JP6171031B2 - カーボンセラミックブレーキディスク及びそれを製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、カーボンセラミックブレーキディスク及びそれを製造する方法に係り、
より詳しくは、製造過程において摩擦層と支持部が分離されることを防ぐことができ、摩擦層と支持部を接着させるステップを無くして、カーボンセラミックブレーキディスクの製造時間を短縮することができるカーボンセラミックブレーキディスク及びそれを製造する方法に関する。

自動車ブレーキディスクは、ドラム式ブレーキディスクと、ディスク式ブレーキディスクとに区別される。
ディスク式ブレーキは、ディスクの表面とパッドの摩擦でディスクの回転を遅らせるか、または停止させることによって、自動車の速度を減速するか、または自動車を停止させる。
近年、炭素繊維強化セラミック複合材でディスク式自動車ブレーキディスクが多く作製されている。
炭素繊維強化セラミック複合材は、基質（ｍａｔｒｉｘ）がセラミックであり、炭素繊維により強化された素材である。炭素繊維強化セラミック複合材で自動車ブレーキディスクを製造すると、軽く、熱・機械的衝撃抵抗性、耐酸化性、耐摩耗性が大きく、高強度であり、高い摩擦係数を持つ自動車ブレーキディスクを製造することができる。このように炭素繊維強化セラミック複合材で製造されたディスク式自動車ブレーキディスクを「カーボンセラミックブレーキディスク」と称する。

カーボンセラミックブレーキディスクは、支持部と、支持部の上下面に接着された摩擦層とで構成される。
本出願人の韓国登録特許第１０−１３０４１８８号には、支持部と摩擦層をそれぞれ製造し、炭化された支持部と摩擦層を接着させた後、接着された支持部と摩擦層にケイ素を含浸させ、カーボンセラミックブレーキディスクを製造する方法が記載されており、カーボンセラミックブレーキディスクを製造する過程において、摩擦層と支持部の大きな成分の差によって、摩擦層と支持部が分離されることを防ぐために、摩擦層、支持部の成分を同一にする方法が記載されている。 摩擦層と支持部の成分の差が大きいと、摩擦層と支持部の熱膨張係数差が大きくなり、摩擦層と支持部が容易に分離される。

一方、ブレーキ作動の際、摩擦層は、パッドと摩擦接触し、支持部は、摩擦層を支持して熱・機械的衝撃を吸収する。この役割に合うように、摩擦層は、優れた摩擦性能及び耐酸化性を、また、支持部は、優れた熱・機械的衝撃抵抗性を有する必要がある。このような摩擦層と支持部の 特性は、カーボンセラミックブレーキディスクの性能向上と直結する。
しかし、韓国登録特許第１０−１３０４１８８号に開示された方法のように、摩擦層と支持部が分離されることを防ぐために、支持部と摩擦層の成分を同一にすると、摩擦層と支持部が適切に役割分担をすることができない。それによって、カーボンセラミックブレーキディスクの性能が劣ることとなる。
また、支持部と摩擦層をそれぞれ製造した後、接着剤で互いに接着させるステップを必ず経なければならないので、カーボンセラミックブレーキディスクの製造時間短縮が難しい問題点がある。

韓国登録特許１０−１３０４１８８号

本発明の目的は、摩擦層と支持部が適切な役割分担をしながら、同時にカーボンセラミックブレーキディスクを製造する過程において摩擦層と支持部が分離されることを防ぐことのできる、カーボンセラミックブレーキディスク及びそれを製造する方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、摩擦層と支持部を互いに接着させるステップを無くして、カーボンセラミックブレーキディスクの製造時間を短縮することにある。

