(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つのキャリヤボディと、通気ダクトを有する少なくとも１つの通気層と、選択的に、少なくとも１つの摩擦層とを有する、少なくとも１つの個々のキャリヤボディのグリーン体と、少なくとも１つの個々の通気層のグリーン体と、選択的に、少なくとも１つの個々の摩擦層のグリーン体とを、それらの固体状態または硬化した状態において接合し、前記グリーン体は熱可塑性または熱硬化性材料を含み、その後、炭素化、および炭化物形成元素の含浸による炭素化およびセラミック化することによって形成される、多層カーボンセラミックブレーキディスクに関する。
2014505841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのキャリヤボディと、通気ダクトを有する少なくとも１つの通気層と、選択的に、少なくとも１つの摩擦層とを有する多層カーボンセラミックブレーキディスクであって、少なくとも１つの個々のキャリヤボディのグリーン体と、少なくとも１つの個々の通気層のグリーン体と、選択的に、少なくとも１つの個々の摩擦層のグリーン体であって、該グリーン体は、熱可塑性または熱硬化性ポリマ材料から成るグリーン体をその固体状態もしくは硬化した状態において接合し、その後、炭化物形成元素の浸透による炭素化およびセラミック化を行うことによって形成され、前記キャリヤボディ用のグリーン体は、マトリックスポリマ材料と強化繊維との混合物の少なくとも２つの層を有することを特徴とする、多層カーボンセラミックブレーキディスク。
【請求項２】
２つの摩擦層を備え、摩擦層と、キャリヤボディと、通気ダクトを有する通気層と、第２のキャリヤボディと、第２の摩擦層とから成る層の連続を有する対称的な構造を備える、請求項１記載の多層カーボンセラミックブレーキディスク。
【請求項３】
キャリヤボディと、通気ダクトを有する通気層と、第２のキャリヤボディとから成る層の連続を有する対称的な構造を備える、請求項１記載の多層カーボンセラミックブレーキディスク。
【請求項４】
請求項２の多層カーボンセラミックブレーキディスクを製造する方法であって、該方法は、
−熱可塑性または熱硬化性ポリマ材料と、トライボロジ作用に影響するフィラーおよび添加剤のうちの少なくとも１つとを含む混合物を射出成形またはプレス成形することにより摩擦層用のグリーン体を製造し、
−熱硬化性樹脂バインダと、強化繊維とを含む混合物をプレス成形することによってキャリヤボディ用のグリーン体を製造し、
−形成される通気ダクトの形状を実質的に有するコアとともに、熱可塑性または熱硬化性ポリマ材料を含む混合物をプレス成形することによって、または通気ダクトを取り囲むリブ、フィンまたは突出部の形状を実質的に有する金型内に熱可塑性または熱硬化性ポリマ材料を射出成型することによって、通気層用のグリーン体を製造し、
−選択的に、前記グリーン体の間に積層体において形成された境界面に、これらの層の間の結合を高めるために、溶液、ペーストおよび粒子状または粉末状の固体物質のうちの少なくとも１つから成る接着剤を提供し、
−少なくとも１つの摩擦層と、少なくとも１つのキャリヤボディと、通気ダクトを有する少なくとも１つの通気層とのグリーン体を積層して積層体を形成し、該積層体は、該積層体の第１および最後のエレメントとして摩擦層用のグリーン体を有し、
−選択的に、これらの層の間の結合を高めるために、この積層体に選択的な圧力および熱処理を加え、
−前記積層体を、熱を加えながら非酸化雰囲気中において熱分解させ、炭素化されたボディを形成し、
−炭化物、好適には炭化ケイ素を含むマトリックスを有するセラミックボディを形成するために、液体炭化物形成材料を浸透させ、該材料は好適にはケイ素を含むことを特徴とする、請求項２の多層カーボンセラミックブレーキディスクを製造する方法。
【請求項５】
請求項２の多層カーボンセラミックブレーキディスクを製造する方法であって、該方法は、
−粒子状セラミック材料と、炭素化時に高い炭素収率を有し、かつフェノール樹脂、エポキシ樹脂およびフラン樹脂から成るグループから選択された溶解されたまたは乳化された樹脂バインダのうちの少なくとも１つと、好適には粉砕されたコークスまたはグラファイト薄片の形態の粒子状カーボン、熱可塑性または熱硬化性ポリマ材料およびトライボロジ作用に影響するフィラーおよび添加剤のうちの少なくとも１つ、とを含む懸濁液をスリップ成形またはテープ成形することによって、摩擦層用のグリーン体を製造し、
−熱硬化性樹脂バインダおよび強化繊維を含む混合物をプレス成形することによってキャリヤボディ用のグリーン体を製造し、
−形成される通気ダクトの形状を実質的に有するコアとともに、熱可塑性または熱硬化性ポリマ材料を含む混合物をプレス成形することによって、または通気ダクトを取り囲むリブ、フィンまたは突出部の形状を実質的に有する金型に熱可塑性または熱硬化性ポリマ材料を射出成形することによって、通気層用のグリーン体を製造し、
