JP2964456B2 - ブレーキ板及びブレーキライニングから成るブレーキ装置及びその製造方法 - Google Patents

ブレーキ板及びブレーキライニングから成るブレーキ装置及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、C−C初期体から
製造可能な繊維強化C−SiC複合セラミツクから成る
ブレーキ板及びこのブレーキ板と摩擦で共同作用するブ
レーキライニングを含むブレーキ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】最初にあげた種類のブレーキ板は例えば
ドイツ連邦共和国特許第4438455号明細書から公
知である。別の繊維強化複合セラミツクはドイツ連邦共
和国特許出廓第19711829.1号に記載されてい
る。
【0003】この材料は高温に耐え、従つて熱的に非常
に高く負荷可能である。従つて同様に熱的に負荷可能で
充分に耐摩耗性のある適当なブレーキライニングを見出
すことが問題である。ブレーキライニングとの接触範囲
に現われる高い温度のため、有機結合剤を持つ従来のブ
レーキライニング又は無機的に結合される従来のブレー
キライニングの使用は、特別な困難を伴う。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従つて本発明の課題
は、容認できる制動性能を持つ上述した種類のブレーキ
装置を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
本発明によれば、ブレーキライニングが繊維強化C−S
iC複合セラミツクから成り、かつ浸珪前に少なくとも
表面近傍範囲でブレーキ板のC−C初期体の密度より高
い密度を持つC−C初期体から製造可能である。
【0006】従つてブレーキライニングの材料は、基本
的にブレーキ板と同じ材料である。製造はドイツ連邦共
和国特許出願第19711829.1号から当業者に既
知である。まず炭素繊維が炭素先駆物質例えば熱分解可
能なプラスチツク及び場合によつては骨材に混合され、
初期体いわゆる圧粉体に圧縮成形される。圧粉体は熱分
解を受け、その際プラスチツクが熱分解プラスチツクに
変換される。その結果多孔質C−C初期体が得られる。
最後にC−C初期体は液状珪素を浸透され、熱処理され
る。その結果繊維強化セラミツクC−SiC体が得られ
る。
【0007】気孔が大きくかつ/又はその数が多いほ
ど、この初期体の密度は小さい。逆に気孔が小さくかつ
/又はその数が少ないほど、その密度は大きい。従つて
C−C初期体が多孔質であるほど、即ちその密度が小さ
いほど、C−SiC体における珪素又は炭化珪素の割合
が大きい。こうして珪素の割合及びその分布は、C−C
初期体の密度を介して影響を及ぼされかつ制御される。
【0008】従つてC−SiCブレーキ板は同じ種類た
だし小さい硬度のブレーキライニングと対をなしてい
る。小さい硬度は、ブレーキ板におけるより低い珪素又
は炭化珪素の割合に起因する。従つてセラミツク割合は
小さく、プラスチツク割合は大きい。こうしてブレーキ
ライニングはブレーキ板より軟らかい。ブレーキライニ
ングは、驚くべきことに、同じ種類でほぼ同じ硬度のブ
レーキライニングより長い寿命又は少ない摩耗率を示
す。
【0009】こうしてブレーキライニングの低い硬度は
C−C初期体の高い密度によつて得られる。高い密度
は、液状珪素を浸透させるべきC−C初期体の小さい気
孔体積によつて生じる。 セラミツク化されるブレーキ
ライニングの炭化珪素の割合は、開いた気孔の小さい割
合のため比較的小さく、かつ微細に分布し、炭素の割合
は比較的大きい。小さい気孔率は、珪素が侵入できる気
孔通路が少なく細いことを意味する。
【0010】得られるセラミツクは、C−C材料の性能
に類似の性能を示し、即ちそれはセラミツクより軟らか
い。炭素は、全セラミツクの炭化珪素体に対して比較的
小さい硬度、及びブレーキ板表面の不規則さの微小形状
へのブレーキライニングの機械的適合能方を理由づけ
る。残つている炭化珪素の含有量は、プレーキライニン
グの高い耐摩耗性及び熱的負荷可能性を生じる。
【0011】これとは異なりブレーキ板では、ブレーキ
板の初期体に比較して小さい密度及び高い気孔率を持つ
C−C初期体が設けられる。液状珪素は多くの小さい気
孔を通つて侵入するので、珪素割合は最終的に高くな