前記目的を達成するための本発明によるカーボンセラミックブレーキディスクは、冷却チャネルが中心部に形成された支持部、及び前記支持部の上下面に接着層なしで直接結合され、前記支持部と異なる成分を有する摩擦層、を含み、前記支持部は、前記冷却チャネルを中心に前記摩擦層に向かっていくほど、段階的に前記摩擦層の成分と類似した成分を有する複数個の層で構成され、前記支持部は、前記摩擦層と接着層なしに直接結合された第１支持層と、前記第１支持層よりＳｉＣ含量の少ない第２支持層とで構成され、前記第１支持層のＳｉＣ含量は、前記摩擦層のＳｉＣ含量と類似しており、前記第１支持層は、ＳｉＣ ６４〜６０ｗｔ％、Ｓｉ ３５〜３９ｗｔ％、Ｃ １ｗｔ％の成分で構成され、前記第２支持層は、ＳｉＣ ２９ｗｔ％、Ｓｉ ７ｗｔ％、Ｃ ６４ｗｔ％の成分で構成され、前記摩擦層は、ＳｉＣ ６４ｗｔ％、Ｓｉ ３５ｗｔ％、Ｃ １ｗｔ％の成分で構成されたことを特徴とする。

また、本発明は、請求項１に記載のカーボンセラミックブレーキディスクを製造する方法であって、
摩擦層を製造する摩擦層組成物をモールド中に入れ、
前記摩擦層組成物上に、支持層を製造する支持部成形体を載置し、
前記支持部成形体上に、摩擦層を製造する摩擦層組成物を載置し、
プレスで押圧し、ヒーターで加熱して、互いに結合された支持部成形体及び摩擦層成形体を収得し、
前記互いに結合された支持部成形体及び摩擦層成形体を炭化させて炭化体を製造し、
前記炭化体にケイ素を含浸させ、炭素繊維強化セラミック複合体を製造することを特徴とする。

前記支持層の第１支持層組成物をモールド中に入れ、
前記第１支持層組成物上に第２支持層組成物を載置し、
前記第２支持層組成物上にコアを載置し、
前記コアの隙間にチャネル壁組成物を満たし、
前記コア上に第２支持層組成物を載置し、
前記コア上に載置された第２支持層組成物上に第１支持層組成物を載置し、
プレスで押圧し、ヒーターで加熱することによって、
前記支持部成形体を製造することを特徴とする。

前記摩擦層組成物は、長さ０．１５〜０．２ｍｍの炭素繊維とフェノール樹脂、またはケイ素粉末とフェノール樹脂、または炭化ケイ素粉末とフェノール樹脂、または黒鉛粉末とフェノール樹脂とで構成され、前記第１支持層組成物は、長さ４〜７ｍｍの炭素繊維とフェノール樹脂とで構成され、前記第２支持層組成物は、長さ１０〜２９ｍｍの炭素繊維とフェノール樹脂とで構成され、前記チャネル壁組成物は、長さ１０〜２９ｍｍの炭素繊維とフェノール樹脂とで構成されたことを特徴とする。

前記摩擦層組成物は、炭素繊維なしに、ケイ素粉末、炭化ケイ素粉末、黒鉛粉末、フェノール樹脂で構成され、前記第１支持層組成物は、長さ４〜７ｍｍの炭素繊維とフェノール樹脂とで構成され、前記第２支持層組成物は、長さ１０〜２９ｍｍの炭素繊維とフェノール樹脂とで構成され、前記チャネル壁組成物は、長さ１０〜２９ｍｍの炭素繊維とフェノール樹脂とで構成されたことを特徴とする。

前記ケイ素粉末、前記炭化ケイ素粉末は、廃棄されたシリコンウエハまたは廃棄された太陽電池板を粉砕して得ることを特徴とする。

前記摩擦層を製造する摩擦層組成物をモールド中に入れる前に、前記モールド中に前記摩擦層の高さを調節するためのメッシュを入れ、
前記支持部成形体上に摩擦層を製造する摩擦層組成物を載置する前に、
前記支持部成形体上に前記摩擦層の高さを調節するためのメッシュを入れることを特徴とする。

前記メッシュは、ポリカーボネート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＡＢＳ樹脂（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｓｔｙｒｅｎｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、スチレン樹脂（Ｓｔｙｒｅｎｅ ｒｅｓｉｎ）、ポリエチレン（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、アクリル樹脂（Ａｃｒｙｌｉｃ ｒｅｓｉｎ）で製造され、
前記メッシュを構成する線の厚さは、０．１〜０．５ｍｍであり、
前記メッシュを構成する孔の幅が１〜１０ｍｍであることを特徴とする。

