KR100344596B1 - 고에너지제동용다재료디스크 - Google Patents

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Abstract

적어도 하나의 세라믹 또는 서어밋 페이싱을 구비하는 고에너지 제동용 다재료 디스크를 개시한다.

Description

고에너지 제동용 다재료 디스크
본 발명은 마찰 재료 및 그것을 제동 장치(braking device)에 사용하는 것에 관한 것이며, 특히 고에너지 제동용 다재료 디스크에 관한 것이다.
고속 열차의 제동 시스템에 사용되는 마찰 재료를 최적화하는 것은 소산(dissipate)되어야 하는 막대한 양의 에너지 때문에 점차로 어려움이 증가하고 있다. 이와 관련한 특히 적극적인 연구에서, 예컨대, 소결 철-구리 라이닝(iron-copper lining)과 관련한 프랑스 "애틀란틱(Atlantic)" (TGV-A) 고속 열차의 브레이크 디스크들과 같은 종래의 해결책들은 현재 그들의 한계에 도달하고 있고, 여객 열차의 300Km/h의 최대 속도는, 부분적으로는 적절한 성능의 제동 시스템을 설계하는 현재의 우리의 무능력으로 인한 것이다. 아주 빠른 속도에서는 마찰 브레이크만이 열차를 정지시킬 수 있다,
예컨대, 종래의 제동 장치는 통상 차축에 장착된 브레이크 디스크의 사용을 필요로 하는 캘리퍼(caliper) 장치를 사용한다.
이들 장치들에 있어서, 브레이크 패드들은 양측으로부터 브레이크 디스크들 속으로 맞물린다.
고속 열차들 또는 다른 무거운 차량들의 제동 장치들의 임의의 부품들을 구성하는 마찰 재료를 최적화하는 것이 소산되는 막대한 양의 에너지로 인해 점차 어려움을 겪고 있다. 이러한 에너지는 이동시의 속도와 질량의 곱에 비례한다.
또한, 소산되어야 하는 에너지의 크기는 예컨대, 지하철 열차에서와 같이 빈번한 제동을 필요로 하는 경우에 크다.
예컨대, TGV-A 브레이크 디스크들 및 소결된 철-구리 페이싱들을 사용하는 종래의 제동 장치들은 현재 한계에 도달하고 있다.
예컨대, 고속 열차들의 종래의 제동 장치들의 각각의 디스크는 300Km/h 정도 의 속도에서 제동시에 14MJ 정도 소산한다. 소산될 수 있는 최대 에너지는 19MJ 정도이다.
제동 기술에서의 현재 목표는 400Km/h 정도의 속도로부터 제동시에 각각의 디스크가 25MJ 정도를 소산하는 것이다.
세라믹 브레이크들은 흥미로운 대안을 만들어낸다. 일반적으로, 세라믹 재료들은 고온에서 높은 비열 및 기계 강도를 갖고, 우수한 마찰 성질들을 가지며, 어느 경우에는 우수한 내열 충격성을 갖는다. 그러나, 고체 세라믹은 아주 부서지기 쉽고, 그 결과 일체형 구성의 신뢰할 수 있는 브레이크 디스크를 상상하기가 쉽지않다. 한편, 세라믹 페이싱 또는 삽입체의 사용이 신뢰성 및 비용면에서 보다 실현가능한 것으로 보인다. 타당한 선택들은 분무에 의해 디스크 상에 적층된 세라믹 페이싱들과 소결 세라믹 라이닝들을 가진 다양한 플랜지들의 조립체와 같은 다 재료 적용예를 구비하는 디스크들을 구비한다. 열차들(고속 열차들, 빈번히 정지해야 하는 열차 등)을 위해 처음으로 개발된 이러한 기술은 제동 형상에서 소산되어야 하는 높은 수준의 에너지를 발생시킬 수 있는 다른 형태의 차량(무거운 상품운반 차량 등)을 위해 또는 안정한 마찰 계수 및 마찰 재료의 마모가 없는 것이 유익한 임의의 다른 제동용으로 더 개발을 할 수 있다.
