JP2003166573A - 繊維強化セラミックス複合材料から成る摩擦部材 - Google Patents

繊維強化セラミックス複合材料から成る摩擦部材

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Ingrid Kraetschmer
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コア即ち支持帯域と、少なくとも１つの摩擦
層とから成る、従来技術に比べて繊維で強化された摩擦
部材、及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 セラミックス、特にＳｉ、ＳｉＣから成
るセラミックスの摩擦帯域と、繊維強化Ｃ／ＳｉＣ、特
に長繊維織布及び短繊で維強されたＣ／ＳｉＣから成る
コア帯域から構成される摩擦部材、特に自動車の駆動力
を伝える摩擦クラッチ用クラッチディスク、又はセラミ
ックス複合材料からなる摩擦ディスクを、特にＣ／Ｓｉ
Ｃ摩擦ディスクの強度及び摩擦帯域と支持帯域との密着
力を改善し、更に摩擦面を摩擦及び摩耗に対し最適条件
にし、摩擦部材を技術的にも経済的にも効率の良い液体
シリコナイジング法により製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、繊維強化セラミッ
クス複合材料から成る摩擦部材に関する。特に本発明
は、摩擦部材の材料と、摩擦部材、特に摩擦ライニン
グ、クラッチディスク又はブレーキディスクの製造方法
とに関し、その際セラミックス−複合材料は特に炭素繊
維で強化されたセラミックス材料、特に短繊維及び長繊
維強化Ｃ／ＳｉＣ−コア材料（そのマトリックスが炭化
ケイ素を含み、炭素繊維で強化された材料）と、主とし
てＳｉ及びＳｉＣ相から成るセラミックス摩擦材料とを
含む。
【０００２】
【従来の技術】クラッチの摩擦ライニングに鉱物性繊維
を使用することは古くから知られている。科学工業技術
において、アスベスト材はこの目的に特に好適であると
されてきた。しかしアスベストを含むこれら材料の使用
は、昨今では環境保全の観点から容認し難く、そのため
他の鉱物性繊維をベースとする材料が専ら使用されてい
る。高度化するエンジンの性能、自動車の速度及び重量
との関係で増大する、自動車のクラッチ板のトライボロ
ジー特性に対する要求から、益々新規の材料の組合せも
研究されてきている。
【０００３】これに関連して、炭素繊維で強化された複
合材料又はセラミックス、特にＳｉＣを含むマトリック
スは、特に関心が持たれている。これらの材料は耐熱性
が高く、摩耗が少なく、かつ材料によっては良好なトラ
イボロジー性を特徴とする。特許文献１には、従来技術
に対して耐久性及び性能を高めるため、炭素繊維で強化
された炭化ケイ素（ＳｉＣ）から成る摩擦ライニングを
有するクラッチ板の使用が提案されている。その際、炭
素繊維から成り、繊維で強化された緊密なＳｉＣマトリ
ックスの製造を実現するには、技術上極めて費用がかか
る欠点がある。これに対し、材料合成の技術的進歩は、
炭素繊維で強化された炭素含有前駆体の液体ケイ素浸透
法が行われており、この方法で通常Ｓｉ及びＳｉＣマト
リックスを有し、炭素繊維で強化した複合材料が製造さ
れる。摩擦ユニット、特に炭素繊維で強化したＳｉ／Ｓ
ｉＣから成るブレーキ及びクラッチ部材を、液体ケイ素
の浸透により、空洞及び凹部を備え、多孔性の炭素繊維
で強化された炭素材料（ＣＦＲＣ材料）で形成すること
が公知である（例えば特許文献２参照）。この方法で
は、特にＣ／ＳｉＣ（或いは、マトリックス中の炭素の
