IT202100004451A1 - Metodo per realizzare una fascia di frenatura di un disco freno, metodo di realizzazione del disco freno, disco freno e fascia di frenatura per disco freno - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
CAMPO DI APPLICAZIONE
La presente invenzione riguarda un metodo per realizzare una fascia di frenatura di un disco freno, un metodo per realizzare un disco freno, un disco freno e una fascia di frenatura per disco freno realizzata con il suddetto metodo.
STATO DELLA TECNICA
Un disco freno di un impianto frenante a disco di un veicolo comprende una struttura anulare, o fascia di frenatura, e un elemento di fissaggio centrale, noto come campana, tramite il quale il disco ? fissato alla parte rotante di una sospensione di un veicolo, ad esempio un mozzo. La fascia di frenatura ? munita di superfici di frenatura contrapposte adatte a cooperare con elementi di attrito (pastiglie freno), alloggiate in almeno un corpo pinza posto a cavaliere di tale fascia di frenatura e solidale ad un componente non rotante della sospensione del veicolo. La comandata interazione tra le opposte pastiglie freno e le contrapposte superfici di frenatura della fascia frenante determinano per attrito un?azione di frenatura che permette la decelerazione o arresto del veicolo.
Generalmente, il disco freno ? realizzato in ghisa grigia o in acciaio. Questi materiali consentono, infatti, di ottenere buone prestazioni frenanti (soprattutto in termini di contenimento dell?usura) a costi relativamente contenuti. Dischi realizzati in carbonio o in materiali carbo-ceramici offrono prestazioni decisamente superiori, ma a costi molto pi? elevati. In alternativa ai dischi in ghisa grigia o in acciaio sono stati proposti dischi realizzati in alluminio allo scopo di ridurre il peso del disco. I dischi in alluminio sono dotati di rivestimenti protettivi. Il rivestimento protettivo serve da un lato a ridurre l?usura del disco e garantire cos? prestazioni analoghe ai dischi in ghisa, e dall?altro a proteggere la base di alluminio dalle temperature che si generano in frenata, ben superiori alle temperature di rammollimento dell?alluminio (200 -400?C).
I rivestimenti protettivi ad oggi disponibili e applicati su dischi in alluminio, pur offrendo resistenza all?usura, sono per? spesso soggetti a sfogliamenti che ne determinano il distacco dal disco stesso. Ci? complica il processo produttivo del disco. Il disco deve infatti essere sottoposto a trattamenti di finitura superficiale e deve inoltre essere predisposto per il collegamento alla campana.
Da quanto sopra esposto risulta evidente che i dischi in alluminio o lega di alluminio dotati di rivestimenti protettivi non sono attualmente in grado di sostituire completamente i dischi in acciaio o ghisa grigia.
La minore densit? dell?alluminio rispetto sia all?acciaio, sia alla ghisa grigia mantiene tuttavia molto elevato l?interesse sull?alluminio da parte degli addetti del settore dei sistemi frenanti come ottimo potenziale sostituto dell?acciaio e della ghisa grigia. Nel settore di riferimento esiste quindi l?esigenza di disporre di dischi freno a base di alluminio che da un lato consentano di sfruttare le peculiarit? operative derivanti dall?alluminio (in primis, grazie alla sua minore densit?) e dall?altro presentino caratteristiche di resistenza meccanica e all?usura quantomeno paragonabili ai dischi in acciaio o in ghisa grigia. Esiste inoltre l?esigenza di realizzare tali dischi con processi produttivi il pi? possibile semplici ed economici.
In WO2019/123222A1 ? descritto un metodo per la realizzazione di dischi in alluminio con una preforma ceramica porosa, la quale viene infiltrata con alluminio fuso (stato liquido o semi solido). Sconvenientemente, il disco cos? ottenuto prevede un contatto diretto tra pastiglia freno e matrice metallica a base di alluminio, il quale genera possibili fenomeni locali di degradazione del disco, nei punti in cui l?alluminio viene surriscaldato per attrito fino al suo punto di fusione.
PRESENTAZIONE DELL'INVENZIONE
? dunque sentita nel settore l?esigenza di disporre di dischi freno a base di alluminio in grado di non degradarsi localmente e che, da un lato, consentano di sfruttare le peculiarit? operative derivanti dall?alluminio (in primis dalla minore densit?) e, dall?altro, presentino caratteristiche di resistenza meccanica e all?usura paragonabili ai dischi in acciaio o in ghisa grigia, e che siano al contempo realizzabili con processi produttivi il pi? possibile semplici ed economici.
Insieme alle suddette esigenze ? anche sentita l?esigenza di disporre di dischi freno con maggiore resistenza alla corrosione rispetto ai dischi in ghisa o acciaio e con minore emissione di particelle metalliche inquinanti.
Le suddette esidenze sono soddisfatte da un metodo per realizzare una fascia di frenatura di un disco freno, da un metodo per realizzare un disco freno, da un disco freno per freni a disco e da una fascia di frenatura in accordo alle rivendicazioni indipendenti allegate.
Il metodo per realizzare la fascia di frenatura secondo la presente invenzione, comprende le seguenti fasi: a) predisporre uno stampo avente una cavit? interna che comprende una prima porzione di forma corrispondente alla fascia di frenatura da realizzare;
b) predisporre una preforma di fascia comprendente uno strato centrale realizzato in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC), uno strato esterno superiore e uno strato esterno inferiore; tale strato esterno superiore e tale strato esterno inferiore sono realizzati in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC) e infiltrati con silicio (SiC+Si); tale strato esterno superiore e tale strato esterno inferiore sono inoltre disposti in maniera contrapposta e su lati opposti dello strato centrale;
c) disporre la preforma di fascia all?interno dello stampo in corrispondenza della prima porzione di tale cavit? interna;
d) immettere una lega di alluminio liquida o semisolida all?interno di tutta la cavit? interna dello stampo in modo da infiltrare con detta lega di alluminio solo lo strato centrale di detta preforma di fascia in materiale ceramico poroso, ottenendo in corrispondenza della prima porzione un composito a matrice metallica di alluminio rinforzato da detto strato centrale che definisce parzialmente la fascia di frenatura da realizzare.
Vantaggiosamente, per la realizzazione della preforma di fascia il metodo comprende le fasi di:
a1) predisporre una preforma grezza, realizzata in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC), detta preforma grezza avente una faccia superiore e una contrapposta faccia inferiore, unite tra loro da una parete laterale che si sviluppa in maniera incidente alle facce superiore e inferiore, ad esempio la preforma grezza ha una geometria cilindrica o comunque a cilindro cavo centralmente (come mostrato nelle figure), in cui la faccia inferiore e la faccia superiore sono le basi della forma cilindrica e la parete laterale ? la superficie laterale della forma cilindrica;
a2) depositare uno strato mascherante almeno parzialmente sulla parete laterale, adatto ad impedire l?infiltrazione di silicio (Si) nella successiva fase di infiltrazione a3) attraverso di esso;
a3) infiltrare la preforma grezza con silicio (Si) attraverso la faccia superiore e la faccia inferiore per una determinata profondit?, cos? da ottenere la preforma di fascia costituita da uno strato centrale non infiltrato da silicio, uno strato esterno superiore infiltrato con silicio (SiC Si) e uno strato esterno inferiore infiltrato con silicio (SiC Si), detto strato esterno superiore e detto strato esterno inferiore essendo disposti in maniera contrapposta e su lati opposti dello strato centrale
Preferibilmente, nella fase a2), la fase di depositare lo strato mascherante comprende la deposizione di uno strato di nitruro di boro (BN).
