IT202100004454A1

IT202100004454A1 - 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

Info

Publication number: IT202100004454A1
Application number: IT102021000004454A
Authority: IT
Inventors: Andrea Milanesi; Giuseppe Magnani; Federica Burgio
Original assignee: Brembo Spa; Enea Agenzia Naz Per Le Nuove Tecnologie Lenergia E Lo Sviluppo Economico Sostenibile
Priority date: 2021-02-25
Filing date: 2021-02-25
Publication date: 2022-08-25
Also published as: WO2022180510A1; CN117295701A; EP4298074A1; JP2024508415A

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 esigenze 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 una preforma centrale, una preforma esterna superiore e una preforma esterna inferiore; la preforma centrale ? realizzata in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC); la preforma esterna superiore e la preforma esterna inferiore sono realizzate in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio e infiltrate con silicio (SiC+Si); tra la preforma esterna superiore e la preforma centrale e tra la preforma esterna inferiore e la preforma centrale ? interposto uno strato barriera carboniosa in carbonio; inoltre le preforme hanno la medesima forma della fascia di frenatura da realizzare;

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 tale lega di alluminio la preforma centrale di tale preforma di fascia in materiale ceramico poroso, ottenendo in corrispondenza della prima porzione un composito a matrice metallica di alluminio rinforzato da tale preforma centrale che definisce la fascia di frenatura da realizzare, e in modo da riempire con detta lega di alluminio la seconda porzione ottenendo una fusione in lega di alluminio che ? collegata di pezzo con la fascia di frenatura in composito a matrice metallica e definisce la campana del disco freno da realizzare.

Vantaggiosamente, per la realizzazione della preforma di fascia il metodo comprende le fasi di:

a1) predisporre una preforma centrale, una preforma esterna superiore e una preforma esterna inferiore, ciascuna realizzata in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC) avente la forma della fascia di frenatura (2) del disco freno (1) da realizzare;

a2) infiltrare la preforma esterna superiore e la preforma esterna inferiore con silicio (Si);

a3) depositare sulla preforma centrale un materiale in forma particellare comprendente carbonio per ottenere almeno uno strato barriera carboniosa in carbonio.

In alternativa alla fase a3), il metodo prevede vantaggiosamente la fase a4) di depositare il materiale in forma particellare comprendente carbonio per ottenere almeno uno strato barriera carboniosa in carbonio sulla preforma esterna superiore e sulla preforma esterna inferiore.

Ulteriormente, in alternativa alla fase a3) e a4), il metodo prevede vantaggiosamente la fase A5) di depositare sulla preforma centrale e sulla preforma esterna superiore e/o sulla preforma esterna inferiore il materiale in forma particellare comprendente carbonio per ottenere almeno uno strato barriera carboniosa in carbonio (C) sulla preforma centrale e sulla preforma esterna superiore e/o sulla preforma esterna inferiore. Ulteriormente, di preferenza, il metodo prevede la fase a6) di unire tra loro la preforma centrale, la preforma esterna superiore e la preforma esterna inferiore interponendo silicio in corrispondenza di ciascun strato barriera carboniosa e riscaldare dette preforme fino alla formazione della giunzione tra esse in corrispondenza degli strati barriera carboniosa, ottenendo la preforma di fascia.

Vantaggiosamente, la formazione della giunzione tra la preforma centrale con la preforma esterna superiore e con la preforma esterna inferiore avviene grazie alla fusione del silicio interposto in corrispondenza di ciascuno strato barriera carboniosa, che reagisce con il carbonio depositato nella barriera formando Carburo di Silicio (SiC). Il carburo di silicio (SiC) cos? formato funge da giunzione tra le preforme.

In accordo ad una forma di realizzazione, nella fase a2), la preforma esterna superiore e la preforma esterna inferiore sono posizionate in un crogiolo rivestito con uno strato distaccante, ad esempio a base di Nitruro di Boro (BN), viene addizionata una quantit? predefinita di silicio (Si) in polvere nel crogiolo in funzione della dimensione delle preforme e viene riscaldata la preforma esterna superiore e la preforma esterna inferiore per ottenere la fusione del silicio addizionato.

Preferibilmente, la preforma esterna superiore e la preforma esterna inferiore ? riscaldata ad una temperatura superiore alla temperatura di fusione del Si (1414?C), ad una pressione atmosferica e in atmosfere inerte, preferibilmente in atmosfera di Argon.

In maniera vantaggiosa, nella fase a3) o a4) o a5), la fase di depositare un materiale in forma particellare comprendente carbonio per ottenere almeno uno strato barriera carboniosa in carbonio (C) ? ottenuta mediante deposizione chimica in fase vapore (Chemical Vapour Deposition).

Preferibilmente, per la deposizione chimica in fase vapore ? utilizzato metano gassoso quale precursore del carbonio, la temperatura ? compresa tra 1100?C e 1300?C e la pressione ? compresa tra 10 e 50 millibar.

