DE102019100735B3 - Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers und Formkörper - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers und Formkörper Download PDF

Info

Publication number
DE102019100735B3
DE102019100735B3 DE102019100735.6A DE102019100735A DE102019100735B3 DE 102019100735 B3 DE102019100735 B3 DE 102019100735B3 DE 102019100735 A DE102019100735 A DE 102019100735A DE 102019100735 B3 DE102019100735 B3 DE 102019100735B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
carbon
preform
support body
burnout zones
burnout
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102019100735.6A
Other languages
English (en)
Inventor
Alexander Prahst
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dr Ing HCF Porsche AG
Original Assignee
Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dr Ing HCF Porsche AG filed Critical Dr Ing HCF Porsche AG
Priority to DE102019100735.6A priority Critical patent/DE102019100735B3/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102019100735B3 publication Critical patent/DE102019100735B3/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
    • C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
    • C04B35/573—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide obtained by reaction sintering or recrystallisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62645—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
    • C04B35/6265—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering involving reduction or oxidation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00—Parts or details
    • F16D65/02—Braking members; Mounting thereof
    • F16D65/12—Discs; Drums for disc brakes
    • F16D65/125—Discs; Drums for disc brakes characterised by the material used for the disc body
    • F16D65/126—Discs; Drums for disc brakes characterised by the material used for the disc body the material being of low mechanical strength, e.g. carbon, beryllium; Torque transmitting members therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D69/00—Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
    • F16D69/02—Compositions of linings; Methods of manufacturing
    • F16D69/023—Composite materials containing carbon and carbon fibres or fibres made of carbonizable material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/428—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5208—Fibers
    • C04B2235/5216—Inorganic
    • C04B2235/524—Non-oxidic, e.g. borides, carbides, silicides or nitrides
    • C04B2235/5248—Carbon, e.g. graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/616—Liquid infiltration of green bodies or pre-forms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00—Parts or details
    • F16D65/02—Braking members; Mounting thereof
    • F16D2065/13—Parts or details of discs or drums
    • F16D2065/1304—Structure
    • F16D2065/1316—Structure radially segmented
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2200/00—Materials; Production methods therefor
    • F16D2200/0034—Materials; Production methods therefor non-metallic
    • F16D2200/0052—Carbon

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers (1), insbesondere einer Bremsscheibe (10) für eine Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs, mit einem Tragkörper (2) aus einem kohlenstoffhaltigen Faserverbundwerkstoff und mit einer mit dem Tragkörper (2) verbundenen Reibzone (3). Der Tragkörper (2) wird aus einem Vorkörper (4), sog. Grünling, gebildet. Der Vorkörper (4) wird aus kohlenstoffhaltigen Verstärkungsfasern (14) und einem Matrixmaterial (24) geformt. Dabei wird der Vorkörper (4) einer oxidativen Hochtemperatur-Oberflächenbehandlung unterzogen, um oberflächennahe Faserbestandteile gezielt abzubrennen und dadurch Ausbrandzonen (5) im Vorkörper (4) zu erzeugen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers, insbesondere einer Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs. Der Formkörper weist wenigstens einen Tragkörper aus wenigstens einem kohlenstoffhaltigen Faserverbundwerkstoff und wenigstens eine mit dem Tragkörper verbundene Reibzone auf.
  • Bremsscheiben aus kohlenstoffhaltigen Faserverbundwerkstoffen bieten Vorteile hinsichtlich des Gewichts, der Belastbarkeit und Temperaturbeständigkeit sowie der Tribologie. Üblicherweise bestehen solche Bremsscheiben aus einem festigkeitsbestimmenden Tragkörper mit jeweils einer Reibschicht zu beiden Seiten. Häufig sind die Reibschichten auf separaten Reibringen angeordnet, welche dann mit dem separat hergestellten Tragkörper verklebt werden. Dieser Aufbau führt zu entsprechend hohen Herstellungskosten.
  • Dabei weist der Tragkörper regelmäßig lange Faserbündel auf. Die Reibschichten bestehen meist im Wesentlichen aus Siliziumcarbid, welches mit einem sehr geringen Anteil an Kurzfasern (meist weniger als ein Prozent) vermengt wird. Bei solchen Bremsscheiben weist die Reibschicht deshalb kaum Faseranteile auf, weil die Fasern bei einem späteren Gebrauch der Bremsscheibe von der Oberfläche her oxidieren würden, wodurch positive bzw. negative Oberflächenprofilanteile und z. B. Poren entstehen. Diese unerwünschten Veränderungen der Oberfläche führen oft zu ungünstigen Veränderungen des Reibwertes, des Bremsgeräuschverhaltens, des Bremsbelagverschleißverhaltens und der Optik sowie anderer wichtiger Eigenschaften.