不完全な置換の場合はＣ／Ｃ−ＳｉＣ）から成る内部通
気性の摩擦ディスクが形成される。その際異なるＣＦＲ
Ｃ材料の結合により、複雑な形状の摩擦部材を形成する
ことが可能になる。しかし凹部及び空洞により部材の強
度が低下し、これは特に、高い回転速度、即ち回転数の
クラッチ板にとって欠点となる。
【０００４】特許文献３には、炭素繊維織布からなる支
持部材及び炭素短繊維を含む摩耗部材又は摩耗層から成
るＣＦＲＣ摩擦ディスクの多層構造が提案されている。
この構造の場合、強度は半径方向に高められ、その表面
に短繊維で強化されたＣＦＲＣの有利な摩擦特性を利用
する。しかしＣ／ＳｉＣ材料を製造するための更なる液
体シリコナイジング処理にとって、短繊維部分と長繊維
部分との間の熱物理特性における大きな違いは好ましい
ものではない。ディスク面内の方向性を持つ長繊維部分
と、等方性の繊維配向を有する短繊維部分との界面にお
ける密着力は、多くの用途に同様に低すぎる。これは特
に支持部材と摩擦面が著しく異なる熱物理特性を示す場
合に該当する。
【０００５】特許文献４は、同様に炭素繊維で強化さ
れ、セラミックス化された複合材料から成る摩擦ディス
クの多層構造について記載している。少なくとも摩擦帯
域の炭素繊維の大部分は、その摩擦面から摩擦ユニット
の内部への放熱を改善するため、できるだけ摩擦面の面
垂線に対し平行に配向されなければならない。
【０００６】
【特許文献１】 独国特許出願第１９９３９５４５号明細書
【特許文献２】独国特許第４４３８４５５号明細書
【特許文献３】 独国特許出願第１９８３４７０４号明細書
【特許文献４】 独国特許出願公開第１９７２１４７３号明細書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の課題
は、繊維で強化された摩擦部材、特にＣ／ＳｉＣ摩擦デ
ィスクの強度を、特に回転数が多い場合の回転応力に対
し上述の従来技術に比べて改善し、同時に摩擦帯域と支
持帯域との密着力を改善することにある。更に摩擦面を
摩擦及び摩耗性に関して最適条件にし、摩擦部材を技術
的にも経済的にも効率の良い液体シリコナイジング法に
より製造できなければならない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この課題は、コア帯域、
即ち支持帯域が、特に織布層、織布テープ、又は織布細
片の形の長繊維部分と、短繊維強化されたＳｉＣとから
成る摩擦部材、特にＣ／ＳｉＣ摩擦ディスクにより解決
される。短繊維がほぼ等方性に配置されて存在するのに
対して、長繊維は、特に短繊維強化されたＣ／ＳｉＣか
ら成るマトリックスにより被覆され、又は入り組んだ、
二次元の網状構造又は枠組み構造の形で優先方向をも
つ。この摩擦面は支持帯域の短繊維強化Ｃ／ＳｉＣと類
似する複合材料でできている。
【０００９】従って本発明は、コア帯域、即ち支持帯域
と、少なくとも１つの摩擦層とを有し、繊維で強化され
たセラミックス材料から成る摩擦部材に関し、その際こ
のコア帯域は、長繊維束、織布、編布、不織布又は簾状
の織布の形の繊維と、短繊維の形の繊維を含んでおり、
かつこの摩擦層は質量比にして１０％以下、有利には５
％以下、特に有利には最大限度で２％の長繊維と、３５
％迄の短繊維を含んでおり、コア帯域内で少なくとも７
０％、有利には少なくとも８０％、特に少なくとも８５
％の長繊維が、摩擦部材の面内で配向しており、かつコ
ア帯域内の短繊維の配向はほぼ等方性である。
【００１０】「ほぼ等方性に」とは、最高で３０％の繊
維が共通の優先方向を示すような配向を意味する。
【００１１】本発明によれば、コア帯域の長繊維強化を