り、結果として得られるセラミツクは比較的高い密度を
持つ。
【0012】こうしてブレーキ板は、適切に設定されて
摩擦を最適化される性能を持つ繊維強化セラミツクから
成る。それは僅かな摩耗、長い寿命、高い損傷耐性及び
とりわけ驚くほど大きい摩擦係数を示す。大きい摩擦係
数により、制動操作の際及ぼされる押圧力を減少するこ
とができる。それにより摩耗が再び減少する。更に制動
倍力器の寸法を小さくすることが可能である。これによ
り重量が軽減され、この重量軽減が再び燃料消費を低下
させることができる。
【0013】均一な性質を持つ微視的に均質な材料組織
を得るのが特に有利である。
【0014】本発明によるブレーキ装置は、その性質を
そのつど課される要求へ個々に合わせることができる。
例えば特別な使用のためのC−SiCブレーキ板は大き
すぎる摩耗を持ちていることがわかると、ブレーキ板の
炭化珪素割合を少なくすることができる。逆に、最適な
制動性能、長い寿命及び少ない摩耗を保証するために
は、対応するブレーキライニングにおける炭化珪素の割
合を高める。ブレーキ板の硬度及びブレーキライニング
の硬度を最適に互いに合わせて設定し、それによりブレ
ーキ装置全体が僅かな摩耗で長い寿命を持つようにする
ことができる。例えば最適とは、ブレーキ板が殆ど測定
不可能な摩耗しか持たず、ブレーキライニングが従来の
ブレーキライニングの摩耗性能に対比可能な摩耗性能を
示す、ことを意味する。
【0015】有利にブレーキライニングのC−C初期体
の気孔率は、少なくとも表面近傍範囲でブレーキ板のC
−C初期体の気孔率より約20ないし30%小さい。ブ
レーキライニングの初期体の密度の好ましい値は、表面
近傍範囲で約1.2〜1.5g/cmなるべく1.3
g/cmである。
【0016】有利にブレーキライニング及び/又はブレ
ーキ板は、ほぼ等方に配向される繊維を持つ材料から成
る。それによりブレーキ板又はブレーキライニングの制
動面に対して直角に、一様に高い熱伝導率が得られる。
それにより負荷のかかる場合表面温度の低下が起こる。
高すぎる表面温度は制動液体を過度に加熱する可能性が
ある。
【0017】セラミツクブレーキ板及びセラミツクブレ
ーキライニングによる制動操作の際煩わしい雑音の生じ
ることがあるので、Cu,CaF,MoS,SbS
のようないわゆる快適安定剤が含まれていると有利で
ある。
【0018】本発明による方法に関して、繊維強化C−
SiCセラミツクからブレーキライニングを製造するた
め、特定の気孔体積及び/又は毛管体積を持つ炭素繊維
体が製造され、この炭素繊維体が炭素及び/又は炭素先
駆物質を浸透せしめられ、熱分解により多孔質C−C初
期体が製造され、このC−C初期体が再び液状珪素を浸
透せしめられ、その際炭素が気孔及び毛管の少なくとも
表面近傍範囲で炭化珪素にセラミツク化される。液体浸
透の前にC−C初期体の開いた気孔及び毛管の体積は、
最大約60体積%なるべく約40ないし50体積%に設
定することができる。
【0019】この設定は、圧粉体の圧縮成形の際の温
度、使用される成形圧力及び使用される原料により影響
を受ける。成形圧力が高いほど、得られる圧粉体の密度
が高く、C−C初期体の気孔率が小さく、また得られる
セラミツク体が軟らかい。毛管体積を設定する別の可能
性は、強制浸透(トランスフアー成形)により炭素先駆
物質を入れ、即ち炭素先駆物質に特定の圧力を加えて炭
素繊維体へ入れ、同時に炭素繊維体の気孔及び毛管を排
気することである。圧力又は負圧の設定に応じて所定の
毛管大きさが得られる。こうして得られる圧粉体は続い
て熱分解される。
【0020】液状炭素先駆物質を選ばず、固体結合剤を
選ぶと、圧縮成形すべき均質体の製造の際成分の混合の
やり方により設定を行うことができる。特に炭素粒子か
ら成る粉末又はペーストは、気孔又は毛管へこすり込む
ことができる。それにより表面近傍範囲のみが熱分解炭
素に変換され、次の方法段階で浸珪される。処理されな
い表面範囲及び内部はC−C体として残る。
【0021】炭素先駆物質として炭素粉末、炭素粉末の
懸濁液又はペースト、黒鉛又はピツチが適しているだけ
でなく、ビニル樹脂、又は例えばポリシラン、ポリカル
ボシラン、ポリボロシラン、ポリシラザン、ポリカルボ
シラザン及びポリボロカルボシラザンの群から成る珪素
含有ポリマーのような熱分解可能なポリマーも適してい