  • Die EP 1 273 817 B1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe, bei dem der oxidative Angriff der Werkstoffe dadurch verringert werden soll, dass wenigstens ein Metall in den Bereich der Poren galvanisch abgeschieden wird. Dabei werden zu Beginn kohlenstoffhaltige Fasern mit entsprechenden Bindemitteln vermischt.
  • Anschließend erfolgt die Formgebung der Mischung, sodass ein sog. Grünling aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff entsteht. Anschließend erfolgt eine Pyrolyse, durch die ein Formkörper aus Kohlenstoff entsteht. Dann folgt ein Infiltrieren der Randschichten mit einer Siliziumschmelze, welche mit dem Kohlenstoff zu Siliziumcarbid reagiert. Danach wird das Metall in die Poren galvanisch abgeschieden.
  • In der EP 1 277 715 B1 wird ein Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe vorgestellt, bei dem den oxidativen Schädigungen dadurch entgegengewirkt werden soll, dass zwischen dem Tragkörper und der Reibschicht eine Schutzschicht angeordnet wird. Die Schutzschicht enthält bohrhaltige Verbindungen zur Ausbildung selbstheilender Schichten.
  • Die DE 199 17 175 A1 zeigt ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Leichtmetallbauteilen im Automobilbau und z. B. von Zylinderlaufbuchsen.
  • Die DE 10 2007 053 498 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Reibscheibe aus faserverstärkten keramischen Werkstoffen. Die Reibscheibe umfasst einen Tragkörper und eine Reibschicht. Dabei beschäftigt sich die DE 10 2007 053 498 A1 mitunter damit, ein Ausbrennen der Fasern im Betrieb zu vermeiden.
  • Die DE 44 38 456 A1 zeigt eine mehrteilig aufgebaute Reibeinheit, z. B. Bremsscheibe, welche aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kohlenstoffkörper mit Siliziumkarbid gefüllten Poren gebildet ist. Dabei wird die Reibeinheit aus einem Kernkörper und einem damit fest verbundenen Reibkörper gebildet. Beide Körper sind über eine hochtemperaturbeständige Verbindungsschicht miteinander verbunden.
  • Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte und vorzugsweise unaufwendigere Herstellung eines Formkörpers, insbesondere einer Bremsscheibe, aus kohlenstoffhaltigem Faserverbundwerkstoff zu ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch einen Formkörper gemäß Anspruch 6. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und der Beschreibung des Ausführungsbeispiels.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung eines Formkörpers und insbesondere zur Herstellung einer Bremsscheibe für eine Scheibenbremse vorzugsweise eines Kraftfahrzeugs. Der Formkörper umfasst wenigstens einen Tragkörper aus wenigstens einem kohlenstoffhaltigen Faserverbundwerkstoff und wenigstens eine mit dem Tragkörper verbundene Reibzone. Der Tragkörper wird aus wenigstens einem Vorkörper, welcher auch als Grünling bezeichnet werden kann bzw. einem solchen entspricht, gebildet. Der Vorkörper wird wenigstens aus kohlenstoffhaltigen Verstärkungsfasern und wenigstens einem Matrixmaterial geformt. Dabei wird der Vorkörper einer oxidativen Hochtemperatur-Oberflächenbehandlung unterzogen, insbesondere um oberflächennahe Faserbestandteile gezielt abzubrennen und dadurch vorzugsweise Ausbrandzonen im Vorkörper bzw. im späteren Tragkörper zu erzeugen. Die Reibzone wird insbesondere in den Tragkörper eingearbeitet.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bietet viele Vorteile. Einen erheblichen Vorteil bietet die oxidative Hochtemperatur-Oberflächenbehandlung des Vorkörpers bzw. Grünlings. Dadurch brennen die oberflächennahen Faserbestandteile des Tragkörpers dosiert ab, ohne dass die Festigkeit prägenden Faserstrukturen im Inneren des Tragkörpers ungünstig beeinträchtigt werden. Dadurch wird einer unerwünschten oxidativen Schädigung bzw. einer Ausbrand bedingten Porenbildung im späteren Gebrauch bzw. beim Bremsen wirkungsvoll entgegengewirkt.
