JP2000502168A

JP2000502168A - 摩擦連結装置

Info

Publication number: JP2000502168A
Application number: JP9522565A
Authority: JP
Inventors: デヴィッドアンドリューフッバード; アルフレッドジェイムズテイラー; ジョンキャンベルワトソン
Original assignee: サブワブコプロダクツリミティッド
Priority date: 1995-12-15
Filing date: 1996-12-12
Publication date: 2000-02-22
Also published as: CA2240665A1; KR20000064393A; EP0866923B1; EP0866923A1; AU1105197A; TW342427B; WO1997022815A1; DE69631968D1; DE69631968T2; GB9525622D0; US6514592B1

Abstract

(57)【要約】例えばブレーキディスクおよび摩擦継手のような摩擦連結装置(friction engaging device)、ブレーキディスク／パッドが開示される。摩擦連結装置は、カーボンファイバー網状構造および炭化ケイ素含有充填材を含むカーボン-セラミック複合材である。１つの装置は、カーボンファイバーを３５−５０重量％、遊離炭素を１４−３０重量％、炭化ケイ素を１０−２８重量％、ケイ素を５−１４重量％、および酸化ケイ素を５−１４重量％含む。さらに、実質的に全部のカーボンファイバー網状構造がカーボンファイバーとして残り、かつ、容量中に存在する遊離炭素の一部が容量内でケイ素との反応により炭化ケイ素に転化する条件下で、カーボンファイバー網状構造１０〜６０重量％および遊離炭素４０〜９０重量％を含むカーボンーカーボン複合材がケイ素で含浸する、摩擦連結装置の製造方法が開示される。

Description

【発明の詳細な説明】摩擦連結装置本発明は、例えば摩擦クラッチまたは摩擦ブレーキのためのブレーキディスク (braking disc)のような摩擦連結装置(friction engaging device)に関する。より詳細には、本発明は、例えば誘導軌道車両において使用されるブレーキディスクのような高性能の摩擦連結装置に関する。摩擦連結装置を製造するのに使用される材料の選択は、車両が運転される条件および他の周囲環境によって決定される。例として、列車またはその全車両(rolling stock)は、従来よりスチール製または鋳鉄製のブレーキディスクを用いるディスクブレーキを有する。そのようなスチール製ブレーキディスクを用いる場合において、従来型の列車ブレーキにおける現在の最大性能は、一回の停車におけるスチール製ブレーキディスク当りの最大エネルギーが、３５０km/hから静止まで約０．７ms^-2の平均減速度において２２MJという最新の高速旅客列車のために提案されたものである。車軸当り少なくとも４つの車軸据え付けブレーキディスクを含む多重ブレーキを有することができる列車またはその全車両にとって、回収される乗車料金と運転コストとの間における低いマージンは、ブレーキディスクの市場価格が相対的に低く、ブレーキディスクに対する寿命要件が高いことを意味する。また、１個のブレーキディスクにつき約１００kgであれば、各車軸は４００kg のブレーキディスクを有していても良い。従って、ブレーキディスクの数が多くなるにつれ、車軸の重量に付加され、車軸の重量が大きくなるほどそれにより生じる軌道損傷は大きくなる。さらに、最大４個のスチール製ブレーキディスクは、それらのバルク故に車軸に据え付けできることから、スチール製ブレーキディスクを用いて３５０km/hを充分上回る車両速度に上げることはそれほど容易なことではない。従って、これらのブレーキディスクの個数および／または重量および／またはバルクを減少させ、および／またはそれらの性能を改善することは明らかに有利となるでろう。