CN102119289B - 用于制动系统，尤其是用于盘式制动器的制动衬块 - Google Patents

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Abstract

一种用于制动系统、特别是用于盘式制动器的制动衬块，包括摩擦活性的摩擦部分(10)和旨在与制动系统的致动装置配合的机械支撑部分(20)。至少摩擦部分(10)是由用包括以下操作步骤的方法获得的陶瓷基体材料制成的：制备至少一种含硅型陶瓷前体、适合作磨料的硬材料颗粒、适合作润滑剂的物质颗粒和金属材料颗粒的混合物；热压所述混合物以获得预制体；使所述预制体经历热解过程以实现预陶瓷粘合料的陶瓷化，从而获得所述陶瓷基体材料。所述混合物包含在热压步骤过程中适于促进所述陶瓷前体网状化的催化剂，所述热解过程在800℃以下的温度进行。机械支撑部分(20)可以与摩擦部分作为一体由陶瓷基体材料制成或者可以由具有减重孔的支撑板构成。

Description

用于制动系统,尤其是用于盘式制动器的制动衬块
技术领域
本发明涉及用于制动系统、尤其是用于盘式制动器的制动衬块。
现有技术
众所周知，用于制动系统、特别是用于盘式制动器的制动衬块通常由结合有摩擦材料层的金属支撑板构成，该摩擦材料层界定制动衬块的摩擦活性部分。
传统上，摩擦材料通过胶或机械固定件如螺栓或铆钉与板连接。
金属板基本上起机械支撑摩擦材料的作用，并且适于承受在制动器使用过程中通常遭遇的压缩和弯曲应力。
所述板与制动系统的致动装置(液压活塞)配合以使制动衬块运动。对应于板，还制造用于制动衬块定位销和摩擦材料磨损指示器的卡座(seats)。
众所周知，制动衬块的重量减轻是极力追求的，对于要安装在可用来赛车并因而经受相当大应力的高性能车辆(例如顶级汽车或摩托车)上的制动系统尤其如此。
由此观点出发，已尝试对支撑板的结构进行改造，但是这些都限于具有由有机材料制成的摩擦部分的制动衬块。
实际上，制动系统的具有有机材料摩擦部分的制动衬块是众所周知的。它们由支撑板搭建，而支撑板已通过在其中制造切口或开口或者通过插入金属网部分而重量减轻。例如，参见法国专利FR 2441100。
对于某些特定应用，也存在没有支撑板的制动衬块。但是，这些衬块非常昂贵，旨在用于赛车的制动系统并且完全由碳制成，而碳本身可以保证在运转中适当地耐受机械应力。
众所周知，在制造用于高性能制动系统(即顶级汽车)的衬块的摩擦部分中，陶瓷基体材料的使用已变得日益广泛。这主要是由于与例如通过烧结金属粉获得的摩擦材料相比，陶瓷基体摩擦材料不仅具有在摩擦系数和耐磨性方面的良好性能，而且由于它们的耐热性，减少了从制动盘到液压制动系统的传热。
然而，在撰写本申请时，还不可能显著减轻通过使用上述陶瓷基体摩擦材料所制得的衬块的重量。
已知的是，迄今为止所使用的陶瓷基体材料不具有特别高的抗机械性质。一般而言，它们实际上非常脆，会突然崩散而出故障。
这不仅妨碍没有支撑板或支撑件而完全由陶瓷基体材料构成的衬块的制造，而且妨碍使用重量变轻的金属支撑板。
使用重量减轻的支撑板事实上不能保证衬块具有足够的抗机械性。对此，必须补充说通过胶合和/或机械固定手段将所述板固定于摩擦材料层的传统方式要求所述板与摩擦材料具有足够的接触面积。
在根据基于聚合物热解的生产技术制得的陶瓷基体材料中也发现以上提及的抗机械性局限。
已知的是，聚合物热解技术在陶瓷基体材料的制造中变得日益广泛。与其它技术相比，无论从严格操作角度还是从最终产品的特性来说，热解法都提供多种优点。
更具体而言，该技术涉及一种如下方法：在受控或惰性气氛(例如氩气流)中在高于800℃的温度下加热含硅陶瓷前体(通常为有机含硅聚合物，例如聚硅烷、聚碳硅烷、聚硅氮烷和聚硅氧烷)和合适填料的混合物以实现从有机到无机聚合物结构的转化，从而形成碳氧化硅(SiOC)和/或碳化硅或氮化硅(SiC或Si3N4)。以上前体通常具有高陶瓷收率：超过50重量％的初始聚合物保持在最终材料中。
尤其是与熔化技术相比，热解技术允许更好地控制最终产品的形态和纯度以及在较低温度(800～1500℃)下工作的可能性。
美国专利US 6062351描述了通过聚合物热解来制造具有陶瓷基体的摩擦材料的一个方法实例。摩擦材料是由一种或多种有机陶瓷前体(carbosil-含硅树脂)、增强纤维(例如碳纤维、氧化铝纤维、氮化硅纤维或碳化硅纤维)和填料(例如碳化硅、石墨、氧化铝、富铝红柱石、二氧化硅、氧化钛、氮化硅或氮化硼的粉末)的混合物开始制备的。然后在模具中将混合物冷压。随后在模具本身内进行加热，以使陶瓷前体聚合和获得生坯。然后使生坯在800℃～1100℃的温度下在惰性气氛中进行热解。
已知的是，在用聚合物热解技术制造用于盘式制动器的衬块中，陶瓷基体材料的摩擦部分本身作为部件制造。热解步骤结束，该材料然后经过表面修整工艺和磨削，随后通过胶合或机械手段(例如，螺栓或铆钉)与支撑板连接。
摩擦部分还不能直接连接到金属支撑板上，因为热解过程中达到的温度(高于800℃)将引起不可接受的板变形。
当前热解技术如熔化技术的这种局限意味着必须仅在热解步骤结束才能使摩擦材料与板连接。因此，在制造循环中，必须设计板与摩擦部分的特定组装步骤，该步骤可以在摩擦部分的磨削和表面修整步骤之后。
因此，(通过胶合或机械固定手段)连接金属板的方式，以及所用陶瓷基体材料远非优异的抗机械性质，均造成显著限制(如果不是完全排除)通过干预板自身的结构来减轻衬块重量的可能性。
用于制备陶瓷基体摩擦材料，特别是用于制备衬块用的摩擦部分的聚合物热解的另一局限是需要以低加热速率操作，这对于时间进度不利：单独的热解步骤可能就需要几十个小时。
在此方面，上述美国专利6062351中详细描述了该方法的具体实施方案。热解操作循环设计：以约2℃/分钟的速率从环境温度加热到约150℃的第一步骤，随后是以0.4℃/分钟的速率到400℃的第二加热步骤。第三和第四加热步骤分别是以0.18℃/分钟的速率加热到760℃和以0.46℃/分钟的速率加热到870℃。然后将产物在870℃保温约4小时，随后以约1.2℃/分钟的速率冷却到环境温度。加热步骤共需约48小时，冷却步骤需约12小时。
为限制有害的热应力，低加热速率工作是必需的，所述热应力由于热解过程中挥发性有机物质的释放而促进材料收缩和微孔形成的自然现象，导致微裂纹形成和最终产物崩散的风险。
发明内容
本发明的一个目的因而是通过提供一种用于制动系统、特别是用于盘式制动器的制动衬块来消除上述现有技术的不足；虽然本制动衬块至少具有陶瓷基体材料的摩擦部分，但其重量明显下降而没有损害抗机械性。
本发明的另一目的是提供一种用于制动系统的制动衬块，其完全由陶瓷基体摩擦材料制成，因而没有金属板，这不会损害抗机械性。
附图说明
按照上述目的的本发明的技术特征可以从下文列出的权利要求书中清楚掌握，其优点通过下文参照附图给出的详细描述将变得更明了，所述附图仅通过示例表示本发明的一个或多个实施方案，并没有限制作用，其中：
-图1示出根据本发明的第一实施方案所制得的用于陶瓷基体摩擦材料的制动系统的制动衬块的透视图；
-图1a示出根据图1所示第一通用实施方案的变化方案所制得的用于陶瓷基体摩擦材料的制动系统的制动衬块的平面图；
-图1b示出图1a中所示的制动衬块沿着其中线Il-Il的截面图；
-图1c示出图1a中所示的制动衬块的透视图；
-图2示出根据本发明的第二实施方案所制得的用于陶瓷基体摩擦材料的制动系统的制动衬块的透视图；
-图3示出根据本发明的一个具体实施方案用于制造制动衬块的支撑件的分解图；
-图4从与摩擦活性侧相反的侧示出图2中所示制动衬块的平面图；
-图5示出图4中所示的制动衬块沿着其中线V-V的截面图；
-图6从与摩擦活性侧相反的侧示出根据本发明的第一替代实施方案所制得的制动衬块的平面图；
-图7示出图6中所示的制动衬块沿着其中线VII-VII的截面图；
-图8从与摩擦活性侧相反的侧示出根据本发明的第二替代实施方案所制得的制动衬块的平面图；
-图9示出图8中所示的制动衬块沿着其中线IX-IX的截面图；
-图10从与摩擦活性侧相反的侧示出根据本发明的第三替代实施方案所制得的制动衬块的平面图；
-图11示出图8中所示的制动衬块沿着其中线Xl-Xl的截面图；
-图12、13和14分别示出根据本发明方法的第一、第二和第三应用方式的图；
-图15代表尤其是进行热解的最高温度不同的3种陶瓷基体摩擦材料(其中两个是根据本发明的)的摩擦系数随制动应用次数的变化趋势；和