−選択的に、前記グリーン体の間に積層体において形成された境界面に、これらの層の間の結合を高めるために、溶液、ペーストおよび粒子状または粉末状の固体物質のうちの少なくとも１つから成る接着剤を提供し、
−少なくとも１つの摩擦層のグリーン体と、少なくとも１つのキャリヤボディのグリーン体と、通気ダクトを有する少なくとも１つの通気層のグリーン体とを積層して積層体を形成し、該積層体は、該積層体の第１および最後のエレメントとして摩擦層用のグリーン体を有し、
−選択的に、これらの層の結合を高めるために、この積層体に選択的な圧力および熱処理を加え、
−前記積層体を、熱を加えながら非酸化雰囲気において熱分解させ、炭素化されたボディを形成し、
−液体炭化物形成材料を浸透させ、該材料は、好適には、炭化物、好適には炭化ケイ素を含むマトリックスを有するセラミックボディを形成するために、ケイ素を含むことを特徴とする、請求項２の多層カーボンセラミックブレーキディスクを製造する方法。
【請求項６】
請求項３の多層カーボンセラミックブレーキディスクを製造する方法であって、
−熱硬化性樹脂バインダおよび強化繊維を含む混合物をプレス成形することによってキャリヤボディ用のグリーン体を製造し、
−形成される通気ダクトの形状を実質的に有するコアとともに、熱可塑性または熱硬化性ポリマ材料を含む混合物をプレス成形することによって、または通気ダクトを取り囲むリブ、フィンまたは突出部の形状を実質的に有する金型内に熱可塑性または熱硬化性ポリマ材料を射出成型することによって、通気層用のグリーン体を製造し、
−選択的に、前記グリーン体の間に積層体において形成された境界面に、これらの層の間の結合を高めるために、溶液、ペーストおよび粒子状または粉末状固形物のうちの少なくとも１つから成る接着剤を提供し、
−少なくとも１つのキャリヤボディのグリーン体と、通気ダクトを有する少なくとも１つの通気層のグリーン体とを積層して積層体を形成し、該積層体は、該積層体の第１および最後のエレメントとしてキャリヤボディ用のグリーン体を有し、
−選択的に、これらの層の間の結合を高めるために、この積層体に選択的な圧力および熱処理を加え、
−炭素化されたボディを形成するために、前記積層体に、熱を加えながら非酸化雰囲気における熱分解を加え、
−炭化物、好適には炭化ケイ素を含むマトリックスを有するセラミックボディを形成するために、液体炭化物形成材料を浸透させ、該材料は好適にはケイ素を含むことを特徴とする、請求項３の多層カーボンセラミックブレーキディスクを製造する方法。
【請求項７】
前記キャリヤボディ用のグリーン体は、熱可塑性または熱硬化性ポリマ材料を含浸させることによって結合された平行な整列状態の長繊維を含むいわゆるＵＤテープの形態の、または熱可塑性または熱硬化性材料で含浸された織られていないまたは織られた繊維マットの形態の、強化繊維の層を有する、請求項４から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記強化繊維は、炭素繊維である、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記キャリヤボディ用のグリーン体は、前記強化繊維の少なくとも２つの層を有する、請求項７記載の方法。
【請求項１０】
前記キャリヤボディ用のグリーン体は、強化繊維の層を有し、該強化繊維の層において、長繊維束が、一連の同心円の形態で配置されている、請求項４から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
前記摩擦層用のグリーン体は、熱可塑性または熱硬化性ポリマ材料を含む、請求項４または５記載の方法。
【請求項１２】
粉砕されたコークスと、グラファイト粉末と、５ｍｍ以下の平均長さを有する短い炭素繊維と、カーボン微小球と、ケイ素、チタン、バナジウムまたはクロム、および後者３つのグループのその他の金属などの炭化物形成金属の粉末と、炭化ケイ素、窒化ケイ素または炭化ホウ素などの粉末状非酸化物セラミックとから成るグループから選択された添加剤を、フェノール樹脂またはフェノール樹脂とピッチとの混合物と混合させることによって、前記摩擦層用のグリーン体が形成される、請求項４または５記載の方法。
【請求項１３】
前記通気層用のグリーン体は、ベースプレートを備え、該ベースプレートは、該ベースプレートの一方の側においてまたは両側においてリブ、フィンまたは突出部を有する、請求項４から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
前記通気層用のグリーン体は、前記ベースプレートの内周における内側円形リムと、前記ベースプレートの外周における外側リムとを有し、これらのリムは、内周および外周においてシリンダジャケットの一部を形成する、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記積層体は、プレスおよび加熱され、次いで、強化繊維およびフィラーをも含む多孔性カーボンの複合ボディを形成するために、好適には７５０℃〜１３００℃の温度で、酸化剤を除去しながら炭素化を行い、多孔性カーボンの複合ボディは、最終的に、ケイ素、または少なくとも５０％の質量含有率のケイ素を含む混合物による含浸が行われ、かつ少なくとも１４２０℃の温度において、炭化ケイ素、およびケイ素との混合物に存在するその他の炭化物形成元素の炭化物の形成が行われる、請求項４から６までのいずれか１項記載の方法。
