CN116635643A

CN116635643A - 盘式制动器衬垫及其制造方法

Info

Publication number: CN116635643A
Application number: CN202180083273.5A
Authority: CN
Inventors: 奥马尔·奇维迪尼; 法比奥·贾科梅蒂
Original assignee: Lembao Public Ltd
Current assignee: Lembao Public Ltd
Priority date: 2020-12-10
Filing date: 2021-12-09
Publication date: 2023-08-22
Also published as: WO2022123476A3; EP4259949A2; IT202000030353A1; WO2022123476A2; US20240052897A1

Abstract

本发明涉及一种用于盘式制动器的衬垫、其制造方法以及包括所述衬垫的制动系统。更具体地，本发明涉及一种用于盘式制动器的衬垫(1)，该衬垫具有厚度y并且包括：用于与盘式制动器的致动装置进行协作的第一表面(2)；与第一表面(2)相反的第二摩擦学活动摩擦表面(3)，用于与盘式制动器的盘进行协作；衬垫的第一部分(4)和衬垫的第二部分(5)，其中衬垫的所述第一部分(4)自第一表面(2)起延伸达厚度y₁，并且衬垫的第二部分(5)自所述第二摩擦学活动摩擦表面(3)起延伸达厚度y₂，所述衬垫(1)的特征在于衬垫的第一表面(2)和第一部分(4)由碳陶瓷材料，而衬垫的第二表面(3)和第二部分(5)由碳质材料“C/C”制成。

Description

盘式制动器衬垫及其制造方法

技术领域

本发明涉及盘式制动器衬垫、盘式制动器衬垫的制造方法以及包括盘和所述衬垫的制动系统。

背景技术

使用由称为“碳-碳”或“C/C”的碳基材料制成的盘式制动器衬垫是已知的。这些碳基材料是复合材料，包括碳质基体内的增强碳纤维。所述衬垫适合于与同样由“C/C”材料制成的盘式制动盘进行协作。

这样的衬垫是通过下述过程获得的，该过程涉及二维或三维织物的层或片的叠加或者涉及使用短纤维形成碳质预制件，可能添加有树脂，可能随后进行热处理，以及碳致密化过程。后者可以通过例如CVD(化学气相沉积)、CVI(化学气相渗透)、LPI(液体聚合物渗透)、PIP(聚合物渗透和热解)或沥青浸渍来进行，所有这些都会导致密度增加，从而能够赋予材料足够的机械性能、热性能和摩擦性能，例如密度增加2至6倍。

作为摩擦材料，“C/C”材料需要较高的应用温度，这使得完全由“C/C”材料制成的制动器衬垫特别适用于准备安装在高性能车辆上的盘式制动器，上述的高性能车辆例如为高档汽车或摩托赛车。

然而，由“C/C”材料制成的所述衬垫由于材料的残余孔隙而具有有限的刚度。

众所周知，为制动系统配备具有足够结构刚度的制动器衬垫是一项非常重要的要求，以避免损坏制动系统并防止将海绵感制动系统的感受传递给驾驶员，海绵感制动系统会导致制动系统本身的杠杆或踏板的额外行程或无法施加安全地制动车辆所需的杠杆或踏板的完整行程。这种需求在属于最高性能细分市场的车辆和最极端的制动应用中尤为明显，例如跑车和摩托车。

已经尝试增加用于盘式制动器的“C/C”衬垫的结构刚度，但尚无令人满意的结果。

第一种建议的解决方案涉及通过额外的CVD(“化学气相沉积”)阶段在衬垫上沉积额外的碳，以进一步降低残留孔隙水平并增加衬垫本身的密度。然而，CVD过程中的密度增长是渐进的，并且随着衬垫的孔隙水平降低，碳仅沉积在表面上，限制了刚度的实际增长。此外，CVD过程是非常昂贵的。

另一种已知的解决方案涉及插入由较硬的材料例如陶瓷或金属制成的支撑板，并将其与衬垫的“C/C”材料相关联，“C/C”材料定义了衬垫的摩擦学活动(tribologicallyactive)部分，该部分能够与制动系统的盘协作。该板通过胶合或机械紧固件例如螺钉或铆钉连接到“C/C”材料。该板实质上对“C/C”材料起到机械支撑的作用，它适应于承受制动器使用过程中产生的压缩和弯曲应力，并与制动系统的致动器(液压活塞)配合以允许衬垫的移动。

