DE69812344T2

DE69812344T2 - Brems- oder kupplungselement mit keramik-metall reibungsmaterial

Info

Publication number: DE69812344T2
Application number: DE69812344T
Authority: DE
Inventors: R. Bart JONES; R. Arthur PRUNIER; J. Aleksander PYZIK; V. Uday DESHMUKH
Original assignee: Dow Global Technologies LLC
Current assignee: Dow Global Technologies LLC
Priority date: 1997-05-05
Filing date: 1998-04-24
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2018-04-25
Also published as: EP0980481B1; EP0980481A1; CA2289077A1; ATE235010T1; DE69812344D1; JP2001524167A; WO1998050712A1; US5957251A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bremsen- oder Kupplungselement, bei dem mindestens ein Teil des Elements aus einem Keramik-Metall-Komposit besteht. Solche Elemente sind z. B. aus dem Dokument US-A-5,325,941 bekannt.
Im Allgemeinen ist bei einer Fahrzeugbremse die Bremsscheibe an dem Fahrzeug über eine Achse befestigt. Wenn sich das Fahrzeug in Bewegung befindet, rotiert die Bremsscheibe mit dem Fahrzeugrad. Das Bremszangenaggregat umfasst den Bremskolben und Bremsbeläge und ist starr am Fahrzeugrahmen montiert. Bei Betätigung des Bremspedals bewegt Hydraulikflüssigkeit den oder die Bremskolben auswärts aus den Zylindern in dem Bremszangenaggregat, so dass die Bremsbeläge auf die Scheibe einwirken, was zu der Reibungsbremskraft führt, die das Fahrzeug anhält.
Seit der Entdeckung der giftigen Effekte von Asbest, wurden Bremsen für leichte Fahrzeuge wie leichte LKW's (Pick-Ups) und Personenkraftwagen aus Gusseisenscheiben oder -trommeln hergestellt, die mit Bremsbelägen oder -schuhen mit Belägen aus halbmetallischen oder asbestfreien organischen Verbundwerkstoffen zusammenwirkten. Diese Bremsen litten an Problemen wie Geräuschen, Schütteln, Vibrationen und kurzer Lebensdauer. der Beläge, Scheiben und Trommeln. Trommeln und Scheiben haben, bedingt durch größere Hitzeerzeugung als Ergebnis der Verwendung von halbmetallischen Bremsbelägen ebenfalls dazu tendiert, sich zu verziehen. Als Konsequenz hieraus ergaben sich übermäßig hohe Garantiekosten bei den Automobilherstellern, die in Nordamerika auf ungefähr 85 $ pro Fahrzeug geschätzt wurden.
Darüber hinaus muss, da die derzeitigen Beläge oder Schuhe schnell abgenutzt sind, der hydraulische Bremskolben, welcher den Belag mit der Scheibe oder der Trommel in Kontaktn bringt, einen größeren Hub aufweisen, um die Abnutzung des Bremsbelags oder des Schuhs zu kompensieren (das bedeutet, dass der Belag dicker sein muss, um die höhere Abnutzungsrate zu kompensieren). Der längere Hub erfordert die Verwendung größerer Zangenaggregate und größerer Kolben, was zur Erhöhung des Gewichts der Bremse führte. Die enorme Abnutzung der derzeitigen Bremsbeläge verursacht auch ästhetische Probleme wie z. B. Bremsbelagstaub auf den Rädern.
In letzter Zeit wurden daher aus Kosten- und Konstruktionsüberlegungen nur bei höchst exotischen Anwendungen (wie z. B. für Rennwagen und Militärflugzeuge) alternative Bremsen verwendet, wie Carbon/Carbon-Komposit-Bremsen.
Daher wäre es wünschenswert eine Bremse bereitzustellen, die leichter ist, die Kurzlebigkeit, Staub und die Reparaturkosten der heutigen Bremsen für leichte Fahrzeuge verhindert zu mit den derzeitigen Metallbremsen wettbewerbsfähigen Kosten.
Ein erster Aspekt dieser Erfindung ist ein Bremsenelement, enthaltend. ein Metallsubstrat, bei dem auf wenigstens einem Teil einer Seite des Metallsubstrats ein Reibmaterial auflaminiert ist, wobei das Reibmaterial ein Keramik-Metall-Komposit ist, enthaltend eine Metallphase und eine Keramikphase, wobei die Keramikphase in einer Menge von mindestens 20 Volumenprozent des Komposits vorhanden ist. Ein anderer Aspekt dieser Erfindung ist eine Bremse mit mindestens einem Bremsenelement gemäß des ersten Aspektes dieser Erfindung. Ein dritter Aspekt dieser Erfindung ist eine Kupplung mit mindestens einem Bremsenelement gemäß des ersten Aspektes dieser Erfindung.
Das Bremsenelement der vorliegenden Erfindung kann als Bremsenelement wie z. B. als. Bremsscheibe, Bremstrommel, Bremsschuh und Bremsbelag verwendet werden. Das Bremsenelement kann außerdem als Kupplungsscheibe oder als Schwungscheibe verwendet werden. Beispiele von Kupplungen umfassen Kupplungen in Fahrezeugantriebssträngen, Kupplungen für Klimaanlagen und Kompressorkupphungen in Kühlgeräten. Die Bremsenelemente dieser Erfindung können mit leichteren Metallen, die niedrigere Schmelztemperaturen als die Metalle aufweisen, die derzeitig in Bremsen verwendet werden, hergestellt werden. Das Bremsenelement ermöglicht es somit, dass Bremsen für leichte Fahrzeuge weniger massiv sein müssen. Darüber hinaus führt die Verwendung der Bremsenelemente im Allgemeinen zu geringerem Abrieb im Vergleich zu den derzeitig eingesetzten Bremsen; demzufolge können Bremsen, die aus diesen Elementen hergestellt werden, kleiner sein, obwohl siedie gleiche Lebensdauer wie die derzeitigen Bremsen aufweisen. Ähnliche Verbesserungen gelten für Kupplungen.
Das Bremsenelement
Das Bremselement kann jedes Element sein, das eine Brems- oder Reibkraft bei Inkontaktbringen mit einem Gegenelement erzeugt. Insbesondere ist das Bremselement ein Element, das ein Gegenelement berührt, das sich relativ zu dem Bremselement bewegt, so dass die Relativbewegung zwischen den zwei Elementen angehalten wird. Beispiele von Bremselementen schließen Bremsbeläge, Bremsschuhe, Bremsscheiben, Bremstrommeln, Kupplungsscheiben, Schwungscheiben und Fliehkraftkupplungen ein.