In maniera vantaggiosa, nella fase a2), la deposizione dello strato mascherante ? applicata sull?intera parete laterale e non ? applicata sulle facce superiore e inferiore della preforma grezza.
Preferibilmente, nella fase a3), la preforma grezza ? posizionata in un crogiolo, viene addizionata una quantit? predefinita di silicio (Si) in polvere nel crogiolo e viene riscaldata la preforma grezza ad una temperatura superiore a 1414?C per almeno 5 minuti, ad una pressione atmosferica e in atmosfere inerte, preferibilmente in atmosfera di Argon.
Preferibilmente, la preforma grezza viene riscaldata ad una temperatura compresa tra 1500?C e 1650?C per un intervallo di tempo compreso tra 15 e 90 minuti.
Ancor pi? preferibilmente, la preforma grezza viene riscaldata ad una temperatura compresa tra 1550?C e 1600?C per un intervallo di tempo compreso tra 30 e 60 minuti.
Preferibilmente, la preforma grezza ha uno spessore, cio? una distanza tra la faccia superiore e la faccia inferiore, compresa tra 4 e 40 millimetri, estremi inclusi, ancor pi? preferibilmente tra 10 e 20 millimetri e la quantit? predefinita di silicio ? determinata in funzione della dimensione della preforma in modo tale da ottenere al pi? uno spessore dello strato esterno superiore e/o dello strato esterno inferiore compreso tra 0,5 millimetri e tre millimetri, preferibilmente circa 2 millimetri. Preferibilmente, la fase d) di immettere la lega di alluminio all?interno dello stampo ? condotta secondo una tecnica di infiltrazione allo stato semisolido oppure liquido oppure di squeeze casting oppure per pressofusione con alluminio liquido. Nel caso di infiltrazione in gravit?, l?infiltrazione avviene preferibilmente in atmosfera inerte, ad esempio in atmosfera di Azoto.
Vantaggiosamente, la preforma grezza, ? ottenuta sottoponendo in sequenza a stampaggio, dewaxing e sinterizzazione una massa di granuli di materiale ceramico superficialmente rivestiti di una composizione polimerica legante.
Preferibilmente, la sinterizzazione ? condotta in due cicli distinti di sinterizzazione, in cui un primo ciclo di sinterizzazione ? condotto ad una temperatura non inferiore a 1600?C, preferibilmente circa 1800?C e un secondo ciclo di sinterizzazione ? condotto ad una temperatura non inferiore a 2000?C, preferibilmente nell?intervallo 2100?C-2200?C, entrambi in atmosfera inerte.
Ulteriormente, preferibilmente, nella fase d), lo stampo si chiude sullo strato esterno superiore e sullo strato esterno inferiore della preforma di fascia in modo tale che durante l?immissione di alluminio nello stampo ? impedita l?infiltrazione dell?alluminio sopra lo strato esterno superiore ed inferiore, cos? che le superfici esterne frenanti della fascia di frenatura risultino prive di alluminio.
Il metodo per realizzare un disco freno, comprendente una fascia di frenatura e una campana, in accordo alla presente invenzione, comprende le seguenti fasi:
a) predisporre uno stampo avente una cavit? interna che comprende una prima porzione di forma corrispondente alla fascia di frenatura del disco freno da realizzare e una seconda porzione di forma corrispondente alla campana del disco freno da realizzare, in cui la prima e la seconda porzione di detta cavit? interna sono comunicanti tra loro;
b) predisporre una preforma di fascia comprendente uno strato centrale realizzato in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC), uno strato esterno superiore e uno strato esterno inferiore (202); lo strato esterno superiore e lo strato esterno inferiore sono realizzati in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC) e infiltrati con silicio (SiC+Si); lo strato esterno superiore e lo strato esterno inferiore sono disposti in maniera contrapposta e su lati opposti dello strato centrale;
c) disporre la preforma di fascia all?interno dello stampo in corrispondenza della prima porzione di detta cavit? interna;
d) immettere una lega di alluminio liquida o semisolida all?interno di tutta la cavit? interna dello stampo in modo da infiltrare con detta lega di alluminio solo lo strato centrale di detta preforma di fascia in materiale ceramico poroso, ottenendo in corrispondenza della prima porzione un composito a matrice metallica di alluminio rinforzato da detto strato centrale che definisce parzialmente la fascia di frenatura del disco freno da realizzare, e in modo da riempire con detta lega di alluminio la seconda porzione ottenendo una fusione in lega di alluminio che ? collegata con la fascia di frenatura in composito a matrice metallica e definisce la campana del disco freno da realizzare.
Un disco freno per freno a disco in accordo alla presente invenzione comprende una fascia di frenatura e una campana collegata a detta fascia di frenatura.
Preferibilmente, in maniera vantaggiosa, la campana ? collegata di pezzo con la fascia di frenatura ed ? costituita da una cofusione in lega di alluminio con la matrice metallica del composito che costituisce la fascia di frenatura.
In accordo con la presente invenzione, la fascia di frenatura ? composta da una porzione centrale realizzata in un composito a matrice metallica di alluminio rinforzata da materiale ceramico comprendente carburo di silicio (SiC). Tale composito ? ottenuto infiltrando con una lega di alluminio uno strato centrale in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC) di una preforma grezza. La fascia di frenatura ? composta anche da una porzione superiore che ? unita alla porzione centrale. Tale porzione superiore ? realizzata in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC) e infiltrata con silicio (a formare SiC+Si) e ricopre la porzione centrale da un suo lato. La fascia di frenatura ? composta anche da una porzione inferiore che ? unita alla porzione centrale da parte opposta, cio? contrapposta, rispetto alla porzione superiore.
Tale porzione inferiore ? anch?essa realizzata in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC) e infiltrata con silicio (a formare SiC+Si). La porzione inferiore ricopre la porzione centrale dall?altro lato, cio? in maniera contrapposta rispetto alla porzione superiore.
Preferibilmente, la porzione superiore e la porzione inferiore hanno uno spessore compreso tra 2 e 4 millimetri.
Preferibilmente, la matrice in lega di alluminio ha una struttura omogeneamente distribuita all?interno di detto composito.