-图16代表根据本发明方法的特定应用形式制得的陶瓷基体摩擦材料的摩擦系数随制动应用次数的变化趋势。
详细描述
本发明涉及一种用于制动系统、尤其是用于盘式制动器的制动衬块，该衬块(至少摩擦部分)是由特定陶瓷基体材料制成的，该材料具有如此的抗机械性质以致允许为了减轻制动衬块的总重量但不损害抗机械性下对机械支撑部分进行干预。
如下文将详细说明的，上述陶瓷基体材料的抗机械性质使得根据本发明的制动衬块具有不同的实施方案：从完全由上述材料制成因而没有金属支撑件的制动衬块开始，一直到具有上述陶瓷基体材料的摩擦部分和由减重支撑板制成的机械支撑部分的制动衬块，以及在二者之间的一些中间实施方案。
在附图中，本发明的制动衬块整体由数字1表示，而摩擦部分和机械支撑部分分别用数字10和数字20表示。
“摩擦部分”10是指制动衬块1在其整个使用期内呈摩擦活性的部分，因此该部分通过使用将逐渐磨损。
“机械支撑部分”20是指制动衬块1的与制动系统的致动装置(未示于附图中)配合使得制动衬块1运动并且将制动力传递到所述制动系统(例如盘式制动器的制动钳体)的部分。因此支撑部分20是主要承受制动系统工作通常涉及的机械应力的部分。
特别是图1和2中所示，对应于支撑部分20，可以制造用于制动衬块定位销的卡座40以及用于摩擦部分10的磨损指示器的卡座50(如果设计的话)。
如下文将详细描述的，根据本发明制造制动衬块1的至少摩擦部分10所用的陶瓷基体摩擦材料不仅具有在抗压缩和弹性模量方面的优异抗机械性质，而且还可以以不同变化方案制成适于与复合陶瓷材料(CCM)的制动盘和灰口铸铁制动盘摩擦配合，从而确保在耐磨性、摩擦和磨合(理解为获得最佳工作状态所花费的时间)方面的优异性能。
特别是关于摩擦性能，要指出的是：与传统材料相比，摩擦系数平均值增加，并与随时间而变的其稳定性相关。还要指出，制动开始时的摩擦系数值在要求的操作区间内。
根据本发明，用于制动衬块20的至少摩擦部分10的陶瓷基体材料通过包括以下操作步骤的方法制备：
a)制备至少一种含硅型陶瓷前体、适合作磨料的硬材料颗粒、适合作润滑剂的物质颗粒和金属材料颗粒的混合物；
b)热压混合物以获得预制体(生坯)；
c)使预制体(生坯)经历热解工艺，以达到预陶瓷粘合料的陶瓷化，从而获得陶瓷基体材料。
根据表征本发明的第一方面，所述混合物包含适于在热压步骤促进陶瓷前体网状化的催化剂。
初始混合物中用于陶瓷前体网状化反应(聚合物链的水解和缩合反应)的适合催化剂允许陶瓷前体在压制步骤已完成时非常高度地网状化，由此在预制体(生坯)内形成广泛的网状聚合物结构。
前体高度网状化带来一系列优势。
热压步骤结束时所获得的预制体(生坯)具有的抗机械性质使其易于操作，简化了后续的工艺步骤。
压制步骤中形成的广泛的网状聚合物结构具有在热解步骤中“保持”陶瓷前体分子，减少其挥发，由此提高陶瓷收率的作用。
这种广泛的网状结构(至少部分地)包括初始混合物中存在的添加剂颗粒(磨料、润滑剂、金属)，它们由此结合到结构本身中，在性能(摩擦系数的绝对值和稳定性)和耐磨性方面带来优势，如下文中所述。
尽管广泛的网状聚合物结构在热解过程引起的化学-物理转变之后被改性，但仍保持在陶瓷基体材料中，并确保最终陶瓷基体材料同样将具有优良的抗机械性质，特别是在耐磨性、弹性模量和可压缩性方面。
根据表征本发明的另一方面，热解过程在800℃以下的温度进行。
广泛的网状聚合物结构赋予预制体(生坯)的优良机械性能意味着热解过程的进展程度(温度和时间)可以根据需要进行定制。这进而意味着最终陶瓷基体材料的陶瓷化程度可以根据最终陶瓷基体材料的性能特征进行规划。
如下文继续的，出人意料地发现在800℃以下的温度(尤其是400℃～600℃)热解导致摩擦材料性能明显改善。
图15的曲线图示出了在3个不同盘式制动衬块上进行的制动测试(摩擦系数与制动操作次数的函数关系)结果。曲线(a)和(b)是指根据本发明制造的2个制动衬块，其中最高热解温度分别为500℃和700℃。曲线(c)是指最高热解温度为900℃的传统衬块。
这些曲线比较表明根据本发明制得的制动衬块的摩擦系数增加，采用400℃～600℃的热解温度制得的制动衬块增加更为显著。
至于耐磨性，该测试表明：平均而言根据本发明制得的制动衬块具有更大的耐磨性：每次制动操作约0.005mm的平均磨损值，而传统型制动衬块(使用高于800℃的热解温度制得)的平均值为每次制动操作约0.015mm。
如下文中所述的，在800℃以下，尤其是在400℃～600℃的温度进行热解(根据本发明)使得可以共同压制基本材料混合物与支撑件(例如减重的金属板)。金属板(其可以是金属，但也可以是非金属的，例如基于低热导率氧化物的复合材料)事实上能够耐受热解过程产生的热应力而不会发生不可接受的热变形。
因此操作上可以在摩擦材料的制备步骤过程中使支撑板与预制体，因而与陶瓷基体材料直接结合。由此，不必在制造工艺中特定设计摩擦部分和支撑件的最终组装步骤。在摩擦材料形成步骤结束时，我们因此获得更容易用于后续表面修整和机械固定装置的任何应用的摩擦材料-板单元。
如下文所述的，将混合物直接在具有一个或多个减重孔的支撑件上共同压制，形成其中陶瓷基体材料与支撑件本身紧密连接的单元。在共同压制步骤过程中，所述混合物(仍然为流体)渗入减重孔，从而陶瓷基体材料与支撑件之间形成相互夹紧关系(reciprocal grip relationship)，如尤其可以见之于图5、7和9。
以下是对根据本发明的制动衬块1的一些实施方案的详细说明。然后将说明陶瓷基体材料的制备方法。
根据图1所示的本发明的第一通用实施方案，制动衬块1完全由上述陶瓷基体摩擦材料制成。摩擦部分10和机械支撑部分20均为这种材料。
传统金属支撑板的省去显著减轻了制动衬块的总重量。本发明的陶瓷基体材料具有约3kg/dm3的比重，而钢(传统用于支撑板)的比重为约7.8kg/dm3。如果尺寸相同，那么本发明制动衬块的重量可以比具有传统钢板和公知类型的陶瓷基体材料摩擦部分的制动衬块轻1/3。
关于此方面，要指出的是在压制步骤已经结束时(并且因此在热解步骤之前)，预制材料就具有优异的一致性，这使得能够获得好的细部，例如制动衬块的锐边。
优选使用适当的模具，将机械支撑部分20与摩擦部分10作为一体制成。图12示出了作为一体的制动衬块1的制造步骤图。
或者，摩擦部分10和机械支撑部分20这两部分可以单独制成，然后在特定组装步骤中例如通过胶合和/或应用机械固定部件连结。
有利的是，如图1a、1b和1c所示的特定实施方案中设计的，可以为完全由上述陶瓷基体材料制成的制动衬块1提供对应于机械支撑部分20的允许摩擦材料渗入的至少一个开放结构的增强部件。
与使用传统板相比，插入开放结构的增强部件都会减轻制动衬块的重量，同时对制动衬块本身的抗机械性作出更大的贡献。
增强部件可以覆盖机械支撑部分的整个平面(如图1c所示)或者限于其一部分，例如摩擦部分的平面。
支撑件例如可以是具有减重孔的板状体，例如网状结构。优选支撑件为金属(例如钢)，但是可以使用在经受压制和热解过程的热应力时能够维持其形状和结构而不会发生显著变形的非金属材料，例如基于具有低热导率的氧化物的复合材料。
支撑件可以结合到机械支撑部分中或者置于其外表面上(如图1c所示)，或者在与其对应制动系统的致动装置将挤压的表面上。
优选上述增强部件通过热压步骤的共压制与机械支撑部分结合。
根据尤其是图2所示的本发明的第二通用实施方案，仅有制动衬块1的摩擦部分10由上述陶瓷基体摩擦材料制成，而机械支撑部分20由具有一个或多个减重孔25或26且与摩擦部分10结合的支撑板21构成。
优选减重孔25设在支撑板21的将与摩擦部分10接合的部分。
优选支撑板21为金属，例如钢。在这种情况下，相对于上述本发明的第一通用实施方案，重量减轻不显著，但与现有技术相比仍相当可观，这是因为后者仅仅与构成板的材料的量减少有关。
有利的是，由于陶瓷基体材料可以通过同样在400℃～600℃的温度下的热解过程制得，所以可以使用非金属材料的支撑板(21)，例如基于低热导率的氧化物的复合材料，该复合材料的比重小于钢并且在经受压制和热解过程的热应力时维持形态和结构而不发生明显变形。
在这种情况下，重量减轻可以更加显著，这是因为不仅板材料的量减少，而且使用了比重比传统所用的钢低的材料。