Vantaggiosamente, l?apporto della miscela di gas durante la fase di deposizione chimica vapore ?:

- tra 0,4 e 3 litri standard per minuto (slm) di metano; - tra 0,2 e 5 litri standard per minuto (slm) di idrogeno;

- tra 0 e 4 litri standard per minuto (slm) di argon; e il rapporto tra metano e idrogeno ? compreso tra 0,3 e 5.

In accordo a varianti di realizzazione, nella fase a3) o a4) o a5), la fase di depositare un materiale in forma particellare comprendente carbonio per ottenere almeno uno strato barriera carboniosa in carbonio (C) ? ottenuta mediante tecnica sputtering o Physical Vapour Deposition (PVD), oppure con tecnica laser cladding.

In accordo a varianti di realizzazione, nella fase a3) o a4) o a5), la fase di depositare un materiale in forma particellare comprendente carbonio per ottenere almeno uno strato barriera carboniosa in carbonio (C) ? ottenuta mediante tecnica di incollaggio con colle a base grafite. Preferibilmente, nella fase a6) il metodo prevede di riscaldare le preforme ad una temperatura di circa 1450?C per un tempo di circa 2 ore interponendo una quantit? stechiometrica di silicio in funzione della dimensione della superficie carboniosa della preforma. 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.

Vantaggiosamente, la preforma centrale, la preforma esterna inferiore e la preforma esterna superiore sono ottenute sottoponendo in sequenza a stampaggio, eventualmente 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 sulla preforma esterna superiore e sulla preforma esterna inferiore in modo tale che durante l?immissione di alluminio nello stampo ? impedita l?infiltrazione dell?alluminio sopra la preforma esterna 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 ad una forma di realizzazione della 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 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 una preforma centrale, una preforma esterna superiore e una preforma esterna inferiore; la preforma centrale ? realizzata in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC); la preforma esterna superiore e la preforma esterna inferiore sono realizzate in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC) e infiltrate con silicio (SiC+Si); tra la preforma esterna superiore e la preforma centrale e tra la preforma esterna inferiore e la preforma centrale ? interposto uno strato barriera carboniosa in carbonio, destinato a reagire con il silicio (Si) per fungere da giunzione delle preforme esterne superiore ed inferiore con la preforma centrale; inoltre, tali preforme hanno la medesima forma della fascia di frenatura del disco freno da realizzare;

c) disporre detta 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 la preforma 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 detta preforma centrale che definisce 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 di pezzo 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 fascia 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 una preforma centrale in materiale ceramico poroso avente forma corrispondente alla fascia di frenatura. La fascia di frenatura ? composta inoltre da una fascia superiore e da una fascia inferiore. La fascia superiore ? unita alla fascia centrale lungo uno strato di giunzione superiore. Tale fascia superiore ? realizzata in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC) e infiltrata con silicio (SiC+Si) e ricopre la fascia centrale da un suo lato. La fascia inferiore ? unita alla fascia centrale lungo uno strato di giunzione inferiore disposto da parte opposta, cio? contrapposto, rispetto allo strato di giunzione superiore. La fascia inferiore ? realizzata in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC) e infiltrata con silicio (SiC+Si) e ricopre la fascia centrale dall?altro lato, cio? in maniera contrapposta rispetto alla fascia superiore.

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 alcune fasi del metodo, in particolare le fasi iniziali per realizzare una fascia di frenatura per disco freno in accordo ad una forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 2a rappresenta in forma schematica le fasi del metodo per realizzare una fascia di frenatura per disco freno in accordo ad una prima forma di realizzazione del metodo della presente invenzione;

- la figura 2b rappresenta in forma schematica le fasi del metodo per realizzare una fascia di frenatura per disco freno in accordo ad una seconda forma di realizzazione del metodo della presente invenzione;

- la figura 2c rappresenta in forma schematica le fasi del metodo per realizzare una fascia di frenatura per disco freno in accordo ad una terza forma di realizzazione del metodo della presente invenzione;

- la figura 2d rappresenta in forma schematica le fasi del metodo per realizzare una fascia di frenatura per disco freno in accordo ad una quarta forma di realizzazione del metodo della presente invenzione, in cui la fase di infiltrare il silicio nelle preforme esterne superiore e inferiore ? realizzata dopo una fase di giunzione meccanica tra le preforme superiori e inferiori con la preforma centrale;

- la figura 2e rappresenta in forma schematica le fasi del metodo per realizzare una fascia di frenatura per disco freno in accordo ad una quinta forma di realizzazione del metodo della presente invenzione, in cui la fase di infiltrare il silicio nelle preforme esterne superiore e inferiore ? realizzata dopo una fase di giunzione meccanica tra le preforme superiori e inferiori con la preforma centrale;

- la figura 2f rappresenta in forma schematica le fasi del metodo per realizzare una fascia di frenatura per disco freno in accordo ad una sesta forma di realizzazione del metodo della presente invenzione, in cui la fase di infiltrare il silicio nelle preforme esterne superiore e inferiore ? realizzata dopo una fase di giunzione meccanica tra le preforme superiori e inferiori con la preforma centrale;

- 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 fascia centrale 200? realizzata in un composito a matrice metallica a base di alluminio rinforzata da materiale ceramico comprendente carburo di silicio (SiC).

