KR101216144B1 - Carbon-ceramic brake disc and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크는, 제1몸체와 제2몸체로 구성된 몸체; 상기 제1몸체로부터 돌출된 구획벽 사이 공간에 형성된 제1마찰층; 및 상기 제2몸체로부터 돌출된 구획벽 사이 공간에 형성된 제2마찰층;을 포함한다.Carbon-ceramic brake disc according to the present invention, the body consisting of a first body and a second body; A first friction layer formed in a space between the partition walls protruding from the first body; And a second friction layer formed in a space between the partition walls protruding from the second body.
본 발명에 따르면, 마찰층은 우수한 내산화 특성을 가진다. 또한, 마찰층의 표면이 균일하게 마모된다. 또한, 탄소-세라믹 브레이크 디스크의 교체시기를 정확하게 알 수 있다. 또한, 탄소-세라믹 브레이크 디스크 제조시 발생하는 마찰층 표면의 균열 간격을 일정하게 조절할 수 있다.According to the invention, the friction layer has excellent oxidation resistance. In addition, the surface of the friction layer is uniformly worn. In addition, it is possible to know exactly when to replace the carbon-ceramic brake discs. In addition, it is possible to constantly adjust the crack spacing of the friction layer surface generated during the production of carbon-ceramic brake discs.
Description
본 발명은 탄소-세라믹 브레이크 디스크에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon-ceramic brake disc.
자동차 브레이크는 드럼식 브레이크와 디스크식 브레이크로 구분된다.Automobile brakes are divided into drum brakes and disc brakes.
디스크식 브레이크는 디스크와 패드로 구성된다.The disc brake consists of a disc and a pad.
디스크식 브레이크는 디스크의 표면과 패드의 마찰로 발생 되는 마찰력으로 디스크의 회전을 늦추거나 멈추게 함으로써, 바퀴의 회전을 늦추거나 멈추게 한다. 따라서, 디스크와 패드는 경량이면서, 내열충격성, 내식성, 내마모성, 고강도, 높은 마찰계수를 가져야 한다. 이를 위해, 경량이고, 내마모성 및 내열충격성을 가진 탄소 섬유 강화 세라믹 복합체로 디스크와 패드를 만든다.Disc brakes slow or stop the rotation of the disc by the friction force generated by the friction between the surface of the disc and the pad, thereby slowing or stopping the rotation of the wheel. Therefore, the disk and the pad should be lightweight and have thermal shock resistance, corrosion resistance, abrasion resistance, high strength, and high coefficient of friction. To this end, discs and pads are made of a carbon fiber reinforced ceramic composite that is lightweight, wear resistant and thermally resistant.
이하, 탄소 섬유 강화 세라믹 복합체로 만들어진 디스크를 탄소-세라믹 브레이크 디스크라 칭한다.Hereinafter, a disk made of a carbon fiber reinforced ceramic composite is called a carbon-ceramic brake disk.
탄소-세라믹 브레이크 디스크는 몸체, 몸체의 상하면에 적층된 마찰층으로 구성된다.The carbon-ceramic brake disc is composed of a body, a friction layer laminated on the upper and lower surfaces of the body.
마찰층은 0.1~수 mm 정도의 두께를 가진다. 마찰층은 패드와 마찰할수록 마 모되어, 그 두께가 감소한다. The friction layer has a thickness of about 0.1 to several mm. The friction layer wears as it rubs against the pad, reducing its thickness.
자동차 제동성능이 일정하게 유지되기 위해서는, 마찰층의 표면이 일정하게 마모되어야 한다. 마찰층의 표면이 일정하게 마모되기 위해서는, 탄소-세라믹 브레이크 디스크 제조 시, 마찰층의 두께가 균일해야 한다.In order for the automobile braking performance to be kept constant, the surface of the friction layer must be constantly worn. In order to uniformly wear the surface of the friction layer, the thickness of the friction layer must be uniform when manufacturing the carbon-ceramic brake disc.