DESCRIZIONE DEI DISEGNI
Ulteriori caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente comprensibili dalla descrizione di seguito riportata di suoi esempi preferiti e non limitativi di realizzazione, in cui: - la Figura 1 mostra una vista in prospettiva di un disco freno in accordo ad una forma di realizzazione della presente invenzione;
- la Figura 2 rappresenta in forma schematica le fasi del metodo per realizzare una fascia di frenatura per disco freno in accordo ad una forma di realizzazione della presente invenzione;
- la Figura 3 mostra una vista in prospettiva di una preforma di fascia in accordo ad una forma di realizzazione della presente invenzione;
- le figure 4, 5, 6 e 7 mostrano ciascuna una fase del metodo di realizzazione di un disco freno in accordo ad una forma di realizzazione della presente invenzione, in cui le fasi si susseguono in ordine dalla figura 4 alla figura 7; in particolare, in figura 7 ? rappresentata la sezione di un disco freno grezzo eseguita su un piano diametrale del disco freno grezzo; il disco freno grezzo ? un prodotto intermedio, immediatamente precedente al disco freno finale mostrato in figura 1, quest?ultimo ottenuto mediante rimozione delle porzioni di disco freno grezzo non necessarie mediante lavorazione successiva.
Gli elementi o parti di elementi in comune tra le forme di realizzazione descritte nel seguito saranno indicati con medesimi riferimenti numerici.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA
Con riferimento alle suddette figure, con 1 si ? globalmente indicato un disco freno secondo la presente invenzione.
In accordo ad una soluzione realizzativa generale dell?invenzione, illustrata nelle figure allegate, il disco freno 1 comprende una fascia di frenatura 2, dotata di due superfici esterne di frenatura contrapposte 2a e 2b, ciascuna delle quali definisce almeno parzialmente una delle due facce principali del disco.
Il disco freno 1 comprende inoltre una campana 3, collegata alla fascia di frenatura 2.
Secondo un primo aspetto dell?invenzione, la fascia di frenatura 2 ? composta da una porzione centrale 200? realizzata in un composito a matrice metallica a base di alluminio rinforzata da materiale ceramico comprendente carburo di silicio (SiC). Tale composito ? ottenuto infiltrando con una lega di alluminio uno strato centrale in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC) di una preforma grezza 20?.
Il suddetto composito rientra nella categoria di compositi nota nel settore come MMC (Metal Matrix Composite).
L?uso di tale composito MMC comprendente alluminio nella fascia di frenatura 2 permette di ottenere caratteristiche meccaniche e chimico-fisiche anche maggiori rispetto a quelle dell?alluminio e di aggiungere al contempo (rispetto ad una semplice fusione in alluminio o sua lega) caratteristiche funzionali adeguate per un?applicazione gravosa quale quella richiesta in un impianto frenante senza la necessit? di rivestimenti protettivi sulle superfici di frenatura.
Inoltre, la fascia di frenatura 2 ? composta anche da una porzione superiore 201? che ? unita alla porzione centrale 200? di pezzo, essendo ottenuta mediante infiltrazione di silicio di un?unica preforma grezza 20? di partenza, infiltrata per una determinata profondit? D1, la quale determina, quindi, lo spessore della porzione superiore 201?. La porzione superiore 201? ? quindi realizzata in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC) e infiltrata con silicio (SiC+Si). Inoltre, la porzione superiore 201? ricopre la porzione centrale 200? da un suo lato, cos? che da tale lato, la porzione centrale 200? non sia sottoposta a contatto con le pastiglie freno quando il disco freno ? montato sul freno a disco.
In altre parole, la porzione superiore 201? ? una regione della preforma grezza 20? di partenza, infiltrata con silicio per una determinata profondit?.
Ulteriormente, la fascia di frenatura 2 ? composta da una porzione inferiore 202? che ? unita alla porzione centrale 200? di pezzo, essendo ottenuta mediante infiltrazione di silicio dell?unica preforma grezza 20? per una determinata profondit? D2, preferibilmente uguale a D1, che determina, quindi, lo spessore della porzione inferiore 202?. La porzione inferiore 202? ? quindi anch?essa realizzata in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC) e infiltrata con silicio (SiC+Si). Inoltre, la porzione inferiore 202? ricopre la porzione centrale 200? dall?altro lato, cio? in maniera contrapposta rispetto alla porzione superiore 201?. In questo modo, ne risulta che la porzione centrale 200? ? interposta tra la porzione superiore 201? e la porzione inferiore 202?. In particolare, le superfici esterne di frenatura 2a, 2b della fascia di frenatura 2, sono rispettivamente le superfici pi? esterne della porzione inferiore, della porzione superiore 201? e della porzione inferiore 202?, che non sono unite, anche nel senso di non integrate, alla porzione centrale 200?. ? chiaro che la porzione centrale 200? ? interposta a tra la porzione superiore 201? e la porzione inferiore 202? nella direzione assiale della fascia di frenatura, cio? nella direzione dell?asse di rotazione della fascia di frenatura quando facente parte di un disco freno 1. In altre parole, la porzione centrale 200? ? interposta tra la porzione superiore 201? e la porzione inferiore 202? nella direzione di azione della forza frenante (cio? della pressione) agente sulle superfici esterne superfici esterne di frenatura 2a, 2b ad opera degli elementi di attrito (pastiglie del corpo pinza del freno).
Preferibilmente, la porzione centrale 200?, la porzione superiore 201? e la porzione inferiore 202?, sono ciascuna rispettivamente una fascia centrale, una fascia superiore ed una fascia inferiore, nel senso che ciascuna porzione si estende radialmente per intero nella fascia di frenatura 2. In altre parole, ciascuna porzione centrale 200?, porzione superiore 201? e porzione inferiore 202? ha un?impronta su un piano perpendicolare alla direzione assiale sostanzialmente uguale all?impronta dell?intera fascia di frenatura 2, ad esempio un?impronta discoide o di corona circolare.
In altre parole, la fascia di frenatura 2 ? ottenuta mediante un?infiltrazione superiore (porzione superiore 201?) e un?infiltrazione inferiore (porzione inferiore 202?) di silicio di un?unica preforma grezza 20? per una determinata profondit?. E? chiaro che la profondit? di infiltrazione ? molto inferiore rispetto allo spessore totale della preforma 20?, cio? molto inferiore rispetto all?altezza della parete laterale.
In accordo ad una forma vantaggiosa di realizzazione, la porzione superiore 201? e la porzione inferiore 202? hanno uno spessore compreso tra 2 e 4 millimetri, preferibilmente di 3 millimetri. Ci? consente di ottenere un adeguato compromesso tra rigidezza, resistenza all?usura e peso.
Rispetto ad una fascia di frenatura realizzata con solo alluminio o una sua lega, la presenza del rinforzo in materiale ceramico nella porzione centrale 200? e la presenza della porzione superiore 201? e della porzione inferiore 202 consentono di ottenere maggiore durezza, maggiore rigidezza, pi? elevato coefficiente di attrito e maggiore resistenza all?usura. Tutte queste caratteristiche rendono tale fascia di frenatura adatta all?impiego per un disco freno.