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 vedi in particolare la densit? e quindi leggerezza), e di aggiungere per? al contempo (rispetto ad una semplice fusione in alluminio o sua lega) caratteristiche funzionali ad 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 fascia superiore 201? che ? unita alla fascia centrale 200? lungo uno strato di giunzione superiore 22a. La fascia superiore 201? ? realizzata in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC) e infiltrata con silicio (SiC+Si). Inoltre, la fascia superiore 201? ricopre la fascia centrale 200? da un suo lato, cos? che da tale lato, la fascia centrale 200? non sia sottoposta a contatto con le pastiglie freno quando il disco freno ? montato sul freno a disco.

Ulteriormente, la fascia di frenatura 2 ? composta da una fascia inferiore 202? che ? unita alla fascia centrale 200? lungo uno strato di giunzione inferiore 22b disposto da parte opposta, cio? contrapposto, rispetto allo strato di giunzione superiore 201?. La fascia inferiore 202? ? anch?essa realizzata in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC) e infiltrata con silicio (SiC+Si). Inoltre, la fascia inferiore 202? ricopre la fascia centrale 200? dall?altro lato, cio? in maniera contrapposta rispetto alla fascia superiore 201?. In questo modo, ne risulta che la fascia centrale 200? ? interposta a sandwich tra la fascia superiore 201? e la fascia inferiore 202?. In particolare, le superfici esterne di frenatura 2a, 2b della fascia di frenatura 2, sono ciascuna delle superfici pi? esterne della fascia inferiore 202? e della fascia superiore 201? che non sono unite alla fascia centrale 200?.

Rispetto ad una fascia di frenatura realizzata con solo alluminio o una sua lega, la presenza del rinforzo in materiale ceramico nella fascia centrale 200? e la presenza della fascia superiore 201? e della fascia 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 ? il carburo di silicio.

Come sar? ripreso nel seguito della descrizione, il composito MMC che forma la fascia 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 nel gruppo costituito da leghe adatte ai processi fusori, preferibilmente contenenti almeno silicio, almeno manganese, almeno magnesio.

Una forma di realizzazione vantaggiosa, prevede che la lega di alluminio abbia un elevato contenuto di magnesio (Mg), pi? preferibilmente con elevato contenuto di magnesio e silicio (Si).

Preferibilmente, il contenuto di magnesio (Mg) ? inferiore al 15%, ancor pi? preferibilmente inferiore al 10% ma almeno pari a 0,2%. Ci? consente di incrementare le caratteristiche meccaniche e la lavorabilit? alle macchine utensili, oltre che a garantire una maggiore resistenza alla corrosione e una migliorate capacit? della lega di riempire le forme di stampo complesse, abbassando la tensione superficiale della lega allo stato liquido.Preferibilmente, la lega di alluminio ? la lega AlSi13Mg9Ti.

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 suddetta 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, in questa variante la campana 3 ? 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.

? chiaro che, in accordo ad una forma di realizzazione, la fascia di frenatura 2 secondo la presente invenzione ? collegabile anche con una campana 3 non co-fusa (o realizzata di pezzo), ma attraverso mezzi di collegamento campana?fascia secondo le tecniche note (assemblaggio, calettatura per interferenza, chiodatura e simili).

In altre parole, una volta realizzata la sola fascia di frenatura 2, essa ? adatta ad essere assemblata con la campana 3 secondo le modalit? note per la realizzazione di un disco freno, ottenendo quindi un disco freno, ad esempio, composto flottante o calettato per interferenza.

Pertanto, ? chiaro che nella presente trattazione, si intende anche tutelare un metodo di realizzazione del disco freno comprendente anche una fase finale del metodo in cui ? previsto il collegamento tra la fascia di frenatura 2 secondo la presente invenzione e la campana 3 non in un unico pezzo cofuso ma attraverso mezzi di collegamento campana?fascia, ad esempio mediante assemblaggio, calettatura per interferenza, chiodatura e simili.

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 una preforma centrale 200, una preforma esterna superiore 201 e una preforma esterna inferiore 202. Tale preforma centrale 200 ? realizzata in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC). Inoltre, la preforma esterna superiore 201 e la preforma esterna inferiore 202 sono realizzate in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC) e infiltrate con silicio (SiC+Si). Tra la preforma esterna superiore 201 e la preforma centrale 200 e tra la preforma esterna inferiore 202 e la preforma centrale 200 ? interposto uno strato barriera carboniosa 201a, 200a, 200b, 202a in carbonio.

Vantaggiosamente, tale strato barriera carboniosa 201a, 200a, 200b, 202a in carbonio consente sia di rendere pi? stabile e affidabile l?unione tra le preforme 200, 201, 202 sia di fungere da strato barriera ausiliario nella fase di infiltrazione di alluminio nella preforma centrale 200, cos? da limitare ulteriormente la possibilit? che l?alluminio si infiltri nella preforma esterna superiore 201 e nella preforma esterna inferiore 202. Le suddette preforme 200, 201, 202 hanno una forma sostanzialmente uguale alla forma della fascia di frenatura 2 del disco freno 1 da realizzare.