列車にとって、最大速度での緊急停止は、その後の車両の通常のブレーキングがサービス部門のいかなる修繕も受けることなく以後も持続するよう達成されなければならない。結果として、優れた摩耗特性が非常に重要である。これに対し、航空機ブレーキ用のブレーキディスクは、それらが経験する飛行タイプによって一部決定される。ジャンボジェット機は、カーボン−カーボンファイバー、すなわちカーボンファイバーで補強したカーボン複合材からなる９× １６ほどのクラッチブレーキディスクを有する。そのようなカーボン−カーボンファイバー製のクラッチブレーキに関する現在の最大性能は、２９０−３２０km /hからゼロまで約４．２ms^-2の平均減速度で７１MJであり、これは離陸中止(abo rted take-off)を実行するために必要とされる性能である。同じブレーキディスクを用いて以後の通常のブレーキングが要求される列車とは対照的に、航空機のブレーキディスクを含む降着装置の全体は、そのような離陸中止後に取り換えられなければならない。結果として、航空機では、ブレーキディスク摩耗特性は、スチール製ブレーキディスクによって提供されるものより不十分であることは、さほど重要なことではない。飛行時間が短く停止が頻繁に行われる航空機、例えば国内シャトル便では、スチール製のブレーキディスクは、カーボン−カーボンファイバーとは違ってスチールがジャダー(judder)を起こさず、より優れた摩耗特性を与えるので好ましいかも知れない。この結果、より重いブレーキによって燃料荷重の増大が必要となるにもかかわらず、スチール製ブレーキディスクがより経済的なものとなる。カーボン−カーボンファイバー製のブレーキディスクの重量の減少および比較的高温で作動するその能力は、それらを他の車両に適用することに興味を起こさせる。つまり、なぜ列車ブレーキで使用されるブレーキディスクにカーボン-カーボンファイバーを使用しないのか？これは実際に試みられたが、摩擦安定性の欠如および運転条件下での不充分な摩耗耐用年数のゆえにほとんど成功しなかった。説明すると、カーボン-カーボンファイバーの乾式摩擦挙動は複雑である。それは、低温（３００゜Ｃより低い）で不安定な摩擦を示し、湿式摩擦(wet frict ion)は周囲温度で非常に低く（μ＝０．０５）なり得る。摩耗挙動は、低速および低温では高い摩擦のために不充分であり（スナブ停止(snub stops)と呼ばれる）、また高温（６００℃より高い）では酸化により不充分となる。上記のことが、現在カーボン-カーボンファイバー製ブレーキディスクの列車での使用を不適当なものとしている。航空機におけるスナブ停止は、大きなジャダーを引き起こし、これは主として航空機が滑走するときに経験される。そのようなスナブ停止によって引き起こされる摩耗は、かなり高いエネルギーレベルでの着陸によって生じる摩耗よりも大きいことがよくある。従って、この問題を克服することは、航空機産業に有益となるであろう。さらに、非常に高いエネルギー停止は、５００℃で開始し温度が上昇するにつれて迅速に加速する炭素の酸化により、過剰の摩耗を引き起こす。これらの所見にもかかわらず、カーボン -カーボンファイバーは、大多数のブレーキングが中位の範囲の温度（すなわち、２５０℃〜６００℃）でブレーキディスクによってなされる当該ブレーキディスクに有用な材料であり、航空機の着陸およびフォーミュラ・ワンのレーシングカーの場合がそうである。また、これらの車両は、運転中にブレーキディスクが間欠的に湿潤しないように囲まれているディスクブレーキを有する。これらのファクター全ては、それらが経験する異なる運転条件により、一般に異なる材料が列車および航空機のブレーキディスクにとって好ましいことを意味する。本発明の目的は、上述の問題および／または従来技術装置の不利の少なくともいくつかを克服する、摩擦連結装置を開発することにある。本発明の第１の局面によれば、カーボンファイバー網状構造および炭化ケイ素含有充填材を含むカーボン-セラミック複合材の形態である摩擦連結装置が提供される。そのような組成物は、多くの公知の方法を利用して作製することができる。１つの実施態様では、カーボン-セラミック複合材は、カーボンファイバー網状構造１０〜６０容量％および炭化ケイ素含有充填材９０容量％以下を含む。