【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摩擦ディスクおよびその製造方法に関する。
【０００２】
ブレーキディスクなどの摩擦ディスクは複数の主な課題を有する。摩擦ディスクは、たとえば走行する車両を減速させることによって発生されるトルクに耐えることができるように十分なねじり強さ、剛性および安定性を提供しなければならない。摩擦ディスクは、好適には０．３〜０．７の摩擦係数につながる材料の適切な選択によってブレーキパッドとの十分な摩擦結合を提供しなければならない。摩擦ディスクは、回転エネルギを熱として放出することによって発生される温度上昇を制限することができなければならない。
【０００３】
ジオメトリを適応させることによって、たとえば空気冷却を提供するためにねずみ鋳鉄ブレーキディスク内に通気ダクトを導入し、これにより作動温度を制限することによってこれらの課題を解決するブレーキディスクが、文書に記載されてきた。残りの中実の上部および下部の層は、ねじれ安定性および摩擦面を提供する。炭素繊維強化カーボンディスクは、民間用および軍事用の航空機ならびにフォーミュラＩレーシングカーにおいて用いられてきた。このタイプのブレーキディスクにおいて、全ての課題を満たすために１つの材料が異なるジオメトリによって適応されなければならなかった。この材料は、カーボン材料の低密度により、レーシングカーにおけるばね下質量が低く保たれるという利点を有していた。炭素繊維強化は、所要の強度および剛性を補償した。しかしながら、カーボンは、４００℃を超える温度では酸化劣化を生じる。炭素繊維強化炭化ケイ素から形成されたブレーキディスクは、著しくより高い温度まで安定している。高い機械的強度を有する別個の摩擦層およびキャリヤボディを有する設計は、たとえば独国特許出願公開第４４３８４５６号明細書に記載されている。このようなキャリヤボディには、熱を散逸させる中空スペースを設けることもできる（独国特許第４４３８４５５号明細書参照）。
【０００４】
発明の目的は、これらの課題のそれぞれのための最適な材料の適切な選択によって、全ての要求を満たすように最適化されており、容易にアップスケールすることができる方法によって製造することができる標準的な構成部材から構成することができ、かつブレーキディスクを構成する異なる材料の領域の間の最適な力伝達および牽引ならびに熱伝達をも有する、カーボンセラミックブレーキディスクを提供することであった。複合ボディは、これらの全ての要求を満たすことができることが分かった。前記複合ボディは、所要の摩擦特性を提供する少なくとも１つの部分と、所要のねじり強さおよび剛性を提供する少なくとも１つの別の部分と、所要の冷却作用を提供する少なくとも１つの別の部分とを有する。技術的に合理的な解決手段は、所要の特性を提供する別々の層においてブレーキディスクを構成することであることが分かった。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、少なくとも１つのキャリヤボディと、通気ダクトを有する少なくとも１つの通気層と、また好適には少なくとも１つの専用の摩擦層とを有する多層カーボンセラミックブレーキディスクであって、少なくとも１つの個々のキャリヤボディと、少なくとも個々の通気層と、好適には少なくとも１つの個々の摩擦層とのグリーン体であって、熱可塑性または熱硬化性ポリマ材料から成るグリーン体をその固体状態もしくは硬化した状態において接合し、その後、炭化物形成元素の浸透による炭素化およびセラミック化を行うことによって形成される、多層カーボンセラミックブレーキディスクを提供することである。自動車、トラックおよび鉄道などの車両用途においてブレーキディスクを使用するために、本発明の多層カーボンセラミックブレーキディスクは、摩擦層と、キャリヤボディと、通気ダクトを有する層と、第２のキャリヤボディと、第２の摩擦層とを含む対称的な構造、または別の構成では、摩擦層と、通気ダクトを有する層と、キャリヤボディと、通気ダクトを有する別の層と、第２の摩擦層とを含む対称的な構造を有する。
【０００６】
本発明の別の目的は、多層カーボンセラミック摩擦ディスクの製造方法を提供することであり、この方法は以下を含む。
−マトリックスポリマ材料および強化繊維を含む混合物の少なくとも２つの層を積層することによるキャリヤボディ用のグリーン体の製造
−形成される通気ダクトの形状を実質的に有するコアとともに、熱可塑性または熱硬化性ポリマ材料を含む混合物をプレス成形することによる、または通気ダクトを包囲するリブ、フィンまたは突出部の形状を実質的に有する金型に熱可塑性または熱硬化性ポリマ材料を射出成形することによる、通気層用のグリーン体の製造