한편, 탄소-세라믹 브레이크 디스크의 교체시기를 정확히 알기 위해서는, 마찰층의 마모 정도를 육안으로 확인할 수 있어야 한다.On the other hand, in order to know exactly when to replace the carbon-ceramic brake disc, the wear of the friction layer should be visually confirmed.
한편, 탄소-세라믹 브레이크 디스크 제조 시, 탄소-세라믹 브레이크 디스크가 냉각될 때, 몸체는 열팽창 계수가 작고, 마찰층은 열팽창 계수가 크므로, 마찰층에 균열이 발생한다. 이러한 이유로 발생 된 균열은, 탄소-세라믹 브레이크 디스크 사용중에 새롭게 발생하는 균열과 구별이 가지 않는다.On the other hand, in the manufacture of the carbon-ceramic brake disc, when the carbon-ceramic brake disc is cooled, the body has a small coefficient of thermal expansion and the friction layer has a large coefficient of thermal expansion, so that a crack occurs in the friction layer. The cracks generated for this reason are indistinguishable from the cracks newly generated during the use of carbon-ceramic brake discs.
본 발명의 목적은, 첫째, 외부공기와 접촉하는 마찰층이 우수한 내산화 특성을 가지게 하는 데 있다.An object of the present invention is first, to make the friction layer in contact with the external air has excellent oxidation resistance.
둘째, 탄소-세라믹 브레이크 디스크 제조시 마찰층의 두께를 균일하게 하는 데 있다.Second, in the manufacture of carbon-ceramic brake discs, the thickness of the friction layer is uniform.
셋째, 마찰층의 마모정도를 육안으로 쉽게 확인하는 데 있다.Third, it is easy to visually check the wear of the friction layer.
넷째, 마찰층에 폭이 좁고 크기가 일정한 균열을 발생시키는 데 있다.Fourth, the friction layer has a narrow width and constant size.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크는, 제1몸체와 제2몸체로 구성된 몸체; 상기 제1몸체로부터 돌출된 구획벽 사이 공간에 형성된 제1마찰층; 및 상기 제2몸체로부터 돌출된 구획벽 사이 공간에 형성된 제2마찰층;을 포함한다.Carbon-ceramic brake disk according to the present invention for achieving the above object, the body consisting of a first body and a second body; A first friction layer formed in a space between the partition walls protruding from the first body; And a second friction layer formed in a space between the partition walls protruding from the second body.
또한, 상기 목적은, 탄소섬유 및 페놀수지가 혼합된 제1혼합물을 성형틀에 넣는 제1단계; 상기 제1혼합물을 구획벽의 형상이 바닥면에 음각된 프레스로 가열/가압하여, 제1몸체와 상기 구획벽을 만드는 제2단계; 탄소섬유 및 페놀수지가 혼합된 제2혼합물을 상기 구획벽 사이 공간에 채워 넣는 제3단계; 상기 제2혼합물을 상기 프레스로 가열/가압하여 제1마찰층을 만드는 제4단계; 상기 구획벽과 상기 제1몸체와 상기 제1마찰층으로 구성된 제 1 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체를 상기 성형틀부터 꺼내는 제5단계; 상기 제1단계 내지 제5단계를 반복하여 제 2 탄소- 세라믹 브레이크 디스크 성형체를 만들고, 상기 성형틀로부터 상기 제 2 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체를 꺼내는 제6단계; 상기 성형틀에 상기 제 1 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체와, 냉각채널의 형상을 가진 가연체와, 상기 제 2 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체를 순서대로 쌓고, 상기 프레스로 가열/가압하여 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체를 만드는 제7단계; 상기 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체에 열을 가하여, 탄화시키는 제8단계; 및 상기 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체가 탄화되어 만들어진 탄소-세라믹 브레이크 디스크 탄화체에 규소를 녹여 침투시킨 후, 연마하는 제9단계;를 포함하는 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 제조하는 방법에 의해 달성된다.In addition, the above object, the first step of putting the first mixture of carbon fibers and phenol resin mixed in the mold; A second step of heating / pressurizing the first mixture with a press in which the shape of the partition wall is engraved on the bottom surface to form a first body and the partition wall; A third step of filling a space between the partition walls with a second mixture of carbon fibers and phenol resins; A fourth step of making the first friction layer by heating / pressing the second mixture with the press; A fifth step of removing the first carbon-ceramic brake disc formed body