行う繊維の幾何学形状の配置は、回転応力に対し最適な
強度分布に調整可能なよう、特に円周方向の繊維の割合
を高めて配向する。円周方向及び割線に平行に配置さ
れ、特に織布テープ又は織布細片の形で使用される、部
分的に重なり合う長繊維により、この構造部材の強度は
回転応力に対し明確にその最大限の回転数で表現され、
明らかに改善される。
【００１２】強化繊維として、炭素繊維及び／又は黒鉛
繊維を使用するとよい。支持帯域のマトリックスは、炭
化ケイ素から成る相並びに付加的な相、即ち場合によっ
ては他の金属と合金された金属ケイ素及び場合によって
は元素状の炭素及び／又はケイ素以外の元素の炭化物の
相を含んでいると有利である。
【００１３】本発明のもう１つの態様では、複合セラミ
ックスから成る摩擦面又は摩擦層の組成が、コア帯域の
短繊維材料と同種で、かつ特に多量のＳｉ及びＳｉＣ相
を含む。これは、摩擦面の摩耗強度及び摩擦係数が、そ
の類似の熱膨張の故に、摩擦部材の支持帯域の結合が弱
められない場合には改善される。
【００１４】本発明の別の態様は、複合部材を自動車の
クラッチ板並びにブレーキディスクの摩擦部材又は摩擦
ディスクとしての使用にある。
【００１５】本発明による摩擦部材の長繊維強化された
Ｃ／ＳｉＣコア帯域及びＣ／ＳｉＣ摩擦層を構成する材
料の複合を、繊維又は繊維束で強化された炭素を含む前
駆体をケイ素融解物での液体浸透により製造すると有利
である。このような方法は、独国特許出願公開第１９８
５９７２１号、独国特許第１９７１１９２９Ｃ号、独国
特許出願公開第１９７１０１０号明細書により公知であ
る。
【００１６】本発明によれば、摩擦部材は、コア帯域内
で短繊維、長繊維の双方で補強される。繊維の長さ配分
は、少なくとも互いに明らかに異なる２つの断片を特徴
とする。以後繊維とは短繊維、長繊維並びにまた特にポ
リマー又は炭化可能な物質及び／又はそれらの熱分解生
成物で覆われた繊維を意味する。繊維として炭素含有繊
維、特に炭素又は黒鉛繊維及びケイ素、炭素、ホウ素、
チタン又は窒素を相互に組み合わせた、少なくとも２つ
の元素の化合物を使用するとよい。
【００１７】Ｃ／ＳｉＣから成る摩擦部材のコア帯域の
短繊維は、炭素含有マトリックスで束ね又は凝集させる
とよい。ここで及びこれ以後、短繊維とは短繊維束を意
味する。これら短繊維は、ほぼ等方性に、即ち特に半径
方向に優先方向を持つことなく配向されている。短繊維
の長さ配分は、典型的には０．００１〜３０ｍｍ、有利
には約０．１〜１５ｍｍ、特に有利には約０．２〜５ｍ
ｍの範囲である。
【００１８】これと対照的に、摩擦部材のコア帯域の長
繊維は、特にディスク面に対し平行に配置された二次元
の枠組み構造の形で優先配向を示す。コア帯域の長繊維
は、通常束、棒、簾状の織布又は編布にまとめられてお
り、以後共通に長繊維束と呼ぶ。特にこの場合出発材料
として、炭素繊維で強化したプラスチック（ＣＦＲ
Ｋ）、又は炭素繊維で強化した炭素材料（ＣＦＲＣ）を
使用すると有利であり、この炭素繊維は織布束又はテー
プとして存在する。またプリプレグのテープや引き抜き
成形繊維から成るＣＦＲＫ棒も使用できる。本発明によ
る摩擦部材中の長繊維束は、優先方向、特にディスク又
は円環状の摩擦部材の場合、円周方向、半径方向及び／
又は割線に平行な優先方向を持つ。典型的には、複数の
長繊維束を互いに調整して配置し、特に円環形又はディ
スク形の摩擦部材の場合、回転軸の回りに回転対称に配
置する。特に中心対称の形、星形又は蜘蛛の巣形の配置
が有利である。その際種々の長繊維束が互いに交差、即
ち交点を成すと有利である。特にこの交点により個々の