−選択的に、熱可塑性または熱硬化性ポリマ材料と、トライボロジ作用に影響するフィラーおよび添加剤のうちの少なくとも１つとを含む混合物を射出成形またはプレス成形することによる、または、セラミック粒子、好適には炭化ケイ素、および選択的に炭素粒子、さらに選択的に、トライボロジ作用に影響するフィラーおよび添加剤のうちの少なくとも１つから成り、さらに選択的にフェノール樹脂などのバインダが存在する懸濁液が、金属ベルト上に成形され、ドクターブレードによって広げられ、乾燥させることによって固化され、これにより、グリーンテープを形成し、このグリーンテープは摩擦層の所要のサイズにしたがって打ち抜き加工される、テープまたはスリップ成形法による、摩擦層用のグリーン体の製造
−選択的に、前記グリーン体の間において積層体に形成された境界面に、これらの層の間の結合を高めるために、溶液、ペーストおよび粒子状または粉末状の固体物質のうちの少なくとも１つから成る接着剤を提供する
−少なくとも１つのキャリヤボディと、通気ダクトを有する少なくとも１つの通気層と、選択的に少なくとも１つの摩擦層とのグリーン体を積層して、積層体を形成する
−選択的に、これらの層の間の結合を高めるために、この積層体に選択的な圧力および熱処理を加える
−炭素化されたボディを形成するために、積層体に、熱を加えながら非酸化雰囲気中における熱分解を加える
−炭化物、好適には炭化ケイ素を含むマトリックスを有するセラミックボディを形成するための、好適にはケイ素を含む液体炭化物形成材料による浸透。
【０００７】
本発明のさらに別の目的は、熱可塑性または熱硬化性ポリマ材料と、選択的にトライボロジ作用に影響するフィラーおよび添加剤とを含む混合物を製造しかつ射出成形またはプレス成形することによる、摩擦層用のグリーン体を製造する方法を提供することである。
【０００８】
本発明のさらに別の目的は、スリップまたはテープ成形法であって、セラミック粒子、好適には炭化ケイ素、および選択的に、炭素粒子、さらに選択的に、トライボロジ作用に影響するフィラーおよび添加剤から成り、さらに選択的にフェノール樹脂などのバインダが存在する懸濁液が、金属ベルト上に成形され、ドクターブレードまたは同様の手段を用いて、使用可能な幅にわたって均一な所定の厚さに広げられ、乾燥させることによって固化させられて、グリーンテープを形成し、このグリーンテープは摩擦層の所要のサイズに従って打ち抜き加工されるスリップまたはテープ成形法による、摩擦層用のグリーン体を製造する方法を提供することである。
【０００９】
本発明のさらに別の目的は、樹脂バインダおよび強化繊維を含む混合物を製造およびプレスすることによる、キャリヤボディ用のグリーン体を製造する方法を提供することである。このグリーン体、また、結果的にそのグリーン体から形成されるキャリヤボディは、平坦で水平な上面および下面を有する円筒状のリングディスクの形状を有する。
【００１０】
本発明のさらに別の目的は、熱可塑性または熱硬化性ポリマ材料、および選択的に、結果的に生じるボディの強度および剛性および/または熱伝達特性を変化させるフィラーおよび添加剤を含む混合物を、構造化された金型において、またはコアとともに用いられる円筒形の金型であって、型構造またはコアが実質的に形成される通気ダクトの形状を有する金型において、製造および射出成形またはプレス成形することによる、通気層用のグリーン体を製造する方法を提供することである。
【００１１】
好適な実施の形態の詳細な説明
キャリヤボディ用のグリーン体は、好適には繊維強化ポリマ複合材料であり、繊維は、十分な剛性、特にねじり弾性係数によって測定されるねじり剛性、十分な強度および剛性、特にねじり強度、および所要の熱安定性を提供しなければならない。これは、繊維が、前記剛性および強度の著しい損失なく、ブレーキディスクの作動温度に耐えることができなければならないことを意味する。マトリックスポリマ材料は、組立てステップ中に繊維を結合するために働き、炭素化、および最終的に、少なくとも１つの炭化物形成元素の浸透および炭化物を形成するためのその後の反応による炭化物セラミック材料の形成によって、最終的なセラミックマトリックス材料に変化させられる。空気またはその他の酸化剤が存在しない状態における熱分解である炭素化の間に、選択的にフィラーおよび/または添加剤と混合された熱可塑性または熱硬化性材料であってよいマトリックスポリマ材料から、多孔性カーボン材料が形成される。
【００１２】
好適な熱可塑性材料は、主に芳香族ポリマ、すなわち、少なくとも５０％、好適には少なくとも６０％、特に好適には少なくとも７０％の芳香族元素の質量含有率を有するポリマである。この質量含有率は、ポリエーテルサルフォン−Ｃ6Ｈ4−ＳＯ2−Ｃ6Ｈ4−Ｏ−または芳香族ポリエステル−ＯＯＣ−Ｃ6Ｈ4−ＣＯＯ−Ｃ6Ｈ4−Ｃ（ＣＨ3）2−Ｃ6Ｈ4−、またはポリフェニレンサルファイド−Ｃ6Ｈ4−Ｓ−における芳香族残留物、たとえば、フェニルＣ6Ｈ5−、フェニレン−Ｃ6Ｈ4−、ジフェニレン−Ｃ6Ｈ4−Ｃ6Ｈ4、ナフチレン−Ｃ10Ｈ6−の質量から計算される。その他の有効な材料は、ポリエーテルケトン、ポリサルフォン、ポリフェニレンサルフォンおよびポリエーテルイミドである。