Das Bremselement besteht aus einem Metallsubstrat mit einem Reibmaterial, das auf zumindest einem Teil einer Seite aufgebracht ist. Im Allgemeinen unterstützt das Metallsubstrat das Reibmaterial und bestimmt die Form des Bremselements und die Punkte, an denen das Bremselement an einem größeren Mechanismus angebracht wird, wie z. B. einer Bremse, einer Kraftübertragung oder einem Auto. Das Metallsubstrat überträgt die Reibkraft, die durch das Reibmaterial erzeugt wird, auf den größeren Mechanismus, wenn es an einem größeren Mechanismus angebracht ist, beispielsweise, um ein Auto anzuhalten.
Das Metallsubstrat kann jedes bekannte oder konventionelle Metall. sein, das bei der Herstellung von Bremsen, Kupplungen oder strukturellen Metallkomponenten verwendet wird. Beispiele von Metallen schließen Eisenmetalle (wie z. B. Stähle und Gusseisen), Aluminium, Aluminiumlegierungen, Titan, Titanlegierungen, Magnesium und Magnesiumlegierungen ein. Vorzugsweise ist das Metall des Metallsubstrats ein Eisenmetall, Aluminium oder eine Aluminiumlegierung. Bevorzugter ist das Metall Aluminium oder eine Aluminiumlegierung.
Das Reibmaterial wird auf zumindest einem Teil einer Seite des Metallsubstrats so aufgebracht, dass, unter normalen Betriebsbedingungen, das Reibmaterial das einzige Teil des Bremsenelementes darstellt, das miteinem Gegenelement in Kontakt gebracht wird, um die Reibkraft zu erzeugen. Wenn beispielsweise das Bremselement eine Bremsscheibe ist, ist das Reibmaterial auf die Bremsfläche der Metallscheibe (d. h. das Metallsubstrat) aufgebracht, wo die Bremsfläche der Scheibe während des Bremsvorgangs in Kontakt mit dem Bremsbelag kommt und überstrichen wird. Das Reibmaterial kann durchgängig oder in Segmenten auf dem Metallsubstrat aufgebracht werden. Das bedeutet, dass Lücken in dem auf das Metallsubstrat aufgebrachten CMC vorhanden sein können, so lange das Reibmaterial das einzige Teile darstellt, das unter normalen Bedingungen ein Gegenelement berührt, um die Reibkraft zu erzeugen. Ein illustratives Beispiel ist eine Bremsscheibe, bei der Beläge aus Reibmaterial einheitlich um und laminiert auf die Bremsfläche der Metallbremsscheibe aufgebracht sind. Im Allgemeinen bedeckt das Reibmaterial von 10 bis 100 Prozent einer, bestimmten Seite. Das Reibmaterial kann jede Dicke aufweisen, abhängig von beispielsweise dem speziellen Bremselement (z. B. LKW-Bremse gegenüber PKW-Bremse), der gewünschten Lebensdauer des Elements und der Schwere der Umgebungsbedingungen, in der das Bremsenelement eingesetzt sein kann. Im Allgemeinen beträgt die Dicke des Bremselements von 0,5 bis 20. mm. Vorzugsweise beträgt die Dicke 1 bis 10 mm.
Das Keramik-Metall-Komposit (CMC)
Das Reibmaterial ist ein Keramik-Metall-Komposit (CMC), das eine Keramikphase und eine Metallphase umfasst, die ineinander dispergiert wurden. Hier ist gemeit, dass das CMC im Wesentlichen keinen Harzbinder enthält (z. B. Phenolformaldehydharze), ausgenommen dem, der in die offenen Poren des CMC eindringen kann, wenn es unter Verwendung eines Haftmittels, wie unter "Herstellung des Bremselementes" beschrieben ist, auf das Metallsubstrat aufgeklebt wird. Ansonsten bedeutet im Wesentlichen keinen Harzbinder eine Menge, die höchstens eine Spur in dem Körper des CMC beträgt.
Die Metallphase des CMC kann ein Metall sein, ausgewählt, aus den Gruppen 2, 4 bis 11, 13 und 14 des Periodensystems und ihrer Legierungen. Besagte Gruppen entsprechen der neuen IUPAC-Notation, wie beschrieben auf den Seiten 1 bis 10 des CRC-Handbook of Chemistry and Physics. 71. Ausgabe, 1990–1991. Bevorzugte Metalle umfassen Silicium, Magnesium, Aluminium, Titan, Vanadium, Chrom, Eisen, Kupfer, Nickel, Kobalt, Tantal , Wolfram, Molybdän, Zircon, Niob oder Mischungen und Legierungen derselben. Bevorzugtere Metalle sind Aluminium, Silicium, Titan und Magnesium oder Mischungen und Legierungen derselben. Das am meisten bevorzugte Metall ist Aluminium und Aluminiumlegierungen wie solche; die ein oder mehrere von Cu, Mg, Si, Mn, Cr und Zn beinhalten. Exemplarische Aluminiumlegierungen umfassen Al-Cu, Al-Mg, Al-Si, Al-Mn-Mg und Al-Cu-Mg-Cr-Zn. Spezielle Beispiele von Aluminiumlegierungen schließen ein die Legierung 6061, die Legierung 7075 und die Legierung 1350, jeweils erhältlich von der Aluminium Company of America, Pittsburgh, Pennsylvania.
Die keramische Phase der CMC kann ein Borid, Oxid, Carbid, Nitrid, Silicid oder Kombinationen derselben sein. Kombinationen umfassen beispielsweise Borcarbide, Oxynitride, Oxycarbide und Carbonitride. Im Allgemeinen weisen wenigstens etwa 45 Volumenprozent der keramischen Phase eine Schmelz- oder Zersetzungstemperatur von mindestens ungefähr 1.400°C auf. Vorzugsweise weisen mindestens etwa 60 Prozent, bevorzugter mindestens etwa 80 Prozent und am meisten bevorzugt mindestens etwa 90 Volumenprozent der keramischen Phase eine Schmelz- oder Zersetzungstemperatur von mindestens ungefähr 1.400°C auf. Bevorzugte Keramiken umfassen SiC, B₄C, Si₃N₄, Al₂O₃, TiB₂, SiB₆, SiB₄, AlN, ZrC, ZrB, ein Reaktionsprodukt von mindestens zwei der genannten Keramiken oder. ein Reaktionsprodukt von mindestens einer genannten Keramik und dem Metall des CMC. Die am meisten bevorzugte Keramik ist Borcarbid.