comprising the partition wall, the first body, and the first friction layer from the forming mold; A sixth step of making the second carbon-ceramic brake disc molded body by repeating the first to fifth steps, and taking out the second carbon-ceramic brake disc molded body from the mold; The first carbon-ceramic brake disc molded body, a combustible body having a shape of a cooling channel, and the second carbon-ceramic brake disc molded body are sequentially stacked on the mold, and heated / pressurized by the press to form a carbon-ceramic brake. A seventh step of making a disk molded body; An eighth step of applying carbon to the carbon-ceramic brake disc molded body to carbonize it; And a ninth step of melting and infiltrating silicon into a carbon-ceramic brake disc carbonized body in which the carbon-ceramic brake disc molded body is carbonized, and then polishing the silicon-ceramic brake disc molded body.
또한, 상기 목적은, 탄소섬유 및 페놀수지가 혼합된 제1혼합물을 성형틀에 넣는 제1단계; 상기 제1혼합물을 프레스로 가열/가압하여, 제1몸체를 만드는 제2단계; 상기 제1몸체의 표면에 기계가공으로 구획벽을 만드는 제3단계; 탄소섬유 및 페놀수지가 혼합된 제2혼합물을 상기 구획벽 사이 공간에 채워 넣는 제4단계; 상기 제2혼합물을 상기 프레스로 가열/가압하여 제1마찰층을 만드는 제5단계; 상기 구획벽과 상기 제1몸체와 상기 제1마찰층으로 구성된 제 1 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체를 상기 성형틀부터 꺼내는 제6단계; 상기 제1단계 내지 제6단계를 반복하여 제 2 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체를 만들고, 상기 성형틀로부터 상기 제 2 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체를 꺼내는 제7단계; 상기 성형틀에 상기 제 1 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체와, 냉각채널의 형상을 가진 가연체와, 상기 제 2 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체를 순서대로 쌓고, 상기 프레스로 가열/가압하여 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체를 만드는 제8단계; 상기 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체에 열을 가하여, 탄화시키는 제9단계; 및 상기 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체가 탄화되어 만들어진 탄소-세라믹 브레이크 디스크 탄화체에 규소를 녹여 침투시킨 후, 연마하는 제10단계;를 포함하는 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 제조하는 방법에 의해 달성된다.In addition, the above object, the first step of putting the first mixture of carbon fibers and phenol resin mixed in the mold; A second step of heating / pressurizing the first mixture with a press to make a first body; A third step of making a partition wall by machining on the surface of the first body; A fourth step of filling a space between the partition walls with a second mixture of carbon fibers and phenol resins; A fifth step of heating / pressing the second mixture with the press to form a first friction layer; A sixth step of taking out the first carbon-ceramic brake disc formed body comprising the partition wall, the first body and the first friction layer from the forming mold; A seventh step of making the second carbon-ceramic brake disc molded body by repeating the first to sixth steps, and taking out the second carbon-ceramic brake disc molded body from the mold; The first carbon-ceramic brake disc molded body, a combustible body having a shape of a cooling channel, and the second carbon-ceramic brake disc molded body are sequentially stacked on the mold, and heated / pressurized by the press to form a carbon-ceramic brake. An eighth step of making a disk molded body; A ninth step of heating and carbonizing the carbon-ceramic brake disc molded body; And a tenth step of melting and infiltrating silicon into the carbon-ceramic brake disc carbonized body formed by carbonization of the carbon-ceramic brake disc molded body, and polishing the carbon-ceramic brake disc molded body.