充填材は、多量の空気を含んでも良い（多孔性）。本発明の第２の局面によれば、カーボンファイバー網状構造および充填材からなるカーボン-セラミック複合材の形態である摩擦連結装置が提供される。好ましくは、充填材は、実質的に炭化ケイ素からなる。あるいは、充填材は、炭化ケイ素、酸化ケイ素、ケイ素および遊離炭素からなっても良い。他の実施態様では、カーボン-セラミック複合材は、カーボンファイバー網状構造１０〜６０容量％および充填材４０〜９０容量％、より好ましくはカーボンファイバー網状構造３０容量％および充填材７０％容量を含む。全体組成は、最終重量パーセントとして以下を含む：成分範囲カーボンファイバー３−５３遊離炭素４−７６炭化ケイ素７−３７ケイ素３−１９酸化ケイ素３−１９好ましい範囲および実際の重量は、カーボンファイバー量および含浸(impregn ation)の程度に依存する。多孔性は、上記重量に影響しない。カーボン-カーボン複合材のカーボンファイバー量が３０重量％である出発物質から製造される材料において、カーボン-セラミック複合材は下記を含有する（最終重量パーセント）：含浸後におけるカーボン-カーボン複合材のカーボンファイバー量が１０重量％である出発物質から製造される材料において、カーボン-セラミック複合材は下記を含有する（最終重量パーセント）：および、含浸後におけるカーボン-カーボン複合材のカーボンファイバー量が６０重量％である出発物質から製造される材料において、カーボン-セラミック複合材は下記を含有する（最終重量パーセント）：もちろん、より多くのケイ素が上記系に導入されるならば、これらの実施態様において炭化ケイ素に対する遊離炭素の相対的な最終重量パーセンテージは低下され得るであろう。理論的には、遊離炭素量は、ゼロまで下げることができ（第１の実施態様について）、その場合、炭化ケイ素量は、この実施態様で与えられる最大数値を十分に上回るであろう。カーボンファイバー網状構造は、優れた引張り特性および強度を高性能レベルで有する摩擦連結装置を提供し、また充填材中の炭化ケイ素は、優れた摩耗、耐酸化性および熱特性を有する複合材を提供する。そのような装置は、従来技術装置に伴う多くの問題を克服する。本発明の第３の局面によれば、全部または実質的に全部のカーボンファイバー網状構造がカーボンファイバーとして残り、かつ、遊離炭素含有容量は当該網状構造の各繊維間の容量として定義されるものであって当該容量中に存在する遊離炭素の一部が当該容量内でケイ素との反応により炭化ケイ素に転化する条件下で、当該容量をケイ素で含浸して充填することにより調製され得る、カーボン−セラミック複合材の形態である摩擦連結装置が提供される。含浸とは、液体および／または気体の浸透により、および／または化学反応、例えば、物理的サイズの有意な増加を伴わない拡散により、材料を付加する能力を意味する。本発明の更なる局面によれば、全部または実質的に全部のカーボンファイバー網状構造がカーボンファイバーとして残り、かつ、当該容量中に存在する遊離炭素の一部が当該容量内でケイ素との反応により炭化ケイ素に転化するような条件下で、カーボンファイバー網状構造１０〜６０重量％及び遊離炭素４０〜９０重量％を含むカーボン−カーボン複合材にケイ素を含浸する、本発明摩擦連結装置の製造方法が提供される。好ましくは、３０容量％カーボン-カーボン複合材を含浸することによって作製される複合材に対して、遊離炭素の約１０〜３５容量％が炭化ケイ素に転化され、より好ましくは約２０％容量が転化される。摩擦連結装置は、好ましくは密度１．４〜１．８g/cm³を有するカーボン-カーボン複合材から作製される。カーボン-カーボン複合材は、好ましくは１０〜３０％、より好ましくは１５％の開気孔率を有する。カーボン-カーボン複合材は、好ましくは軸方向および半径方向において１２W /mK以上の熱伝導性を有する。カーボン-カーボン複合材は、カーボンファイバー網状構造１０〜６０重量％および遊離炭素４０〜９０重量％を含んでも良く、構造物中に存在するいかなる空気（気孔率）も重量には影響しない。