長繊維束を固定し、以後の摩擦部材の成形工程中にもは
や変形することのない、安定した枠組み構造を形成でき
る。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明による摩擦部材の典型的な
幾何学形状である、円環形又はディスク形の個々の実施
例を選択して、図面に基づき以下に詳述する。
【００２０】図１は、環状の摩擦部材１の底面又はカバ
ー面に対し平行に切断した平面を示す。図中上下に隣接
する２つの層に、それぞれ４本の長繊維束２が、摩擦部
材のコア帯域、即ち支持帯域内の割線方向に配置されて
いる。第１の層の４本の長繊維束は、それに次ぐ層の４
本の長繊維束に対して摩擦部材の軸を４５°だけ回転さ
せることによりずらされている。このディスク形摩擦部
材は、付加的に底面とカバー面との間に通路を形成す
る、断面円形の穿孔３を有する。これら穿孔は、ディス
クの回転軸に平行に或いは４５°迄の角度で傾斜して延
びている。
【００２１】図２は、ディスク形の摩擦部材１を摩擦面
に対し平行に切断した平面を示し、環状に配置した２つ
の長繊維束２を持つ。この摩擦ディスクは、付加的に、
底面とカバー面の間に通路を形成する断面円形の穿孔３
を有する。これら穿孔は、摩擦ディスクの回転軸に対し
平行に又は４５°迄の角度で傾斜して延びている。
【００２２】図３は、ディスク形の摩擦部材１を摩擦面
に対し平行に切断した平面を示し、４本の長繊維束２が
それぞれ互いに９０°の角度を成して半径方向に配置さ
れており、それらに対し９０°の角度に、それぞれ半径
方向の長繊維束２に比べて短い長繊維束２′が配置され
ている。これらの割線方向に配置された長繊維束２′
は、この場合円周に近い端部の側（時計の文字盤の「３
時」の位置）か又は摩擦ディスクの中心へとずらして、
摩擦ディスクの回転軸に異なる間隔をおいて（この図３
では反時計方向に、「１２時」、「９時」及び「６時」
の位置に図示するように）配置されている。この場合、
ディスクの慣性モーメントを小さくし、従ってこのディ
スクを破壊せずに、より高速な回転を可能にする凹部４
を、支持帯域内の円周上に均等に配置してある。
【００２３】図４は、６本の放射状の線を有し、蜘蛛の
巣形に配置した長繊維束２、２′〜２Vを持つディスク
形摩擦部材を摩擦面に平行に切断した平面を示す。その
際長繊維束２は半径方向に延びており、かつこの半径方
向の長繊維束２により分割される各円弧は、割線方向に
並列して配置された長繊維束２′、２″、２III、２I V
及び２Vを含み、図示の実施形態では、各々２つの隣接
する半径方向の長繊維束２がそれら端部と接している。
この摩擦ディスクは付加的に、底面とカバー面との間に
通路を形成する、断面円形の穿孔３を持つ。これら穿孔
は、摩擦ディスクの回転軸に平行に又は４５°迄の角度
で傾斜して延びていてもよい。
【００２４】図５は、５つの頂点をもつ星（五角星）形
に配置した長繊維束２を含むディスク形摩擦部材を摩擦
面に平行に切断した平面を示し、長繊維束２の端部は各
々角頂で接触している。この摩擦ディスクは付加的に、
底面とカバー面との間に通路を形成する断面円形の穿孔
３を有する。これらの穿孔は摩擦ディスクの回転軸に平
行に又は４５°迄の角度で傾斜して延びていてもよい。
【００２５】図６は、ディスク形摩擦部材１を線Ｉ−Ｉ
に沿って切断した断面を示し、コア帯域、即ち支持帯域
のみを図示している。マトリックス４内には半径方向の
長繊維束２と、割線方向に並列する長繊維束２′が埋封
されている。
【００２６】最後に図７は、長繊維束５をマトリックス
４内に並列して重なり合う複数の層として配置したディ