본 발명에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크는,Carbon-ceramic brake discs according to the invention,
첫째, 마찰층이 SiC 75 wt%, Si 24.5 wt% 그리고 C 0.5 wt%의 성분조성비율을 가진다. 따라서, 외부공기와 접촉하는 마찰층의 탄소 성분이 0.5 wt%로 적으므로, 마찰층은 우수한 내산화 특성을 가진다.First, the friction layer has a component composition ratio of 75 wt% SiC, 24.5 wt% Si and 0.5 wt% C. Therefore, since the carbon component of the friction layer in contact with the external air is 0.5 wt%, the friction layer has excellent oxidation resistance.
둘째, 구획벽 사이의 공간에 제2혼합물을 채워넣어 마찰층을 만드므로, 구획벽의 높이와 마찰층의 높이가 같게 된다. 따라서, 마찰층의 높이를 균일하게 만들 수 있어, 마찰층의 표면이 균일하게 마모된다.Second, since the friction layer is made by filling the second mixture in the space between the partition walls, the height of the partition wall and the friction layer are the same. Therefore, the height of the friction layer can be made uniform, and the surface of the friction layer is uniformly worn.
셋째, 마찰층은 밝은 은색이고, 구획벽은 어두운 회색 또는 검은색이므로 마찰층과 구획벽을 육안으로 쉽게 구분할 수 있다. 마찰층과 구획벽은 함께 마모되므로, 구획벽이 보이지 않으면 마찰층도 완전히 마모된 것이다. 따라서, 탄소-세라믹 브레이크 디스크의 교체시기를 정확하게 알 수 있다.Third, since the friction layer is light silver and the partition wall is dark gray or black, the friction layer and the partition wall can be easily distinguished with the naked eye. Since the friction layer and the partition wall are worn together, the friction layer is completely worn out if the partition wall is not visible. Therefore, it is possible to know exactly when to replace the carbon-ceramic brake disc.
넷째, 탄소-세라믹 브레이크 디스크 제조시, 마찰층에 발생한 균열이 구획벽으로 인해, 더 이상 진행되지 못한다. 따라서, 구획벽 사이 공간의 폭만 조절하면 균열의 간격도 일정하게 조절할 수 있다. 이렇게 균열의 간격이 일정하게 조절되 면, 탄소-세라믹 브레이크 디스크 사용중에 발생하는 새로운 균열과 구별이 쉽다. 또한, 탄소-세라믹 브레이크 디스크 제조시 좁고 일정한 폭으로 조절된 균열은 보기에도 좋다.Fourth, in the production of carbon-ceramic brake discs, cracks in the friction layer cannot proceed any further due to the partition walls. Therefore, by adjusting only the width of the space between the partition walls it is possible to constantly adjust the gap spacing. If the crack spacing is controlled uniformly, it is easy to distinguish it from new cracks that occur during the use of carbon-ceramic brake discs. In addition, the narrow, uniform width of the cracks in the production of carbon-ceramic brake discs is also visible.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 상세히 설명한다.Hereinafter, a carbon-ceramic brake disc according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 나타낸 사시도이다. 도 2는 도 1의 단면 Ⅱ-Ⅱ를 나타낸 도면이다.1 is a perspective view showing a carbon-ceramic brake disc according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view II-II of FIG. 1.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크(100)는, 몸체(110), 마찰층(120), 구획벽(130)으로 구성된다.As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the carbon-