  • Insbesondere werden mittels der oxidativen Hochtemperatur-Oberflächenbehandlung gezielt Ausbrandzonen im Vorkörper erzeugt. Insbesondere ist die oxidative Hochtemperatur-Oberflächenbehandlung dazu geeignet und ausgebildet, oberflächennahe Faserbestandteile gezielt abzubrennen und/oder Ausbrandzonen im Vorkörper zu erzeugen, ohne die Fasern bzw. Faserbestandteile im Inneren des Vorkörpers ungünstig zu beeinflussen bzw. wesentlich zu schädigen, welche die Festigkeit prägen. Insbesondere werden die Ausbrandzonen durch das Verbrennen bzw. Abbrennen von Faserbestandteilen erzeugt. Insbesondere sind die Ausbrandzonen von der Oberfläche her zugänglich. Die Ausbrandzonen stellen insbesondere Vertiefungen bzw. Senken im Vorkörper dar. Insbesondere umfassen die Ausbrandzonen jeweils wenigstens eine Vertiefung und/oder Senke im Vorkörper.
  • Insbesondere wird zunächst der Vorkörper geformt. Insbesondere wird durch wenigstens eine weitere Behandlung des Vorkörpers, beispielsweise eine Temperaturbehandlung, der Tragkörper gefertigt. Bei der oxidativen Hochtemperatur-Oberflächenbehandlung befindet sich der Vorkörper insbesondere in einem Zustand eines kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffs (CFK-Zustand).
  • Zur Herstellung des Vorkörpers erfolgt insbesondere ein Vermengen der kohlenstoffhaltigen Verstärkungsfasern mit dem Matrixmaterial. Anschließend erfolgt insbesondere ein Formen und/oder Pressen der mit dem Matrixmaterial vermengten kohlenstoffhaltigen Verstärkungsfasern. Zusätzlich oder alternativ zu dem Pressen und/oder Formen kann wenigstens eine Temperaturbehandlung erfolgen, insbesondere bei maximal 250 °C und vorzugsweise maximal 200 °C. Insbesondere erfolgt die oxidative Hochtemperaturoberflächenbehandlung bei höheren Temperaturen als diese Temperaturbehandlung zur Fertigung des Vorkörpers.
  • Erfindungsgemäß werden die Ausbrandzonen wenigstens teilweise mit einem reaktiven Kohlenstoff beschickt. Dabei wird der reaktive Kohlenstoff erfindungsgemäß mittels wenigstens eines Pyrolyseverfahrens gebildet. Dadurch wird an dem Tragkörper eine entsprechend verschleißbeständige und konstante Oberfläche für die Reibzone bzw. als Reibzone bereitgestellt. Insbesondere wird dadurch die Reibzone wenigstens teilweise bereitgestellt. Besonders bevorzugt werden die bei der oxidativen Hochtemperatur Oberflächenbehandlung gezielt abgebrannten Faserbestandteile wenigstens teilweise durch den mittels des Pyrolyseverfahrens gebildeten reaktiven Kohlenstoff ersetzt. Der reaktive Kohlenstoff ist insbesondere ein frei reaktiver Kohlenstoff. Insbesondere wird der reaktive Kohlenstoff mittels des Pyrolyseverfahrens aus dem kohlenstoffhaltigen Faserverbundwerkstoff des Vorkörpers gebildet. Insbesondere wird der reaktive Kohlenstoff durch die Pyrolyse des kohlenstoffhaltigen Faserverbundwerkstoffs des Vorkörpers hergestellt.
  • Es ist erfindungsgemäß, dass die Ausbrandzonen wenigstens teilweise mit wenigstens einem Hartpartikelwerkstoff beschickt werden. Insbesondere erfolgt die Beschickung der Ausbrandzonen mit dem Hartpartikelwerkstoff mittels wenigstens eines Pyrolyseverfahrens. Insbesondere wird dadurch die Reibzone wenigstens teilweise bereitgestellt. So wird besonders unaufwendig eine verschleißbeständige und zugleich konstante Reibzone in den Tragkörper eingearbeitet.