本発明によるブレーキディスクがREFEL法を用いて製造されるならば、ケイ素による含浸に供されるカーボン-カーボン複合材は、カーボンファイバー網状構造１０〜６０重量％および遊離炭素９０〜４０重量％を含んでも良い。工程中では、あらかじめ遊離炭素および空気を含む容量をケイ素で含浸し、これによって空気含量（気孔率）は一般的には約５％に減少する。 REFEL法により開放空間（気孔率）をケイ素で含浸することにより、約１６３重量％までの、および少なくとも約８２重量％のケイ素を容量中に導入できるので、ケイ素は遊離炭素の一部と反応して炭化ケイ素を生成することができる。実際上は、カーボンファイバー３０容量％を含むカーボン-カーボン複合材を含浸することにより製造された複合体に対して、遊離炭素の約４３〜７８重量％が遊離炭素として残り、残りの約２２〜５７重量％が炭化ケイ素に転化される。しかしながら、導入された全てのケイ素が炭化ケイ素に転化されるのではなく、いくらかはケイ素として残り、いくかは酸化ケイ素に転化される。 REFEL法における条件は、実質的に英国特許第1,437178号および第1,596303号に開示されている。しかしながら、炭化ケイ素の種(seed)は、本発明の装置を形成する方法を開始する上で必須ではないことが見い出された。本発明の１つの実施態様では、摩擦連結装置は、次のようにして作製される：航空機およびフォーミュラーワンレーシングカー産業で使用されるブレーキディスクの製造で使用されるような、密度１：４〜１：８g/cm³、開気孔率１０％〜３０％、および軸方向および任意の半径方向に１２W/mK以上の熱伝導性を有するカーボン-カーボン複合材を、例えば微粉砕(milling)、摩砕(grinding)および旋削(turning)により所望の形状に機械加工した。カーボン-カーボン複合材は完全に乾燥され、ケイ素をREFEL法により実質的に導入し、成形されたカーボン-カーボン複合材の摩擦連結装置またはその一部は、元素のケイ素(elemental silicon)とともに耐火るつぼに置かれ、不活性雰囲気（すなわち、アルゴン）または真空下に加熱（１６００℃を超える）に供せられた。成形したカーボン-カーボン複合材の存在下に元素のケイ素を溶融することによって液状および気化した(vapour)ケイ素は、カーボンファイバー網状構造間の開気孔構造を介して容量中に浸透し、意外にもカーボンファイバーではなく遊離炭素の一部が炭化ケイ素に転化される。カーボン-セラミック複合材の構造は、該複合材の顕微鏡写真である図１〜図３に最も明確に示されている。図１は、ファイバーをコートする充填材Ｂを有するカーボンファイバーＡの束（トウ）を示す。図２は、ファイバーをコートし構造物全体に分散されている充填材Ｂを有する、異なるカーボンファイバーＣを示す。図３は、ファイバーＣの周囲に固体塊Ｄを形成する充填材Ｂを示す。開気孔率が高いほど転化率が大きい。形成された炭化ケイ素は、β結晶が炭化ケイ素では主要であるが、βおよびα結晶を含む。カーボン-セラミック複合材は、未反応のケイ素、酸化ケイ素および未反応の炭素も含む。好ましくは、生成物中に更なる重量増加がなくなり、これにより容量がその最大まで含浸されたことを示すまでケイ素を導入する。得られた摩擦連結装置は、次に、例えば摩砕によって仕上げされ、支持構造、例えば、ハブおよびウェブ中に固定される。必要ならば、類似の部品を支持構造、例えば、ハブおよびウェブに一緒に取り付けて、所望のブレーキディスクを形成する。得られた生成物は、従来技術の公知の摩擦連結装置に対して、以下の利点を有する：利点１）３７０km/h（５８ms^-1平均摩擦表面速度）から停止まで、および周囲温度から非常に高い温度まで（少なくとも１０００℃）安定な摩擦係数。２）従来のスチール製ブレーキの２．５倍までの（非破壊性）エネルギーおよびパワー操作能力（航空機のブレーキは新しい技術を超越できるが、工程中で破壊される）３）許容される摩耗（２倍の負荷で、従来のスチール製ブレーキの約２倍の摩耗率、しかしカーボン-カーボン複合材よりもはるかに少ない）、および４）鉄に基づくブレーキと比較して軽量本発明は更に、下記の製造方法を参照する実施例によってのみ、および比較例によって例示される：実施例本発明による組成物の製造方法。