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 la preforma 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 del disco freno da realizzare, e 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 la preforma 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 del disco freno 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 cofusione 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 una preforma centrale 200, una preforma esterna superiore 201 e una preforma esterna inferiore 202. Tale preforma centrale 200 ? realizzata in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC). Inoltre, la preforma esterna superiore 201 e la preforma esterna inferiore 202 sono realizzate in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC) e infiltrate con silicio (SiC+Si). Tra la preforma esterna superiore 201 e la preforma centrale 200 e tra la preforma esterna inferiore 202 e la preforma centrale 200 ? interposto uno strato barriera carboniosa 201a, 200a, 200b, 202a in carbonio. Le suddette preforme 200, 201, 202 hanno una forma sostanzialmente uguale alla forma della fascia di frenatura 2 del disco freno 1 da realizzare.

Il metodo comprende inoltre le seguenti ulteriori fasi operative:

L?immissione della lega di alluminio ? condotta in modo da infiltrare con la suddetta lega di alluminio la preforma 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 del disco freno 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. Al contempo tale tecnica risulta 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. Non solo, l?ulteriore presenza dello strato barriera carboniosa, assicura in maniera ancor pi? vantaggiosa che non avvenga la migrazione di alluminio dalla preforma centrale alle preforme esterne superiore e inferiore durante la fase di infiltrazione di alluminio.

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 suddetta preforma di fascia 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, 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 di fascia 20 in materiale ceramico poroso cos? ottenuta presenta una distribuzione omogenea della densit? e della porosit? in tutto il suo volume. Tale 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 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, 2a, 2b, 2c. In particolare, la suddetta sequenza di fasi operative prevede una prima fase operativa a1) di predisporre una preforma centrale 200, una preforma esterna superiore 201 e una preforma esterna inferiore 202. Ciascuna di tali preforma centrale 200, preforma esterna superiore 201 e preforma esterna inferiore 202 ? realizzata in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC). Tali preforme hanno ciascuna una forma tale che, una volta unite, assumono, insieme, 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 infiltrare la preforma esterna superiore 201 e la preforma esterna inferiore 202 con silicio (Si). L?infiltrazione con silicio consente di impedire che nella fase di infiltrazione della lega di alluminio ci sia spazio per l?alluminio di infiltrarsi nella preforma. Preferibilmente, in questa fase a2) la preforma esterna superiore 201 e la preforma esterna inferiore 202 sono posizionate in un crogiolo rivestito con uno strato distaccante, ad esempio a base di Nitruro di Boro (BN), e viene addizionata una quantit? predefinita di silicio (Si) in polvere nel crogiolo. Successivamente, viene riscaldata la preforma esterna superiore 201 e la preforma esterna inferiore 202 per ottenere la fusione del silicio addizionato e, quindi, la sua infiltrazione. Vantaggiosamente, la preforma esterna superiore 201 e la preforma esterna inferiore 202 sono riscaldate ad una temperatura superiore alla temperatura di fusione del Si (1414?C), ad una pressione atmosferica e in atmosfere inerte, preferibilmente in atmosfera di Argon. Il processo pu? essere realizzato utilizzando forni industriali opportunamente dimensionati.

In accordo ad una variante, la preforma esterna superiore 201 e/o la preforma esterna inferiore 202 sono riscaldate ad una temperatura superiore alla temperatura di fusione del Si (1414?C), ad una pressione diversa dalla pressione atmosferica, ad esempio anche in vuoto controllato.

Ulteriormente, di preferenza, a seguito del processo di infiltrazione, le preforme esterne superiore e inferiore sono opzionalmente spianate (rettificate) prima di essere sottoposte alle successive fasi di seguito descritte.

La suddetta sequenza di fasi operative prevede un?ulteriore fase operativa a3) di depositare sulla preforma centrale 200 un materiale in forma particellare comprendente carbonio per ottenere almeno uno strato barriera carboniosa 200a, 200b in carbonio, come ad esempio mostrato nella figura 2a.

In alternativa alla fase a3), ? possibile prevedere una fase a4) di depositare sulla preforma esterna superiore 201 e sulla preforma esterna inferiore 202 un materiale in forma particellare comprendente carbonio per ottenere almeno uno strato barriera carboniosa 201a, 202a in carbonio (C) su ciascuna delle preforma esterna superiore 201 e preforma esterna inferiore 202, come ad esempio mostrato nella figura 2b.

Ulteriormente, in alternativa alle fasi a3) e a4), ? possibile prevedere una fase a5) di depositare sulla preforma centrale 200 e sulla preforma esterna superiore 201 e/o sulla preforma esterna inferiore 202 un materiale in forma particellare comprendente carbonio per ottenere almeno uno strato barriera carboniosa 200a e/o 200b, 201a e/o 202a in carbonio (C) sulla preforma centrale 200 e sulla preforma esterna superiore 201 e/o sulla preforma esterna inferiore 202, come ad esempio mostrato nella figura 2c.

