方法では、多孔質ではあるが機械的に強度の高い本体が形成される。
【００１４】
本発明による構成物を有するカーボンセラミック・ブレーキディスクを製造するため、最初に、ブレーキディスクのための圧縮モールドが、摩擦層のための適当な量の材料で満たされる。その後、炭化されたコア本体がこの層の上端に配置され、適当な量の摩擦層構成物でコア本体が覆われる。この場合、モールドが閉じられてプレステーブル上に配置されるとともに、多層構成物が室温または高めた温度でプレス成形される。予め製造されたコア本体の高さ又は厚さが大きいため、この本体を容易に（傾けることなく）モールド内に導入することができる。これに対し、予め製造された摩擦層を導入する場合、薄いシートは、容易に傾けることができるとともに、方法において簡単に破断する可能性もある。この発明につながった試験の結果、特にコア本体の表面の多孔率によって表面テクスチャリングの有利な作用を促進できることも分かった。予め製造された摩擦層の表面の対応するテクスチャリングは、幾何学的な根拠だけでは不可能であったであろう（摩擦層の薄さに起因して）。また、コア本体のための材料中の非同質性によりコア本体の上端面近傍に高い多孔率が生じると有利であることも分かった。これは、上端面の近傍で混合物が低いカーボン歩留りを有する樹脂を高い比率で含む場合に簡単に達成することができる。
【００１５】
コア本体の炭化が完成までは達成されないがバインダの分解による質量損失がその最大値の８０％に達する状態に至るまでにおいてのみ達成される場合には、特に有利な接着結果が達成される。
【００１６】
特にヒートサイクル負荷の下での試験において、本発明にしたがって形成されたカーボンセラミック・ブレーキディスクは、予め製造された摩擦層を用いて形成されたディスク、または、摩擦本体およびブレーキ本体が別個に製造された後に互いに接着されてシリコン化されるディスクよりも長い寿命を示した。