【００１３】
好適な熱硬化性材料は、フェノールまたは置換フェノールへのホルムアルデヒドの添加、およびこれらの付加生成物の凝縮によって得られるフェノール樹脂、ビスフェノールＡおよび/またはビスフェノールＢから誘導されたエポキシ樹脂、およびフラン樹脂である。
【００１４】
使用される添加剤の中で最も好ましいのはピッチである。ピッチは、原油または石炭の蒸留残留物から形成され、好適には少なくとも１００℃の軟化温度を有し（ＤＩＮ  ５１  ９２０）、少なくとも８０％の、ＤＩＮ５１９０５にしたがって測定された、コークス収率を有する。有効なフィラーは、好適には、好適には粉砕コークスの形態の粒子状カーボン、グラファイト粉末、５ｍｍ以下の平均長さを有する短い炭素繊維、炭素微小球、炭化物の粉末であって、シリコン、チタン、バナジウムまたはクロムなどの金属、および後者３つのグループのその他の金属を形成する炭化物の粉末、粉末非酸化物セラミックであって、炭化ケイ素、窒化ケイ素または炭化ホウ素などの粉末非酸化物セラミックから成るグループから選択される。
【００１５】
強化繊維は、好適には、５００℃超、より好適には少なくとも８００℃の高い温度に耐えることができる繊維であって、好適には、炭素繊維、炭化ケイ素繊維、窒化ケイ素繊維、ホウ素繊維、窒化ホウ素繊維、炭化ホウ素繊維、酸化アルミニウム繊維、冷却時のモノリシック相への変換を防止するために酸化イットリウムの付加により安定化された酸化ジルコニウム繊維から成るグループから選択される。
【００１６】
キャリヤボディ用の強化繊維は、好適には、上で詳述したような熱可塑性または熱硬化性材料による含浸によって結合された平行に整列した長繊維を有するプリプレグ、すなわちいわゆるＵＤテープの形態で、またはやはり上で詳述したような熱可塑性または熱硬化性材料によって含浸された織られていないまたは織られた繊維マットの形態で使用される。半径方向の向きでフィラメント束によって固定された一連の同心円のような、回転対称に配置されたフィラメント束を使用することも可能である。このような強化エレメントは、一般的に"テーラード・ファイバ・プレースメント"と称され、欧州特許第１３３９５３４号明細書に記載されている。
【００１７】
キャリヤボディを形成するための好適な方法は、織られたまたは織られていない含浸されたＵＤテープまたは繊維マットの少なくとも２つの層を互いに上下に配置し、対称的でかつ均一な向きが得られるように向きづけ角度を選択することである。ＵＤテープの場合、２つのこのような層は互いに対して０°および９０°で向きづけられ、３つのＵＤテープ層の場合、向きづけ角度は、０°、１２０°および２４０°であり、４つの層の場合、０°、４５°および９０°である、などである。リネン織りにおける織布の場合、２つの層は０°および４５°に向きづけられており、３つの層は０°、３０°および６０°に向きづけられている、などである。含浸されたＵＤテープまたは含浸された繊維クロスを使用することは好ましい。なぜならば、所要のリング状部材は、単に、含浸されたテープまたはクロスから打ち抜き加工され、次いで所要の高さに積層されるからである。このような方法は容易に自動化される。
【００１８】
摩擦層用のグリーン体は、好適には、熱硬化性樹脂、特に好適にはフェノール樹脂またはフェノール樹脂とピッチとの混合物を添加剤と混合することによって形成される。添加剤は、好適には、好適には粉砕コークスの形態の炭素粒子、グラファイト粉末、５ｍｍ以下の平均長さを有する短い炭素繊維、好適には０．１〜２ｍｍの範囲の長さを有する粉砕された炭素繊維、カーボン微小球、金属であって、シリコン、チタン、バナジウムまたはクロム、および後者３つのグループのその他の金属などの炭化物形成金属の粉末、および粉末状の非酸化物セラミック、たとえば炭化ケイ素、窒化ケイ素または炭化ホウ素から成るグループから選択される。上述の添加剤とともに熱可塑性樹脂を使用することも可能である。均一化は、この場合、好適には、ツイン・スクリュ・エクストルーダなどの混合エクストルーダを用いて行われる。混合エクストルーダは、最小限の空気の取込みと組み合わされた、最速でかつ最も均一な混合を可能にする。固化された混合物をペレット化することは、単純でかつ再現可能な調量を可能にする。Ｚアームニーダが、熱可塑性材料および熱硬化性材料を混合するために使用されてよい。次いで、均質化された混合物は、シリンダリングの形態にプレスされ、マトリックスとして熱硬化性樹脂が使用される場合には加熱によって硬化され、マトリックスとして熱可塑性材料が使用されるならば、高温でプレスされ、金型内で冷却される。摩擦層用のグリーン体を形成するための洗練された方法は、射出成形である。この場合、金型は、たとえばシリンダリングの内周に設けられた円形のゲートによって、接合線ができるだけ回避されるように設計されなければならない。