スク形摩擦部材１の実施形を示す。支持帯域、即ちコア
帯域上の両カバー面上に、専ら短繊維を強化材として含
む摩擦層６を施している。
【００２７】これらの長繊維及び長繊維束の長さは、短
繊維のそれを明らかに超えている。摩擦ディスクの直径
ｄに対比してこの長さを表せば、典型的にはｄの１０％
からほぼ１００％迄の範囲であり、その半径方向には典
型的にｄの１０％から５０％迄、割線に並列する有利な
配置では、ｄの１０〜８０％、ディスクの円周方向の特
に有利な配置としては、ディスクの円周の１０〜１００
％である。ちなみにこの長さは少なくともほぼ５０ｍｍ
である。これらの長繊維束の幅は典型的には少なくとも
約０．５ｍｍ、有利には少なくとも２ｍｍ、特に有利に
は少なくとも４ｍｍである。その厚さは一般にディスク
の厚さの２０％以下で、有利には０．０５〜３ｍｍ、特
に有利には約０．１〜１ｍｍである。その際結果として
その切断面は、有利には楕円形、或いは特に有利には扁
平な形に形成される。長繊維束、織布又は編布の幅、厚
さ及び条件（前処理、特に被覆又は浸透）は、液体シリ
コナイジングにより、繊維状炭素の炭化ケイ素への変換
ができるだけ少なくて済むように選択する。こうするこ
とで、シリコナイジング後も、ディスクの強度を高める
のに必要な連続した長繊維束が得られる。
【００２８】本発明の特別な利点は、繊維束の分量及び
配置が、短繊維で強化され、Ｃ／ＳｉＣ相を有する摩擦
部材の三次元の浸透を可能にすることにある。こうして
短繊維強化Ｃ／ＳｉＣから成る連続相が生ずる。その際
コア帯域内の短繊維強化Ｃ／ＳｉＣ相の分量は、通常ほ
ぼ１０容量％以上、有利にはほぼ３０容量％以上、特に
有利にはほぼ４０容量％以上である。
【００２９】従来技術から公知の連続した織布マット、
プリプレグ層、不織布等から成るコア帯域の構造とは異
なり、本発明による実施形態では、ディスク面に垂直に
連続する短繊維強化Ｃ／ＳｉＣ相を示す。長繊維束は短
繊維で強化されかつＣ／ＳｉＣから成る層によりほぼ完
全に被覆される。こうして摩擦部材の強化作用及び強度
分布の極めて好ましい利用が達成される。
【００３０】本発明のもう１つの特徴は、特に摩擦又は
クラッチディスクとして使用する場合、このディスクの
力が導入される箇所に目標通りの強度を与えられる可能
性にある。典型的な箇所は、回し板の固定孔と細溝又は
ディスクブレーキのハブの固定孔である。パターニング
していない織布層に比べ、特に安定した挿入物の形のこ
の長繊維による強化は、ＣＦＲＣ前駆体又はシリコナイ
ジングしたディスクに孔又は溝を作る場合に、長繊維の
層を損傷しないようにして形成できる。そのために織布
部分又は編布部分内の、後に孔が空けられる箇所に凹所
を設ける。
【００３１】本発明によれば、摩擦部材の摩擦層や摩擦
ライニングは、繊維含有量が低い又はＳｉ及びＳｉＣ分
量が高い点でコア帯域の構造組織と異なる。摩擦層の平
均繊維長も、他の短繊維のそれより短いと有利である。
通常、複合材料の質量に対して、各々ＳｉＣ相の質量比
は４０％以上、Ｓｉ相の質量比は３５％以下である。Ｓ
ｉＣ相の質量比が７０％以上、特に８０〜９９％の組成
が好ましい。従って繊維の質量比は通常３５％以下であ
る。摩擦層の厚さは、少なくとも０．１ｍｍ、有利には
少なくとも０．５ｍｍ、特に有利には少なくとも１ｍｍ
である。
【００３２】炭化ケイ素含有マトリックスを含む本発明
による摩擦部材を製造するには、まず炭素を含む多孔性
の素地を製造する。その際繊維束を、通常短繊維又は短
繊維束を含む素地混合物から成る層間の中心に圧縮成形
して入れる。ディスク内に複数の強化面を設ける場合、