根据尤其是在图3到9所示的优选实施方案，支撑板20包括界定内部空余空间26的外围框架22，和适于通过与框架22配合封闭上述空余空间26的板状部件23，对应于板状部件23存在减重孔25。
更详细地，如尤其可从图3看到的，外围框架22包括沿着制动衬块的优先形成方向彼此相对的第一和第二轮廓部分31和32。框架22通过在末端连结轮廓部分31和32的两个连接部分33构成整体。
有利地，对应于第一部分31，可以制造用于制动衬块定位销的卡座40，以及用于摩擦部分10的磨损指示器的卡座50。
优选这两个连接部分33比轮廓部分31和32薄，由此界定相对于轮廓部分31和32的下部区来充当上述板状部件23的卡座。
优选地，在板状部件23中以减轻支撑板21重量制成的减重孔25均匀分布在所述板状部件的整个表面上。
更详细地，板状部件23可以由具有穿出减重孔25的金属片构成，或者由金属网构成。
框架22和板状部件23可以通过焊接、胶合、机械固定装置或简单地通过联锁来连结。
优选地，如从图5、7和9可以看到的，板状部件23与框架22以用框架22界定与制动衬块1将随制动系统直接运转的面(也就是说与摩擦活性表面相对的面)相对应的连续表面的方式结合。
为此，如可以从图3中看到的，板状部件23具有两个支撑侧翼34，它们相对于主平面位置错列并且旨在紧靠由框架22的连接部分33界定的下部区。
有利地，支撑板20可以具有与制动系统的致动装置将挤压的点相对应的硬化部件24。
更详细地，如可以从图6和8中看到的，硬化部件24可以是与板状部件23相连的环形部件，与之相应没有减重孔。
硬化部件24可以是分离的，如图6和7所示的实施方案中所设计的那样，或者可以互连以形成连续结构，如图8和9所示的实施方案中所设计的那样。
优选在热压步骤过程中将支撑板21与混合物共同压制，如图13中的图表所示。这样，仍然为流体的混合物渗入减重孔并且采取支撑板的形状，形成紧密接触。
如尤其可以从图4、6和8中看到的，以摩擦部分20覆盖板的带有减重孔25的区域的方式制造摩擦部分20。
然而，根据制动衬块的形状，可以设计陶瓷基体材料的摩擦部分延伸以至少部分地覆盖其中没有设计减重孔(结构性原因)的区域，如图4、6和8所示的实施方案中那样，其中摩擦部分20的轮廓由虚线表示。
根据尤其是图10和11中所示的本发明的第三替代实施方案，支撑板20仅由上述外围框架22构成。由框架22界定的空余空间26为由陶瓷基体材料填充的单个减重孔(如尤其可以从图11中看到)。
优选减重孔25的表面积至少为5mm2，甚至更优选为10mm2。在仅设计一个减重孔26(增强板由外围框架单独构成)时，孔的面积与陶瓷基体材料摩擦部分的范围相当。
在图1c、3、4、6和8中，减重孔25呈方形或菱形。然而，孔25可以具有不同形状，例如矩形、圆形、椭圆形或者甚至不规则形状。
根据一个特定实施方案，陶瓷基体材料的摩擦部分10可以本身作为一个单元制成并且在特定组装步骤中通过胶合或固定手段与支撑板21连接，如图14的图表所示。
有利地，可以设想在上述第一和第二通用实施方案之间的中间实施方案，其中机械支撑部分由结合构成单一体的支撑板和陶瓷基体材料层制成。
接着详细说明根据本发明用于制动衬块1的陶瓷基体材料的制备方法。
如上所述，在最通用的应用形式中，本发明的方法包括至少一个混合基本组分的第一步骤、热压混合物的第二步骤和热解预制体(或模制体)的第三步骤。
混合陶瓷基体材料的基本组分的步骤应当优选在水平叶片式混合器中进行。然而，根据待混合组分的特性和用量，也可以考虑其它类型的混合器。
根据本发明方法的优选应用方案，混合各种组分的步骤分两步进行。
在第一步中，将聚合物陶瓷前体与合适的催化剂(用于网状化反应)在不存在其它组分的情况下混合。由此获得就催化剂分布而言更均一的混合物，因此(在压制步骤完成后)前体网状化在整个材料块中展开。
有利地，该第一混合步骤进行足够的时间以确保适当混合，优选1到3分钟。
在第二混合步骤中，向前体-催化剂混合物中加入所有其它组分：磨料、润滑剂和金属材料。
有利地，该第二混合步骤进行足够的时间以确保适当混合，优选3到5分钟。
热压步骤优选使用在钢模具上压缩操作的立式压机来进行。
优选地，在旨在使摩擦组件与金属支撑体(例如盘式制动衬块支撑板)在陶瓷基体材料的制备步骤过程中直接结合的情况下，模具应当为具有通孔和对应于陶瓷基体材料体(例如制动衬块的摩擦部分)将形成的形状的周界部分的板(或基体)。板-基体可以设有1个、2个或更多个孔。
通过使用压机配备的打孔机头堵住通孔的一端(优选下端，相对于压机中板-基体的水平方向)开始操作。然后向通孔(其界定加料室)填充混合物。然后用形状和厚度按制动衬块应用而合适选择的金属板封住上端。适当锁定板的位置，通过起动打孔机开始压制。用插入模具本身中的热电偶测量模具内的温度。
可以考虑除上述压机和模具之外的压机和模具。
与上述内容结合或分开，在热压步骤施加在模具中的材料上的压力应当优选250～500Kg/cm2。
出人意料地发现，采用以上规定范围内的压力对最终陶瓷基体材料在耐磨性、摩擦和磨合(理解为获得最佳工作状态所花费的时间)方面的性能具有有益效果。
要指出的是，与压制过程中采用如上所规定的压力有关的性能改善与热解过程操作条件无关。
还要指出的是，800℃以下温度(特别是400℃～600℃)的热解过程和采用250～500Kg/cm2的压制压力相结合，对最终陶瓷基体材料性能具有改进的协同作用。
与采用250～500Kg/cm2的压力结合或分开，压制步骤应当优选在120℃～150℃的温度下进行，以允许陶瓷前体流化并且达到粘度值，从而促进前体和混合物的其它组分紧密接触和结合。
与上述内容结合或分开，压制步骤优选应当按施加力和释放力的交替循环进行。
根据本发明方法的特定应用形式，压制步骤设计3个施加力和释放力的连续循环，各循环持续约30秒(15秒施加力，15秒释放力)。接着是连续施加力约90～210秒的最终步骤。整个压制步骤需3到5分钟的时间。压制时间和温度使得充分流化的陶瓷前体均匀散布到模具的所有部分和各种混合组分的颗粒间。
根据一个特别优选的实施方式，支撑板与前体、催化剂和填料的混合物共同压制，然后与预制体一起经历热解。
在800℃以下、尤其是在400℃～600℃的温度进行热解(根据本发明)使得操作方便而可行。事实上，金属支撑板能够耐受热解过程产生的热应力，而不会发生不可接受的热变形。
由于本发明的方法，因此可以在摩擦材料制备步骤使支撑板直接结合到生坯上，由此结合到陶瓷基体材料上。在摩擦材料制备步骤完成之后，因此获得摩擦材料/板的组合体，这有利于后续的表面修整和任何使用机械固定装置的工序。
如上所述，本发明的特征在于，热解过程在800℃以下的温度进行。
要指出的是，通过以达到400～600℃最高温度的方式进行热解工艺，在改善摩擦材料性能方面获得最好的结果。
有利地，热解过程在最高温度下进行3到5小时，优选4小时。
在热解过程中，将预制体(生坯)从环境温度加热到最高温度的速率应当优选4～6℃/分钟，优选5℃/分钟。
热解过程优选应当在等温窑里进行。
有利地，为了避免会改变陶瓷化过程的氧化现象，热解在惰性气氛中进行。
在陶瓷基体材料中优选形成碳氧化硅(通式为SiOxCy)的情况下，惰性气氛优选应当用氩气或氮气流形成。
在陶瓷基体材料中期望形成氧氮化硅(通式为SiOxNy)的情况下，也可以考虑不同的气氛，例如氨气流。
根据图1图所示的本发明的一个特定应用形式，使支撑板与已形成的摩擦材料结合。在热解步骤完成后，可以存在磨削陶瓷基体材料中预制体厚度的步骤以及作为替换地或附加地，陶瓷基体的表面修整步骤。
这些步骤的基本目的是以陶瓷基体材料体随后能够与支撑件(例如金属支撑板)连接(根据设想的公差)以形成盘式制动衬块的方式来制备陶瓷基体材料体。
在完成以上磨削和/或表面修整步骤后，本方法也可以考虑通过合适的固定部件如螺栓、铆钉或胶来组装摩擦组件与金属支撑板的步骤。
有利地，表面修整步骤应当在摩擦组件和支撑板组装步骤之后进行。
根据本发明的一个特别优选的应用形式(以上已经提及且示于图2中)，使支撑摩擦组件的部件在摩擦材料形成步骤直接结合到摩擦组件上。
在热解步骤完成之后，可以存在磨削陶瓷基体材料中预制体厚度的步骤以及，可替换地或附加地，在板的暴露和未覆盖部分上的陶瓷材料体的表面修整操作步骤。
根据本发明的通用应用方案，待压制的混合物组成如下(表示为相对于混合物的重量百分比)：5～10％的陶瓷前体和催化剂；20％～30％的磨料；不大于60％的金属材料；不大于50％的润滑剂。