In tal modo ? possibile realizzare una fascia di frenatura con le caratteristiche vantaggiose dell?alluminio (vedi in particolare la minore densit? rispetto ad acciaio e ghisa), evitando per? al contempo la necessit? di dotare le superfici di frenatura di rivestimenti protettivi, con i relativi limiti ed inconvenienti, sia produttivi sia operativi.
Il suddetto materiale ceramico di cui ? costituito il rinforzo ? preferibilmente il carburo di silicio.
Come sar? ripreso nel seguito della descrizione, il composito MMC che forma la porzione centrale 200? ? ottenuto infiltrando una preforma in materiale ceramico poroso con una lega di alluminio. Vantaggiosamente, i materiali ceramici sopra elencati, tra cui il carburo di silicio, sono in grado di resistere alla fase di infiltrazione da parte del metallo fuso senza alterare la propria struttura chimico fisica e senza danneggiarsi macroscopicamente e microscopicamente in alcuna misura. Anche per questo motivo sono particolarmente adatti alla realizzazione del suddetto composito.
Preferibilmente, la lega di alluminio ? scelta tra il gruppo di leghe di alluminio notoriamente utilizzate per la fusione, oppure tra il gruppo di leghe di alluminio contenti almeno magnesio, manganese o silicio.
Vantaggiosamente, la matrice in lega di alluminio ha una struttura omogeneamente distribuita all?interno del composito. Come sar? ripreso nel seguito, ci? ? ottenibile infiltrando con lega di alluminio una preforma in materiale ceramico poroso avente una porosit? omogenea in tutto il suo volume. La lega di allumino ? grazie al processo di infiltrazione ? permea la porosit? del materiale ceramico creando una struttura omogenea.
Secondo un altro aspetto della presente invenzione, il disco freno 1 prevede che la campana 3 ? collegata di pezzo con la fascia di frenatura 2 ed ? costituita da una cofusione in lega di alluminio con la matrice metallica del composito che costituisce la fascia di frenatura 2.
Come sar? ripreso nel seguito della descrizione, la campana 3 ? preferibilmente ottenuta nello stesso stampo in cui si effettua l?infiltrazione con lega di alluminio della preforma in materiale ceramico, utilizzando la stessa lega di alluminio. In tal modo, nella stessa fase operativa si ottiene la formatura del materiale composito e la fusione della campana, ottenendo una completa unione dei due materiali.
La realizzazione della campana in cofusione con la fascia di frenatura consente di semplificare significativamente il processo produttivo. Si evita infatti di dover predisporre sia una linea di produzione dedicata alla produzione della campana, sia una linea di assemblaggio della campana sulla fascia.
La combinazione dei suddetti due aspetti essenziali dell?invenzione consente di disporre di dischi freno a base di alluminio che da un lato consentono di sfruttare le peculiarit? operative derivanti dall?alluminio (in primis dalla minore densit?) e dall?altro presentano caratteristiche di resistenza meccanica e all?usura paragonabili ai dischi in acciaio o in ghisa grigia, e sono al contempo realizzabili con processi produttivi il pi? possibile semplici ed economici.
Per semplicit? di trattazione, la fascia di frenatura 2 ed il disco freno 1 verranno ora descritti contestualmente ai rispettivi metodi di realizzazione secondo la presente invenzione. Il disco freno 1 ? realizzato preferibilmente, ma non necessariamente, con il metodo secondo l?invenzione che verr? ora descritto. In accordo ad una forma generale di implementazione del metodo secondo l?invenzione, il metodo per la realizzare il disco freno 1 comprende una prima fase operativa a) di predisporre uno stampo 10 avente una cavit? interna 11 che comprende una prima porzione 11a di forma corrispondente alla fascia di frenatura 2 del disco freno 1 da realizzare e una seconda porzione 11b di forma corrispondente alla campana 3 del disco freno 1 da realizzare.
La prima porzione 11a e la seconda porzione 11b di tale cavit? interna 11 sono comunicanti tra loro, come illustrato nelle Figure 5 e 6, che illustrano schematicamente un esempio di stampo utilizzabile nell?ambito del metodo secondo l?invenzione.
Vantaggiosamente, come illustrato nella Figura 4 e 5, lo stampo comprende una o pi? aperture di ingresso 13 per l?iniezione della lega di alluminio direttamente nella seconda porzione della cavit? interna 11 dello stampo 10. Tale apertura di ingresso 13 si sviluppa coassialmente allo sviluppo circonferenziale della seconda porzione 11b di forma corrispondente alla campana 3 del disco freno 1 da realizzare. Operativamente, l?iniezione della lega di alluminio pu? dunque essere fatta dall?apertura di ingresso 13, dalla quale si propaga successivamente nella prima porzione 11a.
Il metodo comprende una seconda fase operativa b) di predisporre una preforma di fascia 20 comprendente uno strato centrale 200 realizzato in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC), uno strato esterno superiore 201 e uno strato esterno inferiore 202. Lo strato esterno superiore 201 e lo strato esterno inferiore 202 sono realizzati in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC) e infiltrati con silicio (SiC+Si). Inoltre, lo strato esterno superiore 201 e lo strato esterno inferiore 202 sono disposti in maniera contrapposta e su lati opposti dello strato centrale 200In altre parole, la preforma di fascia 20 ? una preforma multistrato, in cui, nell?ordine sono disposti uno sull?altro, lo strato esterno inferiore 201, lo strato centrale 200 e lo strato esterno superiore 201.
Come sar? meglio chiarito successivamente, lo strato esterno inferiore 201, lo strato centrale 200 e lo strato esterno superiore 201 sono preferibilmente ottenuti da un?unica preforma grezza 20? infiltrata superiormente e inferiormente.
Vantaggiosamente, l?infiltrazione di silicio nello strato esterno superiore 201 ed inferiore 202, occupa gli spazi del materiale ceramico poroso, impedendo, quindi, che nella successiva fase di infiltrazione di lega di alluminio, l?alluminio possa migrare e infiltrarsi anche in tali strati superiore 201 e inferiore 202. In questo modo, l?alluminio rimane confinato nello strato centrale 200.
Preferibilmente, la preforma di fascia 20 ha una forma sostanzialmente uguale alla forma della fascia di frenatura 2 del disco freno 1 da realizzare. Ad esempio, ? preferibilmente un disco, preferibilmente un disco con un?apertura centrale circolare passante.
Il metodo comprende inoltre le seguenti ulteriori fasi operative:
- c) disporre la suddetta preforma di fascia 20 all?interno dello stampo in corrispondenza della prima porzione 11a di detta cavit? interna 11; e
- d) immettere una lega di alluminio liquida o semisolida all?interno di tutta la cavit? interna 11 dello stampo 10.