摩擦層用のグリーン体を形成する別の好適な方法は、スリップ成形法またはテープ成形法であり、この場合、セラミック粒子、好適には炭化ケイ素と、選択的に炭素粒子、さらに選択的に、トライボロジ作用に影響するフィラーおよび添加剤のうちの少なくとも１つから成る、さらに選択的にフェノール樹脂などのバインダが存在する懸濁液が、金属ベルト上に成形され、ドクターブレードを用いて広げられ、乾燥させることによって固化され、グリーンテープを形成し、このグリーンテープは、摩擦層の所要の寸法にしたがって打ち抜き加工される。この文脈において、スリップにおける固体成分の質量の合計に基づき少なくとも２０％の質量含有率の、炭素粒子、好適には粉砕されたコークスまたはグラファイト薄片、またはスリップに存在する、炭化時の炭素の高い収率を有するフェノール樹脂、エポキシ樹脂またはフラン樹脂などの樹脂バインダを使用することが好ましい。上述のようなその他のフィラーおよび添加剤がもちろん存在してもよい。粒子を懸濁させるために使用される液体は、水、またはエチルアルコールなどのアルコールであってよい。
【００１９】
通気層用のグリーンボディは、摩擦ディスクに冷却チャネルを形成するキャビティおよび/または凹部を有する層を含む。通気層は、通常、中空スペースまたは凹部を有する、本発明において使用されるもののうちの唯一の層であり、全ての他の層は、リングディスク形状の中央の穴と、主に炭化ステップ中に形成されかつ炭化物形成エレメントによる含浸中に充填されないままである小孔とをもちろん除いて、中実であり、中空のスペースを有さない。好適には、通気層用のグリーン体は、ベースプレートの一方の側または両側にリブ、フィンまたは突出部を有するベースプレートを含む。リブ、フィンまたは突出部の間に囲まれたスペースは、多層ブレーキディスクにおける冷却チャネル、冷却ダクトもしくは通気ダクトを形成している。通気層用のグリーン体を製造するために使用されるベース材料も、好適には、熱可塑性または熱硬化性材料であり、好適にはやはり上述のような主に芳香族ポリマである。熱硬化性樹脂の中ではやはり、フェノール樹脂、フラン樹脂およびエポキシ樹脂が好ましい。ポリマは、上述のような添加剤およびフィラーを含んでよい。強化のために５ｍｍの平均長さまでの短い炭素繊維を使用することもできる。これらのグリーン体を形成するために射出成形の好適なモードにより、より長い繊維は通常、通気層用のグリーン体のためには使用されない。通気層用のグリーン体は好適には、射出成形またはプレス成形によって形成され、両方法は、冷却ダクトのための広範囲のジオメトリを実現することを可能にする。最も好適なのは射出成形である。接合線の形成を回避するために、摩擦層用のグリーン体の場合のように、金型における円形のゲートが好ましい。好適な実施の形態において、通気層用の成形されたグリーン体は、外周および内周において、好適には回転対称軸線の方向でみて両側において円形リムを有し、これは、別の層、すなわち摩擦層用のグリーン体、およびキャリヤボディ用のグリーン体を、対称性調節が容易になるようにジオメトリ的に固定することを可能にする。これらのリムは、内周および外周において円筒体ジャケットの一部を形成する。別の実施の形態において、一方の側における開放した凹部およびチャネルと、他方の側におけるベースプレートとを有する２つの部材から、通気層用のグリーン体を構成することも可能である。これらの２つの部材は鏡像対称性を有し、好適には、対応する位置において突出部および凹部を有し、ベースプレートが両部材において外方へ向けられた状態で、これらを互いに容易に固定することができる。これは、図５ａおよび図５ｂにおいてより詳細に説明される。
【００２０】
次いで、ブレーキディスク用の多層グリーン体は、第１の実施の形態において、摩擦層用のグリーン体と、織られたまたは織られていない含浸されたＵＤテープまたは繊維マットの少なくとも２つの層を有し、対称的でかつ均一な向きづけが達成されるように向きづけ角度を選択する、キャリヤボディ用のグリーン体と、通気層用のグリーン体と、キャリヤボディ用の別のグリーン体と、摩擦層用の別のグリーン体とを、積層することによって組み立てられ、好適な実施の形態において、粉末炭化ケイ素またはその他の粉末セラミックフィラーまたは粉末炭素またはグラファイトを含んでもよい好適にはフェノール樹脂である接着剤が個々の層の間に提供される。この積層体は、次いで、プレスされ、接着剤を架橋させるために加熱され、強化繊維およびフィラーをも含む多孔質カーボンの複合ボディを形成するために好適には７５０°〜１３００°の温度でオキシダントを除去しながら炭素化が行われる。複合ボディは、通気層の円形のリムの、少なくとも冷却ダクトを閉鎖する部分を除去するために機械加工されてよく、次いで、最後に、ケイ素、または少なくとも５０％のケイ素の質量含有率を含有する混合物による含浸が行われ、少なくとも１４２０°の温度で、好適には０．５ｈＰａ〜１０ｈＰａの減じられた圧力下で、炭化ケイ素、および選択的に、ケイ素との混合物に存在するその他の炭化物形成元素の炭化物の形成が行われる。
【００２１】