如上所述，陶瓷聚合物前体为含硅型，尤其可以选自通式为[-R1....2，Si(C，N，B，O)0.5....1.5-]n的聚硅烷、聚碳硅烷、聚硅氮烷和聚硅氧烷。
优选地，前体应当选自聚硅氧烷，其与聚合物的取代官能团和支化程度无关，通式为[-RSiO1.5-]n，其中R表示氢或有机官能团(烷基、丙烯酸基等)。
甚至更优选地，前体应当选自倍半硅氧烷，特别是聚甲基倍半硅氧烷。
可以考虑两种或更多种不同有机前体的混合物。
有利地，混合物中陶瓷前体的重量百分比为6％～9％。
优选地，催化剂应当选自具有金属的有机配位化合物，所述金属选自包括锌、铜、铝、铁、锆、钒、铬、锰、钴、镍和钛的组。
有利地，催化剂选自丙酮酸盐/酯、β-二酮酸盐/酯和羧酸盐/酯。尤其优选的催化剂是乙酰丙酮络锌或乙酰丙酮络锆。
有利地，催化剂相对于陶瓷前体以化学计量百分比存在，优选百分比为混合物重量的0.15％～0.3％。
优选地，所用的陶瓷前体和催化剂应当是粉末形式。但是，也可以使用其它形式(例如流体)的组分。
优选地，磨料包括粉状碳化硅。但是，也可以使用其硬度使得起磨料作用的其它材料，如碳化硼、硅、锆石、氧化锆、方镁石、刚玉和尖晶石。
为简单起见，在以下针对磨料的描述中，仅明确提及碳化硅，但是这不应当视作是限制性的。实际上，关于碳化硅的信息应当扩展到其它磨料，例如以上所列那些。
有利地，碳化硅为两种不同粒度的粉末形式。
这两种粉末的平均直径之比为9到11，优选10。
粉末的平均直径是指对应于粒度分布曲线的d50的值。在以下描述中，将提及FEPA(European Federation of Abrasives Manufacturers)采用的粉末定义。
区分粒度的碳化硅粉末意味着相容尺寸的磨料可以供给混合物的所有其余组分。最细的粉末与细润滑剂和陶瓷前体(粘合剂树脂)共混，而大颗粒粉末与较大尺寸的金属颗粒共混。这有利于材料的压实。
还要指出的是，较细的粉末共混并趋于与其余材料均质化，而较大的颗粒粉末仍然与混合物的其它组分“分离(detached)”。
因此可以看到，两种不同粒度的结果是得到在不同能量水平下操作的磨料，这对最终摩擦材料的性能有利。当较小粒度的磨料磨损时，于是较大粒度的磨料逐渐“粉碎”。这样的结果是平均而言恒定存在较小粒度的磨料。
优选地，两种不同粒度的碳化硅粉末应当具有1μm～600μm的平均直径。
根据本发明的通用应用形式，较大和较小粒度的碳化硅粉末之间的重量比为0.8～1.8。
如下文将重复的，如果需要陶瓷基体摩擦材料与复合陶瓷材料的盘式制动器摩擦配合，较大和较小粒度的碳化硅粉末之间的重量比应当为0.8～1.2，优选1。
如果需要陶瓷基体摩擦材料与灰口铸铁盘式制动器摩擦配合，较大和较小粒度的碳化硅粉末之间的重量比应当为1.2～1.8，优选1.5。
根据本发明的一个优选应用形式，金属颗粒包括铁和/或铁合金颗粒。
有利地，替代铁和/或铁合金颗粒或者除了铁和/或铁合金颗粒之外的金属颗粒包括铜和/或黄铜颗粒。
优选地，铜和黄铜颗粒单独或混合时的存在百分比为小于混合物重量的20％。
术语“颗粒”旨在包括粉末和纤维形式的材料部分。
就含铁材料颗粒而言，特别优选钢丝绒。
优选地，粉末形式的金属颗粒(铁、铁合金、铜和/或黄铜)应当具有小于300μm的平均直径，而纤维形式的金属颗粒(铁、铁合金、铜和/或黄铜)应当具有小于100μm的平均直径和小于1mm的长度。
根据本发明的一个优选的应用形式，润滑剂包括粉末状石墨。
有利地，替代粉末状石墨或除了粉末状石墨之外，润滑剂可以包括粉末状焦炭、硫化锡和/或锡。
优选地，石墨的百分比应当为混合物重量的9％～13％，而粉末状焦炭、硫化锡和锡(如果考虑)的重量相对于混合物应当分别小于35％、10％和5％。
如在所附实施例中将描述的，有利地，粉末状焦炭、硫化锡和/或锡与石墨粉的组合使用减少石墨含量，使之接近以上规定范围的下限。
最有利的是，石墨和/或焦炭粉末的平均直径为200μm～800μm，而硫化锡和/或锡粉末的平均直径小于100μm。
如上所述，用本发明方法制得的陶瓷基体摩擦材料可以用来制造与复合陶瓷材料(CCM)或灰口铸铁的盘式制动器摩擦配合的制动衬块，确保在摩擦系数值稳定性和耐磨性这两方面的最佳性能。
如果本发明的陶瓷基体材料需要与灰口铸铁制动盘配合，经过压制步骤的混合物应当具有以下一般组成(表示为相对于混合物的重量百分比)：5～10％的陶瓷前体和催化剂；20％～30％的磨料；25％～60％的金属材料；10％～50％的润滑剂。
更详细地，根据特定实施方式，具有较大粒度的碳化硅粉末和具有较小粒度的粉末之间的重量比应当为1.2～1.8，优选1.5。
较大粒度的粉末状碳化硅(SiC)的存在百分比为混合物重量的12％～18％，而较细的SiC粉末的百分比为混合物重量的6％～12％。
金属颗粒包含混合物重量的5％～20％的铁粉末，混合物重量的5％～30％的钢丝绒以及(考虑时)其百分比小于混合物重量的20％的铜和/或黄铜粉末和/或纤维。
铁和/或铁合金的全部颗粒(粉末和纤维)占混合物重量的5％～60％。
优选粉末形式的石墨占混合物重量的9％～12％。如果考虑焦炭，其百分比小于混合物重量的35％，而优选粉末形式的硫化锡和锡(如果考虑的话)应当分别小于混合物重量的10％和5％。
当石墨是唯一的润滑剂时，其百分比优选应当为混合物重量的12％。例如添加3重量％的锡粉末使得石墨降到10％。
以下是对根据本发明制备陶瓷基体材料的5个特定实施例的说明，所述陶瓷基体材料与灰口铸铁制动盘配合。
实施例1
在水平叶片式混合器中将780克的Wacker-Belsil
Figure BPA00001309742200161
PMS MKPowder聚甲基倍半硅氧烷树脂(CH3-SiO3/2)n(软化区间50-60℃)与20克粉末状乙酰丙酮络锌混合约2分钟。然后加入1500克粉末状SiC类FEPAF36(平均直径525μm)和1000克粉末状SiC类FEPA F220(平均直径58μm)。接着加入1800克铜粉、2700克钢丝绒、1000克铁粉，最后加入1200克石墨粉。第二步骤的混合持续约4分钟。
混合物的全部组成如下(表示为相对于混合物的重量百分比)：15％的粉末状SiC F36；10％的粉末状SiC F220；18％的铜粉；27％的钢丝绒；10％的铁粉；12％的石墨粉；7.8％的聚甲基倍半硅氧烷树脂；0.2％的乙酰丙酮络锌。
铜粉和铁粉的平均直径分别为约200μm和约250μm。钢丝绒的平均直径为约80μm，平均长度为约0.8mm。石墨粉的平均直径为约600μm。
然后，由此获得的一部分混合物在立式压机中经历热压步骤以获得预制体(生坯)和倍半硅氧烷树脂的高度网状化。
将混合物与图3所示类型的由外围框架和板状部件构成的减重钢板共同压制，所述板状部件具有方形减重孔，其大约50％具有约5mm2的表面积，其余减重孔具有约10mm2的表面积。框架厚约5mm，而板状部件厚约1mm。
更详细地，使用板(或基体)，其具有对应于陶瓷基体材料体将形成形状的基本为矩形的周界部分的直通孔。所述孔的表面积约为77cm2，深度约8cm。
通过使用压机所具有的打孔机头堵住直通孔的下端开始操作。然后用混合物填充所述孔，并且用上述减重钢板封住上端。混合物的量根据制动衬块的最终厚度来确定，并考虑随后的压制会引起体积减少约2/3。在适当定位板之后，通过起动打孔机进行压制。
将模具内的温度(通过热电偶测量)维持在大约120℃。压制过程中施加的最高压力为大约400Kg/cm2。设计3个施加力和释放力的连续循环，各循环持续约30秒(15秒施加力，15秒释放力)。接着是连续施加力(不释放)达约150秒的最终步骤。整个压制步骤需约4分钟。
接着是在等温窑中在约0.2m3/h的氮气流中的热解步骤。以约5℃/分钟的速率将预制体从环境温度(25℃)加热到约500℃，并在500℃保持约4小时。
陶瓷基体材料的摩擦部分最后经历旨在根据制动衬块的最终用途而减小厚度的表面修整工序。
由此获得的制动衬块的厚度为19.75mm(包括约5mm的钢板厚度)，总重量为约540克，其中350克为陶瓷基体材料的摩擦部分的重量，其余的190克为减重板和填充减重孔的摩擦材料部分的重量。
具有相同形状和功能的传统制动衬块重约635克。本发明的制动衬块因此提供约15％的重量减轻。
实施例2
在水平叶片式混合器中将780克的Wacker-Belsil