本発明によれば、カーボンセラミックブレーキディスクの摩擦層と支持部は、その役割分担のために、互いに異なる成分を有するため、摩擦層は、優れた摩擦性能及び耐酸化性を有し、支持部は、優れた熱・機械的衝撃抵抗性を有する。
また、本発明のカーボンセラミックブレーキディスクの支持部は、冷却チャネルを中心に摩擦層へ行くほど、段階的に摩擦層の成分と類似する複数個の層で構成されるため、支持部が衝撃吸収できることはもちろん、カーボンセラミックブレーキディスクを製造する過程において、摩擦層と支持部が分離されることを防ぐことができる。
また、本発明のカーボンセラミックブレーキディスクを製造する方法を用いると、摩擦層と支持部を互いに接着させるステップを無くすことができ、カーボンセラミックブレーキディスクの製造時間を短縮することができる。

また、本発明は、メッシュで摩擦層の厚さを調節でき、設定された厚さを有する摩擦層を容易に収得することができるとともに、摩擦層組成物を、硬いモールドの底面と硬い支持部成形体の下面とで挟んで押圧するため、設定された厚さを有する摩擦層を容易に収得することができる。
また、本発明は、摩擦層組成物を、硬いプレスの下面と硬い支持部成形体の上面とで挟んで押圧するため、設定された厚さを有する摩擦層を容易に収得することができ、摩擦層組成物が、炭素繊維なしに、ケイ素粉末、炭化ケイ素粉末、黒鉛粉末、フェノール樹脂で構成され得る。
そして、ケイ素粉末、炭化ケイ素粉末は、廃棄されたシリコンウエハまたは廃棄された太陽電池板を粉砕して得ることができるため、廃棄されるシリコンウエハまたは廃棄された太陽電池板をリサイクルすることにより、カーボンセラミックブレーキディスクの製造原価を下げることができる。

本発明の一実施例に係るカーボンセラミックブレーキディスクを示した図である。 図１のカーボンセラミックブレーキディスクの縦断面図である。 Ａは、第１支持層組成物と第２支持層組成物をモールドに順に入れた状態を示した図である。 Ｂは、Ａの第２支持層組成物上に冷却チャネルを形成するためのコアを載置し、コアの隙間に冷却チャネル壁組成物を満たした状態を示した図である。 Ａは、図３Ｂのコア上に第２支持層組成物と第１支持層組成物を順に載置し、プレスで押圧する状態を示した図である。 Ｂは、支持部成形体をモールドから取り出す状態を示した図である。 Ａは、摩擦層組成物をモールドに入れた状態を示した図である。 Ｂは、 Ａの摩擦層組成物上に 図４Ｂの支持部成形体を載置した状態を示した図である。 Ａは、摩擦層成形体を製造すると同時に摩擦層成形体を 図５Ｂの支持部成形体と直接結合させるために、支持部成形体上に摩擦層組成物を載置し、プレスで押圧する状態を示した図である。 Ｂは、互いに結合された摩擦層成形体と支持部成形体をモールドから取り出す状態を示した図である。 Ａは、摩擦層の高さを調節するためのメッシュの平面図である。 Ｂは、摩擦層の高さを調節するためのメッシュの側面図である。 Ａは、メッシュをモールドに入れて、メッシュ孔の間に摩擦層組成物を満たした状態を示した図である。 Ｂは、Ａのメッシュ上に 図４Ｂの支持部成形体を載置した状態を示した図である。 Ａは、図８Ｂの支持部成形体上にメッシュを載置し、メッシュ孔の間に摩擦層組成物を満たして、プレスで押圧する状態を示した図である。 Ｂは、互いに結合された摩擦層成形体と支持部成形体をモールドから取り出す状態を示した図である。

以下、本発明の一実施例に係るカーボンセラミックブレーキを図面により詳細に説明する。
図１に示すように、本発明の一実施例に係るカーボンセラミックブレーキディスク１は、支持部１０、摩擦層２０で構成される。摩擦層２０は、支持部１０の上下面に接着層なしに直接結合される。
カーボンセラミックブレーキディスク１の中心部には、車軸が通る軸穴２が設けられる。軸穴２の周囲に、ハットパーツと結合されるボルトが貫通する貫通孔３が同一円上に同一の間隔で設けられる。
カーボンセラミックブレーキディスク１の側面には、冷却チャネル１２が一定間隔で設けられる。冷却チャネル１２は、チャネル壁１１により区画される。
カーボンセラミックブレーキディスク１の上下面には、冷却チャネル１２と連通する垂直ピンホール４が設けられる。