Beispiele eines Keramik-Metall-Komposit umfassen B₄C/Al, SiC/Al, AlN/Al, TiB₂/Al, Al₂O₃/Al, SiB_X/Al, Si₃N₄/Al, SiC/Mg, SiC/Ti, SiC/Mg-Al, SiB_X/Ti, B₄C/Ni, B₄C/Ti , B₄C/Cu, Al₂O₃/Mg, Al₂O₃/Ti, TiN/Al, TiC/Al, ZrB₂/Al, ZrC/Al, AlB₁₂/Al, AlB₂/Al, AlB₂ ₄C₄/Al, AlB₁₂/Ti, AlB₂₄C₄/Ti, TiN/Ti, TiC/Ti, ZrO₂/Ti, TiB₂/B₄C/Al, SiC/TiB₂/Al, TiC/Mo/Co, ZrC/ZrC/ZrB₂/Zr, TiB₂/Ni, TiB₂/Cu, TiC/Mo/Ni, SiC/Mo, TiB₂/TiC/Al, TiB₂/TiC/Ti, WC/Co und WC/Co/Ni. Der Indes "x" repräsentiert variierende Siliconboridphasen, die innerhalb des Teils gebildet werden können. Bevorzugtere Kombinationen eines Metalls mit Keramik umfassen B₄C/Al, SiC/Al, SiB₆/Al, TiB₂/Al und SiC/Mg. Am meisten bevorzugt umfasst das CMC ein chemisch reaktives System wie z. B. Aluminiumborcarbid oder Aluminiumlegierung-Borcarbid. In einem chemisch. reaktiven System kann die Metallkomponente mit der Keramik während der Bildung des CMC reagieren, was zur Bildung einer neuen keramischen Phase führt. Besagte neue Phase kann Eigenschaften modifizieren wie Härte und Hochtemperaturbeständigkeit des Komposits. Ein am meisten bevorzugtes chemisch reaktives System ist B₄C/Al, wobei die Metallphase Aluminium oder eine Legierung daraus ist und die keramische Phase mindestens zwei Keramiken umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus B₄C , AlB₂ , Al₄BC , Al₃B₄₈C₂, AlB₁₂ und AlB₂₄Ca Um z. B. ausreichende Abriebbeständigkeit zu erhalten, beträgt die keramische Phase des CMC mindestens etwa 20 Volumenprozent des CMC. Die Menge an keramischer Phase in dem CMC sollte jedoch nicht so groß sein, dass es beispielsweise schwierig ist, das CMC geeignet auf das Metallsubstrat aufzubringen. Die keramische Phase ist vorzugsweise in einer Menge von mindestens etwa 50 Prozent, bevorzugter mindestens etwa 75 Prozent und am meisten bevorzugt mindestens etwa 85 und bis vorzugsweise höchstens etwa 98 Volumenprozent des. CMC vorhanden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des CMC ist die metallische Phase diskontinuierlich in der keramischen Phase dispergiert und demzufolge ist die keramische Phase offenporig (interconnected). in dieser bevorzugten Ausführungsform umfasst die metallische Phase Bereiche, die vorzugsweise einen mittleren Äquivalenzdurchmesser von höchstens etwa 30 μm, bevorzugter höchstens etwa 10 μm und am meisten bevorzugt höchstens etwa 5 μm und vorzugsweise mindestens etwa 0,25 μm, bevorzugter mindestens etwa 0,5 μm und am meisten bevorzugt mindestens etwa 1 μm aufweisen. Vorzugsweise weist der größte Metallbereich einen Durchmesser von höchstens etwa 100 μm, bevorzugter höchstens etwa 75 μm und am meisten bevorzugt höchstens 50 μm auf. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die Metallbereiche überwiegend gleichachsig und überwiegend an Keramik/Keramik-Korntripelpunkten (grain triple points) angeordnet sind im Gegensatz zu langgestreckt entlang von Korngrenzen, wie mittels optischer qantitativer Stereologie an einem polierte Muster ermittelt wurde, wie von K. J. Kurzydtowski und B. Ralph, The Quantitative Description of the Microstructure of Materials, CRC Press, Boca Raton, 1995, beschrieben.
Das CMC kann so weit porös sein, solange es ausreichende Abriebbeständigkeit, Wärmeleitung und Festigkeit während des Betriebs z. B. einer Bremse oder einer Küpplung aufweist. Die Porosität kann wünschenswerter Weise über die Dicke des CMC variieren, das auf das Metallsubstrat aufgebracht ist. Beispielsweise kann die Seite des CMC, die auf dem Metallsubstrat aufgebracht ist , poröser sein als die Seite, die ein Gegenelement berührt. Die Porosität kann die Hitzeabschimung des, Metallsubstrats verbessern und kann ebenso die Bindung des CMC auf dem Substrat unterstützen. Im Allgemeinen beträgt die Porosität, Gezogen auf die theoretische Dichte des CMC bevorzugt mindestens etwa 90%, bevorzugter mindestens etwa 95% und am meisten bevorzugt mindestens etwa 98% des theoretischen Wertes. Die hier verwendete theoretische Dichte ist die theoretische Dichte, die auf Seite 530 von Introduction to Ceramics. 2. Ausgabe, W. D. Kingery et al., John Wiley und Söhne, New York, 1976, beschrieben ist.
Das CMC kann jede Dichte aufweisen, solange das CMC ausreichende Abriebbeständigkeit, Wärmeleitung und Festigkeit unter Betriebsbedingungen aufweist, z. B. bei einer Kupplung oder einer Bremse. Da es für eine Bremse vorteilhaft ist, unter anderem so leicht wie möglich zu sein, weist das CMC vorzugsweise eine Dichte von höchstens etwa 6 g/cm³, bevorzugter von höchstens ca. 4 g/cm³ und sogar noch bevorzugter von höchstens etwa 3 g/cm³ bis vorzugsweise mindestens etwa 0,5 g/cm³, bevorzugter von mindestens ca. 1 g/cm³ und am meisten bevorzugt von mindestens ca. 1,5 g/cm³ auf.