  • Besonders bevorzugt werden die Ausbrandzonen wenigstens teilweise wenigstens mit Siliziumcarbid beschickt. Insbesondere werden die Ausbrandzonen durch Silizieren mit Siliziumcarbid beschickt. Es ist möglich, dass dazu eine Flüssigsiliziuminfiltration (LSI, Liquid Silicon Infiltration) vorgesehen ist. Insbesondere erfolgt das Silizieren bei einer Temperatur von wenigstens 1420 °C und vorzugsweise unter Vakuumbedingungen. Das Siliziumcarbid wird vorzugsweise mittels wenigstens eines Pyrolyseverfahrens erzeugt. Insbesondere wird das Siliziumcarbid durch Reaktion einer Siliziumschmelze mit dem Kohlenstoff des Vorkörpers bzw. Tragkörpers gebildet. Möglich ist auch, dass die Ausbrandzonen wenigstens teilweise mit wenigstens einem anderen oder weiteren Hartpartikelwerkstoff und beispielsweise Borcarbid und/oder Aluminiumoxid oder dergleichen beschickt werden.
  • In allen Ausgestaltungen ist es besonders bevorzugt, dass die Reibzone wenigstens teilweise dadurch gebildet wird, dass die Ausbrandzonen wenigstens teilweise mit dem reaktiven Kohlenstoff und/oder dem Hartpartikelwerkstoff und vorzugsweise durch Siliziumcarbid beschickt werden. Insbesondere werden die gezielt abgebrannten Faserbestandteile wenigstens teilweise durch den reaktiven Kohlenstoff und/oder den Hartpartikelwerkstoff.ersetzt, sodass insbesondere eine konstante bzw. ebene und verschleißbeständige Reibzone auf dem Tragkörper bereitgestellt wird.
  • Es ist eine erfindungsgemäße Alternative, dass die Ausbrandzonen zu einem höheren Anteil mit dem Hartpartikelwerkstoff als mit dem reaktiven Kohlenstoff beschickt werden. Insbesondere weisen die Ausbrandzonen mehr Hartpartikelwerkstoff als reaktiven Kohlenstoff auf. Diese Angaben beziehen sich insbesondere auf den fertigen bzw. neuen Zustand des Formkörpers und insbesondere der Bremsscheibe.
  • Es ist eine andere erfindungsgemäße Alternative, dass die Ausbrandzonen zuerst mit dem reaktiven Kohlenstoff und anschließend mit dem Hartpartikelwerkstoff beschickt werden. Es ist möglich, dass der Hartpartikelwerkstoff wenigstens teilweise mit dem reaktiven Kohlenstoff reagiert, insbesondere während wenigstens des Pyrolyseverfahrens.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist es möglich, dass die Ausbrandzonen wenigstens teilweise mit kohlenstoffhaltigen Kurzfasern beschickt werden. Insbesondere sind die Kurzfasern kürzer als die kohlenstoffhaltigen Verstärkungsfasern des Vorkörpers. Insbesondere sind die Kurzfasern maximal halb so lang wie die Fasern des Vorkörpers. Möglich ist auch, dass die Kurzfasern maximal ein Fünftel und vorzugsweise maximal ein Zehntel und besonders bevorzugt maximal ein Zwanzigstel der Länge der Fasern des Vorkörpers aufweisen. Die Kurzfasern können auch eine Länge aufweisen, welche maximal einem Fünfzigstel oder maximal einem Hundertstel der Länge der, Fasern des Vorkörpers entsprechen. Eine solche Ausgestaltung bietet viele Vorteile für das Ausfüllen der Ausbrandzonen.
  • Vorzugsweise sind die Kurzfasern mit wenigstens einem Hartpartikelwerkstoff und vorzugsweise mit Siliziumcarbid vermengt. Der Gehalt an Kurzfasern 8 in diesem Gemenge kann weniger als fünf Prozent und insbesondere weniger als drei Prozent und vorzugsweise weniger als zwei Prozent und besonders bevorzugt weniger als ein Prozent betragen.
  • Insbesondere erfolgt das Beschicken der Ausbrandzonen mit den Kurzfasern vor dem Beschicken der Ausbrandzonen mit dem reaktiven Kohlenstoff und/oder dem Hartpartikelwerkstoff. Das Beschicken der Ausbrandzonen mit den Kurzfasern erfolgt insbesondere nach der oxidativen Hochtemperatur-Oberflächenbehandlung des Vorkörpers. Das Beschicken der Ausbrandzonen mit den Kurzfasern kann aber auch nach dem Beschicken der Ausbrandzonen mit dem reaktiven Kohlenstoff und/oder dem Hartpartikelwerkstoff erfolgen.