In altre parole, preferibilmente in qualsiasi variante del metodo descritto in questo documento ? possibile creare uno strato barriera carboniosa tra la preforma esterna superiore 201 e la preforma centrale 200 e tra la preforma esterna inferiore 202 e la preforma centrale 200, sia prevedendo una deposizione esclusivamente sulle preforme esterne superiore e inferiore, sia prevedendo una deposizione esclusivamente su due facce contrapposte 2000, 2001 della preforma centrale, sia prevedendo una deposizione sia sulla preforma centrale 200 che sulle preforme esterne superiore 201 e inferiore 202.

? chiaro che, preferibilmente, lo strato barriera carboniosa (e quindi la sua deposizione) ? creato soltanto su una delle due contrapposte facce 2010, 2011; 2020, 2021 di ciascuna preforma esterna superiore e inferiore.

? altres? chiaro che, preferibilmente, la preforma centrale 200, la preforma esterna superiore 201 e la preforma esterna inferiore 202 hanno una forma a disco anulare, preferibilmente con un foro centrale 5 passante. Preferibilmente, le due facce contrapposte 2000, 2001; 2010, 2011; 2020, 2021 sono le due facce contrapposte della forma a disco aventi estensione maggiore.

Le due facce contrapposte 2000, 2001; 2010, 2011; 2020, 2021 di ciascuna preforma, quindi, comprendono una faccia superiore 2000; 2010; 2020 e una contrapposta faccia inferiore 2001; 2011; 2021, unite tra loro da una parete laterale 2002; 2012; 2022 che si sviluppa in maniera incidente, preferibilmente in maniera perpendicolare, alle facce superiore 2000; 2010; 2020 e inferiore 2001; 2011; 2021, cio? formando il mantello del disco.

Preferibilmente, nel caso in cui ciascuna preforma sia gi? provvista di un foro centrale passante 5, ? chiaro che tale preforma avr? quindi anche una parete laterale interna 2003; 2013; 2023, contrapposta alla parete laterale 2002; 2012; 2022.

La suddetta sequenza di fasi operative prevede un?ulteriore fase operativa successiva a6) di unire tra loro la preforma centrale 200, la preforma esterna superiore 201 e la preforma esterna inferiore 202 interponendo silicio (Si) in corrispondenza di ciascun strato barriera carboniosa 200a e/o 200b, 201a e/o 202a e riscaldare tali preforme 200, 201, 202 fino alla formazione della giunzione tra esse in corrispondenza degli strati barriera carboniosa 200a e/o 200b, 201a e/o 202a, ottenendo cos? la preforma di fascia 20. Preferibilmente, quindi, viene interposto silicio (Si), ad esempio silicio solido, tra ciascuno strato barriera carboniosa 200a e/o 200b, e le preforme esterna superiore 201 e la preforma esterna inferiore 202, oppure tra ciascuno strato barriera carboniosa 201a e/o 202a e la preforma centrale 200, oppure tra ciascuno strato barriera carboniosa 200a e/o 200b e il corrispondente strato barriera carboniosa 201a e/o 202a affacciato. Vantaggiosamente, detta fase a6) di creazione della giunzione tra la preforma centrale 200 e le preforme esterne superiore 201 e inferiore 202 prevede di riscaldare le preforme 200, 201, 202 ad una temperatura di circa 1450?C per un tempo di circa 2 ore interponendo una quantit? stechiometrica di silicio tra le preforme in funzione della dimensione di quest?ultime.

Ad esempio, la quantit? stechiometrica di silicio (MSi) pu? essere calcolata come segue. Una volta definito il volume totale di carbonio:

VC= ?(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 200, 201 o 202 e h ? lo spessore dello strato barriera carboniosa (assumendo che lo strato sia compatto e privo di porosit?);

? possibile calcolare la massa di carbonio C depositata come

MC = VCx Dc, dove Dc ? la densit? del carbonio.

Nota la formula Si C = SiC, sapendo che 1 mole di silicio (Si) reagisce con 1 mole di carbonio (C) per generare una mole di carburo di silicio (SiC), ed essendo noti i pesi atomici dei componenti, ? possibile calcolare quantit? stechiometrica di silicio come:

MSi = MC x peso atomico Si / peso atomico C.

Ad esempio, nel caso in cui le preforme hanno un diametro di circa 40 millimetri la quantit? di Si necessaria ? circa 3 grammi, tali parametri consentono di ottenere un?adeguata e affidabile giunzione tra le preforme.

? chiaro che, in funzione del processo adottato, una volta nota secondo le suddette formule riportate, la quantit? stechiometrica di Si (MSi) minima necessaria per reagire con il carbonio C, ? possibile opzionalmente procedere aumentando la quantit? di Silicio in modo da portarsi in condizioni pi? o meno iperstechiometriche al fine di garantire il completamento della reazione chimica.