상기 탄소-세라믹 브레이크 디스크(100)의 중심부에는 축공(101)이 뚫려있다.A
상기 몸체(110)은, 제1몸체(111)와 제2몸체(112)로 구성된다.The
상기 제1몸체(111)와 제2몸체(112)사이에는 냉각채널(113)이 형성된다.A
상기 냉각채널(113)을 통해 공기가 들어와서, 탄소-세라믹 브레이크 디스크(100)를 냉각시킨다.Air enters through the
상기 제1몸체(111)와 제2몸체(112)는, SiC 25~50 wt%, Si 0~25 wt% ,C 30~60 wt%의 성분조성비율을 가진다. 이러한 성분조성비율로 인해, 제1몸체(111)와 제2몸체(112)는 어두운 회색 또는 검은색을 띈다.The
상기 마찰층(120)은, 제1마찰층(121), 제2마찰층(122)으로 구성된다.The
상기 제1마찰층(121)은 제1몸체(111)로부터 돌출된 구획벽(130) 사이 공간에 형성된다.The
상기 제2마찰층(122)은 제2몸체(112)로부터 돌출된 구획벽(130) 사이 공간에 형성된다.The
상기 제1마찰층(121)과 제2마찰층(122)은, SiC 75 wt%, Si 24.5 wt%, C 0.5 wt%의 성분조성비율을 가진다. 이러한 성분조성비율로 인해, 제1마찰층(121)과 제2마찰층(122)은 밝은 은색을 띈다. The
상기 구획벽(130)은, 마찰층(121, 122)의 내경에서 외경쪽으로 직경이 커지는 순으로 배열된 원형벽들과, 마찰층(121, 122)의 내경에서 외경쪽으로 방사형으로 뻗어나가는 직선벽들로 구성된다.The
상기 동심원벽들과 직선벽들이 교차되면, 그 사이에 후술할 제2혼합물(X2)이 채워 질 공간(S, 도 4(c)참조)이 형성된다.When the concentric circle walls and the straight walls intersect, a space S (see FIG. 4C) to fill the second mixture X2 to be described later is formed therebetween.
상기 구획벽(130)은, 도 1에 도시된 형상 외에, 다양한 형상(벌집무늬, 삼각무늬, 사각무늬)을 가질 수 있다.The
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 제조하는 방법을 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing a carbon-ceramic brake disc according to the first embodiment of the present invention will be described.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다. 도 4(a) 내지 도 4(m)는, 도 3의 제1단계 내지 제7단계를 나타낸 도면들이다. 점선화살표는 제 1 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B1) 또는 제 2 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B2)를 성형틀(M)로부터 꺼 내는 방향을 나타낸다. 실선화살표는 프레스의 상하 이동방향을 나타낸다.3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a carbon-ceramic brake disc according to the first embodiment of the present invention. 4 (a) to 4 (m) are diagrams illustrating first to seventh steps of FIG. 3. The dotted arrows indicate the direction in which the first carbon-ceramic brake disc molded body B1 or the second carbon-ceramic brake disc molded body B2 is taken out of the mold M. As shown in FIG. Solid arrows indicate the vertical movement direction of the press.