然而，衬垫中由陶瓷材料制成的板，甚至由金属材料制成的板的存在导致衬垫本身的重量显着增加，并且使用减轻的支撑板无法保证对衬垫的足够的机械阻力。此外，将板固定到“C/C”材料的方式——通过胶合和/或通过机械紧固件——导致衬垫的刚度增加有限；事实上，胶合物是一种“软”元素，会降低刚度，而螺钉或铆钉会产生间隙，这也会降低衬垫的刚度。最后，这种解决方案会使制动系统面临突然失效的风险；由于它们连接两种不同的材料，胶合物和机械紧固件代表了系统的弱点。

替代地，CN 103511525和WO 03/080540描述了全部由源自“C/C”材料的碳陶瓷材料制成的盘式制动器衬垫。然而，由于该现有技术中描述的衬垫不再由“C/C”材料制成，因此它们不再具有与这些材料相关的有利特性，例如重量轻和高机械强度，这使得它们特别适用于高端的符合一般道路交通法规要求的应用，并适于与同样由“C/C”材料制成的盘进行协作。此外，它们会导致摩擦和性能发生变化，不再符合对“C/C”材料的预期。

因此，迄今为止，不可能在保持“C/C”材料的最佳特性不变的同时显着增加盘式制动器衬垫的刚度。

因此，本发明的根本问题是提供一种盘式制动器衬垫，其克服现有技术的缺点并且保持高性能特性，即使在极端应用中也如此，并提供一种用于获得所述衬垫的易于实施的方法。更具体地，本发明旨在增加由“C/C”材料制成的制动器衬垫的刚度，从而增加制动系统的刚度，同时不会过度增加初始重量，不会改变制动器衬垫本身的制动作用或获得不良影响，包括不会引起制动系统故障。

发明内容

上述问题通过如所附权利要求中概述的用于盘式制动器的衬垫、制造所述衬垫的方法和包括所述衬垫的制动系统解决，其定义构成本说明书的组成部分。

本发明的第一目的是用于盘式制动器的衬垫，所述衬垫具有厚度y并且包括：

用于与盘式制动器的致动装置协作的第一表面，

与所述第一表面相反的第二摩擦学活动摩擦表面，用于与盘式制动器的盘协作，

衬垫的第一部分和衬垫的第二部分，其中：

所述衬垫的第一部分在所述衬垫内自所述第一表面起延伸达等于y1的厚度，并且

所述衬垫的第二部分在所述衬垫内自所述第二摩擦学活动摩擦表面起延伸达等于y2的厚度，

所述衬垫的特征在于：

所述衬垫的所述第一表面和所述第一部分由包括碳和碳化硅的碳陶瓷材料制成，并且

所述衬垫的所述第二摩擦学活动摩擦表面和所述第二部分由称为“碳-碳”或“C/C”的碳基材料制成。

本发明的另外的目的是一种制造上述衬垫的方法，其包括以下步骤：

a)制备衬垫，该衬垫由“C/C”材料制成，该衬垫包括用于与盘式制动器的致动装置协作的第一表面和用于与盘式制动器的盘协作的第二摩擦学活动摩擦表面，所述衬垫具有厚度等于y；

b)使在步骤a)中获得的衬垫与硅接触，使得至少部分硅渗透所述衬垫达自所述第一表面起等于y₁的厚度，所述厚度y₁小于衬垫的厚度y；

c)对步骤b)中获得的衬垫进行干法和/或湿法修整。

本发明的另一目的是用于盘式制动器的制动系统，包括盘和用于与所述盘协作的如上所定义的衬垫。所述盘有利地由“C/C”材料制成。

本发明的衬垫对象有利地显示出增强的结构刚度，并因此表现出增强的抗压强度，而没有表现出重量的显着增加。事实上，已经令人惊奇地发现本发明的衬垫显示出最佳的重量-刚度比。同时，本发明的衬垫对象能够提供“C/C”材料所特有的摩擦系数方面的性能。

此外，本发明的衬垫对象是整体式的，显示出碳陶瓷材料和“C/C”材料之间的逐渐过渡，从而最大限度地减少制动系统失效的风险，如上所述包括支撑板和相关的摩擦材料的衬垫暴露于该制动系统。因此，本发明的衬垫对象在两个部分之间具有高致密性和内聚力。

本发明的进一步特征和优点将从在此通过非限制性示例的方式给出的一些说明性实施方式的描述中变得明显。

附图说明

图1示意性地示出了根据本发明的实施方式的盘式制动器衬垫的剖视图。

图2示出了显示本发明的衬垫对象(黑点)和完全由“C/C”材料制成的衬垫(浅点)的弹性模量与密度的图表。

具体实施方式

本发明的目的是提供一种盘式制动器衬垫，包括用于与盘式制动器的致动装置协作的第一表面和用于与盘式制动器的盘协作的第二表面，其中衬垫的第一表面和衬垫的从所述第一表面延伸给定厚度的部分由包含碳和碳化硅的碳陶瓷材料制成，而衬垫的第二表面和衬垫的从所述第二表面延伸给定厚度的部分由“C/C”碳质材料制成。