? chiaro che una volta ottenuta la preforma di fascia 20, come sopra descritto, la preforma centrale 200 corrisponde alla fascia centrale 200? della fascia di frenatura 20 e le preforme esterna superiore 201 e inferiore 202 corrispondono rispettivamente alla fascia esterna superiore 201? e alla fascia esterna inferiore 202? della fascia di frenatura 20.

In accordo ad una forma preferita di realizzazione, nella fase a3) o a4) o a5), la fase di depositare un materiale in forma particellare comprendente carbonio per ottenere almeno uno strato barriera carboniosa 200a, 200b, 201a, 202a in carbonio (C) ? ottenuta mediante deposizione chimica in fase vapore (Chemical Vapour Deposition). Preferibilmente, per la deposizione chimica in fase vapore ? utilizzato metano gassoso quale precursore del carbonio e la temperatura ? compresa tra 1100?C e 1300?C, la pressione ? compresa tra 10 e 50 millibar.

Ancor pi? preferibilmente, l?apporto della miscela di gas durante la fase di deposizione chimica vapore ?: - tra 0,4 e 3 litri standard per minuto (slm) di metano; - tra 0,2 e 5 litri standard per minuto (slm) di idrogeno;

I suddetti parametri, consentono di ottenere uno strato barriera carboniosa, cio? un coating di carbonio, sulle preforme, minimizzando il pi? possibile il rischio di infiltrazione nelle preforme stesse.

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 sulla preforma esterna superiore 201 e sulla preforma esterna inferiore 202 in modo tale che durante l?immissione di alluminio nello stampo ? impedita l?infiltrazione dell?alluminio sopra la preforma esterna 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 della preforma esterna superiore 201 ed inferiore 202, cio? sul lato di ciascuna preforma esterna 201, 202 non unito alla preforma centrale 200.

In accordo ad una variante del metodo, apprezzabile con maggior chiarezza nelle figure 2d, 2e e 2f, non prevede l?esecuzione della fase operativa a2) di infiltrare la preforma esterna superiore 201 e la preforma esterna inferiore 202 con silicio (Si), prima dell?esecuzione della fase a6), come descritto in precedenza. In questa variante del metodo, invece, dopo la fase a1) e dopo le fasi a3) o a4) o a5), precedentemente descritte, il metodo comprende dapprima la fase operativa a11) di proteggere una o pi? regioni della preforma esterna superiore 201, della preforma esterna inferiore 202 e della preforma centrale 200 mediante uno strato distaccante 200??, 201?? e 202??, preferibilmente a base di Nitruro di Boro (BN), e quindi successivamente eseguire la fase a6), come descritta in precedenza. Lo strato distaccante 200??, 201?? e 202?? impedisce l?infiltrazione di silicio (Si) attraverso lo strato di staccante nelle regioni da proteggere. Ci? ? ad esempio ottenuto con uno strato distaccante a base di Nitruro di Boro.

Preferibilmente, in questa fase a11) la protezione di una o pi? regioni della preforma esterna superiore 201, della preforma esterna inferiore 202 e della preforma centrale 200 ? ottenuta posizionando le suddette preforme 200, 201, 202 in un crogiolo rivestito con uno strato distaccante, ad esempio a base di Nitruro di Boro (BN), laddove necessario.

Preferibilmente, lo strato distaccante 200??, 201?? e 202??? posizionato in prossimit? della parete laterale 2002; 2012; 2022 della preforma centrale 200 e/o della preforma esterna superiore 201 e/o della preforma esterna inferiore 202, cos? da impedire l?infiltrazione di silicio in direzione radiale R, attraverso il disco. In questa variante, dopo la fase a6), cio? dopo che si ? formata la giunzione tra le preforme 200, 201, 202 in corrispondenza degli strati barriera carboniosa 200a e/o 200b, 201a e/o 202a, per ottenere la preforma la preforma di fascia 20, il metodo prevede di eseguire le seguenti fasi:

a61) proteggere una o pi? regioni della preforma preforma centrale 200 mediante lo strato distaccante 200??, ad esempio a base di Nitruro di Boro (BN), utilizzato in precedenza o mediante un diverso o ulteriore strato distaccante, ad esempio a base di Nitruro di Boro (BN); a62) infiltrare la preforma esterna superiore 201 e la preforma esterna inferiore 202 con silicio (Si), in maniera analoga a quanto descritto nella fase a2). L?infiltrazione con silicio consente di impedire che nella fase di infiltrazione della lega di alluminio ci sia spazio per l?alluminio di infiltrarsi nella preforma.

? chiaro che la principale differenza di questa variante del metodo risiede nell?esecuzione della fase di infiltrazione di silicio nella preforma esterna superiore 201 e nella preforma esterna inferiore 202, dopo l?esecuzione della giunzione meccanica tra la preforma esterna inferiore con la preforma centrale e tra la preforma esterna superiore e la preforma centrale, lungo lo strato barriera carboniosa.