る。
【0022】
【実施例】添付図面に基いて本発明の実施例を以下に説
明する。
【0023】図1は、約35〜45体積%の繊維、約4
0〜50体積%のSiC及び最大約15体積%の珪素か
ら成るブレーキ板の組織図を示している。組織は均質で
ある。即ち繊維は等方性に配置されている。密度は約
2.25g/cmである。
【0024】図2は、SiC含有量の少ないC−SiC
ブレーキライニングを示している。密度は約2.15g
/cmである。製造のため、炭素繊維、炭素先駆物質
及び骨材又は圧粉体が100bar以上の圧力で圧縮成
形された。
【0025】別の最適化されたブレーキライニングが図
3の(A)及び(B)に示されている。(A)において
比較的小さい通路が非常に美しく認められ、これらの通
路を通つて珪素が僅かだけ侵入している。繊維構造は保
たれている。即ち炭素割合は高い。(B)では、繊維が
ほぼ等方性に分布していることがわかる。材料の密度は
約2.15g/cmである。圧縮成形の際の圧力は約
100〜200barである。その際気孔通路は比較的
密に圧縮される。
【0026】図4ないし6は、ブレーキ板及びブレーキ
ライニングの種々の材料組合わせを持つ試験台測定を示
している。図4は、図3の(A)及び(B)に示すブレ
ーキライニングの結果を示している。すべての測定にお
いて、285mmの直径を持つ図1のブレーキ板が使用
された。ブレーキライニングは80×65mmの寸法
で、金属保持片へ焼きばめされた。印加圧力は10〜3
0bar、個々の点では50bar未満であつた。速度
は60〜200km/hであつた。本発明によるブレー
キ装置では、測定された摩擦係数は0.5より上にあつ
た。ブレーキ板中心の温度は400℃より下にあつた。
測定値は、印加される圧力及び速度に関して非常に良好
な不変性を示した。温度の不変性も非常に良好であつ
た。フエード現象は認められなかつた。全測定プログラ
ムの終了後に測定された全摩耗は、ブレーキ板では0.
05mm、またブレーキライニングでは1gであつた。
【0027】図5は、C−SiCブレーキ板及びC−S
iCブレーキライニングの同じ測定を示している。摩擦
係数は非常によい0.6の所にあり、ブレーキ板中心に
おける温度は300℃を越えて上昇しなかつた。しかし
摩耗データは満足できなかつた。摩耗はブレーキ板では
0.25mm、またブレーキライニングでは1.0gで
あつた。硬くもろいブレーキライニングは、ブレーキ装
置の所で測定可能な摩耗を生じた。従つてブレーキライ
ニング自体における著しい材料損失が現われる。
【0028】図6は、C−SiCブレーキ板及びC−C
ブレーキライニングの別の比較測定を示している。ここ
では摩擦係数は著しく悪かつた。ブレーキ板は測定可能
な摩耗を示さなかつた。ブレーキライニングにおける材
料損失は2.5gであつた。この場合ブレーキライニン
グは、硬くもろいブレーキ板による作用の期間に耐える
には軟らかすぎる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるブレーキ装置のブレーキ板の組織
の光学顕微鏡写真である。
【図2】高いC−C含有量及び低いSiC含有量を持つ
ブレーキライニングの組織の光学顕微鏡写真である。
【図3】(A)は浸珪前にブレーキライニングに関して
最適化されたC−C材料の圧縮成形方向における研摩面
の光学顕微鏡写真、(B)は同じC−C材料の圧縮成形
方向とは直角な方向における研摩面の光学顕微鏡写真で
ある。
【図4】本発明によるブレーキ装置の制動実験結果の線
図である。
【図5】C−SiCブレーキ板及び同じ材料から成るブ
レーキライニングの制動実験結果の線図である。
【図6】C−SiCブレーキ板及びC−Cブレーキライ
ニングの制動実験結果の線図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F16D 65/12 F16D 69/02 B 69/02 C04B 35/56 101U (72)発明者 テイルマン・ハウク ドイツ連邦共和国ウールデインゲン−ミ ユールホフ・エルレンヴエーク3ベー (72)発明者 コルヤ・レブシユトツク ドイツ連邦共和国ウルム・レフレルシユ トラーセ16 (56)参考文献 特開 平4−78332(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C04B 35/83 C04B 35/573 F16D 69/02 F16D 65/12