  • In allen Ausgestaltungen ist es besonders bevorzugt, dass der Vorkörper durch wenigstens ein Pyrolyseverfahren verfestigt wird. Dabei erfolgt das Pyrolyseverfahren besonders bevorzugt zusätzlich zu der oxidativen Hochtemperatur-Oberflächenbehandlung. Insbesondere erfolgt das Pyrolyseverfahren zur Verfestigung des Vorkörpers zeitlich nach der oxidativen Hochtemperatur-Oberflächenbehandlung. Insbesondere erfolgt die oxidative Hochtemperatur-Oberflächenbehandlung zeitlich vor dem Pyrolyseverfahren zur Verfestigung des Vorkörpers. Durch das Pyrolyseverfahren zur Verfestigung des Vorkörpers wird insbesondere aus dem Vorkörper der Tragkörper gebildet. Die Pyrolyse zur Verfestigung des Vorkörpers kann auch zeitlich vor der oxidativen Hochtemperatur-Oberflächenbehandlung erfolgen.
  • Insbesondere beträgt die Temperatur während des Pyrolyseverfahrens wenigstens 500 °C oder auch wenigstens 800 °C und vorzugsweise wenigstens 900 °C. Insbesondere beträgt die Temperatur während des Pyrolyseverfahrens maximal 1600 °C und vorzugsweise maximal 1500 °C und besonders bevorzugt maximal 1420 °C. Möglich sind auch höhere Temperaturen.
  • Der erfindungsgemäße Formkörper ist insbesondere eine Bremsscheibe für eine Scheibenbremse vorzugsweise eines Kraftfahrzeugs oder ein Teil einer solchen. Der Formkörper umfasst wenigstens einen Tragkörper aus wenigstens einem kohlenstoffhaltigen Faserverbundwerkstoff. Der Vorkörper umfasst wenigstens eine Reibzone. Die Reibzone umfasst wenigstens einen Hartpartikelwerkstoff und vorzugsweise wenigstens Siliziumcarbid. Dabei ist die Reibzone einstückig in den Tragkörper eingearbeitet. Dabei ist der Hartpartikelwerkstoff in Ausbrandzonen des Tragkörpers angeordnet. Erfindungsgemäß ist der Hartpartikelwerkstoff bereits in einem neuen und unbenutzten Zustand des Formkörpers in den Ausbrandzonen des Tragkörpers angeordnet. Dabei sind die Ausbrandzonen wenigstens teilweise mit kohlenstoffhaltigen Kurzfasern beschickt.
  • Auch der erfindungsgemäße Formkörper bietet viele Vorteile und kann beispielsweise besonders wirtschaftlich und unaufwendig hergestellt werden und eignet sich besonders vorteilhaft. als Bremsscheibe.
  • Der erfindungsgemäße Formkörper ist vorzugsweise nach dem zuvor beschriebenen Verfahren hergestellt. Insbesondere ist das zuvor beschriebene Verfahren so ausgebildet, dass der erfindungsgemäße Vorkörper herstellbar ist. Die Ausbrandzonen sind insbesondere durch eine oxidative Hochtemperatur-Oberflächenbehandlung hergestellt. Insbesondere weisen die Ausbrandzonen jeweils wenigstens eine Vertiefung bzw. Senke auf. Vorzugsweise umfasst die Reibzone wenigstens teilweise mit dem Hartpartikelwerkstoff und vorzugsweise mit Siliziumcarbid gefüllte Ausbrandzonen.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter dem Begriff Fasern sowohl einzelne Fasern als auch Faserbündel verstanden. Das Matrixmaterial zur Herstellung des Vorkörpers ist insbesondere ein Kunststoff. Insbesondere ist der Vorkörper aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff gebildet.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, die im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden.
    • In der 1 ist eine stark schematisierte Darstellung eines erfindungsgemäßen Formkörpers in einer geschnittenen Draufsicht gezeigt.
  • 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Formkörper 1, welcher hier Teil einer Bremsscheibe 10 für eine Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs ist. Der Formkörper 1 ist hier nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt. Für den Einbau in die Scheibenbremse ist der Formkörper 1 hier über Verbindungsmittel 101 an einem Topfelement 100 befestigt.