본 발명의 제1실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 제조하는 방법은,Method for manufacturing a carbon-ceramic brake disc according to the first embodiment of the present invention,
도 4(a)에 도시된 바와 같이, 탄소섬유 및 페놀수지가 혼합된 제1혼합물(X1)을 성형틀(M)에 넣는 제1단계(S11);As shown in Figure 4 (a), the first step (S11) of putting the first mixture (X1) mixed with carbon fibers and phenolic resin into the molding die (M);
도 4(b) 및 도 4(c)에 도시된 바와 같이, 제1혼합물(X1)을 구획벽(130)의 형상이 바닥면에 음각된 프레스(P)로 제1혼합물(X1)을 가열/가압하여, 제1몸체(111)와 구획벽(130)을 만드는 제2단계(S12);As shown in FIGS. 4 (b) and 4 (c), the first mixture X1 is heated by a press P in which the shape of the
도 4(c)에 도시된 바와 같이, 탄소섬유 및 페놀수지가 혼합된 제2혼합물(X2)을 구획벽(130) 사이 공간(S)에 채워 넣는 제3단계(S13);As shown in FIG. 4 (c), a third step S13 of filling the space S between the
도 4(d)에 도시된 바와 같이, 제2혼합물(X2)을 프레스(P)로 가열/가압하여 제1마찰층(121)을 만드는 제4단계(S14);As shown in FIG. 4 (d), a fourth step S14 of heating / pressing the second mixture X2 with a press P to form the
도 4(e)에 도시된 바와 같이, 구획벽(130)과 제1몸체(111)와 제1마찰층(121)으로 구성된 제 1 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B1)를 성형틀(M)로부터 꺼내는 제5단계(S15);As shown in FIG. 4E, the first carbon-ceramic brake disc molded body B1 including the
도 4(f) 내지 도 4(j)에 도시된 바와 같이, 제1단계(S11) 내지 제5단계(S15)를 반복하여 제 2 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B2)를 만들고, 성형틀(M)로부터 상기 제 2 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B2)를 꺼내는 제6단계(S16);As shown in FIGS. 4 (f) to 4 (j), the first steps S11 to fifth steps S15 are repeated to form a second carbon-ceramic brake disc molded body B2, and A sixth step (S16) of taking out the second carbon-ceramic brake disc molded body (B2) from M);
도 4(k) 내지 도 4(m)에 도시된 바와 같이, 성형틀(M)에 제 1 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B1)와, 냉각채널(113)의 형상을 가진 가연체(V)와, 제 2 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체를 순서대로 쌓고, 프레스(P)로 가열/가압하여 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B)를 만드는 제7단계(S17);As shown in FIGS. 4 (k) to 4 (m), the first carbon-ceramic brake disc molded body B1 and the combustible body V having the shape of the
탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B)에 열을 가하여, 탄화시키는 제8단계(S18);An eighth step S18 of applying carbon to the carbon-ceramic brake disc molded body B and carbonizing the same;
탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B)가 탄화되어 만들어진 탄소-세라믹 브레이크 디스크 탄화체에 규소를 녹여 침투시킨 후, 연마하는 제9단계(S19);를 포함한다.And a ninth step (S19) of melting and infiltrating silicon into the carbon-ceramic brake disc carbonized body formed by carbonization of the carbon-ceramic brake disc molded body (B) and polishing it.
이하, 제1단계(S11)를 설명한다.The first step S11 will be described below.
제1혼합물(X1)은 50 vol%인 탄소섬유, 페놀 수지를 혼합해서 만든다. 탄소섬유의 길이는 20 mm이다.The first mixture (X1) is made by mixing 50 vol% of carbon fiber and phenol resin. The carbon fiber is 20 mm long.
이하, 제2단계(S12)를 설명한다.The second step S12 will be described below.
제1혼합물(X1)을 가열하는 온도는 120 ℃이다. 이를 위해, 프레스(P)에 히터(미도시)가 설치된다.The temperature at which the first mixture X1 is heated is 120 ° C. To this end, a heater (not shown) is installed in the press P.
제1혼합물(X1)을 가압하는 압력은 4MPa이다. The pressure for pressing the first mixture X1 is 4 MPa.
프레스(P)의 표면에는, 도 1에 도시된 바와 같은 무늬가 음각되어 있다.On the surface of the press P, a pattern as shown in FIG. 1 is engraved.
도 4(b)에 도시된 바와 같이, 프레스(P)가 제1혼합물(X1)을 가압하면, 제1혼합물(X1)이 음각된 공간으로 침투한다.As shown in FIG. 4B, when the press P presses the first mixture X1, the first mixture X1 penetrates into the engraved space.