마찰 제동은 열을 소산시키는 문제점이 발생한다. 휠 허브들 근처에서 제동에의해 발생된 열은 열에 민감한 휠 베어링들로 전달되어서는 안된다. 아주 집중적인 가열은 휠이 차축에 눌어붙게 할 수도 있다. 세라믹 및 서어멧(cermet) 페이싱들 또는 삽입체들은 디스크/라이닝 조합체의 내마모성 및 열 피로에 대한 저항성을 향상시키고 고온에서의 안정한 마찰 특성들을 제공하도록 차축으로의 열의 전달를 제한하기 위한 것이다. 이는 신규한 형태의 라이닝의 개발을 유도한다.
영국 특허 GE-A-2 268 511호는 적어도 하나의 세라믹 또는 서어멧 페이싱 및 니켈계 열 장벽을 포함하는 브레이크 디스크를 기술하고 있다,
본 발명의 목적은 세라믹 재료들을 사용하여 고속 열차들의 고에너지 제동을 위한 다재료 디스크를 제공하는 것이다. 본 발명은 모든 실시예들에서 종래 기술에서 기술한 세라믹 라이닝들과 함께 작동하는 디스크에 관한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 브레이크 디스크에 사용하기에 적절하고 차축으로의 열의 전달을 제한할 수 있는 마찰 재료들을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 브레이크 디스크에 사용하기에 적절하고 디스크/라이닝 조합체의 내마모성을 개선할 수 있는 마찰 재료를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 브레이크 디스크에 사용하기에 적절하고 고온에서의 안정된 마모 특성들과 조합하는 열피로에 대한 디스크의 저항을 개선할 수 있는 마찰재료를 제공하는 것이다.
본 실시예에서, 용어 "서어멧(cermaet)"은 "세라믹/금속(ceramic/metal)"의 약어로서, 세라믹-금속 복합 재료를 말한다.
본 발명은 고체 세라믹 재료 브레이크 라이닝과 결합된 적어도 하나의 세라믹 또는 서어멧 페이싱을 구비하는 고에너지 제동용 다재료 디스크에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 다재료 디스크가 다음 특징들 중의 적어도 하나를 갖는다:
하나의 페이싱은 탄화크롬계의 세라믹-금속 복합 재료 외측 페이싱이다.
- 세라믹-금속 복합 재료 외측 마찰 페이싱은 니켈-크롬/탄화크롬형이다.
- NiCrAlY-지르코니아형 세라믹-금속 복합 재료 또는 이트륨 함유 지르코니아 또는 절연 산화물 세라믹으로 된 열 장벽을 포함한다.
- 기판, 열 장벽 및 외측 마찰층을 연속적으로 포함한다.
- 상기 접합층은 NiCrAlY로 되어 있다.
- 적어도 하나의 페이싱이 섬유들로 강화된다.
- 티탄산 알루미늄 또는 다른 세라믹 재료로 된 스터드들을 포함하는 브레이크 라이닝과 결합한다.
- 상기 브레이크 라이닝의 상기 스터드들은 중량비로 알루미나가 약 54%, 산화 티탄이 약 33%, 실리카가 약 3% 및 산화 마그네슘이 약 2.5%인 조성을 갖는다.
소형 디스크들을 사용하는 고에너지 제동의 모의 시험은 니켈-크롬/탄화 크롬 서어멧으로 페이싱된 디스크와 티탄산 알루미늄 라이닝의 조합체가, 제동 형상에 있어서 마찰 계수 및 마모의 관점에서 흥미있는 성능 이점들을 제공하는 재료들의 조합체를 구성하는 것으로 밝혀졌다. 유사하게는, 열 장벽의 삽입은 디스크의 두께부 내에 현저한 온도 이득을 야기시키는 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부 도면들을 참조로 하여 제공된 고에너지 다재료 디스크의 양호한 실시예들에 대한 다음 설명으로부터 알 수 있다.