フランスのカーボンインダストリエ(Carbone Industrie)によって製造され、ＳＡ３と称されるカーボン-カーボン複合材の８個を機械加工して成形した。次に、それらをケイ素金属の存在下に１７５０℃でREFEL（商標）法で処理して３６．１±４．０％の重量増加を得た。それぞれのサイクルは、３０時間続け、必要に応じて所望の重量増加を得るために３回まで繰り返した。次に、各成形体を研磨して、これらをＢＴ２スチール製キャリヤに各サイドに４個ずつフィットさせた結果、構成されたときのアッセンブリーは外径６４０mm、厚さ１００mmのディスクを作り上げた。アッセンブリーを動力計中の動力計シャフトに据え付け、４００cm²、厚さ４８mmであって、PCT WO 95/07418に記載される技術に従い構成される、すりわりを入れたパッド(slotted pads)を有するキャリパーを取り付けた。ブレーキ適用の際、パッドは複合材の表面上に押しつけられる。ブレーキディスクは、μ＝０．３２の摩擦レベルで順調に３８および４４MJの停止を成功裏に行い、ブレーキディスクは更により低いエネルギー停止を実質的に行った。様々な減速度レベルで、０．１と２６MJの間のエネルギーでの停止に対して、ディスク摩耗率６２．５MJ/cm³で平均摩擦レベルμ＝０．４２が得られた。スチール／焼結技術において相当する値は、上記ディスクの半分のレベルの負荷で平均レベルμ＝０．４０およびディスク摩耗率１１６MJ/cm³である。動力計は、フルスピード(１９６１rpm)で走るようにセットされ、フルスピードから１２４０rpmへのブレーキングに対しては１０１２０kgm²の慣性、および１２４０rpmから静止までのブレーキングに対しては９２００kgm²の慣性を有した（これは、２段階ブレーキ適用であり、非常に高いスピードからの減速度をコントロールする車両に使用される）。フルスピードから、第１段階に対しては１６．４kN、第２段階に対してはディスクが回転を止めるまで１５．２kNの締め付け力(clamp force)をブレーキに適用された。ブレーキ適用を通して、動力計はスピード、時間、距離および慣性をモニターし、それらから瞬間摩擦係数、停止距離、ブレーキされた量(braked ma ss)などが計算できる。温度も、ディスクの表面および複合材小片の真下のスチール製構造物上で測定された。ブレーキを適用している間に消散したエネルギーは４４MJであった。μ＝０．３２の摩擦係数が第１段階のブレーキで得られ、μ＝０．３３の摩擦係数が第２段階のブレーキ適用で得られた。これらの数値は、緊急なブレーキ移入および静止に入る直前を除いて、ブレーキングの９５％を通して安定であった。複合材が到達した最高温度は８５０℃であり、キャリヤスチールは３５０℃であった。列車に使用するための標準的なスチール製ブレーキディスクおよび航空機のクラッチブレーキに使用するための標準的なカーボン-カーボン製ブレーキディスクに対するテストおよび比較の結果は、下記の表１に示される：表１は、ブレーキディスクの単位マスまたは容量当りのエネルギーおよびパワー表面荷重を対比している。本発明のブレーキディスクは、スチール製ブレーキディスクの２倍以上のエネルギー操作能力を有することが明らかである。本発明のブレーキディスクは、セラミックパッドと共に使用されるとき、乾式条件下１５００℃までの温度で安定な摩擦係数を示した。非常に高い負荷でこの技術がその他の公知の技術を行うことができるところ、PCT WO95/07418に開示されるような高温パッドが要求される。これには、少なくとも５０重量％の直径０．３mm〜４mmの比較的粗い粒子形態で存在するセラミック材料と合成樹脂バインダーを少量のグラファイト潤滑材および１〜３０ミクロンのサイズ範囲の比較的細かい粒子形態の少量のセラミック材料とともに含む摩擦材料のパッドが開示されている。さらに、湿式ブレーキング（列車のブレーキは現在、エレメントに十分に曝されている）下では、本発明により構成されたブレーキディスクに関する摩擦係数は、乾式で得られるものに類似しており、０．