Pertanto, le ulteriori fasi, ad esempio le fasi a3), a4) o a5) e tutte le altre fasi e dettagli delle fasi del metodo descritte in precedenza, si intendono parimenti valide e applicabili a questa variante del metodo, come peraltro chiaramente illustrato nelle figure da 2d a 2f. In accordo ad una forma di realizzazione della suddetta variante del metodo, in particolare mostra nelle figure 2e e 2f, il metodo comprende una fase operativa di schermare almeno una porzione della preforma esterna superiore 201 e/o della preforma esterna inferiore 202 durante l?esecuzione della fase a3), a4) o a5), ad esempio posizionando carta di grafite su ciascuna porzione di preforma esterna superiore o inferiore. Ci? consente di schermare alcune porzioni delle preforme superiore e/o inferiore cos? da permetterne la successiva infiltrazione con il silicio Si.

In particolare, ad esempio, il metodo prevede di mascherare almeno parzialmente o totalmente la faccia superiore 2010; 2020 e/o la contrapposta faccia inferiore 2011; 2021, della preforma esterna superiore 201 e/o della preforma esterna inferiore 202.

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 composito ceramico tra le pastiglie freno e la fascia centrale in materiale composito a matrice metallica in lega di alluminio, consente di ridurre ?se non eliminare- le problematiche relative al degrado locale dovuto al surriscaldamento dell?alluminio, riscontrate nell?arte nota. Inoltre, 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 al disco e al freno a disco sopra descritte, tutte peraltro contenute nell?ambito dell?invenzione quale definito dalle seguenti rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI

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 una preforma centrale (200), una preforma esterna superiore (201) e una preforma esterna inferiore (202), detta preforma centrale (200) essendo realizzata in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC), dette preforma esterna superiore (201) e preforma esterna inferiore (202) essendo realizzate in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC) e infiltrate con silicio (SiC+Si), in cui tra la preforma esterna superiore (201) e la preforma centrale (200) e tra la preforma esterna inferiore (202) e la preforma centrale (200) ? interposto uno strato barriera carboniosa (201a, 200a, 200b, 202a) in carbonio, dette preforme (200, 201, 202) aventi forma della fascia di frenatura (2) da realizzare;

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 la preforma 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 detta preforma centrale (200) che definisce 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 centrale (200), una preforma esterna superiore (201) e una preforma esterna inferiore (202), dette preforma centrale (200), preforma esterna superiore (201) e preforma esterna inferiore (202) essendo ciascuna realizzata in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC);

a2) infiltrare la preforma esterna superiore (201) e la preforma esterna inferiore (202) con silicio (Si); a3) depositare sulla preforma centrale (200) un materiale in forma particellare comprendente carbonio per ottenere almeno uno strato barriera carboniosa (200a, 200b) in carbonio;

a4) in alternativa alla fase a3), depositare sulla preforma esterna superiore (201) e sulla preforma esterna inferiore (202) un materiale in forma particellare comprendente carbonio per ottenere almeno uno strato barriera carboniosa (201a, 202a) in carbonio (C) su ciascuna di dette preforma esterna superiore (201) e preforma esterna inferiore (202);

a5) in alternativa alle fasi a3) e a4), depositare sulla preforma centrale (200) e sulla preforma esterna superiore (201) e/o sulla preforma esterna inferiore (202) un materiale in forma particellare comprendente carbonio per ottenere almeno uno strato barriera carboniosa (200a e/o 200b, 201a e/o 202a) in carbonio (C) sulla preforma centrale (200) e sulla preforma esterna superiore (201) e/o sulla preforma esterna inferiore (202);

a6) unire tra loro la preforma centrale (200), la preforma esterna superiore (201) e la preforma esterna inferiore (202) interponendo silicio in corrispondenza di ciascun strato barriera carboniosa (200a e/o 200b, 201a e/o 202a) e riscaldare dette preforme (200, 201, 202) fino alla formazione della giunzione tra esse in corrispondenza degli strati barriera carboniosa (200a e/o 200b, 201a e/o 202a), ottenendo la preforma di fascia (20).

3. 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:

a3) depositare sulla preforma centrale (200) un materiale in forma particellare comprendente carbonio per ottenere almeno uno strato barriera carboniosa (200a, 200b) in carbonio;

a11) proteggere una o pi? regioni della preforma esterna superiore (201), della preforma esterna inferiore (202) e della preforma centrale (200) mediante uno strato distaccante (200??, 201??, 202??), ad esempio a base di Nitruro di Boro (BN);

a6) unire tra loro la preforma centrale (200), la preforma esterna superiore (201) e la preforma esterna inferiore (202) interponendo silicio in corrispondenza di ciascun strato barriera carboniosa (200a e/o 200b, 201a e/o 202a) e riscaldare dette preforme (200, 201, 202) fino alla formazione della giunzione tra esse in corrispondenza degli strati barriera carboniosa (200a e/o 200b, 201a e/o 202a);

a61) proteggere una o pi? regioni della preforma preforma centrale (200) mediante lo strato distaccante (200??), ad esempio a base di Nitruro di Boro (BN), utilizzato in fase a11) o mediante un diverso o ulteriore strato distaccante, ad esempio a base di Nitruro di Boro (BN); a62) infiltrare la preforma esterna superiore (201) e la preforma esterna inferiore (202) con silicio (Si).