L?immissione della lega di alluminio ? condotta in modo da infiltrare con la suddetta lega di alluminio solo lo strato centrale 200 di tale preforma di fascia 20, ottenendo in corrispondenza della prima porzione 11a un composito a matrice metallica di alluminio rinforzato da tale strato centrale 200 che definisce parzialmente la fascia di frenatura 2 del disco freno da realizzare. Ci? avviene in modo da riempire con la suddetta lega di alluminio la seconda porzione 11b ottenendo una fusione in lega di alluminio che ? collegata di pezzo con la fascia di frenatura 2 in composito a matrice metallica e definisce la campana 3 del disco freno 1 da realizzare. In accordo ad una forma generale di implementazione, il metodo per la realizzazione di una fascia di frenatura 2 per un disco freno 1 comprende una sequenza di fasi simili alle fasi del metodo per la realizzazione del disco freno, ad eccezione del fatto che lo stampo 10 ? sagomato per la realizzazione della sola fascia di frenatura 2 e non per la realizzazione anche della campana 3. Conseguentemente, rispetto alle fasi del metodo per la realizzazione del disco freno, nella fase a) lo stampo non comprende una seconda porzione 11b di forma corrispondente alla campana 3 del disco freno 1 da realizzare. Inoltre, rispetto al metodo di realizzazione del disco freno 1, nella fase d), l?infiltrazione della lega di alluminio ? condotta soltanto in modo da infiltrare con la suddetta lega di alluminio lo strato centrale 200 di tale preforma di fascia 20, ottenendo in corrispondenza della prima porzione 11a un composito a matrice metallica a base di alluminio rinforzato dalla preforma centrale 200 che definisce parzialmente la fascia di frenatura 2 da realizzare. ? evidente che, per la realizzazione della sola fascia di frenatura, non ? necessario prevedere che la lega di alluminio riempia la seconda porzione 11b, dato che non ? richiesta la realizzazione contemporanea per confusione della campana 2 del disco freno. Sebbene lo stampo per il metodo di realizzazione della fascia di frenatura non sia rappresentato nelle figure allegate, ? chiaramente e inequivocabilmente derivabile per un tecnico del settore, come modificare il suddetto stampo 10 affinch? sia privo della seconda porzione 11b destinata alla realizzazione della campana.
Pertanto, in una forma di realizzazione generale di implementazione, il metodo per la realizzazione della fascia di frenatura in accordo alla presente invenzione comprende una prima fase operativa a) di predisporre uno stampo 10 avente una cavit? interna 11 che comprende una prima porzione 11a di forma corrispondente alla fascia di frenatura 2 del disco freno 1 da realizzare.
Anche in questa caso, lo stampo comprende una o pi? aperture di ingresso 13 per l?iniezione della lega di alluminio direttamente nella seconda porzione della cavit? interna 11 dello stampo 10.
Il metodo comprende una seconda fase operativa b) di predisporre una preforma di fascia 20 comprendente uno strato centrale 200 realizzato in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC), uno strato esterno superiore 201 e uno strato esterno inferiore 202. Lo strato esterno superiore 201 e lo strato esterno inferiore 202 sono realizzati in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC) e infiltrati con silicio (SiC+Si). Tale strato esterno superiore 201 e tale strato esterno inferiore 202 sono disposti in maniera contrapposta e su lati opposti dello strato centrale 200
Il metodo comprende inoltre le seguenti ulteriori fasi operative:
c) disporre la suddetta preforma di fascia 20 all?interno dello stampo in corrispondenza della prima porzione 11a di detta cavit? interna 11; e
d) immettere una lega di alluminio liquida o semisolida all?interno di tutta la cavit? interna 11 dello stampo 10.
L?immissione della lega di alluminio ? condotta in modo da infiltrare con la suddetta lega di alluminio lo strato centrale 200 di tale preforma di fascia 20, ottenendo in corrispondenza della prima porzione 11a un composito a matrice metallica di alluminio rinforzato dalla preforma centrale 200 che definisce parzialmente la fascia di frenatura 2 da realizzare.
Vantaggiosamente, sia per la realizzazione del disco freno 1, sia per la realizzazione della fascia di frenatura 2, la fase b) di immettere la lega di alluminio all?interno dello stampo pu? essere condotta seguendo qualsiasi tecnica adatta allo scopo.
In particolare, la fase b) pu? essere condotta secondo una tecnica di infiltrazione allo stato liquido, secondo una tecnica di squeeze casting, secondo una tecnica di infiltrazione in gravit?, oppure secondo una tecnica di infiltrazione allo stato semisolido, oppure per pressofusione con alluminio liquido.
Nel caso di infiltrazione in gravit?, l?infiltrazione avviene preferibilmente in atmosfera inerte, ad esempio in atmosfera di Azoto.
Le suddette tecniche di infiltrazione sono ben note ad un tecnico del settore e non verranno dunque qui descritte.
Preferibilmente, la fase b) di immettere la lega di alluminio all?interno dello stampo viene condotta secondo una tecnica di infiltrazione allo stato semisolido. Si ? infatti verificato che tale tecnica ? pi? adatta per infiltrare preforme ceramiche in modo che al termine del processo il risultante disco in materiale MMC presenti caratteristiche omogenee in tutta la propria struttura, cio? la completa infiltrazione della preforma. Al contempo tale tecnica risulta particolarmente adatta a formare la campana all?interno dello stesso processo.
Pi? in dettaglio, l?infiltrazione allo stadio semisolido avviene ad una temperatura compresa tra la linea di liquidus e la linea di solidus della lega di alluminio usata, con la lega cio? allo stato semisolido. A causa della bassa viscosit? della massa semisolida, il processo di iniezione nello stampo e di infiltrazione avviene agevolmente e con bassa turbolenza.
Ci? che risulta in particolar modo vantaggioso ? che la presenza della fascia esterna superiore e della fascia esterna inferiore, infiltrate con silicio, impedisce all?alluminio di infiltrarsi in tali fasce esterna superiore ed inferiore. Ne risulta, quindi, una coppia di superfici di frenatura 2a, 2b contrapposte particolarmente adatte all?utilizzo per un disco freno, in quanto prive di alluminio e con coefficienti di attrito migliorati rispetto alla tecnica nota per i dischi in alluminio.
In accordo ad una forma vantaggiosa di realizzazione, sia il metodo per la realizzazione della fascia di frenatura che il metodo per la realizzazione del disco freno comprendono una sequenza di fasi operative, da eseguirsi prima della fase b), ad esempio illustrate schematicamente in figura 2. In particolare, la suddetta sequenza di fasi operative prevede una prima fase operativa a1) di predisporre una preforma grezza 20?, realizzata in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC). Tale preforma grezza 20? ? costituita da una faccia superiore 20a e una contrapposta faccia inferiore 20b, unite tra loro da una parete laterale 20c che si sviluppa in maniera incidente, preferibilmente in maniera perpendicolare, alle facce superiore 20a e inferiore 20b. Preferibilmente, la preforma grezza 20? ? gi? provvista di un foro centrale passante 5 e, quindi di una parete laterale interna 20d, contrapposta alla parete laterale 20c.
Preferibilmente, la preforma grezza 20? ha una forma sostanzialmente uguale alla fascia di frenatura 2 del disco freno 1 da realizzare.