５〜１．０の湿式／乾式摩擦率（μ湿式／μ乾式）を有する（それは、μ＝０．１８〜μ＝０．３９の摩擦係数に相当する）。スチール／焼結ブレーキライニングに相当する数値は、０．３３〜０．６２の湿式／乾式率である［それは、μ＝０．１３〜μ＝０．２８９の摩擦係数に相当する］。摩耗挙動もまた、カーボンファイバー製ブレーキディスクで見られる高い摩耗メカニズムを回避する「スナブ停止」条件下での安定な摩擦、と考えられている、により、及びカーボンと比較してセラミックおよびセラミック複合材のより大きい摩耗耐性により、このタイプの適用に好適である。高温（従って、高エネルギー停止）では、炭化ケイ素の耐酸化性は優れていると考えられ、１７００℃までなり得る行程(excursions)で１２００℃以上での連続的使用が可能である。従って、その摩耗は、あらゆる条件において公知のカーボン-カーボン構造物と比較すると低い。スチール製ブレーキディスクと比較すると、本発明によるブレーキディスクの摩耗挙動は劣っているが（２倍の負荷で、摩耗率が紛２倍）、成分の製造に５０％以上の摩耗許容誤差が提供されるなら列車産業には受け入れられるであろう。従って、本発明の装置は、カーボンファイバーを補強したセラミックについて、広範囲の適用にわたる使用可能性を提供する。特に、それは誘導軌道車両、より詳細には列車およびその全車両のためのブレーキディスクの個数、重量およびバルクを減少させる機会を提供し、また特に低い滑走速度での航空機のブレーキディスクにおけるジャダーの問題を克服し、例えば、自動車、トラックなどの他の輸送形態に対するブレーキシステムに有用かもしれないという選択肢を提供する。更に小さな規模のサンプルをテストして、この新しい摩擦継手(friction coup le)技術を調べ、かつ、最適化した。カボンインダストリエ(Cabone Industrie) （フランス）のＳＡ３という名称、ビー．エフ．グッドリッチ（B.F.Goodrich) （米国）のＡＬＣ−１５−Ｖ１およびＡＬＣ−１５−Ｖ１３材料の３つの材料を入手した。これらは全て、REFEL法を用いて転化され、下記の表２に示されるパーセンテージの重量増加を得た。ディスクは全て同じテスト方法に供され、該テスト手順は、５０００rpmでディスクをスピンさせる工程、及び負荷をかけて１分間パッド（１２．５４cm²の面積およびPCT WO 95/07418による組成を有する）を適用する工程からなり、その後、６分間または温度が１５０℃よりも低くなるまで冷却を行った。ディスクは、荷重下に駆動し、スピードは５０００rpmに維持し、ドラグブレーキの効果を与えた。パッド荷重は、それぞれ１５０Nおよび３１５Nにおいて２ドラグであり、４８５N、６７５Nおよび８１０Nにおいて３４ドラグであった。吸収された全エネルギーは、１２MJであった。テストの間、トルクと温度をモニターし、後者はディスクブレーキ表面に効果的なブレーキ半径で置かれたラビング熱電対(rubbing thermocou ple)から誘導された。ディスクおよびパッド（それぞれのテストには同じタイプのパッドを使用した）の両方とも、テストの前および後に重量計測した。セットされて測定されたパラメーターを使用して、パッドおよびディスクにおいて吸収されたエネルギー、摩擦係数および摩耗率を計算した。材料の特性は、下記の表２に示される：結果は、摩擦係数の範囲がＡＬＣ材料に関してより大きいが、ディスクおよびパッドは、同じ条件下ではＳＡ３材料よりも摩耗が大いに少ないことを示している。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９７年１２月８日（１９９７．１２．８）【補正内容】請求の範囲１．カーボンファイバー３−５３重量％、遊離炭素４−７６重量％、炭化ケイ素７−３７重量％、ケイ素３−１９重量％、および酸化ケイ素３−１９重量％を含むことを特徴とするカーボンファイバー網状構造および炭化ケイ素含有充填材を含むカーボン−セラミック複合材の形態である摩擦連結装置。２．