ブレーキ荷重に応じて、多孔質カーボンの複合ボディを形成するための積層体におけるその他の順序が好ましく、極端な高いデューティのブレーキの場合、摩擦層、第１のキャリヤボディ、第１の通気層、第２のキャリヤボディ、第２の通気層、第３のキャリヤボディおよび最後の摩擦層の順序が好ましい。キャリヤボディの強度は、好適には２〜１０である繊維強化層の数を選択することによって荷重に容易に適応させることができる。上述のように、個々の層は、均一な荷重分布を達成するために複数の異なる角度で向きづけられている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１ａ】複合グリーン体多層ブレーキディスク４１の断面図を示す。
【図１ｂ】複合グリーン体多層ブレーキディスク４２の断面図を示す。
【図１ｃ】複合グリーン体多層ブレーキディスク４３の断面図を示す。
【図１ｄ】複合グリーン体多層ブレーキディスク４４の断面図を示す。
【図１ｅ】複合グリーン体多層ブレーキディスク４５の断面図を示す。
【図２】通気層用のグリーン体の射出成形のための金型３０の構造化されたセクションの平面図である。
【図３】異なる角度におけるリネン織りにおける強化繊維クロスの４つの層を有するキャリヤボディ２の断面図を示す。
【図４】ハブに取り付けられた、図１ａの層順序と、図２に示した通気層とを備えた多層ブレーキディスクの図である。
【図５ａ】図４のブレーキディスクの通気層用のグリーン体の断面図である。
【図５ｂ】通気層用のグリーン体の２つの半部のうちの一方の、同じ線に沿った断面を示している。
【００２３】
発明はさらに図面によって説明される。
【００２４】
図１ａは、外周における円形のリム３０９および内周における円形のリム３０８を有する、第１の摩擦層１１と、より大きな幅の第１のキャリヤボディ２１と、より大きな幅の通気層３１と、より大きな幅の第２のキャリヤボディ２２と、第２の摩擦層１２と、を含む複合グリーン体多層ブレーキディスク４１の断面図を示す。
【００２５】
図１ｂは、外周における円形のリム３０９および内周における円形のリム３０８を有する、第１の摩擦層１１と、第１のキャリヤボディ２１と、第１の通気層３１と、第２のキャリヤボディ２２と、第２の通気層３２と、第３のキャリヤボディ２３と、第２の摩擦層１２とを含む複合グリーン体多層ブレーキディスク４２の断面図を示す。
【００２６】
図１ｃは、外周における円形のリム３０９と、内周における円形のリム３０８とを有する、第１の摩擦層１１と、より大きな幅の第１のキャリヤボディ２１と、第１の通気層３１と、第２のキャリヤボディ２２と、第２の通気層３２と、より大きな幅の第３のキャリヤボディ２３と、第２の摩擦層１２とを含む複合グリーン体多層ブレーキディスク４３の断面図を示す。
【００２７】
図１ｄは、外周における円形のリム３０９と、内周における円形のリム３０８とを有する、第１の摩擦層１１と、第１の通気層３１と、より大きな幅のキャリヤボディ２１と、第２の通気層３２と、第２の摩擦層１２とを含む複合グリーン体多層ブレーキディスク４４の断面図を示す。
【００２８】
図１ｅは、外周における円形のリム３０９と、内周における円形のリム３０８とを有する、第１のキャリヤボディ２１と、第１の通気層３１と、第２のキャリヤボディ２２とを含む複合グリーン体多層ブレーキディスク４５の断面図を示す。
【００２９】
図２は、通気層用のグリーン体の射出成形のための金型３０の構造化されたセクションの平面図であり、冷却ダクトを取り囲む楕円形および丸みづけられた三角形のキャビティ３０１，３０２，３０３，３０４，３０５が、等しい通気効果のために両方向での回転を許容するように分配されており、内周における円形のリムのためのキャビティ３０８、および外周における円形のリムのためのキャビティ３０９を備える。
【００３０】
図３は、異なる角度におけるリネン織りにおける強化繊維クロスの４つの層、この場合、０°における層２０１、２２．５°における層２０２、４５°における層２０３、および６７．５°における層２０４を有するキャリヤボディ２の断面図を示す。
【００３１】
図４は、ハブ５に取り付けられた、図１ａの層順序と、図２に示した通気層とを備えた多層ブレーキディスク４の図である。
【００３２】
図５ａおよび図５ｂは、図５ａにおいて、図４のブレーキディスクの通気層用のグリーン体の断面図を示し、この断面は、ブレーキディスクの軸線と同じ中心を有する円形の線に沿って延びており、この円形の線は、最も外側の突出部、すなわち外周に最も近い突出部と交差しており、図５ｂにおいて、通気層用のグリーン体の２つの半部のうちの一方の、同じ線に沿った断面を示しており、通気層用のグリーン体の他方の半部の対応する突出部とインターロックする突出部の形状を示す。図５ａの断面図は、通気層用のグリーン体１０における通気ダクト１０３を示し、通気層用のグリーン体１０は、好適な実施の形態において、互いに鏡像である２つの半部１０１，１０２から形成されており、これらの半部１０１および１０２は、これらの組み合わせ１０の中に通気ダクト１０３を取り囲んでいる。