본 발명의 제1 실시예는 전적으로 "페이싱" 태양에 관한 것이며, 분무된 디스크, 즉 분무된 페이싱들을 갖는 디스크에 관한 것이다.
이용가능한 각종 증착 기술 중에서, 경제적인 면을 고려하여, 분무할 재료의 특성과 필요로 하는 층의 두께 때문에 대기 플라즈마 분무 기술을 채택해왔다. 플라즈마 분무 기술은 고체 입자가 층상 구조의 부착물을 형성하는 기판 상에 충돌하기 전에 용융되도록 이를 플라즈마 제트 상에 도입하는 것을 수반한다.
디스크 페이싱은, 페이싱이 그 기능을 정확히 만족시키려면 기판에 완벽하게 부착되어야만 하므로 쉬운 작업이 아니다. 주요 문제점은 세라믹과 기판 사이의 화학결합의 성질, 세라믹 재료의 고유한 취성, 그리고 분무된 부착물과 기판의 영율과 열 팽창 계수 사이의 차이로 인해 비롯된다. 분무 작업 중에 액상 또는 반액상 입자들이 기판 상에 산포된다. 분무된 액체 입자는 기본 재료나 미리 부착된 입자들의 표면의 불규칙한 부분을 관통하여 기판에 열을 전달하게 되고 입자의 수축으로 인해 급격히 냉각 및 응고된다.
플라즈마 분무된 페이싱의 경우에, 부착물의 부착성 및 응집성은 필수적인기계적 성질이고, 기판의 준비는 부착물의 부착을 조절함에 있어서 가장 중요한 사항 중 하나이다. 본 발명에 있어서 16등급 코런덤(16 grade corundum; 산화 알루미늄으로서, 평균 입경이 1mm이고, 압력은 6bar이고, Ra는 6μm임)을 사용하여 분무하기 전에 디스크를 샌드 블라스팅함으로써 충분한 거칠기를 달성할 수 있다.
더욱 거친 면 및 표면 개질은 산화의 위험을 최소화시키기 위해 분무하기 전에 홈파기(grooving), 전기 침식, 레이저 처리 또는 화학적 처리를 수분간 실행하여 얻을 수 있다.
제1도는 잔류 응력을 최소화하기 위해서 본 발명에 사용된 분무 장치를 도시하고 있다. 다재료 디스크(11)은 회전자 수단(13)에 의해 회전축(y)에 대해 일정 속도로 회전한다. 디스크로부터 거리(Dt)에 있는 토오치(12)는 디스크(11)의 반경에 따라 제어되는 속도로 양쪽 화살표로 표시한 바와 같이 축(x)에 평행하게 왕복하여 페이싱의 두께가 일정해지도록 한다. 분무 변수를 조절하는 것과 냉각 수단(14)에의해 분무 도중에 디스크(11)을 냉각하는 것은 필수적이다.
전술한 바와 같은 기능을 제공하기 위해서 삼중 코팅(21)이 채택되어 왔다. 따라서, NiCrAlY 접합층(23), "이트륨 함유 지르코니아/NiCrAlY" 복합 열 장벽층(24), 그리고 탄화크롬계 서어멧 마찰층(25)이 기판(22) 상에 부착된다.
제2도는 삼중 코팅을 가진 다재료 디스크(21)의 구조 중 한 가지를 도시한 것이다.
제2도에 도시한 구조는 강 기판(22)에 대한 것으로서, 이 경우 분무된 분말이 표1에 요약된 조성을 갖는다.