図２に示す通り、ブレーキの作動の際、摩擦層２０は、パッドと摩擦接触し、支持部１０は、摩擦層２０を支持して熱・機械的衝撃を吸収する。このため、摩擦層２０は、優れた摩擦性能及び耐酸化性を、また、支持部１０は、優れた熱・機械的衝撃抵抗性を有する必要があり、摩擦層２０のＳｉＣ成分は、支持部１０のＳｉＣ成分より多い。
これは、ＳｉＣ成分が多くなるほど、摩擦係数が大きくなり、また硬くなって、逆に、ＳｉＣ成分が少ないほど、摩擦係数は小さくなり、熱・機械的衝撃抵抗性が良くなるためである。
支持部１０は、冷却チャネル１２を中心に、摩擦層２０に向かっていくほど、段階的に、摩擦層２０の成分と類似した成分を有する複数個の層で構成される。
本実施例においては、支持部１０が２つの層で構成される。もちろん、支持部１０がより多くの層で構成されてもよい。

支持部１０は、第１支持層１０Ａ、第２支持層１０Ｂで構成される。
第１支持層１０Ａは、摩擦層２０と第２支持層１０Ｂとの間に位置する。
第１支持層１０Ａは、摩擦層２０と接着層なしに直接結合される。
第１支持層１０Ａは、ＳｉＣ ６４〜６０ｗｔ％、Ｓｉ ３５〜３９ｗｔ％、Ｃ １ｗｔ％の成分で構成される。
第１支持層１０Ａの厚さは、１０ｍｍである。もちろん、第１支持層１０Ａの厚さは、変更可能である。
第２支持層１０Ｂは、第１支持層１０Ａと冷却チャネル１２との間に位置し、第２支持層１０Ｂは、ＳｉＣ ２９ｗｔ％、Ｓｉ ７ｗｔ％、Ｃ ６４ｗｔ％の成分で構成される。
第２支持層１０Ｂの厚さは、１０ｍｍである。もちろん、第２支持層１０Ｂの厚さは、変更可能である。

チャネル壁１１は、ＳｉＣ ２９ｗｔ％、Ｓｉ ７ｗｔ％、Ｃ ６４ｗｔ％の成分で構成される。チャネル壁１１の厚さは、１０ｍｍである。もちろん、チャネル壁１１の厚さは、変更可能である。
摩擦層２０は、ＳｉＣ ６４ｗｔ％、Ｓｉ ３５ｗｔ％、Ｃ １ｗｔ％の成分で構成される。摩擦層２０の厚さは、１〜２ｍｍである。もちろん、摩擦層２０の厚さは、変更可能である。
第２支持層１０Ｂの成分よりも、摩擦層２０と直接結合された第１支持層１０Ａの成分が摩擦層２０の成分とさらに類似している。特に、ＳｉＣ成分がより類似している。それによって、カーボンセラミックブレーキディスク１の製造過程において、摩擦層２０と第１支持層１０Ａが分離されることを防ぐことができる。 また、第２支持層１０Ｂにより、支持部１０が衝撃吸収という本来の役割も果たすことができる。
支持部１０をさらに多くの層で構成すると、支持部１０の成分を層ごとに段階的に少しずつ変えるだけでも、摩擦層２０と直接結合された支持部１０の成分を摩擦層２０の成分とさらに類似した層にすることができる。

以下、本発明の一実施例に係るカーボンセラミックブレーキディスクの製造方法について説明する。
［第１ステップ］支持部成形体を製造するステップ
図４Ａに示す直線矢印は、プレスの移動方向を示す。図４Ｂに示す曲線矢印は、支持部成形体を取り出す方向を示す。
図３Ａに示すように、第１支持層組成物１０Ａ−１と第２支持層組成物１０Ｂ−１をモールドＭに順に入れる。
第１支持層組成物１０Ａ−１は、炭化過程とケイ素含浸過程を経て第１支持層１０Ａとなり、第２支持層組成物１０Ｂ−１は、炭化過程とケイ素含浸過程を経て第２支持層１０Ｂとなる。