図５ｂに示したように、各半部１０１，１０２は突出部を有し、ここでは１０２について示されているようにこれらの突出部の形状は１つおきに配置されており、突出部１０４１は突出部１０４３と同じ形状を有し、突出部１０４２は突出部１０４４と同じ形状を有する。これらの突出部は、対応する突出部と形状ロックする（互いの形状の嵌め合いによって固定される）ように選択された突出部の輪郭形状により、他方の半部の突出部とインターロックする。多くの可能なジオメトリのうち、１つの単純な態様が図５ｂに示されており、このジオメトリは、２つの段部１０４４１および１０４４３を有し、これらの段部を分離するスロープ１０４４２を備える。あらゆる２つの隣接する突出部の輪郭形状は、突出部の間に取り囲まれた通気ダクトの中央（center of ground）に関して互いの鏡像であるように選択されている。すなわち、突出部１０４４および１０４３は、これらの突出部の間に取り囲まれた通気ダクトの中央に関して互いの鏡像であり、突出部１０４３および１０４２は、これらの突出部の間に取り囲まれた通気ダクトの中央１０３１に関して互いの鏡像である。２つのこのような半部１０１および１０２が、それらの平坦なベースプレートが接合部と反対を向くように、互いの上に配置されると、両半部の突出部は、図５ａに示したようにインターロックする。この態様は、２つの半部から通気層用のグリーン体を形成することを可能にし、射出成形によってグリーン体を形成するときにコアの使用を必要としない。
【００３３】
個々の層の順序および厚さの適切な選択により、ブレーキディスクを意図した目的に合わせて容易に適応させることができる。通常、存在する場合、摩擦層は１ｍｍ〜５ｍｍの厚さを有し、通気層は５ｍｍ〜２０ｍｍの厚さ（冷却チャネルもしくは冷却ダクトの高さとほぼ等しい）を有し、キャリヤボディは３ｍｍ〜２０ｍｍの厚さを有する。特にキャリヤボディにおける強化エレメントとして炭素繊維クロスが使用される場合、外側層としてのキャリヤボディを備え、別個の摩擦層を備えない、図１ｅにおいて説明したような構成も可能であり、満足できる結果を提供する。積層を容易にするために組立て中に用いられるリムは、炭化された状態における回転研削によって、またはセラミック状態における研削によって、すなわち液体ケイ素による浸透の後に、またはそれらの混合によって、除去されてよい。
【００３４】
別の好適な実施の形態は、従属請求項の主体である。
【実施例】
【００３５】
摩擦層用のグリーン体が以下のように製造された：
４０μｍの平均粒子直径を有する７．５ｋｇの炭化ケイ素粉末が２．５ｋｇのフェノールレゾール樹脂（Cellobond1203(R), Momentive Specialty Chemicals Inc.）と混合された。この混合物をプレス成形し、厚さ３ｍｍ、外周４００ｍｍ、内周２００ｍｍの平坦な円筒状のリングディスクを形成し、１８０℃で硬化させた。
【００３６】
通気層用のグリーン体は、芳香族ポリエステル樹脂（ビスフェノールＡ−イソフタレート−テレフタレート共重合体）と、２３５°の軟化温度を有する、発煙性が低減された、混合物の質量に基づいて２５％の質量含有率の粉末ピッチとの混合物から、図２に示した金型を使用して、射出成形された。前記金型は、内側リムまでの１９９ｍｍの内径と、４０１ｍｍの、外側リムを含む外径と、１ｍｍのリム厚さと、ベースプレートの下方における６ｍｍのリム高さと、リブおよび突出部を超えて、やはり６ｍｍのリム高さとを有する。ベースプレート上のリブおよび突出部の高さは１５ｍｍであった。
【００３７】
キャリヤボディの場合、フェノール樹脂（Cellobond1203(R)）が含浸された３ｋフィラメント束から形成された織られた炭素繊維テープが、２００ｍｍの内径および４００ｍｍの外径を有する円形のリングに打ち抜き加工された。
【００３８】
先行するリングに関してそれぞれ３６°の周方向ずれを有する１０個のこれらのリングの積層体は、リムの内側の通気層用のグリーン体のそれぞれの側に固定され、結果的な積層体の両側は摩擦層用のグリーン体でカバーされ、アセンブリは、１８０℃で０．５ＭＰａにおいて１時間プレス成形およびプレスされた。室温に冷却させた後、多層グリーン体は９００℃における炭化が行われ、１６８０℃における液体ケイ素による浸透が行われた。冷却後、研削により内側および外側のリムは除去され、パーフォレーション孔を形成するために摩擦層が穿孔され、摩擦層の表面は次いで研磨された。
【００３９】
このように製造されたブレーキディスクは、極めて優れた回転安定性を示した（５０００ｍｉｎ-1を超えて）。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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【図１ｅ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【国際調査報告】
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