カーボンファイバー１１−２８重量％、遊離炭素１５−５９重量％、炭化ケイ素７−３７重量％、ケイ素３−１９重量％、および酸化ケイ素３−１９重量％を含む請求項１に記載の摩擦連結装置。３．カーボンファイバー１６−２５重量％、遊離炭素３０−５５重量％、炭化ケイ素１０−２８重量％、ケイ素５−１４重量％、および酸化ケイ素５−１４重量％を含む請求項２に記載の摩擦連結装置。４．カーボンファイバー２２重量％、遊離炭素４６．８重量％、炭化ケイ素１５．６重量％、ケイ素７．８重量％、および酸化ケイ素７．８重量％を含む請求項３に記載の摩擦連結装置。５．カーボンファイバー３− ９重量％、遊離炭素２３−７６重量％、炭化ケイ素７−３７重量％、ケイ素３−１９重量％、および酸化ケイ素３−１９重量％を含む請求項１に記載の摩擦連結装置。６．カーボンファイバー５− ９重量％、遊離炭素４１−７１重量％、炭化ケイ素１０−２８重量％、ケイ素５−１４重量％、および酸化ケイ素５−１４重量％含む請求項５記載の摩擦連結装置。７．カーボンファイバー２２−５３重量％、遊離炭素４−３３重量％、炭化ケイ素７−３７重量％、ケイ素３−１９重量％、および酸化ケイ素３−１９重量％を含む請求項１に記載の摩擦連結装置。８．カーボンファイバー３５−５０重量％、遊離炭素１４−３０重量％、炭化ケイ素１０−２８重量％、ケイ素５−１４重量％、および酸化ケイ素５−１４重量％を含む請求項７に記載の摩擦連結装置。９．全部または実質的に全部のカーボンファイバー網状構造がカーボンファイバーとして残り、かつ、遊離炭素含有容量は当該網状構造の各繊維間の容量として定義されるものであって当該容量中に存在する遊離炭素の一部が当該容量内でケイ素との反応により炭化ケイ素に転化する条件下で、当該容量をケイ素で含浸して実質的に充填することにより調製され得る、請求項１〜８のいずれかに記載のカーボン−セラミック複合材の形態である摩擦連結装置。１０．ブレーキディスクである前記請求項のいずれかに記載される摩擦連結装置。１１．請求項１０に記載のブレーキディスクおよびパッドを含む摩擦連結継手(f riction engaging couple)。１２．パッドが、直径０．３mm〜４mmの比較的粗い粒子形態で存在するセラミック材料５０重量％以上と少量のグラファイト潤滑材および１〜３０ミクロンのサイズ範囲の比較的細かい粒子形態の少量のセラミック材料を含む合成樹脂バインダーとを含む請求項１１に記載の摩擦連結継手。１３．約５％の開気孔率を有する前記請求項のいずれかに記載の摩擦連結装置。１４．誘導軌道車両で使用するための前記請求項のいずれかに記載の摩擦連結装置。１５．航空機で使用するための請求項１〜１３のいずれかに記載の摩擦連結装置。１６．自動車およびトラックで使用するための請求項１〜１３のいずれかに記載の摩擦連結装置。１７．実質的に全部のカーボンファイバー網状構造がカーボンファイバーとして残り、かつ、当該容量中に存在する遊離炭素の一部が当該容量内でケイ素との反応により炭化ケイ素に転化するような条件下で、カーボンファイバー網状構造１０〜６０重量％及び遊離炭素４０〜９０重量％を含むカーボン−カーボン複合材にケイ素を含浸する、前記請求項のいずれかに記載の摩擦連結装置の作製方法。１８．カーボン−カーボン複合材が密度１．４〜１．８g/cm³、開気孔率１０〜３０％および軸方向および半径方向において１２w/mk以上の熱伝導性を有する請求項１７に記載の方法。１９．約１６３重量％以下のケイ素がカーボン-カーボン複合材に導入される請求項１７または１８に記載の方法。２０．ｉ)その容量が炭化ケイ素含有充填材でその最大まで含浸されたカーボンファイバー網状構造を含むカーボン-セラミック複合材の形態であるブレーキディスク、およびｉｉ)セラミックパッド、を含む摩擦連結継手。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者ワトソンジョンキャンベルイギリス国エル64 ４ビービーチェシャーサウスウァーラルネススナブレーン６

Claims