第１支持層組成物１０Ａ−１は、炭素繊維（長さ４〜７ｍｍ）とフェノール樹脂とで構成される。
第２支持層組成物１０Ｂ−１は、炭素繊維（長さ１０〜２９ｍｍ）とフェノール樹脂とで構成される。
長さの短い炭素繊維が多く含まれているほど、ケイ素と反応する面積が多くなって、ＳｉＣが多く生成する。ＳｉＣが多く生成するほど、摩擦層２０の成分組成と類似するようになる。このため、摩擦層２０と直接結合された第１支持層組成物１０Ａ−１が、第２支持層組成物１０Ｂ−１より長さの短い炭素繊維をさらに多く含んでいる。

図３Ｂに示すように、第２支持層組成物１０Ｂ−１上に冷却チャネル１２を形成するためのコアＣＲを載置し、コアＣＲの隙間にチャネル壁組成物１１−１を満たす。コアＣＲは、炭化過程において熱分解される。コアＣＲは、ポリカーボネート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＡＢＳ樹脂（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｓｔｙｒｅｎｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、スチレン樹脂（Ｓｔｙｒｅｎｅ ｒｅｓｉｎ）、ポリエチレン（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、アクリル樹脂（Ａｃｒｙｌｉｃ ｒｅｓｉｎ）で製造される。コアＣＲが熱分解されて残った位置に冷却チャネル１２が形成され、コアＣＲの隙間に満たされたチャネル壁組成物１１−１は、チャネル壁１１となる。チャネル壁組成物１１−１は、炭素繊維（長さ１０〜２９ｍｍ）とフェノール樹脂とで構成される。チャネル壁１１に含まれた炭素繊維によって冷却チャネル１２の強度が補強される。

図４Ａに示すように、コアＣＲ上に第２支持層組成物１０Ｂ−１と第１支持層組成物１０Ａ−１を順に載置し、プレスＰで押圧してヒーター（図示しない）で加熱すると、硬い支持部成形体１０Ｃが製造される。ここで、硬い支持部成形体１０Ｃとは、第１支持層組成物１０Ａ−１と第２支持層組成物１０Ｂ−１とチャネル壁組成物１１−１に含まれたフェノール樹脂が完全に硬化されてはいないが、その形態は十分に維持される程に硬くなった支持部成形体１０Ｃと定義する。
図４Ｂに示すように、支持部成形体１０ＣをモールドＭから取り出す。

［第２ステップ］摩擦層成形体を製造すると同時に、摩擦層成形体と支持部成形体を接着層なしに直接結合させるステップ
図６Ａに示す直線矢印は、プレスの移動方向を示す。図６Ｂに示す曲線矢印は、互いに結合された支持部成形体と摩擦層成形体を取り出す方向を示す。
図５Ａに示すように、摩擦層組成物２０−１をモールドＭに入れる。
摩擦層組成物２０−１は、炭素繊維（長さ０．１５〜０．２ｍｍ）とフェノール樹脂とで構成される。
一方、摩擦層組成物２０−１は、炭素繊維なしに、ケイ素粉末、炭化ケイ素粉末、黒鉛粉末、フェノール樹脂で構成されてもよい。ここで、ケイ素粉末、炭化ケイ素粉末は、廃棄されたシリコンウエハまたは廃棄された太陽電池板を粉砕して得ることができる。

図５Ｂに示すように、摩擦層組成物２０−１上に支持部成形体１０Ｃを載置する。
図６Ａに示すように、支持部成形体１０Ｃ上に摩擦層組成物２０−１を載置し、プレスＰで押圧してヒーター（図示しない）で加熱する。すると、摩擦層成形体２０Ｃが製造されると同時に摩擦層成形体２０Ｃと支持部成形体１０Ｃが直接結合される。 図６Ａに示すように、互いに結合された支持部成形体１０Ｃと摩擦層成形体２０ＣをモールドＭから取り出す。
もちろん、摩擦層組成物上に硬い支持部成形体１０Ｃではなく、支持部組成物を載置して成形体を製造することもできる。この場合、摩擦層組成物と支持部組成物が混ざり合うことがあり、摩擦層２０の厚さを調節することが非常に難しくなる。
しかし、本発明は、摩擦層組成物２０−１を、硬いモールドの底面と硬い支持部成形体１０Ｃの下面とで挟んで押圧するため、設定された厚さを有する摩擦層２０を容易に収得することができる。