어느 형태의 주철이나 강 기판(22)에 이러한 페이싱을 가할 수 있다. 고에너지 제동용으로는 알루미늄 합금을 기판(22)으로 사용할 수가 없는데, 그 이유는 최고 작동 온도가 낮고 그 온도 이상에서 기계적 특성이 심하게 악화되기 때문이다. 한편, 용도가 저에너지 제동용이고, 마찰학적 특성(마찰 및 마모 계수) 때문에 이 기술을 사용하는 경우에 열 장벽의 유무에 관계없이 알루미늄 합금에 니켈-크롬/탄화크롬을 분무하는 것은 충분히 가능하다. 이 경우에, 열 팽창 계수간의 차이를 감소시키기 위해서는 점진적인 접합층(23)이 필요하다. 후술하는 제2 실시예는 차축의 무게를 상당히 감소시키기 위해 알루미늄 합금의 경량성을 이용한다.
고에너지 제동용의 경우에는 고온에서도 기계적 성질을 유지하는 섬유 강화 알루미늄 기지(matrix; 탄화물 또는 산화물)를 포함하는 복합 재료를 기판(22)용으로 사용할 수 있다.
접합층(23)은 필요 불가결한 것은 아니지만 기판(22) 및 최상부 부착물(24)에의 접착성을 향상시킬 수 있다. 접합층(23)이 없는 경우에는 접착은 필수적으로 기계적이어아 하지만, 접합층(23)이 있는 경우에는 작은 확산 영역이 관측된다. 접착 합금은 내산화성 및 내식성이 우수하여 고온에서도 산화를 저감할 수 있는 재료이다. 또한, 접착 합금은 기판(22)와 제2 분무층, 즉 열 장벽(24)의 열팽창 계수차이를 최소화할 수 있다. 다른 합금, 예를 들어, 알루미늄/니켈을 접합층으로 사용할 수는 있지만, 이는 접합층으로서 보다 자주 사용되는 MCrAlY 합금(여기서, M은 니켈 또는 코발트를 의미한다)과 같이 산화에 대한 양호한 차단성을 제공하지 못한다.
지르코니아계 부착물은 열 전도성이 낮고 열 팽창 계수가 비교적 높기 때문에 열 장벽으로서 산업용으로 자주 사용된다. 그러나, 제동 형상 시험에서 기판에의 부착성이 양호하고 응집성이 좋은 복합 페이싱의 신뢰성이 우수함이 판명되었다. 이들 재료들은 순수 이트륨 함유 지르코니아나 기타 절연 산화 세라믹(티탄산 알루미늄, 알루미나 등)을 사용하는 것도 가능하지만, 열 충격에 대한 감도가 적고 "열 장벽 효과"가 동일한 지르코니아보다 기계적 특성이 훨씬 우수한 NiCrAlY-지르코니아형의 "금속-세라믹" 복합물이다. 부착물의 두께를 증가시키면 열 피로에 대한 저항성이 저하되어, 관련 제동 형상에 따라 열 절연 및 열 피로 저항 사이의 절충점을 찾을 필요가 있다. 이는 의도한 제동 용도에서 발생되는 기본적인 열 응력에 적합하도록 두께가 최적화된 마찰층(25)에 대해서도 역시 유용하다. 표1에 제시한 입자 크기는 단순히 예시적인 것일 뿐이다. 용도에 따라서, 보다 크거나 보다 작은 입자를 가진 분말을 사용하는 것이 유리할 수 있다. 보다 큰 입자를 사용하게 되면 잔류 응력의 수준이 저하되고 공극율이 증가된다. 공극율이 높으면 열 충격에 대한 저항성에는 도움이 되지만 부식성 요소에 의한 침투를 촉진시키며 열 사이클링 효과로 인한 기판의 부식 및 산화로 이어져서, 다시 한번 의도한 용도를 위한 절충점을 찾아야 한다.