Ulteriormente, la suddetta sequenza di fasi operative prevede una successiva fase operativa a2) di depositare uno strato mascherante 21 almeno parzialmente sulla parete laterale 20c, adatto ad impedire l?infiltrazione di silicio (Si) nella successiva fase di infiltrazione a3) attraverso di esso.
L?infiltrazione con silicio di detta parete 20c, impedisce nella fase di infiltrazione della lega di alluminio, l?ingresso della lega di alluminio nella preforma.
Preferibilmente, in questa fase a2) la fase di depositare lo strato mascherante 21 comprende la deposizione di uno strato di nitruro di boro (BN).
In accordo ad una variante vantaggiosa di realizzazione, la deposizione dello strato mascherante 21 ? applicata sull?intera parete laterale 20c e non ? applicata sulle facce superiore 20a e inferiore 20b della preforma grezza 20?.
In accordo ad un?ulteriore variante, la deposizione dello strato mascherante 21 ? applicata sull?intera parete laterale interna 20d e non ? applicata sulle facce superiore 20a e inferiore 20b della preforma grezza 20?. In accordo ad un?ulteriore variante, la deposizione dello strato mascherante 21 ? applicata sull?intera parete laterale interna 20d e sulla parete laterale 20c. Grazie allo strato mascherante 21, ? vantaggiosamente assicurato che il silicio non si infiltri attraverso la parete laterale 20c e/o la parete laterale 20d.Ci? consente all?alluminio, una volta rimosso lo strato mascherante 21, di infiltrarsi nello strato centrale 200 passando attraverso la parete laterale 20c e/o la parete laterale 20d, a seconda di come ? realizzato lo stampo 10.
La suddetta sequenza di fasi operative prevede un?ulteriore fase operativa a3) di infiltrare la preforma grezza 20? con silicio (Si) attraverso la faccia superiore 20a e la faccia inferiore 20b per una determinata profondit?, cos? da ottenere la preforma di fascia 20 costituita dallo strato centrale 200 non infiltrato da silicio, dallo strato esterno superiore 201 infiltrato con silicio (SiC Si) e dallo strato esterno inferiore 202 infiltrato con silicio (SiC Si). Lo strato esterno superiore 201 e lo strato esterno inferiore 202 sono disposti in maniera contrapposta e su lati opposti dello strato centrale 200.
Preferibilmente, in questa fase a3) la preforma grezza 20? ? posizionata in un crogiolo, viene addizionata una quantit? predefinita di silicio (Si) in polvere nel crogiolo e viene riscaldata la preforma grezza 20? ad una temperatura superiore a 1420?C per almeno 5 minuti, ad una pressione atmosferica e in atmosfera inerte, preferibilmente in atmosfera di Argon.
Il processo pu? essere realizzato utilizzando forni industriali opportunamente dimensionati. Ulteriormente, di preferenza, a seguito del processo di infiltrazione, le preforme esterne superiore e inferiore sono spianate (rettificate) prima di essere sottoposte alle successive fasi di seguito descritte.
In accordo ad una forma di realizzazione del metodo, la preforma grezza 20? viene riscaldata ad una temperatura compresa tra 1500?C e 1650?C per un intervallo di tempo compreso tra 15 e 90 minuti.
Pi? vantaggiosamente, la preforma grezza 20? viene riscaldata ad una temperatura compresa tra 1550?C e 1600?C per un intervallo di tempo compreso tra 30 e 60 minuti, consentendo di ottenere un?adeguata ed omogenea infiltrazione di silicio per uno spessore adeguato alla realizzazione del disco freno e, in maniera sorprendente, con un fronte di propagazione pi? omogeneo.
Preferibilmente, la preforma grezza 20? ha uno spessore, cio? una distanza tra la faccia superiore 20a e la faccia inferiore 20b, compresa tra 4 e 40 millimetri, estremi inclusi, ancor pi? preferibilmente tra 10 e 20 millimetri, e la quantit? predefinita di silicio dipende dal diametro della preforma.
Ad esempio, ? possibile calcolare il volume dello strato da infiltrare con silicio come: Vtot= ?(R<2>-r<2>)h, dove i raggi R e r sono rispettivamente il raggio esterno R ed il raggio interno r della corona circolare descritta dalla preforma grezza 20? e h ? la profondit? di infiltrazione del silicio desiderata. Definita la densit? apparente come
Da = massa manufatto poroso / volume totale manufatto poroso (incluso i vuoti),
e definita la porosit? come
P= 1-Dsolido/Da,
dove la densit? solido Dsolido ? la densit? del manufatto non poroso,
si pu? calcolare la quantit? predefinita di silicio (Msi) come:
Msi = Volume silicio x Densit? silicio,
dove Volume silicio = Vtot? P.
In questo modo, data una preforma con una determinata porosit? e un determinato volume dello strato da infiltrare di silicio, ? possibile definire a priori la massa di silicio da impiegare.
In accordo ad una forma di implementazione preferita del metodo per la realizzazione della fascia di frenatura 2 o del metodo per la realizzazione del disco freno 1, la preforma grezza 20? in materiale ceramico poroso ? ottenuta sottoponendo una massa di granuli di materiale ceramico, superficialmente rivestiti di una composizione polimerica legante, alle seguenti fasi operative in sequenza: stampaggio, debonding (o dewaxing) e sinterizzazione.
Vantaggiosamente, i suddetti granuli di materiale ceramico sono granuli di polveri note come ?ready-topress?. Questo tipo di polveri, disponibile in commercio, insieme alla tecnica di pressatura permette di ottenere a seguito di stampaggio manufatti ?net shape moulded?, senza la necessit? di altri componenti o additivi oltre alle polveri stesse.
Preferibilmente, il suddetto materiale ceramico di cui sono formati i granuli ? il carburo di silicio.
Preferibilmente, la composizione polimerica legante che riveste i granuli di materiale ceramico ? scelta nel gruppo costituito da polimeri termoplastici e termoindurenti.
Preferibilmente, lo stampaggio della massa di granuli di materiale ceramico avviene per via uniassiale o isostatica, o qualunque altra tecnica che consenta di ottenere una preforma di tale dimensione e forma.
Al termine dello stampaggio si ottiene un aggregato dei suddetti granuli di materiale ceramico collegati tra loro da microstrutture ceramiche di collegamento agevolate dai rispettivi rivestimenti di composizione polimerica legante. Tale aggregato contiene residui organici derivanti dai rivestimenti dei granuli. Tali residui organici vengono rimossi nella fase di debonding (o dewaxing).
Vantaggiosamente, il debonding ? condotto in condizione di flusso d?aria ad una temperatura inferiore a 700?C fino alla completa eliminazione della fase organica presente nella massa di granuli di materiale ceramico dopo lo stampaggio.
In accordo ad una variante, il debonding ? condotto in condizioni di atmosfera inerte.
Al termine della fase di debonding si ottiene quindi un green body costituito sostanzialmente solo da materiale ceramico. Tale green body viene quindi sottoposto alla fase di sinterizzazione che trasforma il green body in una struttura continua ottenuta dalla formazione di ponti di collegamento tra le singole particelle ceramiche. Ne risulta un corpo che presenta propriet? omogenee in tutta la struttura.