  • Der Formkörper 1 umfasst hier einen Tragkörper 2, welcher mit Kühlkanälen 102 für eine innen belüftete Bremsscheibe 10 ausgestattet ist. Der Tragkörper 2 ist aus einem kohlenstoffhaltigen Faserverbundwerkstoff gefertigt. In den Tragkörper 2 ist eine Reibzone 3 eingearbeitet, welche für den Kontakt mit den Bremsbelägen der Scheibenbremse vorgesehen ist.
  • Die Reibzone 3 umfasst hier einen oder mehrere Hartpartikelwerkstoffe 7 und beispielsweise Siliziumcarbid 17. Dabei ist der Hartpartikelwerkstoff 7 in oberflächennahen Ausbrandzonen 5 des Tragkörpers 2 angeordnet. Zur besseren Übersichtlichkeit sind hier nur zwei der vorgesehenen Ausbrandzonen 5 stark schematisch und stark vergrößert und somit nicht maßstabsgetreu eingezeichnet. Der Formkörper 1 ist hier in einem unbenutzten bzw. neuen Zustand gezeigt, in dem noch kein Reibkontakt zu Bremsbelägen oder dergleichen erfolgt ist.
  • Der hier gezeigte Formkörper 1 wird so hergestellt, dass zunächst ein Vorkörper 4, welcher auch als Grünling bezeichnet wird, gefertigt wird. Dazu werden beispielsweise kohlenstoffhaltige Verstärkungsfasern 14 mit wenigstens einem Matrixmaterial 24 vermengt. Anschließend erfolgt eine Formgebung dieses Gemenges beispielsweise unter Druck und/oder Wärmeeinfluss. Der so erhaltene Vorkörper 4 bzw. Grünling befindet sich dann in einem sog. kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff-Zustand (CFK-Zustand) und wird anschließend einer oxidativen Hochtemperatur-Oberflächenbehandlung unterzogen. Dabei brennen die oberflächennahen Faserbestandteile bzw. Verstärkungsfasern 14 des Vorkörpers 4 dosiert ab, ohne dass die für die Festigkeit relevanten Faserstrukturen im Inneren des Vorkörpers 4 ungünstig beeinträchtigt bzw. geschädigt werden. Dadurch erhält der Vorkörper 4 an seiner Oberfläche zahlreiche Ausbrandzonen 5, welche wie hier gezeigt z. B. als Senken ausgebildet sind.
  • Anschließend wird wenigstens ein Teil der Ausbrandzonen 5 wenigstens teilweise mit einem frei reaktiven Kohlenstoff 6 und/oder mit dem Hartpartikelwerkstoff 7 befüllt.
  • Dieses Befüllen der Ausbrandzonen 5 erfolgt vorzugsweise mittels eines Pyrolyseverfahrens. Dabei treten anstelle der abgebrannten Faserbestandteile an der Oberfläche nun der frei reaktive Kohlenstoff 6 und später hauptsächlich Siliziumcarbid, sodass eine verschleißbeständige und konstante Reibzone 3 entsteht.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass als Zwischenschritt ein Beschicken der Ausbrandzonen 5 mit Kurzfasern 8 erfolgt. Diese Kurzfasern 8 sind erheblich kürzer als die im Vorkörper 4 eingesetzten Verstärkungsfasern 14. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Kurzfasern 8 mit einem Siliziumcarbid und/oder einem anderen Hartpartikelwerkstoff 7 vermengt sind. Der Gehalt an Kurzfasern 8 in dieser Mischung kann weniger als 5 % und z. B. weniger als ein Prozent betragen.
  • Die hier vorgestellte Erfindung bietet eine hohe Kostenersparnis bedingt durch den Entfall der sonst üblichen separaten Reibringe bzw. Reibschichten. Dadurch ist kein mehrschichtiger Aufbau mit entsprechenden Trennebenen bzw. Klebeverbindungen nötig, sodass auch keine Delamination von Reibring und Tragkörper auftritt.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass bereits der Vorkörper 4 einer entsprechenden Hochtemperaturbehandlung unterzogen wird. Dadurch kann die Reibzone 3 direkt in den Tragkörper 2 eingearbeitet werden. Zugleich wird dadurch auch einer oxidativen Porenbildung im weiteren Verfahren bzw. im späteren Gebrauch zuverlässig entgegengewirkt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Formkörper
    2
    Tragkörper
    3
    Reibzone
    4
    Vorkörper
    5
    Ausbrandzone
    6
    Kohlenstoff
    7
    Hartpartikelwerkstoff
    8
    Kurzfasern .