대기 플라즈마 토오치 또는 기타 플라즈마 토오치(저압 플라즈마, 제어된 온도대기 플라즈마) 이외에도, 페이싱의 적용에 관하여 다른 화염 분무 기술(초음파 및 극초음파 분무 건을 포함하는) 및 레이저 방법을 사용할 수 있다. 각종 부착 기술의 조합에 의해서도 여러 층을 도포할 수 있는데, 극초음파는 이 기술을 사용하여 열 장벽층을 형성하기에는 적합하지 않지만 플라즈마 기술보다 더 치밀한 부착물을 생성하여 마모에 덜 민감한 마찰층에 적합할 수 있으며, 역설적으로 부착이라는 면에서 최상의 결과는 각종 층을 연속적 및 점진적으로 성형하여 층 사이의 산화를 억제하고 분무된 재료의 특성들 사이의 차이를 저감시키도록 함으로써 얻어진다. 이러한 관점에서, 방법들을 조합하여 사용하기보다는 후분무 처리(post-spraying treatment)를 행하는 것이 보다 바람직할 것이다.
이런 장치의 사용 수명, 특히 극히 높은 수준의 에너지를 발생하는 제동 용도에서의 사용 수명을 증가시키려면 수회의 후분무 처리가 필요할 수 있다. 잔류 응력을 해소하기 위해 비활성 상태에서의 열처리(확산 처리)를 이용하면, 하부층과 기판사이의 경계면에서 및 다층 페이싱의 경우의 여러 다른 경계면들에서 확산 영역이 발생되어 부착성이 향상된다. 레이저 표면 처리는 미리 부착된 페이싱을 재용융시키는데 사용될 수 있다. 재용융은, 다양한 표면 특성(예를 들어 더 높거나더 낮은 마찰 계수)들을 얻기 위해 다른 성질을 가진 다양한 입자들을 치밀화된 부착물로 도입함으로써도 실행될 수 있다. 본 처리 방법은 부착물을 보다 치밀하게 하고 잔류 응력을 저감하기 위해 부착물의 미세 구조를 변경한다. 레이저 표면 재용융은 치밀하고 매끄러우며 균질한 미세 구조를 갖고 열기계적 성질이 개선된 표면 페이싱을 형성한다. 두께가 100 내지 200μm인 층 아래에서, 부착물은 플라즈마 분무에 의해 얻어진 형태로 남는다. 이 처리 결과를 "미가공 플라즈마"(raw plasma)부착물과 비교하면 내마모성이 증대되고 열 충격에 대한 저항성이 향상된다.
부착물이 적층될 때, 특히 열충격에 대한 저항성을 향상시키기 위해 섬유(탄화물나 산화물)로 강화될 수 있다.
고속 열차에 적용하는 것과 관련하여, Jurid 721 철-구리 소결 라이닝, 즉 TGV-A 고속 열차에 사용되는 재료를 가진 소형 28CDV5-0.8 강 디스크들에 대해 제동 모의 시험을 수행하였다. 극히 불안정한 마찰 계수를 보인 대면식 디스크(01.mm 접합층 ± 0.5mm 열 장벽층 + 0.5mm 마찰층)에서도 동일한 시험을 행하였다. 열 장벽을 삽입하면 예상되는 바와 같이 디스크의 온도가 저하되지만, 마모가 심해져서 라이닝의 온도가 상승된다. 따라서, 브레이크 디스크를 최적화하는 것은 라이닝을 최적화하는 것과 분리시켜 생각할 수가 없다. 라이닝으로의 열전달을 증가시키면 열 장벽 브레이크 디스크는 새로운 라이닝을 제조해야 한다. 세라믹은 고온에서 열기계적 특성이 안정되어 있고 니켈-크롬/탄화 크롬 서어멧의 표면 페이싱을 구비한 디스크를 갖는 티탄산 알루미늄 라이닝은 속도나 관련 동력에 불구하고 각별히 안정된 마찰 계수를 제공하며 경계면에서 발생되는 열을 보다 균일하게 분배하는 데에 사용된다.