令人惊奇的是，已经发现由衬垫的第一表面界定的部分(称为第一部分)用作由第二表面界定的限定了衬垫的摩擦活动部分的部分(称为第二部分)的碳质材料“C/C”的机械支撑活动，增加了衬垫本身的刚度和抗压强度，并且不需要使用外部陶瓷或金属板，从而避免了与之相关的所有缺点。此外，所述第二部分有利地保持了“C/C”材料所特有的摩擦系数方面的性能，这使得它适合与同样由碳质材料制成的盘协作。

此外，由于本发明衬垫的刚度增加，令人惊奇地发现可以增加衬垫的通风孔的数量，从而增强衬垫的热交换。此外，由于更好的散热性，根据本发明的衬垫适用于运动和高性能汽车的制动系统。

仅作为示例，本发明的衬垫对象的横截面示于图1中。

图1中所示的衬垫1包括用于与盘式制动器的致动装置，特别是与盘式制动器的制动钳(未示出)的液压活塞协作的第一表面2，以及用于与盘式制动器的盘(未显示)的表面协作的第二表面3。

衬垫1具有厚度y并且沿着衬垫本身的横轴分成两部分。特别地，所述衬垫1被分成第一部分4和第二部分5。

所述第一部分4由衬垫的表面2界定并且在衬垫内延伸的厚度等于y₁。所述第一部分4由包含碳和碳化硅的碳陶瓷材料制成。

所述第二部分5由衬垫的表面3界定并且在衬垫内延伸的厚度等于y₂。所述第二部分5由碳质材料“C/C”制成。

优选地，所述第一部分4和所述第二部分5延伸穿过衬垫的整个表面区域。换言之，用于与盘式制动器的致动装置协作的衬垫的表面2与衬垫的第一部分的表面重合，而用于与盘式制动器的盘协作的衬垫的表面3与衬垫的第二部分的表面重合。

衬垫的第二表面3以及衬垫的第二部分5经受磨损。衬垫的第一部分4的厚度y₁是根据对具体衬垫而言所允许的“最小磨损厚度K”而变化的。表述“最小磨损厚度K”表示受磨损的衬垫的最小允许厚度，即，由于第二表面3与盘式制动器的盘的摩擦而受磨损的衬垫的最小允许厚度。换言之，随着时间流逝，受磨损的，即被消耗的衬垫的厚度对应于尺寸(y-K)。衬垫的第一部分4的厚度y₁有利地小于所述厚度K(y₁<K)，并且衬垫的第二部分的厚度y₂有利地总是大于零(y₂>0)，即使在衬垫受磨损后也如此。

衬垫的所述第一部分的厚度y₁优选地在所述衬垫的厚度y的5％至90％之间、5％至70％之间、7％至50％之间、10％至30％之间。

衬垫的第二部分的厚度y₂优选地在所述衬垫的厚度y的10％至95％之间、30％至95％之间、60％至90％之间、75％至85％之间，更优选地为所述衬垫的厚度y的至少70％或至少80％。

在优选实施方式中，衬垫的由碳陶瓷材料制成的所述第一表面和所述第一部分包括硅、碳和碳化硅。

优选地，衬垫的所述第一表面和所述第一部分具有在以下所示范围内变化的以重量百分比表示的组分：

碳纤维20％至70％，优选地约30％至50％

碳基质20％至70％，优选地约30％至50％

硅0％至10％，优选地约0％至5％

碳化硅10％至40％，优选地15％至25％。

根据实施方式，按重量百分比计，衬垫的所述第一表面中包含的碳化硅(SiC)的量高于衬垫的第一部分中包含的碳化硅(SiC)的量，并且可选地，衬垫的所述第一表面中包含的硅的量高于衬垫的第一部分中包含的硅的量。