長繊維束から成る個々の層は素地混合物の層により互い
に分離されることになる。個々の長繊維束をまず安定性
のある二次元の枠組み構造にまとめるとよい。そのため
にこれらの束を、交点で特に熱分解可能な有機性ポリマ
ーで接着する。次いでこの枠組み構造を、公知の方法で
短繊維又は短繊維束で強化した素地混合物から成る層間
に挿入物として入れる。この素地混合物は、短繊維又は
短繊維束の他に、場合によっては充填材も含んでおり、
かつ硬化及び炭化可能な樹脂及び／又はピッチも含んで
いる。次いで長繊維束で強化した素地混合物を圧縮し、
通常１２０〜３００℃の温度で硬化させる。同様にま
た、例えばＲＴＭ（reaction transfer molding）の
ような繊維複合材料技術から公知の他の方法で成形する
ことも可能である。本発明のもう１つの有利な実施形態
では、補強用に備えた枠組み構造を繊維から織り又は編
み込む。例えば素地混合物の圧縮時又はＲＴＭプロセス
中の樹脂注入のような成形プロセスにより、短繊維分の
所望のテクスチュアリングを行ってもよい。これは、繊
維及び繊維束を摩擦部材の面内に増加して配置すること
を可能にする。この配置が長繊維束の優先配向と極めて
異なることから、この配置も以後等方性と呼ぶ。
【００３３】コア帯域と一緒に圧縮され、又は分離して
仕上げられ、その後接着可能な後の摩擦層に相当する素
地は、後で所望のＳｉＣ含有量とするのに適した炭素を
含有しなければならない。液体ケイ素を後に液体シリコ
ナイジングする際の反応相手として生じる炭素は、炭素
含有充填材、典型的にはグラファイト、樹脂とピッチの
熱分解残渣及び反応性短繊維束に基づくものである。摩
擦層の素地混合物に、繊維状の材料を完全にやめてもよ
い。こうすることで、シリコナイジング後も全く繊維を
含まない摩擦層が形成できる。
【００３４】この圧縮及び硬化により製造した素地混合
物を約７５０〜約１１００℃で、保護ガス下又は真空中
で炭化し、又は約１８００℃以上でグラファイト化する
ことにより、ＣＦＲＣ材料に変換させる。更にこのＣＦ
ＲＣ材料を１４２０℃以上の温度で、他の金属又は半金
属を５０％迄の質量％で含有可能なケイ素融解物の浸透
によりシリコナイジングする。その際公知方法で少なく
とも炭素の一部が化学反応によりＳｉＣに変換される。
他の金属を使用すると、ケイ素及び使用した金属から成
る混合相及び金属炭化物及び／又は金属ケイ化物から成
る相の他に、Ｓｉ及びＳｉＣ相が形成される。これは、
マトリックス中の金属又は半金属がＳｉ又はＳｉＣ中に
溶解し、Ｓｉ合金として、Ｓｉ又はＳｉＣ中の析出物と
して、分離したＳｉ化合物として又は十分に分離した相
として生じることを意味する。
【００３５】典型的には、これら金属又は半金属は、液
体シリコナイジング中にケイ素の合金成分として複合材
料中に入れられ、材料のシリコン相中に蓄積される。有
利な金属として、特にＭｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｆｅ、
Ｃｕ、Ａｌ及びＢがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による円環形の摩擦部材の横断平面
図。
【図２】 本発明による円環形の摩擦部材の他の実施例
の横断平面図。
【図３】 本発明による円環形の摩擦部材の更に他の実
施例の横断平面図。
【図４】 本発明による円環形の摩擦部材の更に異なる
実施例の横断平面図。
【図５】 本発明による円環形の摩擦部材の更に別の実
施例の横断平面図。
【図６】 図３のＩ−Ｉ線に沿った配置のコア帯域のみ
を示す断面図。