Figure BPA00001309742200171
PMS MKPowder聚甲基倍半硅氧烷树脂(CH3-SiO3/2)n(软化区间50-60℃)与20克粉末状乙酰丙酮络锌混合约2分钟。然后加入1500克粉末状SiC类FEPAF100(平均直径129μm)和1000克粉末状SiC类FEPA F500(平均直径d50 12.8μm)。接着加入1800克黄铜粉、2700克钢丝绒、900克铁粉、1000克石墨粉，最后加入300克锡粉。第二步骤的混合持续约4分钟。
混合物的全部组成如下(表示为相对于混合物的重量百分比)：15％的粉末状SiC F100；10％的粉末状SiC F500；18％的黄铜粉；27％的钢丝绒；9％的铁粉；10％的石墨粉；3％的锡粉；7.8％的聚甲基倍半硅氧烷树脂；0.2％的乙酰丙酮络锌。
黄铜粉和铁粉的平均直径分别为约250μm和约200μm。钢丝绒的平均直径为约80μm，平均长度为约0.6mm。石墨粉和锡粉的平均直径分别为约400μm和约80μm。
然后，由此获得的一部分混合物在立式压机中经历热压步骤以获得预制体(生坯)和倍半硅氧烷树脂的高度网状化。
将混合物与图6所示类型的由外围框架和板状部件构成的减重钢板共同压制，所述板状部件具有用对应于制动系统致动装置的邻接区设置的3个圆形单元增强的方形减重孔。大约50％的减重孔具有约5mm2的表面积，其余减重孔具有约10mm2的表面积。框架厚约5mm，而板状部件厚约1mm。
更详细地，使用板(或基体)，其具有对应于陶瓷基体材料体将形成形状的基本为矩形的周界部分的直通孔。所述孔的表面积约为77cm2，深度约8cm。
通过使用压机所具有的打孔机头堵住直通孔的下端开始操作。然后用混合物填充所述孔，并且用上述减重钢板封住上端。混合物的量根据制动衬块的最终厚度来确定，并考虑随后的压制会引起体积减少约2/3。在适当定位板之后，通过起动打孔机进行压制。
将模具内的温度维持在大约130℃。压制过程中施加的最高压力为大约450Kg/cm2。设计3个施加力和释放力的连续循环，各循环持续约30秒(15秒施加力，15秒释放力)。接着是连续施加力(不释放)达约210秒的最终步骤。整个压制步骤需约5分钟。
接着是在等温窑中在约0.2m3/h的氮气流中的热解步骤。以约6℃/分钟的速率将预制体从环境温度(25℃)加热到约400℃，并在400℃保持约4.5小时。
陶瓷基体材料的摩擦部分最后经历旨在根据制动衬块的最终用途而减小厚度的表面修整工序。
由此获得的制动衬块的厚度为19.75mm(包括约5mm的钢板厚度)，总重量为约560克，其中350克为陶瓷基体材料的摩擦部分的重量，其余的210克为减重板和填充减重孔的摩擦材料部分的重量。
具有相同形状和功能的传统制动衬块重约635克。本发明的制动衬块因此提供约12％的重量减轻。
实施例3
在水平叶片式混合器中将780克的Wacker-Belsil
Figure BPA00001309742200191
RG100环戊基硅氧烷树脂与20克粉末状乙酰丙酮络锌混合约2分钟。然后加入1300克粉末状SiC类FEPA F46(平均直径370μm)和800克粉末状SiC类FEPAF280(平均直径d50 36.5μm)。接着加入2500克钢丝绒、300克铁粉、1000克石墨粉、3000克焦炭粉，最后加入300克锡粉。第二步骤的混合持续约4分钟。
混合物的全部组成如下(表示为相对于混合物的重量百分比)：13％的粉末状SiC F46；8％的粉末状SiC F280；25％的钢丝绒；3％的铁粉；10％的石墨粉；30％的焦炭粉；3％的锡粉；7.8％的含硅树脂；0.2％的乙酰丙酮络锌。
铁粉的平均直径为约150μm。钢丝绒的平均直径为约60μm，平均长度为约0.5mm。石墨粉、焦炭粉和锡粉的平均直径分别为约700μm、约600μm和约90μm。
然后，由此获得的一部分混合物在立式压机中经历热压步骤以获得预制体(生坯)和硅氧烷树脂的高度网状化。
将混合物与约1mm厚的网状增强体(类似于图3中所示的具有减重孔的板状体)共同压制。约50％的孔的表面积为约5mm2，其余的为约10mm2。
更详细地，使用具有两部分直通孔的板(或基体)：第一部分具有对应于摩擦部分将形成形状的基本为矩形的周界部分，而第二部分具有对应于支撑部分将形成形状的基本为矩形的周界部分。所述孔具有约8cm的深度，对应于第一部分的表面积为约77cm2。
通过使用压机所具有的打孔机头堵住直通孔的下端开始操作。然后用混合物填充所述孔，并且用上述网状增强体封住上端。混合物的量根据制动衬块的最终厚度来确定，并考虑随后的压制会引起体积减少约2/3。在适当定位板之后，通过起动打孔机进行压制。
将模具内的温度维持在大约150℃。压制过程中施加的最高压力为大约350Kg/cm2。设计3个施加力和释放力的连续循环，各循环持续约30秒(15秒施加力，15秒释放力)。接着是连续施加力(不释放)达约210秒的最终步骤。整个压制步骤需约5分钟。
接着是在等温窑中在约0.2m3/h的氮气流中的热解步骤。以约4℃/分钟的速率将预制体从环境温度(25℃)加热到约600℃，并在600℃保持约3.5小时。
陶瓷基体材料的摩擦部分最后经历旨在根据制动衬块的最终用途而减小厚度的表面修整工序。
由此获得的制动衬块的厚度为19.75mm(包括约1mm的增强体厚度)，总重量为约490克，其中350克为陶瓷基体材料的摩擦部分的重量，其余的140克为增强部件和填充减重孔的摩擦材料部分的重量。
具有相同形状和功能的传统制动衬块重约635克。本发明的制动衬块因此提供约23％的重量减轻。
实施例4
在水平叶片式混合器中将780克的Wacker-Belsil
Figure BPA00001309742200201
RG100环戊基硅氧烷树脂与20克粉末状乙酰丙酮络锌混合约2分钟。然后加入1.300克粉末状SiC类FEPA F46(平均直径370μm)和800克粉末状SiC类FEPAF280(平均直径d50 36.5μm)。接着加入2500克钢丝绒、300克铁粉、1000克石墨粉、3000克焦炭粉，最后加入300克锡粉。第二步骤的混合持续约4分钟。
混合物的全部组成如下(表示为相对于混合物的重量百分比)：13％的粉末状SiC F46；8％的粉末状SiC F280；25％的钢丝绒；3％的铁粉；10％的石墨粉；30％的焦炭粉；3％的锡粉；7.8％的含硅树脂；0.2％的乙酰丙酮络锌。
铁粉的平均直径为约150μm。钢丝绒的平均直径为约60μm，平均长度为约0.5mm。石墨粉、焦炭粉和锡粉的平均直径分别为约700μm、约600μm和约90μm。
然后，由此获得的一部分混合物在立式压机中经历热压步骤以获得预制体(生坯)和硅氧烷树脂的高度网状化。
将混合物在没有插入任何增强部件或支撑板下压制。
更详细地，使用具有两部分直通孔的板(或基体)：第一部分具有对应于摩擦部分将形成形状的基本为矩形的周界部分，而第二部分具有对应于支撑部分将形成形状的基本为矩形的周界部分。所述孔具有约8cm的深度，对应于第一部分的表面积为约77cm2。
通过使用压机所具有的打孔机头堵住直通孔的下端开始操作。然后用混合物填充所述孔，并且用压制装置上的特定闭合部件封住上端。混合物的量根据制动衬块的最终厚度来确定，并考虑随后的压制会引起体积减少约2/3。
将模具内的温度维持在大约150℃。压制过程中施加的最高压力为大约350Kg/cm2。设计3个施加力和释放力的连续循环，各循环持续约30秒(15秒施加力，15秒释放力)。接着是连续施加力(不释放)达约210秒的最终步骤。整个压制步骤需约5分钟。
接着是在等温窑中在约0.2m3/h的氮气流中的热解步骤。以约4℃/分钟的速率将预制体从环境温度(25℃)加热到约600℃，并在600℃保持约3.5小时。
完全由陶瓷基体材料制成的制动衬块最后经历旨在根据制动衬块的最终用途而减小厚度的表面修整工序。
由此获得的制动衬块的厚度为19.75mm(包括约1mm的增强体厚度)，总重量为约470克，其中350克为陶瓷基体材料的摩擦部分的重量，其余的120克为支撑部分的重量。
具有相同形状和功能的传统制动衬块重约635克。本发明的制动衬块因此提供约26％的重量减轻。
实施例5