また、本発明は、摩擦層組成物２０−１を、硬いプレスＰの下面と硬い支持部成形体１０Ｃの上面とで挟んで押圧するため、設定された厚さを有する摩擦層２０を容易に収得することができる。
摩擦層２０の高さを正確に調節するために、図７Ａ及び図７Ｂに示すメッシュＭＳを用いることもできる。
メッシュＭＳは、炭化過程において熱分解される。メッシュＭＳは、ポリカーボネート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＡＢＳ樹脂（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｓｔｙｒｅｎｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、スチレン樹脂（Ｓｔｙｒｅｎｅ ｒｅｓｉｎ）、ポリエチレン（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、アクリル樹脂（Ａｃｒｙｌｉｃ ｒｅｓｉｎ）で製造される。
メッシュＭＳを構成する線の厚さｔは、０．１〜０．５ｍｍである。メッシュＭＳを構成する孔の幅Ｗは、１〜１０ｍｍである。

図９Ａに示す直線矢印は、プレスの移動方向を示す。図９Ｂに示す曲線矢印は、支持部成形体を取り出す方向を示す。
図８Ａに示すように、メッシュＭＳをモールドＭに入れ、メッシュ孔の間に摩擦層組成物２０−１を満たす。摩擦層組成物２０−１をメッシュ孔の中に満たし、メッシュＭＳの厚さＨを利用して摩擦層２０の厚さを調節する。従って、摩擦層２０の厚さを設定された厚さに正確に合わせることができる。
図８Ｂに示すように、メッシュＭＳ上に支持部成形体１０Ｃを載置する。図９Ａに示すように、支持部成形体１０Ｃ上にメッシュＭＳを載置し、メッシュ孔の間に摩擦層組成物２０−１を満たし、プレスＰで押圧してヒーター（図示しない）で加熱する。図９Ｂに示すように、互いに結合された支持部成形体１０Ｃと摩擦層成形体２０ＣをモールドＭから取り出す。

［第３ステップ］互いに結合された支持部成形体と摩擦層成形体を炭化させて炭化体にするステップ
真空抵抗加熱炉（図示しない）中に互いに結合された支持部成形体１０Ｃと摩擦層成形体２０Ｃを入れる。真空抵抗加熱炉中は、真空雰囲気または不活性雰囲気である。真空抵抗加熱炉は、互いに結合された支持部成形体１０Ｃと摩擦層成形体２０Ｃを１０００℃に昇温させて炭化させる。互いに結合された支持部成形体１０Ｃと摩擦層成形体２０Ｃが炭化する間、互いに結合された支持部成形体１０Ｃと摩擦層成形体２０Ｃに含まれたフェノール樹脂が熱分解されて炭素となる。フェノール樹脂が熱分解されて残った位置には、気孔が形成される。コアＣＲが熱分解されて残った位置に冷却チャネル１２が形成される。このように互いに結合された支持部成形体１０Ｃと摩擦層成形体２０Ｃが炭化して炭化体となる。

［第４ステップ］炭化体を機械加工するステップ
図１に示す通り、炭化体の中心部に車軸が通る軸穴２をあける。軸穴２の周囲に、ハットパーツと結合されるボルトが貫通する貫通孔３を同一円上に同一の間隔であける。ハットパーツはホイールと結合される。炭化体の上下面に冷却チャネル１２と連通する垂直ピンホール４を一定間隔であける。