Der dynamische Reibbeiwert des CMCs eines Elements bei Berührung mit dem CMC eines anderen Elements sollte eine Reibkraft erzeugen, die ausreichend ist, um beispielsweise eine Bremse oder Kupplung unter Betriebsbedingungen zu betreiben, jedoch nicht so hoch, dass übermäßige Abnutzung oder Erhitzung erzeugt wird. Insbesondere sollte der dynamische Reibbeiwert des CMC bei Berührung mit einem anderen CMC in Relativbewegung zueinander vorzugsweise wenigstens etwa 0,2 betragen. Der dynamische Reibbeiwert kann bestimmt werden durch eine Stift-gegen-Scheibe-Methode mit einer Belastung von einem Pfund, wie in der Norm ASTM G-99 und bei M.A. Moore in "Wear of Materials", Seiten 673–687, Am. Soc. Eng., 1987, beschrieben. Der CMC-Reibbeiwert beträgt vorzugsweise wenigstens um 0,3, bevorzugter wenigstens um 0,4, noch bevorzugter wenigstens um 0,6 und am meisten bevorzugt wenigstens um 0,8 bis vorzugsweise höchstens um 5.
Die Verschleißfestigkeit des CMC gegen sich selbst ist vorzugsweise ausreichend, um eine größere Lebensdauer (das heißt, größere Abriebfestigkeit) bereitzustellen, als das CMC gegen Gusseisen. Beispielsweise ist es bevorzugt, dass das CMC einen Verschleißdurchmesser von weniger als ungefähr 5 mm, bevorzugter weniger als ungefähr 1,5 mm und am meisten bevorzugt weniger als ungefähr 1 mm aufweist, bestimmt durch die Stift-gegen-Scheibe-Methode wie im vorigen Absatz beschrieben.
Die Zähigkeit des CMC kann jede Zähigkeit sein, die ausreichend ist, um einen katastrophalen Ausfall des CMCs unter Betriebsbedingungen zu vermeiden, beispielsweise einer Bremse oder Kupplung. Vorzugsweise beträgt die Zähigkeit zumindest um 5,0 MPam^l ^/ ². Weiter bevorzugt beträgt die Zähigkeit des CMC wenigstens 5,5, noch bevorzugter wenigstens 6 und am meisten bevorzugt wenigstens um 6,5 MPam^l ^/ ² bis vorzugsweise höchstens um 25 MPam^l ^/ ², bestimmt durch ein Chevron-Kerb-Verfahren, wie in "Chevron-Notched Specimens: Testing and Stress Analysis", STP 855, Seiten 177–192, Ed. J.H. Underwood et al., Amer. Soc. for Testing and Matl., PA, 1984, beschrieben.
Die thermische Leitfähigkeit des CMC sollte groß genug sein, um die während des Betriebs erzeugte Hitze abzuführen, so dass das CMC (insbesondere die sich mit einer gegenüberliegenden CMC-Oberfläche in Berührung befindliche Oberfläche) nicht durch übermäßige Hitze beschädigt wird. Um die während des Betriebs erzeugte Hitze abzuleiten (beispielsweise beim Bremsen), weist das CMC vorzugsweise eine thermische Leitfähigkeit von wenigstens etwa 5 W/mK, bestimmt durch eine Laserblitzmethode, die im Einzelnen in "Flash Method of Determining Thermal Diffusivity, Heat Capacity and Thermal Conductivity", Journal of Applied Physics, W. J. Parker et al., 32, [9], Seiten 1679–1684 beschrieben ist. Weiter bevorzugt beträgt die thermische Leitfähigkeit wenigstens etwa 10, weiter bevorzugt zumindest um 20 und am meisten bevorzugt wenigstens um 25 W/mK. Dennoch sollte die thermische Leitfähigkeit nicht so groß sein, dass das Metallsubstrat infolge übermäßiger Hitze beschädigt wird. Beispielsweise ist es wünschenswert, dass, das CMC eine thermische Leitfähigkeit von weniger als ungefähr 150 W/mK aufweist.
Das CMC sollte ferner eine solche spezifische Wärme aufweisen, dass die bei Berührung mit einem gegenüberliegenden Element erreichte, Temperatur niedriger ist als eine Temperatur, die ausreichend ist, um entweder das CMC, das Metallsubstrat oder ein anderes metallisches Bauteil zu beschädigen, das Bestandteil eines größeren Mechanismus ist, beispielsweise einer Bremse oder Kupplung. Vorzugsweise ist, die spezifische Wärme weniger als etwa 0,4 J/g°C bei Raumtemperatur, bestimmt durch Differentialscankalometrie. Mehr bevorzugt beträgt die spezifische Wärme wenigstens etwa 0,6, weiter bevorzugt wenigstens etwa 0,8 J/g°C, und am meisten bevorzugt wenigstens etwa 1 J/9°C bis vorzugsweise zu dem theoretisch möglichen Maximum für ein ausgewähltes, CMC. Die spezifische Wärme nimmt wünschenswerter Weise mit zunehmender Temperatur zu. Beispielsweise beträgt die spezifische Wärme bei 1000°C wünschenswerter Weise wenigstens das Doppelte der spezifischen Wärme bei Raumtemperatur.
Die Biegefestigkeit des CMC kann jede Festigkeit sein, die ausreichend ist, um ein Brechen des CMC unter Betriebsbedingungen zu verhindern. Beispielsweise kann die Festigkeit des CMC bei ungefähr Raumtemperatur wenigstens um 150 MPa betragen, bestimmt nach ASTM C1161. Vorzugsweise beträgt die Festigkeit wenigstens um 200 MPa, weiter bevorzugt wenigstens um 300 MPa und am meisten bevorzugt wenigstens um 400 MPa bis bevorzugt höchstens um 1500 MPa. Es ist weiter bevorzugt, dass das CMC die vorgenannten Festigkeiten bei ungefähr 500°C, weiter bevorzugt bei ungefähr 700°C und am meisten bevorzugt um 900°C aufweist.