실린더형 소결 철-구리 스터드를 포함하는 라이닝을 가진 고속 열차에의 적용예를 살펴보면, 티탄산 알루미늄 스터드들은 등압 압축 프레스에 의해 만들어진다.
이들은 예를 들어, 54%의 알루미나, 33%의 산화 티탄, 3%의 실리카 및 2.5%의 산화 마그네슘으로 구성된다. 이러한 조성은 그 마찰학적 작용을 조절하기 위해 조정될 수 있다. 소결 금속 스터드에 비하면, 세라믹 스택드는 경량이면서도 제조 비용이 저렴하다.
제동 형상에서, 이들 마찰 재료는 마모가 덜하며 현재 사용 중인 "28CDV5/소결 Fe-Cu 라이닝" 조합에 비해 마모가 덜하며 더 규칙적인 마모를 얻을 수 있다. 세라믹의 경우에, 파편의 제거에 의한 마모가 있은 후 고온 글레이징 현상(glazing phenomena)이 일어나 약 1미크론 두께 정도의 아주 단단한 표면층이 형성된다. 실제적인 관점에서, 이 글레이징으로 인해 "니켈-크롬/탄화 크롬 서어멧/티탄산 알루미늄" 조합은 내마모성이 우수하며 마찰 계수가 안정적이게 된다.
티탄산 알루미늄의 열 전도성은 극히 낮기 때문에, 이 라이닝을 사용하게 되면 디스크의 표면 온도는 (동일한 제동력에 대해) 필연적으로 증가된다. 기판과 마찰층 사이에 열 장벽을 추가하게 되면 표면 온도는 약간 상승되지만 열 장벽이 기판내의 온도를 낮추게 된다. 용도에 따라서는 열 장벽의 두께를 최적화하여 디스크와 라이닝 간의 제동으로 인한 열의 만족스런 분포를 얻을 수 있다. 열 장벽층이 마찰면에 극히 가깝기 때문에, 이 상황에서 표면 온도는 증가된다. 이후에 기술된 제2 실시예는 이런 문제점을 극복할 수 있다.
티탄산 알루미늄외에, 등압 압축 프레스 또는 다른 방법(단축 압축, 주조, 압출 또는 사출 성형)에 의해 제조된 다른 세라믹 재료들이 제동 형상에 있어서의 마찰학적 특성들을 결정하기 위한 실험을 받기에 적합할 수 있다.
(고속 열차 등에) 관련된 마찰 디스크에 관계없이, 페이싱의 적용예는 이러한 기술이 다양한 재료들을 표면에 부착시키는 것만을 수반하므로 때문에 설계 상의 소정의 변경을 필요로 하지 않는다.
현재의 TGV-A 고속 열차 라이닝들의 스터드들은 그리드(grid)들에 소결된 다음, 한편으로는 지지판에 용접된 금속 기부에 용접된다. 세라믹 스터드들의 경우, 그들을 더 이상 직접 용접할 수 없다.
제3도는 라이닝(30)의 스터드(31)들을 고정하기 위한 하나의 가능성을 보여준다. 소결 후, 스터드(31)은 원뿔형 기부 부분을 제조하기 위해 종래의 방식으로 가공된다. 하우징(32, 36)들에 수용된 센터링 핀(33)은 스터드가 회전하는 것을 방지한다. 예컨대, 스테인레스 강으로 제조된 링(34)는 원뿔형 내측면을 갖는다. 이러한 링(34)는 스터드(31)에 끼워맞춰진 다음, 스터드(31)을 고정하기 위해 (도시하지 않은) 라이닝 적용 장치를 끼워 맞추는 도브테일(dovetail; 37)에 부착된 지지판(35)에 용접된다.