【図７】 図４のＩＩ−ＩＩ線に沿った配置を示す断面
図。
【符号の説明】
１ 摩擦部材 ２、２′、２″、２III、２IV、２V、５ 繊維束 ３ 穿孔 ４ 凹部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミヒァエル ハイネ ドイツ連邦共和国 86695 アルマンスホ ーフェン ガルテンシュトラーセ ７ (72)発明者 アンドレアス キエンツレ ドイツ連邦共和国 86672 ティールハウ プテン タイルヴェーク ２ (72)発明者 イングリート クレッチュマー ドイツ連邦共和国 86485 ビーバーバッ ハ モントシュトラーセ １ (72)発明者 ライマー チンマーマン‐ショパン ドイツ連邦共和国 86679 エルガウ ア ム フォークトガルテン 13 Ｆターム(参考） 3J056 AA31 BA01 BC01 BC02 CA04 CA13 EA02 EA12 EA26 EA28 EA30 FA02 FA08 GA01 3J058 BA73 FA01 GA22 GA27 GA28 GA61 GA73 GA92 GA93 4L037 CS03 CS04 FA02 FA15 FA16 FA17 PA38 PC05 PG04 PP01 UA10 UA20 4L048 AA02 AA05 AB01 AB06 BA01 BA02 CA09 CA15 DA41 EB05

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 コア帯域、即ち支持帯域と、少なくとも
    １つの摩擦層とから成る繊維強化されたセラミックス材
    料でできた摩擦部材において、コア帯域が、長繊維束、
    織布、編布、不織布又は簾状の織布の形の強化繊維と、
    短繊維の形の強化繊維を含み、摩擦層が質量比にして１
    ０％以下の長繊維と３５％迄の短繊維を含んでおり、コ
    ア帯域内の少なくとも７０％の長繊維が摩擦部材の面内
    で配向されており、かつコア帯域内の短繊維の配向が主
    に等方性であることを特徴とする繊維強化されたセラミ
    ックス材料から成る摩擦部材
  2. 【請求項２】 コア帯域がＳｉ又はＳｉＣ含有マトリッ
    クスをもち、繊維強化された複合材料から成ることを特
    徴とする請求項１記載の摩擦部材。
  3. 【請求項３】 強化繊維が炭素繊維と、黒鉛繊維と、ケ
    イ素、炭素、ホウ素、チタン及び窒素の少なくとも２つ
    元素の化合物を含む繊維との少なくとも１つを含むこと
    を特徴とする請求項１記載の摩擦部材。
  4. 【請求項４】 摩擦層中のＳｉＣ相の質量比が少なくと
    も４０％であり、ケイ素相の質量比が３５％以下である
    ことを特徴とする請求項１記載の摩擦部材。
  5. 【請求項５】 摩擦部材がディスク形をしており、コア
    帯域の短繊維の長さが３０ｍｍ以下であり、コア帯域の
    長繊維の長さが少なくとも５０ｍｍ及び／又はディスク
    の直径の１０％以上であることを特徴とする請求項１乃
    至４の１つに記載の摩擦部材。
  6. 【請求項６】 長繊維が少なくとも０．５ｍｍの幅と、
    少なくとも０．０５ｍｍの厚さを有する、束、簾状の織
    布、織布又は編布にまとめられていることを特徴とする
    請求項１乃至５の１つに記載の摩擦部材。
  7. 【請求項７】 摩擦部材がディスクの形をしており、長
    繊維の少なくとも一部が、円周方向、割線に平行な方
    向、網状、螺旋状又は星形或いはその組合せで配置され