在水平叶片式混合器中将780克的Wacker-BelsilPMS MKPowder聚甲基倍半硅氧烷树脂(CH3-SiO3/2)n(软化区间50-60℃)与20克粉末状乙酰丙酮络锌混合约2分钟。然后加入1500克粉末状SiC类FEPAF36(平均直径525μm)和1000克粉末状SiC类FEPA F220(平均直径58μm)。接着加入1800克铜粉、2700克钢丝绒、1000克铁粉，最后加入1200克石墨粉。第二步骤的混合持续约4分钟。
混合物的全部组成如下(表示为相对于混合物的重量百分比)：15％的粉末状SiC F36；10％的粉末状SiC F220；18％的铜粉；27％的钢丝绒；10％的铁粉；12％的石墨粉；7.8％的聚甲基倍半硅氧烷树脂；0.2％的乙酰丙酮络锌。
铜粉和铁粉的平均直径分别为约200μm和约250μm。钢丝绒的平均直径为约80μm，平均长度为约0.8mm。石墨粉的平均直径为约600μm。
然后，由此获得的一部分混合物在立式压机中经历热压步骤以获得预制体(生坯)和倍半硅氧烷树脂的高度网状化。
将混合物与图3所示类型由外围框架构成的减重钢板共同压制。该框架厚约5mm，并与单个中心减重孔界定开。
更详细地，使用板(或基体)，其具有对应于陶瓷基体材料体将形成形状的基本为矩形的周界部分的直通孔。所述孔的表面积约为77cm2，深度约8cm。
通过使用压机所具有的打孔机头堵住直通孔的下端开始操作。然后用混合物填充所述孔，并且用上述减重钢板和压制系统具有的其它闭合部件封住上端。混合物的量根据制动衬块的最终厚度来确定，并考虑随后的压制会引起体积减少约2/3。在适当定位板之后，通过起动打孔机进行压制。
将模具内的温度(通过热电偶测量)维持在大约120℃。压制过程中施加的最高压力为大约400Kg/cm2。设计3个施加力和释放力的连续循环，各循环持续约30秒(15秒施加力，15秒释放力)。接着是连续施加力(不释放)达约150秒的最终步骤。整个压制步骤需约4分钟。
接着是在等温窑中在约0.2m3/h的氮气流中的热解步骤。以约5℃/分钟的速率将预制体从环境温度(25℃)加热到约500℃，并在500℃保持约4小时。
陶瓷基体材料的摩擦部分最后经历旨在根据制动衬块的最终用途而减小厚度的表面修整工序。
由此获得的制动衬块的厚度为19.75mm(包括约5mm的钢板厚度)，总重量为约520克，其中350克为陶瓷基体材料的摩擦部分的重量，其余的170克为框架和填充该单个中心减重孔的摩擦材料部分的重量。
具有相同形状和功能的传统制动衬块重约635克。本发明的制动衬块因此提供约18％的重量减轻。
如果需要根据本发明的陶瓷基体材料与CCM制动盘一起作用，用于压制步骤的混合物具有以下一般组成(表示为相对于混合物的重量百分比)：5～10％的陶瓷前体和催化剂；20％～30％的磨料；30％～60％的金属材料；10％～40％的润滑剂。
更详细地，根据一个特定的实施方式，较大粒度的碳化硅粉末和较小粒度的粉末之间的重量比应当为0.8～1.2，优选1。
较大粒度的粉末状碳化硅(SiC)的存在百分比为混合物重量的10％～15％。
金属颗粒包含混合物重量的20％～30％的钢丝绒(其可以全部或部分替换为粉末状的铁)和其百分比小于混合物重量的20％的铜和/或黄铜粉末和/或纤维(如果考虑的话)。
不同于与灰口铸铁制动盘配合的陶瓷基体材料，用于CCM制动盘的材料包括选自所述颗粒的硅，优选粉末形式。
有利地，硅粉末的存在重量百分比为混合物的9～11％，优选10％。
硅粉末优选具有小于50μm的平均直径。
优选粉末形式的石墨占混合物重量的11％～13％，优选12％。如果考虑焦炭，其百分比小于混合物重量的20％，而优选粉末形式的硫化锡和锡(如果考虑的话)应当分别小于混合物重量的10％和5％。
以下是对根据本发明制备陶瓷基体材料的5个特定实施例的说明，所述陶瓷基体材料与复合陶瓷材料(CCM)制动盘配合。
实施例6
在水平叶片式混合器中将780克的Wacker-Belsil
Figure BPA00001309742200231
PMS MKPowder聚甲基倍半硅氧烷树脂(CH3-SiO3/2)n(软化区间50-60℃)与20克粉末状乙酰丙酮络锌混合约2分钟。然后加入1200克粉末状SiC类FEPAF46(平均直径370μm)和1300克粉末状SiC类FEPA F280(平均直径36.5μm)。接着加入1800克铜粉、2700克钢丝绒、1000克硅粉，最后加入1200克石墨粉。第二步骤的混合持续约4分钟。
混合物的全部组成如下(表示为相对于混合物的重量百分比)：12％的粉末状SiC F46；13％的粉末状SiC F280；18％的铜粉；27％的钢丝绒；10％的硅粉；12％的石墨粉；7.8％的聚甲基倍半硅氧烷树脂；0.2％的乙酰丙酮络锌。
铜粉和硅粉的平均直径分别为约150μm和约40μm。钢丝绒的平均直径为约50μm，平均长度为约0.4mm。石墨粉的平均直径为约300μm。
然后，由此获得的一部分混合物在立式压机中经历热压步骤以获得预制体(生坯)和倍半硅氧烷树脂的高度网状化。
将混合物与图3所示类型的由外围框架和板状部件构成的减重钢板共同压制，所述板状部件具有方形减重孔，大约50％减重孔具有约5mm2的表面积，其余减重孔具有约10mm2的表面积。框架厚约5.5mm，而板状部件厚约1mm。
更详细地，使用板(或基体)，其具有对应于陶瓷基体材料体将形成形状的基本为矩形的周界部分的直通孔。所述孔的表面积约为145cm2，深度约8cm。
通过使用压机所具有的打孔机头堵住直通孔的下端开始操作。然后用混合物填充所述孔，并且用上述减重钢板封住上端。混合物的量根据制动衬块的最终厚度来确定，并考虑随后的压制会引起体积减少约2/3。在适当定位板之后，通过起动打孔机进行压制。
将模具内的温度维持在大约120℃。压制过程中施加的最高压力为大约300Kg/cm2。设计3个施加力和释放力的连续循环，各循环持续约30秒(15秒施加力，15秒释放力)。接着是连续施加力(不释放)达约90秒的最终步骤。整个压制步骤需约3分钟。
接着是在等温窑中在约0.2m3/h的氮气流中的热解步骤。以约5℃/分钟的速率将预制体从环境温度(25℃)加热到约500℃，并在500℃保持约4小时。
陶瓷基体材料的摩擦部分最后经历旨在根据制动衬块的最终用途而减小厚度的表面修整工序。
由此获得的制动衬块的厚度为16.4mm(包括约5.5mm的钢板厚度)，总重量为约860克，其中480克为陶瓷基体材料的摩擦部分的重量，其余的380克为减重板和填充减重孔的摩擦材料部分的重量。
具有相同形状和功能的传统制动衬块重约1180克。本发明的制动衬块因此提供约27％的重量减轻。
实施例7
在水平叶片式混合器中将780克的Wacker-Belsil
Figure BPA00001309742200241
PMS MKPowder聚甲基倍半硅氧烷树脂(CH3-SiO3/2)n(软化区间50-60℃)与20克粉末状乙酰丙酮络锌混合约2分钟。然后加入1200克粉末状SiC类FEPAF54(平均直径310μm)和1300克粉末状SiC类FEPA F320(平均直径d50 29.2μm)。接着加入1000克硅粉、2700克钢丝绒、1200克石墨粉，最后加入1800克焦炭粉。第二步骤的混合持续约4分钟。
混合物的全部组成如下(表示为相对于混合物的重量百分比)：12％的粉末状SiC F54；13％的粉末状SiC F320；27％的钢丝绒；10％的硅粉；12％的石墨粉；18％的焦炭粉；7.8％的聚甲基倍半硅氧烷树脂；0.2％的乙酰丙酮络锌。
硅粉的平均直径为约35μm。钢丝绒的平均直径为约70μm，平均长度为约0.6mm。石墨粉和焦炭粉的平均直径为约500μm。
然后，由此获得的一部分混合物在立式压机中经历热压步骤以获得预制体(生坯)和倍半硅氧烷树脂的高度网状化。
将混合物与图6所示类型的由外围框架和板状部件构成的减重钢板共同压制，所述板状部件具有用对应于制动系统致动装置的邻接区设置的3个圆形单元增强的方形减重孔。大约50％的减重孔具有约5mm2的表面积，其余减重孔具有约10mm2的表面积。框架厚约5.5mm，而板状部件厚约1mm。
更详细地，使用板(或基体)，其具有对应于陶瓷基体材料体将形成形状的基本为矩形的周界部分的直通孔。所述孔的表面积约为145cm2，深度约8cm。
通过使用压机所具有的打孔机头堵住直通孔的下端开始操作。然后用混合物填充所述孔，并且用上述减重钢板封住上端。混合物的量根据制动衬块的最终厚度来确定，并考虑随后的压制会引起体积减少约2/3。在适当定位板之后，通过起动打孔机进行压制。