［第５ステップ］機械加工された炭化体にケイ素粉末を溶かして含浸させるステップ
容器（図示しない）中にケイ素粉末を入れる。機械加工された炭化体をケイ素粉末中に埋める。容器を電気抵抗加熱炉（図示しない）中に入れる。真空抵抗加熱炉は、容器を１５５０℃に昇温させる。ケイ素粉末が溶けながら、機械加工された炭化体に含浸される。ケイ素粉末は、機械加工された炭化体の炭素成分と反応して炭化ケイ素（ＳｉＣ）となる。このように、機械加工された炭化体にケイ素が含浸されて炭素繊維強化繊維複合材が製造される。
最後に、研磨機（ｇｒｉｎｄｅｒ）で炭素繊維強化繊維複合材を研磨し、カーボンセラミックブレーキディスク１を完成する。
上述の通り、本発明のカーボンセラミックブレーキディスクの摩擦層と支持部は、その役割分担のために、互いに異なる成分を有する。それによって、摩擦層は、優れた摩擦性能及び耐酸化性を有し、支持部は、優れた熱・機械的衝撃抵抗性を有する。

本発明のカーボンセラミックブレーキディスクの支持部は、冷却チャネルを中心に摩擦層へ行くほど、段階的に摩擦層の成分と類似する複数個の層で構成される。従って、支持部が衝撃吸収という本来の役割を果たすことができることはもちろん、カーボンセラミックブレーキディスクを製造する過程において、摩擦層と支持部の分離を防ぐことができる。
本発明のカーボンセラミックブレーキディスクを製造する方法を用いると、摩擦層と支持部を互いに接着させるステップを無くすことができ、カーボンセラミックブレーキディスクの製造時間を短縮することができる。
また、メッシュで摩擦層の厚さを調節することができ、設定された厚さを有する摩擦層を容易に収得することができる。

さらに、本発明は、摩擦層組成物を、硬いモールドの底面と硬い支持部成形体の下面とで挟んで押圧するため、設定された厚さを有する摩擦層を容易に収得することができ、摩擦層組成物を、硬いプレスの下面と硬い支持部成形体の上面とで挟んで押圧するため、設定された厚さを有する摩擦層を容易に収得することができる。
本発明は、摩擦層組成物が、炭素繊維なしに、ケイ素粉末、炭化ケイ素粉末、黒鉛粉末、フェノール樹脂で構成される。ケイ素粉末、炭化ケイ素粉末は、廃棄されたシリコンウエハまたは廃棄された太陽電池板を粉砕して得られるため、廃棄されるシリコンウエハまたは廃棄された太陽電池板をリサイクルすることによって、カーボンセラミックブレーキディスクの製造原価を下げることができる。

以上、本発明に関する好ましい実施例を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の属する技術分野を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。

１ カーボンセラミックブレーキディスク
２ 軸穴
３ 貫通孔
４ 垂直ピンホール
１０ 支持部
１０Ａ 第１支持層
１０Ａ−１ 第１支持層組成物
１０Ｂ 第２支持層
１０Ｂ−１ 第２支持層組成物
１０Ｃ 支持部成形体
１１ チャネル壁
１１−１ チャネル壁組成物
１２ 冷却チャネル
２０ 摩擦層
２０−１ 摩擦層組成物
ＣＲ コア
Ｈ 厚さ
Ｍ モールド
ＭＳ メッシュ
Ｗ 幅

Claims (8)

1. 冷却チャネルが中心部に形成された支持部、及び
   前記支持部の上下面に接着層なしで直接結合され、前記支持部と異なる成分を有する摩擦層、を含み、
   前記支持部は、前記冷却チャネルを中心に前記摩擦層に向かっていくほど、段階的に前記摩擦層の成分と類似した成分を有する複数個の層で構成され、
   前記支持部は、前記摩擦層と接着層なしに直接結合された第１支持層と、前記第１支持層よりＳｉＣ含量の少ない第２支持層とで構成され、前記第１支持層のＳｉＣ含量は、前記摩擦層のＳｉＣ含量と類似しており、
   前記第１支持層は、ＳｉＣ ６４〜６０ｗｔ％、Ｓｉ ３５〜３９ｗｔ％、Ｃ １ｗｔ％の成分で構成され、
   前記第２支持層は、ＳｉＣ ２９ｗｔ％、Ｓｉ ７ｗｔ％、Ｃ ６４ｗｔ％の成分で構成され、
   前記摩擦層は、ＳｉＣ ６４ｗｔ％、Ｓｉ ３５ｗｔ％、Ｃ １ｗｔ％の成分で構成されたことを特徴とするカーボンセラミックブレーキディスク。
   