根据实施方式，按重量百分比计，衬垫的所述第一表面在该第一表面附近包含的碳化硅(SiC)和可选地硅的量较大，并且随着远离所述第一表面移动其量逐渐减少。

在优选实施方式中，所述衬垫的由“C/C”材料制成的第二部分具有在以下所示范围内变化的以重量百分比表示的组分：

碳纤维25％至75％，优选地40％至60％

碳基质25％至75％，优选地40％至60％。

衬垫的由碳陶瓷材料制成的所述第一表面和所述第一部分具有优选地低于3％、更优选地低于2％、甚至更优选地低于1％的孔隙率。

衬垫的由碳陶瓷材料制成的所述第一表面和所述第一部分具有优选地介于1.6g/cm³至2.3g/cm³之间、更优选地介于1.7g/cm³至2.2g/cm³之间、甚至更优选地介于1.8g/cm³至1.9g/cm³之间的密度。

这样的孔隙率和密度值赋予衬垫的第一表面和衬垫的第一部分的碳陶瓷材料合适的刚度特性，使得它们可以用作衬垫的第二表面和第二部分的机械支撑。有利地，根据本发明的衬垫不包括例如由陶瓷或金属材料制成的支撑板。

衬垫的第二摩擦学活动摩擦表面和第二部分具有优选地介于5％至20％之间、更优选地介于5％至10％之间的孔隙率和优选地介于1.5g/cm³至1.9g/cm³之间、更优选地介于1.6g/cm³至1.8g/cm³之间的密度，如此能够赋予衬垫轻盈性。

本发明的衬垫对象令人惊奇地表现出最佳的重量-刚度比。

在本发明的第一实施方式中，所述第一部分的厚度y₁和所述第二部分的厚度y₂之和与衬垫的厚度y一致。

在另外的实施方式中，所述衬垫包括位于所述第一部分和所述第二部分之间的中间材料层，其具有介于第一部分的碳陶瓷材料和第二部分的“C/C”材料之间的特性。优选地，所述材料层包括碳纤维、碳基质、碳化硅和可选的硅。优选地，所述材料层包含的硅和碳化硅的量低于衬垫的第一部分中所含的量，优选地所述材料层包含按重量计低于5％的量的硅和/或按重量计低于10％的量碳化硅。

根据本发明的衬垫通过根据权利要求的方法获得。

在优选的实施方式中，上述“C/C”材料衬垫的制造方法的步骤a)包括以下步骤：

a1)制备由碳致密化“C/C”材料制成的预制件；和

a2)将步骤a1)获得的预制件模制为盘式制动器衬垫的模型。

在优选实施方式中，上述步骤a1)包括以下步骤：

i)打印树脂浸渍二维织物层以形成预制件模型；

ii)可选地，打印浸渍树脂的短纤维以形成预制件模型；

iii)可选地，打印与树脂混合的短纤维，所述树脂为液体或粉末形式，以形成预制件模型；

iv)可选地，将堆叠的上述织物层针刺形成缠绕的三维结构；

v)可选地，将上述短纤维针刺形成缠绕的三维结构；

vi)可选地，对在步骤i)、ii)或iii)之一中获得的预制件模型进行热解；

vii)可选地，用树脂和/或沥青对步骤iv)或v)之一中获得的预制件模型进行浸渍；

viii)可选地，对步骤i)、ii)、iii)、iv)、v)、vi)或vii)之一中获得的预制件模型进行热预处理；

ix)使在步骤i)、ii)、iii)、iv)、v)、vi)、vii)或viii)之一中获得的预制件模型经受碳致密化过程，直到获得大于1.5g/cm³、优选地大于1.7g/cm³的材料密度；

x)可选地，使步骤v)中获得的预制件模型经受热处理。

在优先的实施方式中，步骤i)中使用的织物是碳纤维织物。

步骤iv)的针刺可以使用常规方法进行，其涉及使用适当的针，该针与部分纤维接合，将部分纤维轴向引导至衬垫并允许获得三维结构。

步骤i)、ii)、iii)和vii)的树脂选自例如酚醛树脂、丙烯酸树脂、聚苯乙烯、呋喃树脂或氰酸酯。

根据不同的实施方式，根据步骤ix)的碳致密化过程通过不同的方法进行。

第一种方法是CVD(化学气相沉积)或CVI(化学气相渗透)，这取决于是仅需要涂层还是需要气相形式的碳渗透。通常，如果材料是纤维状的并由此具有高孔隙率，则此方法称为化学气相渗透(CVI)。这些方法涉及使用碳氢化合物混合物(例如甲烷和丙烷)以及在高温和低压下将待处理的材料暴露于此类混合物。操作温度在900℃至1200℃范围内，优选地在1000℃至1100℃范围内，并且使用低于300毫巴的压力，优选地使用几十毫巴的压力。碳氢化合物混合物分解形成元素碳，然后沉积或渗透到被处理材料的基体中。需要使用专用熔炉的这种方法涉及在纤维上沉积薄层(通常为几微米)，需要在高于10微米(通常为10微米至20微米)的纤维上进行多个渗透和整体涂覆循环，以获得所需的致密化。