将模具内的温度维持在大约130℃。压制过程中施加的最高压力为大约250Kg/cm2。设计3个施加力和释放力的连续循环，各循环持续约30秒(15秒施加力，15秒释放力)。接着是连续施加力(不释放)达约150秒的最终步骤。整个压制步骤需约4分钟。
接着是在等温窑中在约0.2m3/h的氮气流中的热解步骤。以约5℃/分钟的速率将预制体从环境温度(25℃)加热到约550℃，并在550℃保持约4小时。
陶瓷基体材料的摩擦部分最后经历旨在根据制动衬块的最终用途而减小厚度的表面修整工序。
由此获得的制动衬块的厚度为16.4mm(包括约5.5mm的钢板厚度)，总重量为约880克，其中480克为陶瓷基体材料的摩擦部分的重量，其余的400克为减重板和填充减重孔的摩擦材料部分的重量。
具有相同形状和功能的传统制动衬块重约1180克。本发明的制动衬块因此提供约25％的重量减轻。
实施例8
在水平叶片式混合器中将780克的Wacker-Belsil
Figure BPA00001309742200261
RG100环戊基硅氧烷树脂与20克粉末状乙酰丙酮络锌混合约2分钟。然后加入1200克粉末状SiC类FEPA F40(平均直径438μm)和1300克粉末状SiC类FEPAF240(平均直径d50 44.5μm)。接着加入1500克黄铜粉、2100克钢丝绒、1000克硅粉、1200克石墨粉，最后加入900克硫化锡粉。第二步骤的混合持续约4分钟。
混合物的全部组成如下(表示为相对于混合物的重量百分比)：12％的粉末状SiC F40；13％的粉末状SiC F240；21％的钢丝绒；15％的黄铜粉；10％的硅粉；12％的石墨粉；9％的硫化锡粉；7.8％的含硅树脂；0.2％的乙酰丙酮络锌。
黄铜粉和硅粉的平均直径分别为约200μm和45μm。钢丝绒的平均直径为约80μm，平均长度为约0.8mm。石墨粉和硫化锡粉的平均直径分别为约750μm和约90μm。
然后，由此获得的一部分混合物在立式压机中经历热压步骤以获得预制体(生坯)和硅氧烷树脂的高度网状化。
将混合物与约1mm厚的网状增强体(类似于图3中所示的具有减重孔的板状体)共同压制。约50％的孔的表面积为约5mm2，其余的为约10mm2。
更详细地，使用具有两部分直通孔的板(或基体)：第一部分具有对应于摩擦部分将形成形状的基本为矩形的周界部分，而第二部分具有对应于支撑部分将形成形状的基本为矩形的周界部分。所述孔具有约8cm的深度，对应于第一部分的表面积为约145cm2。
通过使用压机所具有的打孔机头堵住直通孔的下端开始操作。然后用混合物填充所述孔，并且用上述网状增强体封住上端。混合物的量根据制动衬块的最终厚度来确定，并考虑随后的压制会引起体积减少约2/3。在适当定位板之后，通过起动打孔机进行压制。
将模具内的温度维持在大约130℃。压制过程中施加的最高压力为大约450Kg/cm2。设计3个施加力和释放力的连续循环，各循环持续约30秒(15秒施加力，15秒释放力)。接着是连续施加力(不释放)达约210秒的最终步骤。整个压制步骤需约5分钟。
接着是在等温窑中在约0.2m3/h的氮气流中的热解步骤。以约5℃/分钟的速率将预制体从环境温度(25℃)加热到约450℃，并在450℃保持约4.5小时。
由此获得的制动衬块的厚度为16.40mm(包括约1mm的增强体厚度)，总重量为约760克，其中480克为陶瓷基体材料的摩擦部分的重量，其余的280克为增强部件和填充减重孔的摩擦材料部分的重量。
具有相同形状和功能的传统制动衬块重约1180克。本发明的制动衬块因此提供约35.6％的重量减轻。
实施例9
在水平叶片式混合器中将780克的Wacker-BelsilRG100环戊基硅氧烷树脂与20克粉末状乙酰丙酮络锌混合约2分钟。然后加入1200克粉末状SiC类FEPA F40(平均直径438μm)和1300克粉末状SiC类FEPAF240(平均直径d50 44.5μm)。接着加入1500克黄铜粉、2100克钢丝绒、1000克硅粉、1200克石墨粉，最后加入900克硫化锡粉。第二步骤的混合持续约4分钟。
混合物的全部组成如下(表示为相对于混合物的重量百分比)：12％的粉末状SiC F40；13％的粉末状SiC F240；21％的钢丝绒；15％的黄铜粉；10％的硅粉；12％的石墨粉；9％的硫化锡粉；7.8％的含硅树脂；0.2％的乙酰丙酮络锌。
黄铜粉和硅粉的平均直径分别为约200μm和45μm。钢丝绒的平均直径为约80μm，平均长度为约0.8mm。石墨粉和硫化锡粉的平均直径分别为约750μm和约90μm。
然后，由此获得的一部分混合物在立式压机中经历热压步骤以获得预制体(生坯)和硅氧烷树脂的高度网状化。
更详细地，使用具有两部分直通孔的板(或基体)：第一部分具有对应于摩擦部分将形成形状的基本为矩形的周界部分，而第二部分具有对应于支撑部分将形成形状的基本为矩形的周界部分。所述孔具有约8cm的深度，对应于第一部分的表面积为约145cm2。
通过使用压机所具有的打孔机头堵住直通孔的下端开始操作。混合物的量根据制动衬块的最终厚度来确定，并考虑随后的压制会引起体积减少约2/3。然后用混合物填充所述孔，并且用压制装置具有的特定闭合部件封住上端。
将模具内的温度维持在大约130℃。压制过程中施加的最高压力为大约450Kg/cm2。设计3个施加力和释放力的连续循环，各循环持续约30秒(15秒施加力，15秒释放力)。接着是连续施加力(不释放)达约210秒的最终步骤。整个压制步骤需约5分钟。
接着是在等温窑中在约0.2m3/h的氮气流中的热解步骤。以约5℃/分钟的速率将预制体从环境温度(25℃)加热到约450℃，并在450℃保持约4.5小时。
完全由陶瓷基体材料制成的制动衬块最后经历旨在根据制动衬块的最终用途而减小厚度的表面修整工序。
由此获得的制动衬块的厚度为16.4mm(包括约1mm的增强体厚度)，总重量为约720克，其中480克为摩擦部分的重量，其余的240克为支撑部分的重量。
具有相同形状和功能的传统制动衬块重约1180克。本发明的制动衬块因此提供约39％的重量减轻。
实施例10
在水平叶片式混合器中将780克的Wacker-Belsil
Figure BPA00001309742200281
PMS MKPowder聚甲基倍半硅氧烷树脂(CH3-SiO3/2)n(软化区间50-60℃)与20克粉末状乙酰丙酮络锌混合约2分钟。然后加入1200克粉末状SiC类FEPAF46(平均直径370μm)和1300克粉末状SiC类FEPA F280(平均直径36.5μm)。接着加入1800克铜粉、2700克钢丝绒、1000克硅粉，最后加入1200克石墨粉。第二步骤的混合持续约4分钟。
混合物的全部组成如下(表示为相对于混合物的重量百分比)：12％的粉末状SiC F46；13％的粉末状SiC F280；18％的铜粉；27％的钢丝绒；10％的硅粉；12％的石墨粉；7.8％的聚甲基倍半硅氧烷树脂；0.2％的乙酰丙酮络锌。
铜粉和硅粉的平均直径分别为约150μm和约40μm。钢丝绒的平均直径为约50μm，平均长度为约0.4mm。石墨粉的平均直径为约300μm。
然后，由此获得的一部分混合物在立式压机中经历热压步骤以获得预制体(生坯)和倍半硅氧烷树脂的高度网状化。
将混合物与图3所示类型由外围框架构成的减重钢板共同压制。该框架厚约5.5mm，并与单个中心减重孔界定开。
更详细地，使用板(或基体)，其具有对应于陶瓷基体材料体将形成形状的基本为矩形的周界部分的直通孔。所述孔的表面积约为145cm2，深度约8cm。
通过使用压机所具有的打孔机头堵住直通孔的下端开始操作。然后用混合物填充所述孔，并且用上述减重钢板和压制系统具有的其它闭合部件封住上端。混合物的量根据制动衬块的最终厚度来确定，并考虑随后的压制会引起体积减少约2/3。在适当定位板之后，通过起动打孔机进行压制。
将模具内的温度维持在大约120℃。压制过程中施加的最高压力为大约300Kg/cm2。设计3个施加力和释放力的连续循环，各循环持续约30秒(15秒施加力，15秒释放力)。接着是连续施加力(不释放)达约90秒的最终步骤。整个压制步骤需约3分钟。
接着是在等温窑中在约0.2m3/h的氮气流中的热解步骤。以约5℃/分钟的速率将预制体从环境温度(25℃)加热到约500℃，并在500℃保持约4小时。