    たことを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の摩擦
    部材。
  8. 【請求項８】 長繊維が、連続した織布又は凹部のある
    編布として存在することを特徴とする請求項７記載の摩
    擦部材。
  9. 【請求項９】 コア帯域と、少なくとも１つの摩擦層と
    から成る繊維強化セラミックス材料でできた摩擦部材の
    製造方法において、コア帯域が、長繊維束、織布、編
    布、不織布又は簾状の織布の形の強化繊維と、短繊維の
    形の強化繊維を含み、摩擦層が質量比にして１０％以下
    の長繊維と３５％迄の短繊維を含んでおり、コア帯域内
    の少なくとも７０％の長繊維が、摩擦部材の面内で配向
    されており、かつコア帯域内の短繊維の配向がほぼ等方
    性であることを特徴とする繊維強化されたセラミックス
    材料から成る摩擦部材の製造方法。
  10. 【請求項１０】 請求項９記載の炭化ケイ素含有マトリ
    ックスを有する摩擦部材の製造方法において、 − 長繊維束、長繊維織布及び長繊維編布の少なくとも
    １つを、短繊維又は短繊維束を含む素地混合物から成る
    層間に圧縮成形して入れ、短繊維又は短繊維束の他に、
    硬化及び炭化可能の樹脂及び／又はピッチ並びに場合に
    よっては充填材も含む炭素含有多孔性素地を製造し、 −長繊維を含む素地混合物を高めた温度で圧縮及び硬化
    し、 −ＣＦＲＣ材料を、保護ガス下又は真空中でそれぞれ約
    ７５０〜約１２００℃の温度で炭化するか、又は１８０
    ０℃以上の温度でグラファイト化し、 −このＣＦＲＣ材料に、１４２０℃以上の温度で他の金
    属又は半金属を質量比にして５０％迄含有可能なケイ素
    融解物を浸透させ、少なくとも炭素の一部を化学反応に
    よりＳｉＣに変換する工程を有することを特徴とする摩
    擦部材の製造方法。
  11. 【請求項１１】 個々に製造され、帯域に対応し、かつ
    ケイ素融解物の液体浸透時に先ず互いに不可分に結合さ
    れる複数のＣＦＲＣ前駆体からＣＦＲＣ体を形成し、そ
    の際中心の帯域がコア帯域を構成し、カバー面の帯域が
    摩擦帯域を構成することを特徴とする請求項１０記載の
    複数の帯域を有する摩擦部材の製造方法。
  12. 【請求項１２】 ＣＦＲＣ材料のコア帯域が３０ｍｍ迄
    の長さの短繊維と、少なくとも５０ｍｍの長さの長繊維
    を含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
  13. 【請求項１３】 摩擦部材がディスク形をしており、長
    繊維が主に円周方向に及び／又は割線に平行に及び／又
    は網状及び／又は螺旋状及び／又は星形に配置されてい
    ることを特徴とする請求項１乃至１２の１つに記載の方
    法。
  14. 【請求項１４】 摩擦層中のケイ素及び炭化ケイ素を含
    有するマトリックスの質量比が少なくとも６５％であ
    り、摩擦帯域中の強化繊維の質量比が３５％以上になら
    ないことを特徴とする請求項１１乃至１３の１つに記載
    の方法。
  15. 【請求項１５】 請求項１記載の摩擦部材を使用したク
    ラッチディスク又はクラッチライニング用摩擦ディスク
    又はブレーキディスク。
  16. 【請求項１６】 請求項１乃至１５の１つに記載の摩擦
    部材を使用した自動車のクラッチディスク。
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