另一种称为LPI(液体聚合物渗透)或PIP(聚合物渗透和热解)的方法涉及用液体聚合物渗透待处理材料的基体，然后进行高温热处理(热解)，从而导致沉积在碳纤维上的聚合物的碳化。同样地，在这种情况下，在实现预制件的适当致密化之前，需要多个渗透和热解步骤。

不管用于碳致密化的步骤ix)的方法如何，预制件材料的密度通常大于1.5g/cm³。

在优选的实施方案中，通过在80℃至200℃之间、优选地在120℃至180℃之间的温度下操作来对在先前步骤a1)中获得的预制件进行模制的步骤a2)。优选地，所述模制步骤a2)通过在25巴至300巴之间、更优选地在35巴至150巴之间的压力下操作来进行。

在步骤b)期间，衬垫与硅接触，使得至少部分硅对衬垫进行渗透达自用于与盘式制动器的致动装置协作的第一表面起等于y₁的厚度。

有利地，衬垫的至少所述第一表面与硅接触。有利地，衬垫的第二表面不与硅接触。

根据第一实施方式，所述步骤b)包括以下步骤：

b1)将步骤a)获得的衬垫设置在位于所述第一表面的一侧上的含硅层上；

b2)使设置在所述含硅层上的衬垫经受一温度，使得至少部分硅通过毛细作用渗透到衬垫中达自所述第一表面起等于y1的厚度。

根据第二实施方式，所述步骤b)包括以下步骤：

b1)将步骤a)中获得的衬垫浸入含有硅树脂的浴(bath)中达自所述第一表面起基本上等于y1的厚度，所述基本上等于y1的厚度小于衬垫的厚度y；

b2)使部分地浸入所述浴中的衬垫经受一温度，使得所述衬垫被至少部分所述硅树脂浸渍达自所述第一表面起等于y₁的厚度。

第一实施方式(含硅层)

在第一实施方式中，所述层包括固态硅。除了固体硅之外，所述层可以包括一种或多种材料，例如碳化硼(B₄C)。根据该实施方式，碳化硼在上述层中的重量百分比优选地介于5％至50％之间，更优选地介于5％至20％之间。

在第二实施方式中，所述层由固体硅组成。

根据不同的实施方式，固体硅为纯的形式或为硅/铝或硅/铜合金的形式并且是颗粒或粉末形式。

在下文中，术语“硅层”既指包含固体硅的层又指由固体硅组成的层。

在实施方式中，在步骤b1)期间，所述衬垫直接沉积在硅层上。术语“直接”指的是所述衬垫与硅层接触并且没有额外的装置或元件插置在衬垫和硅层之间。

在另外的实施方式中，在步骤b1)期间，所述衬垫通过外部装置或元件沉积在硅层上，例如多孔隔板，如毛毡、热解木元件或钉。根据该实施方式，在步骤b1)期间，衬垫不与包含在层中的硅接触。根据该实施方式，衬垫将在渗透步骤b2)期间与硅接触。

硅渗透步骤b2)在适当的处理室中进行，该处理室设置有用于在处理过程中释放的气体的排放口。

所述渗透步骤b2)有利地包括液态硅渗透(LSI)过程，在该过程期间硅层经受高于硅的熔化温度的温度，使得硅熔化并通过毛细作用渗透到所述衬垫中达等于y₁的厚度，如上所定义。

根据该实施方式，将处理室引入常规类型的炉中，该炉被加热到优选地高于1410℃的温度，更优选地被加热到1420℃至1700℃之间的温度，例如约1500℃。在这些温度下，硅熔化并渗入与硅接触的衬垫表面的孔隙并且与碳纤维和/或碳基质的部分碳反应以形成碳化硅(SiC)。优选地，一部分熔融硅与碳反应生成碳化硅并且一部分硅保持未反应。未反应的硅在冷却步骤期间固化在衬垫材料内。加热至处理温度和随后的冷却均逐渐进行。例如，达到约1500℃的处理温度可能需要长达8小时或更长时间，而使经渗透的衬垫冷却可能需要类似的时间量。

优选地，所述硅渗透步骤b2)在20毫巴至150毫巴之间、更优选地在80毫巴至120毫巴之间的减压下进行。

第二实施方式(含有机硅树脂的浴)