【特許請求の範囲】１．カーボンファイバー網状構造および炭化ケイ素含有充填材を含むカーボン− セラミック複合材の形態である摩擦連結装置(friction engaging device)。２．カーボン−セラミック複合材が、カーボンファイバー網状構造１０〜６０容量％および炭化ケイ素含有充填材９０容量％以下を含む請求項１に記載の摩擦連結装置。３．カーボン−セラミック複合材が、カーボンファイバー１０〜６０容量％および炭化ケイ素含有充填材４０〜９０容量％を含む請求項１または２に記載の摩擦連結装置。４．カーボン−セラミック複合材が、カーボンファイバー網状構造３０容量％および炭化ケイ素含有充填材７０％を含む前記請求項のいずれかに記載の摩擦連結装置。５．カーボンファイバー３−５３重量％、遊離炭素４−７６重量％、炭化ケイ素７−３７重量％、ケイ素３−１９重量％、および酸化ケイ素３−１９重量％含む前記請求項のいずれかに記載の摩擦連結装置。６．カーボンファイバー１１−２８重量％、遊離炭素１５−５９重量％、炭化ケイ素７−３７重量％、ケイ素３−１９重量％、および酸化ケイ素３−１９重量％含む請求項５に記載の摩擦連結装置。７．カーボンファイバー１６−２５重量％、遊離炭素３０−５５重量％、炭化ケイ素１０−２８重量％、ケイ素５−１４重量％、および酸化ケイ素５−１４重量％含む請求項６に記載の摩擦連結装置。８．カーボンファイバー２２重量％、遊離炭素４６．８重量％、炭化ケイ素１５．６重量％、ケイ素７．８重量％、および酸化ケイ素７．８重量％含む請求項７に記載の摩擦連結装置。９．カーボンファイバー３− ９重量％、遊離炭素２３−７６重量％、炭化ケイ素７−３７重量％、ケイ素３−１９重量％、および酸化ケイ素３−１９重量％含む請求項５に記載の摩擦連結装置。１０．カーボンファイバー５− ９重量％、遊離炭素４１−７１重量％、炭化ケイ素１０−２８重量％、ケイ素５−１４重量％、および酸化ケイ素５−１４重量％含む請求項９に記載の摩擦連結装置。１１．カーボンファイバー２２−５３重量％、遊離炭素４−３３重量％、炭化ケイ素７−３７重量％、ケイ素３−１９重量％、および酸化ケイ素３−１９重量％含む請求項５に記載の摩擦連結装置。１２．カーボンファイバー３５−５０重量％、遊離炭素１４−３０重量％、炭化ケイ素１０−２８重量％、ケイ素５−１４重量％、および酸化ケイ素５−１４重量％含む請求項１１に記載の摩擦連結装置。１３．カーボンファイバー網状構造および充填材からなるカーボン−セラミック複合材の形態である摩擦連結装置。１４．充填材が実質的に炭化ケイ素からなる請求項１３に記載の摩擦連結装置。１５．充填材が炭化ケイ素、酸化ケイ素、ケイ素および遊離炭素からなる請求項１３に記載の摩擦連結装置。１６．全部または実質的に全部のカーボンファイバー網状構造がカーボンファイバーとして残り、かつ、遊離炭素含有容量は当該網状構造の各繊維間の容量として定義されるものであって当該容量中に存在する遊離炭素の一部が当該容量内でケイ素との反応により炭化ケイ素に転化する条件下で、当該容量をケイ素で含浸して充填することにより調製され得る、カーボン−セラミック複合材の形態である摩擦連結装置。１７．ブレーキディスクである前記請求項のいずれかに記載される摩擦連結装置。１８．請求項１７に記載のブレーキディスクおよびパッドを含む摩擦連結継手。１９．パッドが、直径０．３mm〜４mmの比較的粗い粒子の形態で存在するセラミック材料５０重量％以上と少量のグラファイト潤滑材および１〜３０ミクロンのサイズ範囲の比較的細かい粒子形態の少量のセラミック材料を含む合成樹脂バインダーとを含む請求項１８に記載の摩擦連結継手。２０．実質的に全部のカーボンファイバー網状構造がカーボンファイバーとして残り、かつ、当該容量中に存在する遊離炭素の一部が当該容量内でケイ素との反応により炭化ケイ素に転化するような条件下で、カーボンファイバー網状構造１０〜６０重量％及び遊離炭素４０〜９０重量％を含むカーボンーカーボン複合材にケイ素を含浸する、前記請求項のいずれかに記載の摩擦連結装置の製造方法。２１．カーボン-カーボン複合材が密度１．４〜１．８ｇ/cm³、開気孔率１０〜３０％および軸方向および半径方向において１２ W/mk以上の熱伝導性を有する請求項２０に記載の方法。２２．８２−１６３重量％のケイ素をカーボンーカーボン複合材に導入する請求項２０または２１に記載の方法。