Preferibilmente, la sinterizzazione ? condotta in due cicli distinti di sinterizzazione. Un primo ciclo di sinterizzazione ? condotto ad una temperatura non inferiore a 1600?C, preferibilmente circa 1800?C e un secondo ciclo di sinterizzazione ? condotto ad una temperatura non inferiore a 2000?C, preferibilmente nell?intervallo 2100?C-2200?C, entrambi in atmosfera inerte.
Vantaggiosamente, la preforma grezza 20? in materiale ceramico poroso cos? ottenuta presenta una distribuzione della densit? e della porosit? omogenee in tutto il suo volume. Tali caratteristiche rendono la preforma adatta per realizzare una matrice in lega di alluminio omogeneamente distribuita a seguito della sua infiltrazione con detta lega.
In accordo ad una forma di realizzazione specifica, il metodo di realizzazione della fascia di frenatura prevede che la preforma grezza 20? abbia una densit? del 40%. In questa forma di realizzazione una preforma grezza di altezza 13 millimetri ? posizionata all?interno di un crogiuolo di grafite con polvere di silicio sulle superfici esterne superiori ed inferiori, di peso compreso tra 10 e 20 grammi e con uno strato mascherante 21 di nitruro di boro sulla parete laterale 2c. La preforma ? sottoposta ad un ciclo termico in un forno per la fusione e infiltrazione di silicio in argon fluente a pressione atmosferica con temperatura compresa tra 1430?C e 1550?C per un tempo compreso tra 1 ora e tre ore. Vantaggiosamente, nel caso di una temperatura di 1550?C per un tempo di 60 minuti, con una quantit? di silicio di 14 grammi, si ottiene uno spessore medio dello strato esterno superiore e inferiore compreso tra 2 e 3 millimetri (minimo 2 mm, preferibilmente massimo 2,6 millimetri).
? chiaro che una volta ottenuta la preforma di fascia 20, come sopra descritto, lo strato centrale 200 corrisponde alla porzione centrale 200? della fascia di frenatura 20 e lo strato esterno superiore 201 e inferiore 202 corrispondono rispettivamente alla fascia esterna superiore 201? e alla fascia esterna inferiore 202? della fascia di frenatura 20.
Vantaggiosamente, nella fase d) del metodo in accordo alla presente invenzione, come visibile ad esempio nelle figure da 5 a 6, lo stampo si chiude sullo strato esterno superiore 201 e sullo strato esterno inferiore 202 in modo tale che durante l?immissione di alluminio nello stampo ? impedita l?infiltrazione dell?alluminio sopra lo strato esterno superiore 201 ed inferiore 202, cos? che le superfici esterne frenanti 2a, 2b del disco risultino prive di alluminio. In altre parole, ? impedito che la lega di alluminio scorra e si insinui al di sopra dello strato esterno superiore 201 ed al di sotto dello stato esterno inferiore 202, cio? sul lato di ciascuno strato esterno 201, 202 non unito allo strato centrale 200.
Come si pu? apprezzare da quanto descritto, la fascia di frenatura, il disco freno ed i metodi per realizzare tale disco freno e tale fascia di frenatura secondo l?invenzione consentono di superare gli inconvenienti presentati nella tecnica nota.
In maniera particolarmente innovativa, infatti, la fascia di frenatura ed il disco freno della presente invenzione, interponendo due fasce di frenatura esterne in materiale ceramico tra le pastiglie freno e la porzione centrale in materiale composito a matrice metallica in lega di alluminio MMC (Metal Matrix Composite), consente di ridurre ?se non eliminare- le problematiche relative al degrado locale dovuto al surriscaldamento dell?alluminio, riscontrate nell?arte nota. Inoltre, le fasce di frenatura esterne consentono in contemporanea di sviluppare una forza frenante maggiore, grazie all?accoppiamento delle pastiglie su un materiale con coefficiente d?attrito pi? performante. Allo stesso tempo, sono garantite efficienza, semplicit?, basso costo di realizzazione e ridotti problemi di corrosione. La ridotta corrosione risulta particolarmente vantaggiosa nei veicoli elettrici, dove il subentro della frenata rigenerativa comporta un utilizzo discontinuo del freno disco, che pu? comportare fenomeni corrosivi.
Un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche, potr? apportare numerose modifiche e varianti all?invenzione sopra descritta, tutte peraltro contenute nell?ambito dell?invenzione quale definito dalle seguenti rivendicazioni.
Claims (18)
1. Metodo per realizzare una fascia di frenatura (2) per un disco freno (1) per freno a disco, detto metodo comprendendo le seguenti fasi:
a) predisporre uno stampo (10) avente una cavit? interna (11) che comprende una prima porzione (11a) di forma corrispondente alla fascia di frenatura (2) da realizzare;
b) predisporre una preforma di fascia (20) comprendente uno strato centrale (200) realizzato in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC), uno strato esterno superiore (201) e uno strato esterno inferiore (202), detto strato esterno superiore (201) e detto strato esterno inferiore (202) essendo realizzati in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC) e infiltrati con silicio (SiC+Si), detto strato esterno superiore (201) e detto strato esterno inferiore (202) essendo disposti in maniera contrapposta e su lati opposti dello strato centrale (200);
c) disporre detta preforma di fascia (20) all?interno dello stampo in corrispondenza della prima porzione (11a) di detta cavit? interna (11); e
d) immettere una lega di alluminio liquida o semisolida all?interno di tutta la cavit? interna (11) dello stampo (11) in modo da infiltrare con detta lega di alluminio solo lo strato centrale (200) di detta preforma di fascia (20) in materiale ceramico poroso, ottenendo in corrispondenza della prima porzione (11a) un composito a matrice metallica di alluminio rinforzato da detto strato centrale (200) che definisce parzialmente la fascia di frenatura (2) da realizzare.
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui, prima della fase b), per la realizzazione della preforma di fascia (20) il metodo comprende le fasi di:
a1) predisporre una preforma grezza (20?), realizzata in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC), detta preforma grezza (20?) avente una faccia superiore (20a) e una contrapposta faccia inferiore (20b), unite tra loro da una parete laterale (20c) che si sviluppa in maniera incidente alle facce superiore (20a) e inferiore (20b);
a2) depositare uno strato mascherante (21) almeno parzialmente sulla parete laterale (20c), adatto ad impedire l?infiltrazione di silicio (Si) nella successiva fase di infiltrazione a3) attraverso di esso; a3) infiltrare la preforma grezza (20?) con silicio (Si) attraverso la faccia superiore (20a) e la faccia inferiore (20b) per una determinata profondit?, cos? da ottenere la preforma di fascia (20) costituita da uno strato centrale (200) non infiltrato da Si, uno strato esterno superiore (201) infiltrato con silicio (SiC Si) e uno strato esterno inferiore (202) infiltrato con silicio (SiC Si), detto strato esterno superiore (201) e detto strato esterno inferiore (202) essendo disposti in maniera contrapposta e su lati opposti dello strato centrale (200).