Kupplung und Bremse
Eine Bremse oder Kupplung "gemäß der vorliegenden Erfindung weist wenigstens ein Bremselement gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung auf. Eine beispielsweise Ausführungsform einer Bremse mit wenigstens einem Bremselement ist eine Scheibenbremse, bei der entweder die Bremsscheibe oder der Bremsbelag ein Bremselement gemäß der vorliegenden Erfindung ist. Weiter bevorzugt ist jedes Element der Bremse oder, Kupplung, das eine Reibkraft zum Anhalten einer Bewegung erzeugt, ein Bremselement gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung. Weiter bevorzugt hat jedes dieser Bremselemente das gleiche Reibmaterial (das heißt, das Reibmaterial jedes Elements der Bremse ist das selbe Keramik-Metall-Komposit-Material). Erläuterndes Beispiel ist eine Scheibenbremse mit einer Bremsscheibe aus Aluminiumlegierung, bei der ein Aluminium-Borcarbid-Komposit-Reibmaterial auf die Bremsflächen der Scheibe laminiert ist und die Bremsklötze ein Substrat aus einer Aluminiumlegierung aufweisen mit Aluminium-Borcarbid-Reibmaterial, das dort auflaminiert ist
Herstellen des Metallsubstrats
Das Metallsubstrat kann auf jede geeignete oder bekannte Weise hergestellt werden, beispielsweise durch Gießen, Schmieden, Pressen, Walzen, Pulvermetallurgisch, Spanen mit einschneidigem Werkzeug, Schleifen mit gebundenem Schleifmittel, Schleifen mit ungebundenem Schleifmittel, Polieren oder einer Kombination davon. Diese Techniken sind in Manufacturing Engineering and Technology, 2. Aufl., S. Kalpakjian, Addison-Wesley Publishing Co., New York, 1992, beschrieben. Beispielsweise kann das Metallsubstrat durch eine metallische Bremsscheibe gebildet sein, die hergestellt ist durch ein bekanntes oder geeignetes Metallbearbeitungsverfahren, wie Gießen, gefolgt von spanender Bearbeitung, wobei das CMC, das vorstehend beschrieben wurde, mit der metallischen Scheibe verbunden wird.
Herstellung des Keramik-Metall-Komposits (CMC)
Der CMC-Teil des Bremselements kann durch jede geeignete oder bekannte pulvermetallurgische oder keramische Verarbeitungstechnik hergestellt werden, wobei ein geformter Körper gebildet wird, gefolgt durch Verdichtungstechniken und, falls gewünscht, Nachbearbeitung zu einer endgültigen Form. Zwei typische Verdichtungswege, die zur Bildung des CMCs gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind (1) Infiltrieren eines porösen keramischen Formkörpers (Grünling) mit Metall und (2) Verdichten eines porösen Formkörpers (Grünling) enthaltend Metall und keramische Partikel. Der infiltrierte oder verdichtete Körper kann dann nachbearbeitet werden (das heißt, spanend bearbeitet) durch Techniken wie Diamantschleifen, Laserbearbeitung und funkenerosives Bearbeiten. Der Körper kann ferner wärmebehandelt werden, um die Mikrostruktur des verfestigten Komposits zu verändern. Vorzugsweise wird das Komposit durch Infiltration hergestellt.
Das keramische oder Metallpulver des CMC hat typischerweise eine gewichtsmittlere Partikelgröße von höchstens ungefähr 50 Mikrometer, vorzugsweise höchstens um 15 Mikrometer, besonders bevorzugt höchstens 10 Mikrometer und am meisten bevorzugt höchstens 5 Mikrometer. Die Partikel können in Form von Plättchen, Stäbchen oder gleichachsigen Körnern vorliegen. Die Partikel des keramischen Pulvers haben wünschenswerter Weise einen Partikeldurchmesser im Bereich von 0,1 bis 10 Mikrometer.
Geeignete Formungsverfahren zur Bildung von Grünlingen (das heißt, einem. porösen Körper, der durch Teilchen gebildet ist) zur Infiltration oder Verdichtung umfasst bekannte Verfahren wie Schlickergießen oder Druckgießen, Pressen und Kunststoffformverfahren (zum Beispiel Formpressen (jiggering) und Extrudieren). Die Formgebungsverfahren können Schritte umfassen wie das Mischen von Komponenten, wie Keramikpulver, Metallpulver, Dispergiermitteln, Bindern und Lösungsmitteln, sowie Entfernen, falls erforderlich, von Lösungsmitteln und organischen Zusätzen wie Dispergiermitteln und Bindern, nach der Formgebung des Grünlings. Jedes der vorgenannten Verfahren und der Schritte sind im Einzelnen beschrieben in "Introduction to the Principles of Ceramic Processing", J. Reed, J. Wiley and Sons, New York, 1988, hierin durch Bezugnahme aufgenommen.
Der aus metallkeramischen Partikeln bestehende Grünling kann in das CMC verdichtet werden durch Techniken wie Vakuumsintern, Sintern bei Atmosphärendruck (druckloses Sintern), druckunterstütztes Sintern, wie Heißpressen, isostatisches Heißpressen und schnelle omnidirektionale Verdichtung sowie Kombinationen daraus, wobei jede druckunterstützte Technik näher beschrieben ist in Annu. Rev. Mater. Sci., 1989, [19], C.A. Kelto, E.E. Timm und A.J. Pyzik, Seiten 527–550, hierin durch Bezugnahme aufgenommen.
Der Grünling aus metallkeramischen Partikeln wird verdichtet unter den Bedingungen Zeit, Atmosphäre, Temperatur und Druck, ausreichend um den Grünling zu einem CMC zu verdichten, der die gewünschte Dichte aufweist, die im Allgemeinen wenigstens etwa 90% der theoretischen Dichte beträgt. Die Temperatur ist typischerweise größer als ungefähr 75% der Schmelztemperatur des Metalls in °C, jedoch niedriger als eine Temperatur, bei der eine wesentliche Verdampfung des Metalls auftritt. Beispielsweise kann die Verdichtungstemperatur für ein Aluminium-Borcarbid-System vorzugsweise zwischen 500°C und 1350°C betragen. Die Zeit ist wünschenswerter Weise so kurz wie möglich. Vorzugsweise beträgt die Zeit höchstens etwa 24 Stunden, bevorzugter höchstens um 2 Stunden und am meisten bevorzugt höchstens etwa eine Stunde. Der Druck liegt wünschenswerter Weise bei Umgebungsdruck. Die Atmosphäre ist wünschenswerter Weise eine solche, die die Verdichtung oder Chemie des CMCs nicht nachteilig beeinflusst.