    10
    Bremsscheibe
    14
    Verstärkungsfasern
    17
    Siliziumcarbid
    24
    Matrixmaterial
    100
    Topfelement
    101
    Verbindungsmittel
    102
    Kühlkanal

Claims (6)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers (1) für eine Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einem Tragkörper (2) aus wenigstens einem kohlenstoffhaltigen Faserverbundwerkstoff und mit wenigstens einer mit dem Tragkörper (2) verbundenen Reibzone (3), wobei der Tragkörper (2) aus wenigstens einem Vorkörper (4), einem sogenannten Grünling, gebildet wird und wobei der Vorkörper (4) wenigstens aus kohlenstoffhaltigen Verstärkungsfasern (14) und wenigstens einem Matrixmaterial (24) geformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorkörper (4) einer oxidativen Hochtemperatur-Oberflächenbehandlung unterzogen wird, um oberflächennahe Faserbestandteile gezielt abzubrennen und dadurch Ausbrandzonen (5) im Vorkörper (4) zu erzeugen, und dass die Ausbrandzonen (5) wenigstens teilweise mit einem reaktiven Kohlenstoff (6) beschickt werden und dass der reaktive Kohlenstoff (6) mittels wenigstens eines Pyrolyseverfahrens gebildet wird und dass die Ausbrandzonen (5) wenigstens teilweise mit wenigstens einem Hartpartikelwerkstoff (7) beschickt werden und dass die Ausbrandzonen (5) zu einem höheren Anteil mit dem Hartpartikelwerkstoff (7) als mit dem reaktiven Kohlenstoff und/oder zuerst mit dem reaktiven Kohlenstoff (6) und anschließend mit dem Hartpartikelwerkstoff (7) beschickt werden.
  2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Ausbrandzonen (5) wenigstens teilweise wenigstens mit Siliziumcarbid (17) beschickt werden.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausbrandzonen (5) wenigstens teilweise mit kohlenstoffhaltigen Kurzfasern (8) beschickt werden und wobei die Kurzfasern (8) kürzer als die kohlenstoffhaltigen Verstärkungsfasern (14) des Vorkörpers (4) sind.
  4. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Beschicken der Ausbrandzonen (5) mit den Kurzfasern (8) vor dem Beschicken der Ausbrandzonen (5) mit dem frei reaktiven Kohlenstoff (6) und/oder dem Hartpartikelwerkstoff (7) erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Vorkörper (4) durch wenigstens ein Pyrolyseverfahren verfestigt wird und wobei das Pyrolyseverfahren zusätzlich zu der oxidativen Hochtemperatur-Oberflächenbehandlung erfolgt.
  6. Formkörper (1) für eine Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einem Tragkörper (2) aus wenigstens einem kohlenstoffhaltigen Faserverbundwerkstoff und mit wenigstens einer Reibzone (3), wobei die Reibzone (3) wenigstens einen Hartpartikelwerkstoff (7), vorzugsweise wenigstens Siliziumcarbid (17), umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibzone (3) einstückig in den Tragkörper (2) eingearbeitet ist und dass der Hartpartikelwerkstoff (7) in Ausbrandzonen (5) des Tragkörpers (2) angeordnet ist und dass die Ausbrandzonen (5) wenigstens teilweise mit kohlenstoffhaltigen Kurzfasern (8) beschickt sind.