如上所述，步骤b1)涉及将衬垫浸入含有机硅树脂的浴中达自所述第一表面起基本上等于y₁的厚度。

术语“有机硅树脂”是指基于硅-氧链和与硅原子键合的有机官能团的无机聚合物。

如上所述，步骤b2)包括用硅树脂对衬垫进行浸渍的过程。

优选地，所述用硅树脂对衬垫进行浸渍的过程在750℃至1500℃之间的温度下进行，更优选地在800℃至900℃之间的温度下进行。

例如，所述用硅树脂对衬垫进行浸渍的过程在常压下进行。

在这些过程条件下，树脂形式的硅渗透入衬垫的孔并与硅树脂的部分碳和/或与碳纤维的部分碳和/或碳基质的部分碳进行反应以形成碳化硅(SiC)。优选地，部分硅与碳反应生成碳化硅并且部分硅保持未反应。

术语“基本上等于y₁”表示这样的厚度，即该厚度使得在步骤b2)结束时衬垫被硅树脂浸渍达等于y₁的厚度。

下面的描述适用于两种实施方式。

在步骤b)期间与衬垫接触的硅的量相对于衬垫的总重量优选地按重量计在3％至60％之间、按重量计在3％至50％之间、按重量计在3％至40％之间、按重量计在5％至20％之间、按重量计在5％至15％之间。所述量分别指如上所定义的存在于硅层中的硅(第一实施方式)和存在于有机硅树脂中的硅(第二实施方式)。

在步骤b)中与衬垫接触的硅的量是部分填充构成衬垫的“C/C”材料的孔隙所需的量。特别地，所述硅的量是至少部分地填充衬垫的第一表面的孔隙和至少部分地填充衬垫的自所述第一表面起延伸达所述厚度y₁的第一部分的孔隙所需的量，其中衬垫通过该第一表面沉积在所述硅层上或浸入所述硅树脂浴中。特别地，所述量的硅既不填充衬垫的与所述第一表面相反的第二表面的孔隙，也不填充衬垫的自所述第二表面起延伸达厚度y₂的第二部分的孔隙。

优选地，硅渗透厚度y₁占衬垫厚度y的5％至90％之间、5％至70％之间、7％至50％之间、10％至30％之间。

优选地，厚度y₂占衬垫厚度y的10％至95％之间、30％至95％之间、60％至90％之间、75％至85％之间，更优选地是至少70％或至少80％。

优选地，与衬垫接触的硅的量是填充“C/C”材料的孔隙的30％至100％所需的量，该“C/C”材料构成衬垫的第一表面和具有厚度y的第一部分。衬垫的所述第一表面和具有厚度y₁的所述第一部分因此导致用碳化硅和可选地用硅进行致密化，并且衬垫的所述第一表面和所述第一部分的所得孔隙率优选地低于3％，更优选地低于2％，甚至更优选地低于1％。

换言之，存在于所述层或所述浴中的硅的量小于完全渗透衬垫所需的量。

上面参考步骤b2)描述的工艺参数(温度和压力)例如促进硅通过毛细作用穿过衬垫的部分上升(第一实施方式)或促进硅穿过衬垫的部分浸渍(第二实施方式)，特别是上升或浸渍达自衬垫的第一表面起等于y₁的厚度。衬垫的所述厚度y₁用碳化硅和可选地用硅进行致密化，这将构成所述厚度y₁的材料的孔隙率缩降到优选地低于3％的值，更优选地低于2％的值，甚至更优选地低于1％的值。

厚度y₁以及因此衬垫在步骤b)中接触的硅的量取决于衬垫的最终应用及其磨损程度。例如，在初始厚度为25mm(图1中的尺寸y)的衬垫中，随着磨损减少到15mm(图1中的尺寸K)，渗透厚度y₁小于15mm(y₁<K)。在这个具体示例中，硅渗透的厚度y₁结果小于衬垫厚度y的60％。

所述渗透厚度y₁例如通过用SEM显微镜分析衬垫的一部分来监测。

有利地，用于与盘协作的衬垫的摩擦学活动摩擦表面不包含或包含可忽略量的碳化硅和可选的硅。术语“可忽略的”表示不改变“C/C”材料的摩擦系数的碳化硅和可选的硅的量，优选地小于衬垫的重量的0.5％的量，更优选地小于衬垫的重量的0.3％的量，甚至更优选地小于衬垫的重量的0.1％的量。

有利地，由所述摩擦学活动摩擦表面界定的衬垫的第二部分不包含或包含可忽略量的碳化硅和可选的硅。在这种情况下，术语“可忽略的”表示一定量的碳化硅和可选的硅，使得摩擦学活动摩擦表面保持其摩擦系数不变，即使在衬垫磨损并且构成该表面的“C/C”材料中的一部分从从其脱离之后仍然如此。