Vorzugsweise ist das CMC hergestellt durch Infiltration eines porösen keramischen Körpers mit einem Metall und dadurch Bilden eines Komposits. Keramik-Metall-Kombinationen, die geeignet sind zur Infiltration, sind bereits zuvor beschrieben. Der infiltrierte Körper kann weiter verfestigt werden durch die oben beschriebenen Technologien. Weiter vorzugsweise reagiert die Keramik der metallinfiltrierten Keramik auch mit dem Metall und bildet dadurch eine neue keramische Phase in dem dichten Komposit (das heißt, ein chemisch reaktives System). Eine bevorzugte Ausführungsform eines chemisch reaktiven Systems ist die Infiltration von Borcarbid mit Aluminium oder einer Legierung davon, wie nachfolgend und in den US-Patenten 5,508,120; 5,521,016 und 5,39.4,929 beschrieben.
Die Infiltration umfasst die Bildung einer porösen keramischen Vorform (das heißt, einem Grünling), der aus keramischem Pulver durch ein zuvor beschriebenes Verfahren hergestellt wurde wie Schlickergießen (das ist eine Dispersion des keramischen, Pulvers in einer Flüssigkeit) oder Pressen (das ist das Aufbringen eines Druckes auf das Pulver ohne Erhitzung) und anschließendes Infiltrieren eines flüssigen Metalls in die Poren der Vorform. Infiltration ist der Prozess, bei dem ein flüssiges Metall die Poren einer Vorform füllt, die sich in Kontakt mit dem Metall befindet. Das Verfahren bildet vorzugsweise eine gleichförmig dispergierte und im Wesentlichen vollständige Dichte (das. heißt, eine Dichte von wenigstens etwa 98% des theoretischen Wertes) eines Keramik-Metall-Komposits. Die Infiltration der porösen Vorform kann durch jedes zweckmäßige Verfahren zum Infiltrieren eines Metalls in einen Vorformkörper durchgeführt werden, wie Vakuuminfiltration, Druckinfiltration und Schwerkraft-/Hitzeinfiltration. Beispiele von Infiltration sind in den US-Patenten 4,702,770 und 4,834,938 beschrieben.
Die Temperatur der Infiltration ist abhängig von dem zu infiltrierenden Metall. Die Infiltration wird vorzugsweise durchgeführt bei einer Temperatur, bei der das Metall geschmolzen ist, jedoch unterhalb einer Temperatur, bei der das Metall schnell verdampft. Beispielsweise bei der Infiltration von Aluminium oder einer Legierung davon in einen porösen keramischen Vorkörper beträgt die Temperatur vorzugsweise höchstens etwa 1200°C und weiter bevorzugt höchstens etwa 1100°C, und vorzugsweise wenigstens etwa 750°C und besonders bevorzugt wenigstens etwa 900°C. Die Infiltrationszeit kann jede Zeit sein, die ausreichend ist, um den keramischen Vorkörper zu infiltrieren, so dass ein, gewünschtes CMC entsteht. Die Atmosphäre kann jede Atmosphäre sein, die die Infiltration des Metalls oder die Entwicklung des CMC nicht nachteilig beeinflusst.
Die Vorform kann bei einem chemisch reaktiven System einen keramischen Füllstoff in einer Menge von 0,1 bis 50 Gew.-% enthalten, bezogen auf das Totalgewicht der Vorform. Ein Füller ist ein Material, das keine oder eine wesentlich geringere Reaktivität mit dem infiltrierten Metall aufweist als die chemisch reaktive Keramik, wie Borcarb d in einem Borcarbid-Aluminium-System. Wenn beispielsweise eine Borcarbidvorform einen Füller enthält, umfasst die Vorform vorzugsweise 70 bis 95 Gew.-% B₄C und 5 bis 30 Gew.-% keramischen Füller. Die Prozentsätze beziehen sich auf das Totalgewicht. der Vorform. Beispielsweise kann bei einem Borcarbid-Aluminium-System das keramische Füllmaterial Titandiborid, Titancarbid, Siliciumborid, Aluminiumoxid und Siliciumcarbid sein. Bei der Herstellung des meistbevorzugten CMC (Borcarbid-Aluminium-System) durch Infiltration wird die poröse Borcarbidvorform vorzugsweise bei einer Temperatur von wenigstens 1400°C vor der Infiltration gebacken. Das Backen sollte wenigstens 15 Minuten, wünschenswerterweise wenigstens 30 Minuten und Vorzugsweise zwei Stunden oder mehr dauern.
Die gebackene poröse Borcarbidvorform wird anschließend mit Aluminium oder einer Aluminiumlegierung infiltriert durch ein geeignetes vorher begeschriebenes Verfahren.
Das CMC kann einer zusätzlichen Wärmebehandlung nach der Infiltration unterzogen werden, um die Festigkeit zu erhöhen. Beispielsweise ist das Borcarbid-Aluminium infiltrierte Komposit bei einer Temperatur in einem Bereich von 660°C bis 1250°C wärmebehandelt, vorzugsweise von 660°C bis 1100°C und weiter vorzugsweise zwischen 800°C und 950°C in Gegenwart von Luft oder einer anderen sauerstoffhaltigen Atmosphäre für eine Zeit; die ausreichend ist, um langsame Reaktionen zwischen verbliebenem unreagierten Metall und B₄C oder B-Al-C Reaktionsprodukten oder beidem zu erlauben. Die Reaktionen unterstützen die Verminderung freien (unreagierten) Metalls und der Entwicklung einer gleichmäßigen Mikrostruktur.
Die Wärmebehandlung nach der Infiltration dauert typischerweise im Bereich von 1 bis 100 Stunden, wünschenswerterweise von 10 bis 75 Stunden und vorzugsweise zwischen 25 und 75 Stunden. Eine Dauer von über 100 Stunden erhöht die Produktionskosten, trägt jedoch nicht zu einer wesentlichen zusätzlichen Verbesserung der Mikrostruktur über diejenige, die bei 100 Stunden auftritt, hinaus bei.
Wenn ein keramisches Füllermaterial in dem Borcarbid-Aluminium-CMC vorhanden ist, ist der Füller typischerweise in dem CMC entweder als isolierte Körner oder als Teil von Clustern von B₄C Körnern vorhanden. Die Menge des keramischen Füllermaterials ist typischerweise zwischen 1 und 25 Volumenprozent bezogen auf das Totalvolumen des Komposits.
Herstellen des Bremselements
Das CMC kann auf das Metallsubstrat durch jede geeignete Methode laminiert werden, die geeignet ist, um das CMC an dem Metall zu befestigen, so dass das CMC während des Betriebs mit dem Substrat verbunden bleibt. Beispielsweise Verfahren umfassen Hartlöten, Schweißen, Nieten und direktes Diffusionsbonden. Das CMC kann auf das Metallsubstrat laminiert werden durch Verbinden des Metallsubstrats mit, dem CMC und nachfolgend, Aufheizen des verbundenen Substrats und CMCs auf eine Temperatur, die ausreichend ist, um das CMC mit dem Metallsubstrat zu verbinden.