상술한 이점들 외에, 이러한 기술은 상당한 경제적인 이익을 제공한다. 철로압연 재료 또는 이와 관련된 공장에 관계없이, 현재의 브레이크 디스크들은 비교적값이 비싸다. 예컨대, TGV-A 고속 열차용 디스크들은 고탄성 한계를 갖는 합금강인 28 CVD 5-0.8강으로 만들어져서, 370 HB와 트랙 경도를 얻도록 처리되어, 많은 비용을 수반한다.
이 방법의 경제적인 이점은 값비싼 재료들은 그들이 재료의 크기가 적절한 특성들을 갖는 강일 필요가 있는 경우에만 사용되고, 페이싱된 디스크들은 마모시에 특정 공구들(예컨대, 페이싱된 공구들)을 사용하여 마모된 부분을 제거하고 그 회복된 디스크 상에 새로운 재료들을 분무함으로써 재생될 수 있다. 마찰층만 제거하는 것은 가능하지 않지만, 전체 페이싱을 교체함으로써 더 큰 신뢰성이 얻어진다.
본 발명의 제2 실시예는 제1 실시예의 기술적 이점들을 조합하고(열전달 면에서는 더 개선되고), 동시에 마찰 디스크들의 중량을 상당히 감소시킬 수 있다. 이러한 설계는 단일 블록 강 디스크에 비해 디스크 당 40% 정도의 중량 절감 효과를 가져온다.
이러한 제2 실시예는 다양한 플랜지들의 조립체를 구비하는 디스크이다. 제동용도로 알루미늄 합금을 사용하기 위해서는, 알루미늄 기지/강화 섬유 복합 재료들인 경우에 조차, 그들의 기계적인 특성을 보존하기 위해 온도를 합당한 수준으로 유지할 필요가 있다.
제4도에 도시한 바와 같이, 다재료 디스크(40)은 4개 부분들로 이루어진다.
중앙 플랜지(41)은 차축에 직접 연결된다. 중간 플랜지(42)들은 열 장벽들을 제공하고, 사실상의 온도 감소를 제공함으로써, 알루미늄 합금 중앙 디스크(41)의 사용을 가능하게 한다. 이러한 격리 플랜지(42)들은 소결 지르코니아로 만들어지므로 고체이다.
다른 유사한 세라믹 재료들, 예컨대 종래의 방법들(단축 또는 등압 압축 프레싱, 주조, 사출 성형 또는 압출)에 의해 제조된 알루미나, 티탄산 염이 사용될 수 있다. 또한, 섬유들(종종 알루미늄 섬유들)과 유기 결합제의 혼합물로 이루어진 복합 재료들, 유사한 고체 세라믹들을 사용할 수도 있지만, 이들 재료들은 어렵지않게 가공될 수 있고, 후자에 비해, 열충격 및 열기계적 성질들에 대한 상당한 저항과 조합된 상당히 낮은 열전도율을 갖는다.
외측 플랜지(43)들은 하부 층 상으로 도포된 니켈-크롬/탄화 크롬 서어멧(45)로 일 면이 페이싱된 강 기판(44)을 구비한다. (도시하지 않은) 티탄산 알루미늄 라이닝들과 연관되어 사용될 때, 외측 플랜지(43)들은 제1 실시예를 참조로 하여 기술된 마찰적 이점들(안정한 마찰 계수, 낮고 규칙적인 마모, 마찰 계수 조정 편의성)을 가져온다.
경계면으로부터 먼 열 장벽을 갖는 것은 마찰면들에서의 온도 상승을 제한하고, 따라서, 제1 실시예에 비해 대면한 재료들의 마모를 제한한다. 중간 플랜지(42)와 페이싱되지 않은 외측 플랜지(43)들의 두께는 의도한 제동 용도에 적합하도록 최적화되고, 그 목적은 마찰면들에서의 온도를 최소화시키면서 알루미늄 합금의 사용을 허용하기에 충분히 큰 경계면(42/41)에서의 온도 강하를 얻는 것이다.