在修整(finish)的步骤c)期间，从两个表面去除每个表面变形。这种修整处理优选地干式进行，例如通过金刚石抛光。

根据本发明的方法获得的衬垫已显示出极其有利的特性。

示例

初始厚度为20mm且初始重量为约250g的由“C/C”材料制成的衬垫经受根据本发明的方法。

特别地，由“C/C”材料制成的所述衬垫沉积在由固体硅组成的层上。固体硅的起始剂量相对于衬垫的重量按重量计为7.5％。

然后使所述衬垫经受在1500℃的最高温度和100毫巴的压力下进行的LSI(液态硅渗透)阶段。

与由“C/C”材料制成的衬垫相比，由上述部分渗透方法制成的衬垫表现出刚度增加75％和重量增加6％。刚度的增加足以补偿衬垫重量的增加，因此衬垫具有最佳的重量-刚度比。

图2中的图表显示，根据本发明的衬垫显示出比由“C/C”材料制成的衬垫高得多的弹性模量并由此表现出比由“C/C”材料制成的衬垫高得多的刚度。

显然，所描述的只是本发明的具体实施方式。本领域的技术人员将能够对衬垫和获得衬垫的方法进行任何必要的修改，以使它们适应特定的条件，而不脱离所附权利要求所限定的保护范围。

Claims

1.一种用于盘式制动器的衬垫(1)，所述衬垫(1)的厚度为y，所述衬垫(1)包括：

用于与盘式制动器的致动装置进行协作的第一表面(2)，

与所述第一表面(2)相反的第二摩擦学活动摩擦表面(3)，所述第二摩擦学活动摩擦表面(3)用于与盘式制动器的盘进行协作，

所述衬垫的第一部分(4)和所述衬垫的第二部分(5)，其中：

所述衬垫的所述第一部分(4)在所述衬垫(1)内自所述第一表面(2)起延伸达厚度y₁，以及

所述衬垫的所述第二部分(5)在所述衬垫(1)内自所述第二摩擦学活动摩擦表面(3)起延伸达厚度y₂，

所述衬垫(1)的特征在于：

所述衬垫的所述第一表面(2)和所述第一部分(4)由包括碳和碳化硅的碳陶瓷材料制成，以及

所述衬垫的所述第二摩擦学活动摩擦表面(3)和所述第二部分(5)由被称为“碳-碳”或“C/C”的碳基材料制成。

2.根据权利要求1所述的衬垫(1)，其中，所述衬垫的所述第一部分(4)和所述衬垫的所述第二部分(5)在所述衬垫(1)的整个表面区域上延伸。

3.根据权利要求1或2所述的衬垫(1)，其中，所述衬垫的所述第一表面(2)和所述第一部分(4)具有按重量计在以下范围内变化的组分：

碳纤维20％至70％，优选地约30％至50％

碳基质20％至70％，优选地约30％至50％

硅0％至10％，优选地约0％至5％

碳化硅10％至40％，优选地15％至25％。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的衬垫(1)，其中，所述衬垫的所述第一表面(2)和所述第一部分(4)的孔隙率低于3％，优选地所述衬垫的所述第一表面(2)和所述第一部分(4)的孔隙率低于2％，甚至更优选地所述衬垫的所述第一表面(2)和所述第一部分(4)的孔隙率低于1％；以及/或者，所述衬垫的所述第一表面(2)和所述第一部分(4)的密度在1.6g/cm³至2.3g/cm³之间，优选地所述衬垫的所述第一表面(2)和所述第一部分(4)的密度在1.7g/cm³至2.2g/cm³之间，更优选地所述衬垫的所述第一表面(2)和所述第一部分(4)的密度在1.8g/cm³至1.9g/cm³之间。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的衬垫(1)，其中，所述衬垫的所述第二表面(3)和所述第二部分(5)具有按重量计在以下范围内变化的组分：