Das CMC kann ferner laminiert werden durch Verwendung eines Klebers zur Verbindung des CMCs mit dem Metallsubstrat. Geeignete Kleber umfassen solche, die im Stand der Technik bekannt sind, wie Kleber, die in Adhesives Technology Handbook, Arther H. Landrock, Noyes Publications, Park Ridge, New Jersey, 1985, beschrieben sind. Vorzugsweise ist der Kleebstoff ein wärmeaushärtender Klebstoff , der thermisch gehärtet wird. Beispiele von bevorzugten Klebern umfassen Phenol-, Polyimid-, Polysulfid- und Epoxydharze mit ausreichender thermischer Stabilität, um den Betriebstemperaturen zu widerstehen, beispielsweise einer Bremse gemäß der vorliegenden Erfindung: Hybride der bevorzugten Klebstoffe, wie Nitril-Phenol, Neopren-Phenol, Nitril-Epoxyd, Nylon-Epoxyd und Sulfid-Epoxyd sind ebenfalls bevorzugt. Der Klebstoff kann jede Form aufweisen, die geeignet ist, um das CNC mit dem Metallsubstrat zu verbinden,. beispielsweise flüssige, pasteuse, Film- oder Pulverform. Der Klebstoff kann unter Verwendung jedes geeigneten Verfahrens zum Kleben von zwei Teilen aneinander verwendet werden, wie aus dem Stand der Technik bekannt. Ein beispielsweises Verfahren ist wie folgt: (1) Aufbringen eines Lösungsmittels oder einer wasserbasierten Klebstoffformulierung auf eine Fläche des CMCs und des Metallsubstrats, (2) Backen des CMCs und des Metallsubstrats unter Bedingungen, die das Lösungsmittel der aufgebrachten Klebstoffformulierung entfernt, (3) Verbinden des CMCs und des Metallsubstrats und (4) Backen des verbundenen CMC und Substrats unter schärferen Bedingungen (zum Beispiel höhere Temperatur) als in Schritt 2, so dass der Klebstoff auf dem CMC und dem Substrat sich verbindet (beispielsweise durch crosslinking), und dadurch das CMC an dem Substrat befestigt.
Vor dem Laminieren des CMCs auf das Metallsubstrat können das Metallsubstrat und das CMC behandelt werden, um die Stabilität der Verbindung zwischen diesen zu verbessern. Beispielsweise Behandlungen umfassen eine Lösungsmittelreinigung, Emulsionsreinigung, Laugenreinigung, Säurereinigung, Beizen, Salzbadentzundern, Ultraschallreinigen, Aufrauen (beispielsweise Sandstrahlen, Trommeln, Polieren, chemisches und Elektroätzen), wie in Kapitel 7 des Handbook of Tribology, Materials, Coating and Surface Treatments, B. Bhushan und B.K. Gupta, Mcgraw Hill, Inc., New York, 1991, beschrieben.
Eine Zwischenlage kann auf das CMC, das Metallsubstrat oder beide vor dem Laminieren aufgebracht werden. Die Zwischenlage erhöht die Festigkeit oder Haftung der Klebung zwischen dem CMC und dem Metallsubstrat verglichen mit einer Klebung, die ohne die Zwischenlage gebildet wurde. Die Zwischenlage ist vorzugsweise aus einem Material (hier Zwischenlagenmaterial), das mit einem oder mehreren Elementen legiert oder reagiert, um eine separate individuelle Phase neben dem Metall und eine Verbindung des Metallsubstrats und dem CMC zu bilden, die zu verkleben sind. Vorzugsweise ist das Zwischenlagenmaterial ein Metall. Dieses Metall kann ein Metall sein, das zuvor beschrieben wurde als Metall des CMCs und des Metallsubstrats. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform bei einem CMC, das ein Alumunium-Borcarbid-System umfasst, ist, wenn dieses auf ein Gusseisenmetallsubstrat befestigt wird.
Die Zwischenlage kann jede Dicke aufweisen, die ausreichend ist, um die Verbindung des CMCs mit dem Metallsubstrat zu verbessern, jedoch beträgt die Dicke der Zwischenlage im Allgemeinen höchstens etwa 10% der Dicke des zu laminierenden CMCs. Beispielsweise ist die Zwischenlage typischerweise zwischen 0,1 und 100 Mikrometer dick.
Die Zwischenlage kann auf das Metallsubstrat oder das CMC, die zu verkleben sind, aufgebracht werden durch eine Technologie ausgewählt aus: Plasmasprühen, Sputtern, PVD (physical vapor deposition); CVP (chemical vapor deposition); stromloses Abscheiden, galvanisches Abscheiden und Kombinationen daraus. Jede dieser Technologien ist näher beschrieben in Handbook of Tribology, Materials, Coating and Surface Treatments, B. Bhushan und B.K. Gupta, McGraw Hill, Inc., New York , 1991.
Bei dem Laminieren des CMCs auf das Metallsubstrat durch Erwärmen (das heißt Diffusionsbonden) kann die Erwärmung auf jede geeignete Temperatur erfolgen, die ausreichend ist, um eine ausreichende Befestigung des CMC zu erreichen. Dennoch sollte die Temperatur nicht so groß sein, dass ein Bruch oder eine Deformation des Metallsubstrats oder des darauf zu läminierenden CMCs auftritt, noch sollte die Temperatur eine Temperatur überschreiten, bei der geschmolzenes Material gebildet wird. Vorzugsweise beträgt die Erwärmungstemperatur in Grad Celsius wenigstens, um 50 bis höchstens etwa 98% der geringsten Temperatur, bei der ein Bestandteil oder Metall in dem CMC oder dem Metallsubstrat beginnen würde zu schmelzen oder sich zu zersetzen. Weiter bevorzugt beträgt die Erwärmungstemperatur zumindest etwa 75% bis höchstens etwa 95 der vorgenannten Temperatur.