2가지 형태들의 플랜지를 사용하는 변형은 열 장벽(52)를 알루미늄 합금 중앙플랜지(51) 상으로 부착할 수 있다. 제5도는 이러한 종류의 다재료 디스크(50)을 도시하고 있다. 전술한 것처럼, 외측 플랜지(53)은 일면 상에 페이싱(55)를 지지하는 기판(54)를 구비한다.
본 발명의 제1 실시예와 관련하여 기술한 바와 같이, 열 장벽은 얇다. 아주 고에너지 용도의 경우에는, 이러한 열에너지의 두께가 불충분할 수 있어서, 중앙플랜지(61) 상의 제1 열 장벽(62A) 외에, 외측 플랜지(63) 상에 제2 열 장벽(62B)를 제공하는 것을 고려할 수 있다. 제6도는 이러한 종류의 다재료 디스크(60)을 도시하고 있다.
제1도는 본 발명의 분무된 다재료 디스크를 제조하기 위한 분무 장치를 도시한 도면.
제2도는 본 발명에 따라 기판 및 분무된 3중 페이싱(facing)을 구비하는 다재료 디스크의 부분 횡단면도.
제3도는 라이닝들의 세라믹 스터드들을 고정하는 일 방법을 도시한 도면.
제4도는 본 발명의 조립된 다재료 디스크의 부분 횡단면도.
제5도는 본 발명의 다재료 디스크가 여러 부분으로 나뉜 다른 실시예의 부분 횡단면도.
제6도는 부가적인 열 장벽을 합체한 제5도의 다재료 디스크가 여러 부분으로 나뉘 부분 횡단면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11 : 디스크 12 : 토오치
21 : 삼중 코팅 22 : 기판
23 : 접착제 24 : 복합 열 장벽층
25 : 마찰층 30 : 라이닝
31 : 스터드 40, 50, 60 : 다재료 디스크
41 : 중앙 플랜지 42 : 중간 플랜지
43 : 외측 플랜지 44 : 강 기판

Claims (10)

  1. 고에너지 제동용 다재료 디스크에 있어서,
    고체 세라믹 재료 브레이크 라이닝과 결합되는 적어도 하나의 세라믹 또는 서어멧 페이싱을 포함하는 것을 특징으로 하는 다재료 디스크.
  2. 제1항에 있어서, 하나의 페이싱은 탄화 크롬계의 세라믹-금속 복합 재료의 외측 페이싱인 것을 특징으로 하는 다재료 디스크.
  3. 제2항에 있어서, 상기 세라믹-금속 복합 재료의 외측 마찰 페이싱은 니켈-크롬/탄화 크롬형인 것을 특징으로 하는 다재료 디스크.
  4. 제1항에 있어서, NiCrAlY-지르코니아형 세라믹-금속 복합 재료 또는 이트륨함유 지르코니아 또는 절연 산화물 세라믹으로 된 열 장벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 다재료 디스크.
  5. 제1항에 있어서, 기판, 열 장벽 및 외측 마찰층을 연속적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 다재료 디스크.
  6. 제5항에 있어서, 상기 기판 상에 접합층을 포함하는 것을 특징으로 하는 다재료 디스크.
  7. 제6항에 있어서, 상기 접합층은 NiCrAlY로 되어 있는 것을 특징으로 하는 다재료 디스크.
  8. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 페이싱은 섬유들로 강화되는 것을 특징으로하는 다재료 디스크.
  9. 제1항에 있어서, 티탄산 알루미늄 또는 다른 세라믹 재료로 된 스터드들을 포함하는 브레이크 라이닝과 결합되는 것을 특징으로 하는 다재료 디스크.
  10. 제9항에 있어서, 상기 브레이크 라이닝의 스터드들은 중량비로 알루미나가 약 54%이고, 산화 티탄이 약 33%이고, 실리카가 약 3%이고, 산화 마그네슘이 약 2.5%인 조성을 가지는 것을 특징으로 하는 다재료 디스크.
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