3. Metodo secondo la rivendicazione 2, in cui nella fase a2), la fase di depositare lo strato mascherante (21) comprende la deposizione di uno strato di nitruro di boro (BN).
4. Metodo secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui nella fase a2), la deposizione dello strato mascherante (21) ? applicata sull?intera parete laterale (20c) e non ? applicata sulle facce superiore (20a) e inferiore (20b) della preforma grezza (20?).
5. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 4, in cui nella fase a3), la preforma grezza (20?) ? posizionata in un crogiolo, viene addizionata una quantit? predefinita di silicio (Si) in polvere nel crogiolo e viene riscaldata la preforma grezza (20?) ad una temperatura superiore a 1414?C per almeno 5 minuti, ad una pressione atmosferica e in atmosfere inerte, preferibilmente in atmosfera di Argon.
6. Metodo secondo la rivendicazione 5, in cui la preforma grezza (20?) viene riscaldata ad una temperatura compresa tra 1500?C e 1650?C per un intervallo di tempo compreso tra 15 e 90 minuti.
7. Metodo secondo la rivendicazione 6, in cui la preforma grezza (20?) viene riscaldata ad una temperatura compresa tra 1550?C e 1600?C per un intervallo di tempo compreso tra 30 e 60 minuti.
8. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 5 a 7, in cui la preforma grezza (20?) ha uno spessore, cio? una distanza tra la faccia superiore (20a) e la faccia inferiore (20b), compresa tra 4 e 40 millimetri, estremi inclusi, e la quantit? predefinita di silicio ? funzione del diametro della preforma.
9. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la fase d) di immettere la lega di alluminio all?interno dello stampo ? condotta secondo una tecnica di infiltrazione allo stato semisolido oppure liquido oppure secondo una tecnica di infiltrazione in gravit?, oppure per pressofusione con alluminio liquido oppure secondo una tecnica di squeeze casting.
10. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la preforma grezza (20?) ? ottenuta sottoponendo in sequenza a stampaggio, dewaxing e sinterizzazione una massa di granuli di materiale ceramico superficialmente rivestiti di una composizione polimerica legante.
11. Metodo secondo la rivendicazione 10, in cui detta sinterizzazione ? condotta in due cicli distinti di sinterizzazione, in cui un primo ciclo di sinterizzazione ? condotto ad una temperatura non inferiore a 1600?C, preferibilmente circa 1800?C e un secondo ciclo di sinterizzazione ? condotto ad una temperatura non inferiore a 2000?C, preferibilmente nell?intervallo 2100?C-2200?C, entrambi in atmosfera inerte.
12. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui nella fase d), lo stampo (10) si chiude sullo strato esterno superiore (201) e sullo strato esterno inferiore (202) della preforma di fascia (20) in modo tale che durante l?immissione di alluminio nello stampo ? impedita l?infiltrazione dell?alluminio sopra lo strato esterno superiore (201) e sotto lo strato esterno inferiore (202), cos? che le superfici esterne frenanti (2a,2b) della fascia di frenatura (2) risultino prive di alluminio.
13. Metodo per realizzare un disco freno, detto disco freno comprendendo una fascia di frenatura (2) ed una campana (3), detto metodo comprendendo le seguenti fasi: a) predisporre uno stampo (10) avente una cavit? interna (11) che comprende una prima porzione (11a) di forma corrispondente alla fascia di frenatura (2) del disco freno (1) da realizzare e una seconda porzione (11b) di forma corrispondente alla campana (3) del disco freno (1) da realizzare, in cui la prima (11a) e la seconda porzione (11b) di detta cavit? interna (11) sono comunicanti tra loro;
b) predisporre una preforma di fascia (20) comprendente uno strato centrale (200) realizzato in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC), uno strato esterno superiore (201) e uno strato esterno inferiore (202), detto strato esterno superiore (201) e detto strato esterno inferiore (202) essendo realizzati in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC) e infiltrati con silicio (SiC+Si), detto strato esterno superiore (201) e detto strato esterno inferiore (202) essendo disposti in maniera contrapposta e su lati opposti dello strato centrale (200);
c) disporre detta preforma di fascia (20) all?interno dello stampo in corrispondenza della prima porzione (11a) di detta cavit? interna (11); e
d) immettere una lega di alluminio liquida o semisolida all?interno di tutta la cavit? interna (11) dello stampo (10) in modo da infiltrare con detta lega di alluminio solo lo strato centrale (200) di detta preforma di fascia (20) in materiale ceramico poroso, ottenendo in corrispondenza della prima porzione (11a) un composito a matrice metallica di alluminio rinforzato da detto strato centrale (200) che definisce parzialmente la fascia di frenatura (2) del disco freno da realizzare, e in modo da riempire con detta lega di alluminio la seconda porzione (11b) ottenendo una fusione in lega di alluminio che ? collegata di pezzo con la fascia di frenatura (2) in composito a matrice metallica e definisce la campana (3) del disco freno (1) da realizzare.
14. Fascia di frenatura (2) per un disco freno per un freno a disco, detta fascia di frenatura (2) essendo composta da
una porzione centrale (200?) realizzata in un composito a matrice metallica di alluminio rinforzata da materiale ceramico comprendente carburo di silicio (SiC), detto composito essendo ottenuto infiltrando con una lega di alluminio uno strato centrale (200) in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC) di una preforma grezza (20?),
una porzione superiore (201?) che ? unita alla porzione centrale (200?), detta porzione superiore (201?) essendo realizzata in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC) e infiltrata con silicio (SiC+Si) e ricoprendo la porzione centrale (200?) da un suo lato,
una porzione inferiore (202?) che ? unita alla porzione centrale (200?) da parte opposta, cio? contrapposta, rispetto alla porzione superiore (201?), detta porzione inferiore (202?) essendo realizzata in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC) e infiltrata con silicio (SiC+Si) e ricoprendo la porzione centrale (200?) dall?altro lato, cio? in maniera contrapposta rispetto alla porzione superiore (201?).
15. Fascia di frenatura (2) secondo la rivendicazione 14, in cui la porzione superiore e la porzione inferiore (202?) hanno preferibilmente uno spessore compreso tra 0,5 e 4 millimetri.
16. Disco freno per freno a disco, comprendente una fascia di frenatura (2) in accordo alla rivendicazione 14 o 15 e una campana (3) collegata a detta fascia di frenatura (2).
17. Disco freno per freno a disco secondo la rivendicazione 16, in cui la campana (3) ? collegata di pezzo con la fascia di frenatura (2) ed ? costituita da una cofusione in lega di alluminio con la matrice metallica del composito che costituisce la fascia di frenatura (2).
18. Disco freno (1) secondo la rivendicazione 16 o 17, in cui la matrice in lega di alluminio ha una struttura omogeneamente distribuita all?interno di detto composito.
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