Die Zeitdauer, bei der Temperatur beim Laminieren durch Erwärmen des CMCs auf das Metallsubstrat ist abhängig von dem Metallsubstrat, dem zu laminierenden CMC und der Temperatur und dem Druck, der verwendet wird, um das CMC mit dem Metallsubstrat zu verbinden. Die Zeit kann jede Zeit sein, die ausreichend ist, um das CMC mit dem Metallsubstrat angemessen zu verbinden oder zu kleben. Die Zeit ist vorzugsweise so kurz, wie praktisch möglich. Typische Zeiten bewegen sich zwischen einigen Minuten bis mehrere Stunden. Die Zeit beträgt vorzugsweise wenigstens um 10 Sekunden, weiter vorzugsweise wenigstens um 2 Minuten, noch weiter bevorzugt wenigstens um 5 Minuten, meist bevorzugt wenigstens 10 Minuten bis zu höchstens ungefähr 10 Stunden, mehr bevorzugt bis höchstens etwa 5 Stunden, weiter bevorzugt höchstens um 2 Stunden und am meisten bevorzugt höchstens um 1 Stunde.
Beim Laminieren des CMCs auf das Metallsubstrat durch Erwärmen ist es bevorzugt, dass während der Erhitzung Druck ausgeübt wird. Der Druck kann jeder Druck sein, der die Verbindung des CMCs mit dem Metall erleichtert bis zu einem Druck, der noch keine Deformation oder keinen Bruch des Metallsubstrats oder des zu laminierenden CMCs verursacht. Es ist bevorzugt, dass der Druck rechtwinklig und gleichmäßig über die gesamte Fläche des CMCs ausgeführt wird, die sich in Kontakt mit dem Metallsubstrat befindet, so dass jedes CMC gleichmäßig mit dem Metallsubstrat verbunden wird. Im Allgemeinen kann der Druck im Bereich von. 0,1 psi. bis 250.000 psi liegen. Der Druck beträgt vorzugsweise höchstens um 1000 psi, weiter vorzugsweise höchstens um 100 psi, weiter bevorzugt beträgt der Druck höchstens um 10 psi und am meisten bevorzugt um 5 psi.
Während des Laminierens sollte die Umgebung im Wesentlichen inert zu dem Metallsubstrat und dem CMC, das daran zu laminieren ist, sein. Eine im. Wesentlichen inerte Umgebung ist eine, die nicht mit dem Metallsubstrat und dem CMC, das daran zu laminieren ist, reagiert in einem Umfang, der beispielsweise verursacht, dass das Metall sich ungenügend mit dem Metallsubstrat verbindet. Selbstverständlich können das Metallsubstrat und das CMC miteinander reagieren, um eine Verbindung zu bilden, die die Verbindung des CMCs mit dem Metallsubstrat erleichtert, sowie Reaktionen, die eine separate Phase unabhängig zwischen einem oder mehreren Elementen, Metall, und Komponente des Metallsubstrats, der Zwischenlage und dem zu laminierenden CMC bildet. Umgebungen beim Plattieren können Gase und Feststoffe umfassen. Beispiele geeigneter Gase umfassen Edelgase und Stickstoff. Geeignete Feststoffe umfassen Feststoffe, die nicht mit dem Metallsubstrat und dem zu laminierenden CMC reagieren, wie Bornitrid. Laminieren des CMCs auf das Metallsubstrat kann ebenfalls unter Vakuum durchgeführt werden.

Claims

Bremselement zur Bereitstellung einer Reibkraft, enthaltend ein Metallsubstrat, bei dem auf wenigstens einem Teil einer Fläche des Metallsubstrats ein Reibmaterial auflaminiert ist, wobei das Reibmaterial ein Keramik-Metall-Komposit ist, enthaltend eine Metallphase und eine Keramikphase, die ineinander dispergiert sind, wobei die Keramikphase in einer Menge von wenigstens 20 Vol.-% des Keramik-Metall-Komposits vorliegt und die Keramikphase wenigstens zwei Keramiken enthält, ausgewählt aus: (a) B₄C, (b) AlB₂, (c) Al₄BC, (d) Al₃B₄₈C₂, (e) AlB₁₂ und (f) AlB₂₄C₄.
Bremselement nach Anspruch 1, wobei die Menge der Keramikphase wenigstens 50 Vol.-% des Komposits beträgt.
Bremselement nach Anspruch 2, wobei die Menge der Keramikphase wenigstens 85% bis höchstens 98 Vol.-% des Keramik-Metall-Komposits beträgt.
Bremselement nach Anspruch 1, wobei die Metallphase des Keramik-Metal-Komposits wenigstens ein Metall enthält, ausgewählt aus: Aluminium, Zirconium, Titan, Kupfer, Silicium, Magnesium und deren Legierungen.
Bremselement nach Anspruch3, wobei die Metallphase des Keramik-Metall-Komposits als isolierte Metallbereiche mit einem mittleren Äquivalenzdurchmesser von 0,25 μm bis 30 μm vorliegt.
Bremselement nach Anspruch 1, wobei das Bremselement ein Bremsrotor, eine Bremstrommel, ein Bremsklotz, ein Bremsschuh, eine Kupplungsscheibe oder eine (ein) Schwungscheibe/-rad ist.
Bremselement nach Anspruch 1, wobei das Metallsubstrat ein Metal ist, ausgewählt, aus Eisen, Eisenlegierungen, Aluminium, Aluminiumlegierungen, Titan, Titanlegierungen, Magnesium, Magnesiumlegierungen und Kombinationen derselben.
Bremselement nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Metallsubstrat Aluminium oder eine Legierung davon ist.
Bremse, enthaltend wenigstens ein Bremselement nach Anspruch 1.
Bremse nach Anspruch 9, wobei jedes Element der Bremse, das eine Reibkraft zum Anhalten einer Bewegung erzeugt, ein Bremselement nach Anspruch 1 ist.
Bremse nach entweder Anspruch9 oder 10, wobei das Metallsubstrat Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Eisen oder eine Eisenlegierung ist.
Kupplung, enthaltend wenigstens ein Bremselement nach Anspruch 1.
Kupplung nach Anspruch 12, wobei jedes Element der Kupplung, das eine Reibkraft zum Anhalten einer Bewegung erzeugt, ein Bremselement nach Anspruch 1 ist.
Kupplung nach Anspruch 12oder 13, wobei das Metallsubstrat Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Eisen oder eine Eisenlegierung ist,
Bremselement nach Anspruch 1, wobei das Metallsubstrat Eisen oder eine Eisenlegierung ist und das CMC mit dem Metallsubstrat durch eine Kupferzwischenschicht verbunden ist.