2. 請求項１に記載のカーボンセラミックブレーキディスクを製造する方法であって、
   摩擦層を製造する摩擦層組成物をモールド中に入れ、
   前記摩擦層組成物上に、支持層を製造する支持部成形体を載置し、
   前記支持部成形体上に、摩擦層を製造する摩擦層組成物を載置し、
   プレスで押圧し、ヒーターで加熱して、互いに結合された支持部成形体及び摩擦層成形体を収得し、
   前記互いに結合された支持部成形体及び摩擦層成形体を炭化させて炭化体を製造し、
   前記炭化体にケイ素を含浸させ、炭素繊維強化セラミック複合体を製造することを特徴とするカーボンセラミックブレーキディスク製造方法。
   
3. 前記支持層の第１支持層組成物をモールド中に入れ、
   前記第１支持層組成物上に第２支持層組成物を載置し、
   前記第２支持層組成物上にコアを載置し、
   前記コアの隙間にチャネル壁組成物を満たし、
   前記コア上に第２支持層組成物を載置し、
   前記コア上に載置された第２支持層組成物上に第１支持層組成物を載置し、
   プレスで押圧し、ヒーターで加熱することによって、
   前記支持部成形体を製造することを特徴とする請求項２に記載のカーボンセラミックブレーキディスク製造方法。
   
4. 前記摩擦層組成物は、長さ０．１５〜０．２ｍｍの炭素繊維とフェノール樹脂、またはケイ素粉末とフェノール樹脂、または炭化ケイ素粉末とフェノール樹脂、または黒鉛粉末とフェノール樹脂とで構成され、
   前記第１支持層組成物は、長さ４〜７ｍｍの炭素繊維とフェノール樹脂とで構成され、
   前記第２支持層組成物は、長さ１０〜２９ｍｍの炭素繊維とフェノール樹脂とで構成され、
   前記チャネル壁組成物は、長さ１０〜２９ｍｍの炭素繊維とフェノール樹脂とで構成されたことを特徴とする請求項３に記載のカーボンセラミックブレーキディスク製造方法。
   
5. 前記摩擦層組成物は、炭素繊維なしに、ケイ素粉末、炭化ケイ素粉末、黒鉛粉末、フェノール樹脂で構成され、
   前記第１支持層組成物は、長さ４〜７ｍｍの炭素繊維とフェノール樹脂とで構成され、
   前記第２支持層組成物は、長さ１０〜２９ｍｍの炭素繊維とフェノール樹脂とで構成され、
   前記チャネル壁組成物は、長さ１０〜２９ｍｍの炭素繊維とフェノール樹脂とで構成されたことを特徴とする請求項３に記載のカーボンセラミックブレーキディスク製造方法。
   
6. 前記ケイ素粉末、前記炭化ケイ素粉末は、廃棄されたシリコンウエハまたは廃棄された太陽電池板を粉砕して得ることを特徴とする請求項５に記載のカーボンセラミックブレーキディスクを製造する方法。
7. 前記摩擦層を製造する摩擦層組成物をモールド中に入れる前に、前記モールド中に前記摩擦層の高さを調節するためのメッシュを入れ、
   前記支持部成形体上に摩擦層を製造する摩擦層組成物を載置する前に、
   前記支持部成形体上に前記摩擦層の高さを調節するためのメッシュを入れることを特徴とする請求項２に記載のカーボンセラミックブレーキディスク製造方法。
   
8. 前記メッシュは、ポリカーボネート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＡＢＳ樹脂（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｓｔｙｒｅｎｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、スチレン樹脂（Ｓｔｙｒｅｎｅ ｒｅｓｉｎ）、ポリエチレン（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、アクリル樹脂（Ａｃｒｙｌｉｃ ｒｅｓｉｎ）で製造され、
   前記メッシュを構成する線の厚さは、０．１〜０．５ｍｍであり、
   前記メッシュを構成する孔の幅が１〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項７に記載のカーボンセラミックブレーキディスク製造方法。
   

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