陶瓷基体材料的摩擦部分最后经历旨在根据制动衬块的最终用途而减小厚度的表面修整工序。
由此获得的制动衬块的厚度为16.4mm(包括约5.5mm的钢板厚度)，总重量为约820克，其中480克为陶瓷基体材料的摩擦部分的重量，其余的340克为框架和填充该单个中心减重孔的摩擦材料部分的重量。
具有相同形状和功能的传统制动衬块重约1180克。本发明的制动衬块因此提供约30.5％的重量减轻。
压制步骤完成之后，按照以上实施例1～3和4～6获得的所有陶瓷基体材料证实了一致性如此优异以致于有助于实现好的细部(例如制动衬块的锐边)和不费力地操作。热解步骤完成之后，所述材料表现良好的抗机械性质(抗机械模量为12～18MPa，弹性模量为5～10GPa)。材料的平均密度为2.9～3.2g/cm3。平均陶瓷化程度估算为约70％。
对根据本发明的制动衬块进行制动测试，以评价摩擦系数、与制动应用次数成函数的系数稳定性和耐磨性方面的性能。
该测试包括对样品进行50次制动操作。
该测试是使用具有铸铁和复合陶瓷材料(CCM)的制动盘的制动系统进行的。
该测试表明与铸铁制动盘的应用和与CCM制动盘的应用之间在行为上没有重要区别。
测试表明从第5到第30次制动应用的总平均摩擦系数为约0.45。该值是相当易变的，其中最小值为约0.42，最大值为约0.48。在第30次制动应用后，摩擦系数稍有下降，在约0.42的平均值处稳定。就每次制动应用而言，存在约0.005mm的平均磨损。
图16中的曲线(横坐标为制动应用次数，纵坐标为摩擦系数值)涉及在具有铸铁制动盘和制动衬块的系统上进行的测试，其中所述衬块的摩擦组件是以上实施例1的陶瓷基体材料。
因此，本发明显著减轻了用于制动系统、特别是用于盘式制动系统的制动衬块的重量而不损害抗机械性，其中制动衬块的至少摩擦部分为陶瓷基体材料。
因此，本发明显著减少制造陶瓷基体材料的摩擦组件的工作时间：从约60～80小时的平均总时间(不考虑与金属支撑件的组装)减至约8～12小时的平均时间。
用本发明提出的方法制得的陶瓷基体摩擦材料提供在摩擦系数和耐磨性方面即使不优于也至少与传统陶瓷基体摩擦材料相同的性能。本发明材料的摩擦系数实际上平均为0.42～0.45，而传统材料具有约0.35～0.4的值。
关于耐磨性，类似考虑是合理的。本发明材料的平均磨损值为每次制动应用约0.005mm，而传统材料为约0.015～0.020。
制动测试还证明根据本发明各种实施形式的制动衬块能适当耐受由制动系统促动器和制动力传送所产生的机械应力。
而且，本发明的方法通过省略最终组装陶瓷基体材料的摩擦组件与金属支撑板的具体步骤而简化了制动衬块和金属支撑板的制造。
因而认为本发明已实现其初始目的。
显然，在其实际实施中，可以采取与上述不同的形式和构造，但不能因此就排除在本发明的保护范围内。
另外，所有细节可以替换为技术上等同的部件，并且所用的尺寸、形状和材料可以根据需要替换。

Claims (38)

1.一种用于制动系统的制动衬块，包括摩擦活性的摩擦部分(10)和旨在与制动系统的致动装置配合的机械支撑部分(20)，至少所述摩擦部分(10)是由通过包括以下操作步骤的方法获得的陶瓷基体材料制成的： 
-制备至少一种含硅型陶瓷前体、适合作磨料的硬材料颗粒、适合作润滑剂的物质颗粒和金属材料颗粒的混合物； 
-热压所述混合物以获得预制体； 
-使所述预制体经历热解过程以实现预陶瓷粘合料的陶瓷化，从而获得所述陶瓷基体材料； 
所述混合物包含在所述热压步骤过程中适于促进所述陶瓷前体网状化的催化剂，所述热解步骤在800℃以下的温度进行。 
2.根据权利要求1的制动衬块，其中所述热解过程在400～600℃的温度下进行。 
3.根据权利要求1的制动衬块，其中所述热压步骤在120℃～150℃的温度下进行。 
4.根据权利要求1的制动衬块，其中所述热压步骤在250～500Kg/cm2的压力下进行。 
5.根据权利要求1的制动衬块，其中所述机械支撑部分(20)是由所述陶瓷基体材料制成的。 
6.根据权利要求5的制动衬块，其中所述机械支撑部分(20)是与所述摩擦部分(10)作为一体制成的。 
7.根据权利要求5的制动衬块，包括结合在所述机械支撑部分(20)中或者布置在该部分(20)的外表面上的具有减重孔的增强部件。 
8.根据权利要求7的制动衬块，其中所述增强部件与所述机械支撑部分(20)结合用于在所述热压步骤中共同压制。 
9.根据权利要求1的制动衬块，其中所述机械支撑部分(20)由支撑板(21)构成，所述支撑板(21)具有一个或多个减重孔(25，26)且与所述摩擦部分(10)结合。 
10.根据权利要求9的制动衬块，其中所述一个或多个减重孔(25，26)设置在所述支撑板(21)的旨在与所述摩擦部分(10)接合的部分中。 
11.根据权利要求9的制动衬块，其中所述支撑板(21)包括在内部界定空余空间(26)的外围框架(22)。 
12.根据权利要求11的制动衬块，其中所述支撑板(21)包括适于封闭所述外围框架(22)的空余空间(26)的板状部件(23)，并且对应于所述板状部件(23)制有减重孔(25)。 
13.根据权利要求9的制动衬块，其中所述支撑板(21)具有与所述制动系统的致动装置意图作用的点相对应的硬化部件(24)。 
14.根据权利要求9的制动衬块，其中所述支撑板(20)是金属。 
15.根据权利要求9的制动衬块，其中所述支撑板(20)是非金属材料。 
16.根据权利要求1的制动衬块，其中所述机械支撑部分(20)由与所述摩擦部分(10)结合的非金属材料的支撑板(21)构成。 
17.根据权利要求9或16的制动衬块，其中所述摩擦部分(10)与所述支撑板(21)通过所述热压步骤中的共同压制而结合。 
18.根据权利要求9或16的制动衬块，其中所述支撑板(21)在所述热解步骤之后与陶瓷基体材料的所述摩擦部分(10)结合。 
19.根据权利要求1的制动衬块，其中所述混合物包含5～10重量％的陶瓷前体和催化剂、20％～30％的磨料、小于60％的金属材料和小于50％的润滑剂。 
20.根据权利要求1的制动衬块，其中所述至少一种陶瓷前体选自聚硅氧烷。 
21.根据权利要求20的制动衬块，其中所述至少一种陶瓷前体选自倍半硅氧烷。 
22.根据权利要求1的制动衬块，其中所述催化剂选自具有金属的有机配位化合物，所述金属选自包括锌、铜、铝、铁、锆、钒、铬、锰、钴、镍和钛的组。 
23.根据权利要求1的制动衬块，其中所述磨料颗粒为碳化硅、碳化硼、硅、锆石、氧化锆、方镁石、刚玉或尖晶石的粉末。 
24.根据权利要求23的制动衬块，其中所述磨料颗粒是作为两种不同粒度的粉末存在的，这两种粉末的平均直径之比为9～11。 
25.根据权利要求24的制动衬块，其中具有所述两种不同粒度的磨 料粉末具有1μm～600μm的平均直径。 
26.根据权利要求24的制动衬块，其中具有较大粒度的磨料粉末与具有较小粒度的粉末之间的重量比为0.8～1.8。 
27.根据权利要求1的制动衬块，其中所述金属颗粒包括铁和/或铁合金的颗粒、铜颗粒、黄铜颗粒和/或硅颗粒。 
28.根据权利要求27的制动衬块，其中铜和黄铜的所有颗粒单独或混合时的百分比小于所述混合物的20重量％。 
29.根据权利要求1的制动衬块，其中所述金属颗粒可以以粉末形式和/或纤维形式存在。 
30.根据权利要求29的制动衬块，其中粉末形式的所述金属颗粒具有小于300μm的平均直径。 
31.根据权利要求29的制动衬块，其中纤维形式的所述金属颗粒的平均直径小于100μm，长度小于1mm。 
32.根据权利要求1的制动衬块，其中所述润滑剂颗粒包括石墨粉、焦炭粉、硫化锡粉和/或锡粉。 
33.根据权利要求32的制动衬块，其中所述石墨以所述混合物的9重量％～13重量％的百分比存在。 
34.根据权利要求32的制动衬块，其中所述焦炭粉以小于所述混合物的35重量％的百分比存在。 
35.根据权利要求32的制动衬块，其中所述石墨和/或焦炭的粉末的平均直径为200μm～800μm。 
36.根据权利要求32的制动衬块，其中所述硫化锡粉以小于所述混合物的10重量％的百分比存在。 
37.根据权利要求32的制动衬块，其中所述锡粉以小于所述混合物的5重量％的百分比存在。 
38.根据权利要求32的制动衬块，其中所述硫化锡粉和/或锡粉的平均直径小于100μm。 
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