碳纤维25％至75％，优选地40％至60％

碳基质25％至75％，优选地40％至60％。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的衬垫(1)，其中，所述衬垫的所述第二表面(3)和所述第二部分(5)的孔隙率在5％至20％之间，优选地所述衬垫的所述第二表面(3)和所述第二部分(5)的孔隙率在5％至10％之间；以及/或者，所述衬垫的所述第二表面(3)和所述第二部分(5)的密度在1.5g/cm³至1.9g/cm³之间，优选地所述衬垫的所述第二表面(3)和所述第二部分(5)的密度在1.6g/cm³至1.8g/cm³之间。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的衬垫(1)，其中，所述衬垫的所述第一部分(2)的厚度y₁在所述衬垫(1)的厚度y的5％至90％之间、5％至70％之间、7％至50％之间、10％至30％之间。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的衬垫(1)，其中，所述衬垫的所述第一部分(2)的厚度y₂在所述衬垫的厚度y的10％至95％之间、30％至95％之间、60％至90％之间、75％至85％之间，优选地所述衬垫的所述第一部分(2)的厚度y₂为所述衬垫的厚度y的至少70％或至少80％。

9.一种用于制造根据前述权利要求中的任一项所述的用于盘式制动器的衬垫(1)的方法，所述方法包括以下步骤：

a)制备由“C/C”材料制成的衬垫，所述衬垫包括用于与盘式制动器的致动装置进行协作的第一表面和用于与盘式制动器的盘进行协作的第二表面，所述衬垫的厚度等于y；

b)使在步骤a)中获得的衬垫与硅接触，使得所述硅中的至少部分硅对所述衬垫进行渗透达自所述第一表面起等于y₁的厚度，所述厚度y₁小于所述衬垫的厚度y；

c)对步骤b)中获得的所述衬垫进行干法修整和/或湿法修整。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，硅渗透的所述厚度y₁在所述衬垫的厚度y的5％至90％之间、5％至70％之间、7％至50％之间、10％至30％之间。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，在所述步骤b)期间，所述衬垫的用于与盘式制动器的盘进行协作的所述第二表面和自所述第二表面起延伸达厚度y₂的衬垫部分没有被硅渗透，优选地，所述厚度y₂在所述衬垫的厚度y的10％至95％之间、30％至95％之间、60％至90％之间、75％至85％之间，更优选地，所述厚度y₂为所述衬垫的厚度y的至少70％或至少80％。

12.根据权利要求9至11中的任一项所述的方法，其中，制备由“C/C”材料制成的所述衬垫的步骤a)包括以下步骤：

a1)制备由碳致密化的“C/C”材料制成的预制件；以及

a2)将步骤a1)获得的所述预制件模制为盘式制动器衬垫的模型。

13.根据权利要求9至12中的任一项所述的方法，其中，在步骤b)期间与所述衬垫接触的所述硅的量相对于所述衬垫的重量而言按重量计在3％至60％之间、按重量计在3％至50％之间、按重量计在3％至40％之间、按重量计在5％至20％之间、按重量计在5％至15％之间。

14.根据权利要求9至13中的任一项所述的方法，其中，所述步骤b)包括以下步骤：

b1)将步骤a)中获得的所述衬垫设置在位于所述第一表面的一侧上的含硅层上；

b2)使设置在所述含硅层上的所述衬垫经受一温度，使得硅中的至少部分硅通过毛细作用渗透到所述衬垫中达自所述第一表面起等于y1的厚度。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，在步骤b1)期间沉积有所述衬垫的所述层包含固体硅。

16.根据权利要求14或15所述的方法，其中，步骤b2)包括液体硅渗透(LSI)过程，所述液体硅渗透过程在高于硅的熔化温度的温度下进行，优选地所述液体硅渗透过程在高于1410℃的温度下进行，更优选地所述液体硅渗透过程在1420℃至1700℃之间的温度下进行；以及/或者，所述液体硅渗透过程在20毫巴至150毫巴之间的压力下进行，优选地所述液体硅渗透过程在80毫巴至120毫巴之间的压力下进行。

17.根据权利要求9至13中的任一项所述的方法，其中，所述步骤b)包括以下步骤：

b1)将步骤a)中获得的所述衬垫浸入含有硅树脂的浴中达自所述第一表面起基本上等于y1的厚度，所述基本上等于y1的厚度小于所述衬垫的厚度y；

b2)使部分地浸入所述浴中的所述衬垫经受一温度，使得使用所述硅树脂中的至少部分硅树脂对所述衬垫进行浸渍达自所述第一表面起等于y₁的厚度。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，步骤b2)包括用树脂对所述衬垫进行浸渍的过程，所述过程在750℃至1500℃之间的温度下进行，优选地所述过程在800℃至900℃之间的温度下进行。

19.一种能够通过根据权利要求9至18中的任一项所述的方法获得的用于盘式制动器的衬垫(1)。

20.一种用于盘式制动器的制动系统，所述制动系统包括盘和根据权利要求1至8中的任一项所述的衬垫，所述盘由“C/C”材料制成并且所述衬垫用于与所述盘进行协作。