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 C−C初期体から製造可能な繊維強化C
    −SiC複合セラミツクから成るブレーキ板及びこのブ
    レーキ板と摩擦で共同作用するブレーキライニングを含
    むブレーキ装置において、ブレーキライニングが繊維強
    化C−SiC複合セラミツクから成り、かつ浸珪前に少
    なくとも表面近傍範囲でブレーキ板のC−C初期体の密
    度より高い密度を持つC−C初期体から製造可能である
    ことを特徴とする、ブレーキ板及びブレーキライニング
    から成るブレーキ装置。
  2. 【請求項2】 ブレーキライニング用C−C初期体の気
    孔率が、少なくとも表面近傍範囲でブレーキ板の気孔率
    より約20ないし30%小さいことを特徴とする、請求
    項1に記載のブレーキ装置。
  3. 【請求項3】 ブレーキライニング用C−C初期体の密
    度が、少なくとも表面近傍範囲で約1.2ないし1.5
    g/cmなるべく約1.3g/cmであることを特
    徴とする、請求項1又は2に記載のブレーキ装置。
  4. 【請求項4】 ブレーキ板及び/又はブレーキライニン
    グが、ほぼ等方に配向される繊維を持つ繊維強化C−S
    iC複合セラミツクから成ることを特徴とする、請求項
    1ないし3の1つに記載のブレーキ装置。
  5. 【請求項5】 ブレーキ板及び/又はブレーキライニン
    グを製造するために使用される圧粉体が、微視的に均質
    な材料組織を持ち、かつ/又は微細に分布した小さい気
    孔及び通路を持つていることを特徴とする、請求項1な
    いし4の1つに記載のブレーキ装置。
  6. 【請求項6】 特定の気孔体積及び/又は毛管を持つ炭
    素繊維体を製造し、この炭素繊維体を炭素及び/又は炭
    素先駆物質と混合し、均質化しかつ成形体に加工し、こ
    の成形体を熱分解により多孔質C−C体に変換し、この
    C−C体に液状珪素を浸透させ、それにより気孔又は毛
    菅の少なくとも表面近傍範囲で炭素を炭化珪素にセラミ
    ツク化する、ブレーキライニングの製造方法において、
    C−C体の開いた気孔体積及び/又は毛管体積を、液体
    浸珪前に、最大約60体積%なるべく約40〜50体積
    %に設定することを特徴とする、繊維強化C−SiC複
    合セラミツクからブレーキライニングを製造する方法。
  7. 【請求項7】 開いた気孔体積及び毛管体積の設定を、
    少なくとも一部炭素繊維体の機械的圧縮により行うこと
    を特徴とする、請求項6に記載の方法。
  8. 【請求項8】 機械的圧縮を圧縮成形の際行うことを特
    徴とする、請求項6に記載の方法。
  9. 【請求項9】 機械的圧縮の少なくとも一部を、炭素繊
    維体に液状炭素先駆物質を強制浸透させることにより行
    い、先駆物質の供給側で特定の液体圧力を作用させ、浸
    透方向に関して反対側から、炭素繊維体の気孔及び毛管
    を排気することを特徴とする、請求項6に記載の方法。
  10. 【請求項10】 機械的圧縮の少なくとも一部を、炭素
    樹脂及び/又は炭素充填物及び/又は炭素粒子又は炭素
    先駆物質をブレーキライニングの表面から気孔及び毛管
    へこすり込むか又は埋込むことにより行うことを特徴と
    する、請求項6に記載の方法。
  11. 【請求項11】 炭素先駆物質として、ビニル樹脂及び
    珪素含有ポリマーの群から選ばれた1つ又は複数の物質
    及び/又は炭素粉末の懸濁液又はペースト又はピツチを
    使用することを特徴とする、請求項6ないし10の1つ
    に記載の方法。
  12. 【請求項12】 珪素含有ポリマーとして、ポリシラ
    ン、ポリカルボシラン、ポリボロシラザン、ポリシラザ
    ン、ポリカーボシラザン及びポリポロカルボシラザンの
    群から1つ又は複数の化合物を選ぶことを特徴とする、
    請求項11に記載の方法。
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