DE102019100735.6A 2019-01-14 2019-01-14 Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers und Formkörper Active DE102019100735B3 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019100735.6A DE102019100735B3 (de) 2019-01-14 2019-01-14 Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers und Formkörper

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019100735.6A DE102019100735B3 (de) 2019-01-14 2019-01-14 Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers und Formkörper

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102019100735B3 true DE102019100735B3 (de) 2020-02-13

Family

ID=69186440

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019100735.6A Active DE102019100735B3 (de) 2019-01-14 2019-01-14 Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers und Formkörper

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102019100735B3 (de)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4438456A1 (de) * 1994-10-28 1996-05-02 Deutsche Forsch Luft Raumfahrt Reibeinheit
DE19753249A1 (de) * 1997-12-01 1999-06-24 Fraunhofer Ges Forschung Keramiknetzwerk, Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung
DE19917175A1 (de) * 1999-04-16 2000-10-19 Daimler Chrysler Ag Verfahren zum Herstellen eines Bauteiles und Bauteil
DE10130395A1 (de) * 2000-08-12 2002-02-28 Mannesmann Sachs Ag Reibwerkstoff und Verfahren zu seiner Herstellung sowie Reibelement
EP1277715B1 (de) * 2001-07-11 2005-01-12 Sgl Carbon Ag Mehrschichtiger Keramik-Verbund
EP1273817B1 (de) * 2001-06-30 2009-05-06 Audi Ag Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten, wenigstens im Randbereich aus einer Metall-Verbundkeramik bestehenden Werkstoffs
DE102007053498A1 (de) * 2007-11-09 2009-05-14 Audi Ag Verfahren zur Herstellung von Reibscheiben aus faserverstärkten keramischen Werkstoffen
US20180306260A1 (en) * 2017-04-21 2018-10-25 Intellectual Property Holdings, Llc Ceramic preform and method

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4438456A1 (de) * 1994-10-28 1996-05-02 Deutsche Forsch Luft Raumfahrt Reibeinheit
DE19753249A1 (de) * 1997-12-01 1999-06-24 Fraunhofer Ges Forschung Keramiknetzwerk, Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung
DE19917175A1 (de) * 1999-04-16 2000-10-19 Daimler Chrysler Ag Verfahren zum Herstellen eines Bauteiles und Bauteil
DE10130395A1 (de) * 2000-08-12 2002-02-28 Mannesmann Sachs Ag Reibwerkstoff und Verfahren zu seiner Herstellung sowie Reibelement
EP1273817B1 (de) * 2001-06-30 2009-05-06 Audi Ag Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten, wenigstens im Randbereich aus einer Metall-Verbundkeramik bestehenden Werkstoffs
EP1277715B1 (de) * 2001-07-11 2005-01-12 Sgl Carbon Ag Mehrschichtiger Keramik-Verbund
DE102007053498A1 (de) * 2007-11-09 2009-05-14 Audi Ag Verfahren zur Herstellung von Reibscheiben aus faserverstärkten keramischen Werkstoffen
US20180306260A1 (en) * 2017-04-21 2018-10-25 Intellectual Property Holdings, Llc Ceramic preform and method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10066044B4 (de) Verfahren zum Herstellen eines Reibkörpers aus siliziumfiltriertem, Kohlenstofffaser verstärktem porösen Kohlenstoff und Verwendung eines solchen Reibkörpers
EP0788468B1 (de) Verfahren zur herstellung einer reibeinheit
EP1494980B1 (de) Verbundkeramikkörper sowie verfahren zum herstellen eines solchen
DE10157483C2 (de) Formkörper aus faserverstärkten Verbundwerkstoffen mit segmentierter Deckschicht, seine Herstellung und seine Verwendung
DE10164627C1 (de) Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus faserverstärkten keramischen Materialien, Verwendung der Hohlkörper und Formkerne zur Herstellung der Hohlkörper
DE19834571A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Körpern aus faserverstärkten Verbundwerkstoffen
DE10148658C1 (de) Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus faserverstärkten keramischen Materialien
DE10148659C1 (de) Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus faserverstärkten keramischen Materialien und Verwendung dieser Hohlkörper
EP1783395A2 (de) Bremsscheibe mit Zwischenschicht und Verfahren zur Herstellung derselbe
DE10164231A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus faserverstärkten keramischen Materialien
EP1386896B1 (de) Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus faserverstärkten keramischen Materialien
DE102019100735B3 (de) Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers und Formkörper
EP1369403B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines tribologisch über eine Funktionsoberfläche beanspruchten Bauteils
EP1459861B1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern
EP2058545B1 (de) Verfahren zur Herstellung von Reibscheiben aus faserverstärkten keramischen Werkstoffen
EP2047135B1 (de) Reibsystem
EP2058546A2 (de) Verfahren zur Herstellung von Reibscheiben aus faserverstärkten keramischen Werkstoffen
DE102006043415A1 (de) Bremsscheibe und Verfahren zur Herstellung der Bremsscheibe
EP1431260B1 (de) Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus faserverstärkten keramischen Materialien
EP2213902A2 (de) Reibscheiben mit strukurierter Reibschicht
EP3032126B1 (de) Keramische Bremsscheibe
EP1413564A1 (de) C/SiC-Verbundkörper und Verfahren zum Einbringen von Bohrungen in derselben
EP2918866A1 (de) Keramikbremsscheibe

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final