4. Metodo secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui nella fase a2) o nella fase a62) la preforma esterna superiore (201) e la preforma esterna inferiore (202) sono posizionate in un crogiolo rivestito con uno strato distaccante, ad esempio a base di Nitruro di Boro (BN), viene addizionata una quantit? predefinita di silicio (Si) in polvere nel crogiolo e viene riscaldata la preforma esterna superiore (201) e la preforma esterna inferiore (202) per ottenere la fusione del silicio addizionato.

5. Metodo secondo la rivendicazione 4, in cui la preforma esterna superiore (201) e la preforma esterna inferiore (202) ? riscaldata ad una temperatura superiore alla temperatura di fusione del Si (1414?C), ad una pressione atmosferica e in atmosfera inerte, preferibilmente in atmosfera di Argon.

6. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 5, in cui nella fase a3) o a4) o a5), la fase di depositare un materiale in forma particellare comprendente carbonio per ottenere almeno uno strato barriera carboniosa (201a, 202a) in carbonio (C) ? ottenuta mediante deposizione chimica in fase vapore (Chemical Vapour Deposition) oppure mediante sputtering oppure mediante Physical Vapour Deposition (PVD), oppure mediante incollaggio con colla a base grafite.

7. Metodo secondo la rivendicazione 6, in cui per la deposizione chimica in fase vapore ? utilizzato metano gassoso quale precursore del carbonio e in cui la temperatura ? compresa tra 1100?C e 1300?C, la pressione ? compresa tra 10 e 50 millibar.

8. Metodo secondo la rivendicazione 7, in cui l?apporto della miscela di gas durante la fase di deposizione chimica vapore ?:

- tra 0 e 4 litri standard per minuto (slm) di argon; e in cui il rapporto tra metano e idrogeno ? compreso tra 0,3 e 5.

9. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 8, in cui nella fase a6) il metodo prevede di:

- riscaldare le preforme (200, 201, 202) ad una temperatura di circa 1450?C per un tempo di circa 2 ore interponendo una quantit? stechiometrica di silicio tra le preforme definita in funzione della loro dimensione.

10. 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 di squeeze casting.

11. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la preforma centrale (200), la preforma esterna inferiore (201) e la preforma esterna superiore (202) sono ottenute sottoponendo in sequenza a stampaggio, dewaxing e sinterizzazione una massa di granuli di materiale ceramico superficialmente rivestiti di una composizione polimerica legante.

12. Metodo secondo una o pi? delle rivendicazioni da 6 a 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.

13. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui nella fase d), lo stampo si chiude sulla preforma esterna superiore (201) e sulla preforma esterna inferiore (202) in modo tale che durante l?immissione di alluminio nello stampo ? impedita l?infiltrazione dell?alluminio sopra la preforma esterna superiore (201) ed inferiore (202), cos? che le superfici esterne frenanti (2a,2b) del disco risultino prive di alluminio.

14. 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 una preforma centrale (200), una preforma esterna superiore (201) e una preforma esterna inferiore (202), detta preforma centrale (200) essendo realizzata in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC), dette preforma esterna superiore (201) e preforma esterna inferiore (202) essendo realizzate in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC) e infiltrate con silicio (SiC+Si), in cui tra la preforma esterna superiore (201) e la preforma centrale (200) e tra la preforma esterna inferiore (202) e la preforma centrale (200) ? interposto uno strato barriera carboniosa (201a, 200a, 200b, 202a) in carbonio, dette preforme (200, 201, 202) aventi forma della fascia di frenatura (2) del disco freno (1) da realizzare;

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 la preforma 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 detta preforma 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.

15. Fascia di frenatura (2) per un disco freno per un freno a disco, detta fascia di frenatura (2) essendo composta da

una fascia 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 una preforma centrale (200) in materiale ceramico poroso avente forma corrispondente alla fascia di frenatura,

una fascia superiore (201?) che ? unita alla fascia centrale (200?) lungo uno strato di giunzione superiore (22a), detta fascia superiore (201?) essendo realizzata in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC) e infiltrata con silicio (SiC+Si) e ricoprendo la fascia centrale (200?) da un suo lato, una fascia inferiore (202?) che ? unita alla fascia centrale (200?) lungo uno strato di giunzione inferiore (22b) disposto da parte opposta, cio? contrapposto, rispetto allo strato di giunzione superiore (201?), detta fascia inferiore (202?) essendo realizzata in materiale ceramico poroso comprendente carburo di silicio (SiC) e infiltrata con silicio (SiC+Si) e ricoprendo la fascia centrale (200?) dall?altro lato, cio? in maniera contrapposta rispetto alla fascia superiore (201?).

16. Disco freno per freno a disco, comprendente una fascia di frenatura (2) in accordo alla rivendicazione 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.