도 4(c)에 도시된 바와 같이, 제1혼합물(X1)이 굳으면, 제1몸체(111)와 구획벽(130)이 형성된다. 구획벽(130) 사이에는 제2혼합물(X2)이 채워지는 공간(S)이 형성된다.As shown in FIG. 4C, when the first mixture X1 is hardened, the
상기 구획벽(130)은 폭이 0.5~1 mm이고, 높이가 0.5~2 mm이다. 구획벽(130)의 표면적은 제1마찰층(121) 전체면적의 10 % 이내여야 한다. 구획벽(130)이 외부로 많이 노출될 경우, 제동성능이 저하되기 때문이다.The
이하, 제3단계(S13)를 설명한다.The third step S13 will be described below.
제2혼합물(X2)은 40 vol%인 탄소섬유, 페놀 수지, 첨가제를 혼합해서 만든다. 탄소섬유의 길이는 200㎛이다.The second mixture (X2) is made by mixing 40 vol% of carbon fiber, phenol resin and additives. The length of the carbon fiber is 200 mu m.
도 4(c) 및 도 4(d)에 도시된 바와 같이, 구획벽(130) 사이 공간(S)에 제2혼합물(X2)을 채워넣어서, 제1마찰층(121)을 만드므로, 제1마찰층(121)의 높이(H1, 도 2참조)와 구획벽(130)의 높이(H2, 도 2참조)는 같게 된다.As shown in FIGS. 4 (c) and 4 (d), the
이하, 제4단계(S14)를 설명한다.The fourth step S14 will be described below.
제2혼합물(X2)을 가열하는 온도는 170 ℃이다. 제2혼합물(X2)을 가압하는 압력은 4 MPa이다.The temperature at which the second mixture X2 is heated is 170 ° C. The pressure for pressing the second mixture X2 is 4 MPa.
이하, 제7단계(S17)를 설명한다.The seventh step S17 will be described below.
도 4(k)에 도시된 바와 같이, 제 1 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B1)의 제1마찰층(121)이 아래쪽을 향하도록, 제 1 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B1)를 성형틀(M)에 넣는다. 제 1 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B1) 위에 가연체(V)를 올려 놓는다. 제 2 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B2)의 제2마찰층(122)이 위쪽을 향하도록, 가연체(V)에 제 2 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B2)를 올려놓는다.As shown in Fig. 4 (k), the first carbon-ceramic brake disc molded body B1 is formed so that the
물론, 제 2 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B2)의 제2마찰층(122)이 아래쪽을 향하도록, 제 2 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B2)를 성형틀(M)에 넣고, 제 2 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B2) 위에 가연체(V)를 올려 놓고, 제 1 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B1)의 제1마찰층(121)이 위쪽을 향하도록, 가연체(V)에 제 1 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B1)를 올려놓을 수도 있을 것이다.Of course, the second carbon-ceramic brake disc molded body B2 is placed in the mold M so that the
도 4(l) 및 도 4(m)에 도시된 바와 같이, 제 2 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B2)의 제2마찰층(122)을 프레스(P)로 가열/가압하면, 제 1 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B1)의 제1몸체(111)와 제 2 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B2)의 제2몸체(112)로 가연체(V)가 파고 들어 가고, 제 1 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B1)와 제 2 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B2)는 달라붙는다. 이렇게, 제 1 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B1)와 제 2 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B2)가 결합된 성형체를 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B)라 칭한다.As shown in Fig. 4 (l) and Fig. 4 (m), when the
이하, 제8단계(S18)를 자세히 설명한다.Hereinafter, the eighth step (S18) will be described in detail.
가연체(V)는, 600℃ 이상에서 열분해 된다. 열분해 후에는 잔류 탄소량이 3 wt% 미만인 것이 바람직하다. 이를 위해, 가연체(V)는, ABS수지(Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer), 스티렌 수지(Styrene resin), 폴리에틸렌(Polyethylene), 아크릴 수지(Acrylic resin) 등과 같은 열가소성 수지로 만들어지는 것이 바람직하다.The combustible (V) is thermally decomposed at 600 ° C or higher. It is preferable that residual carbon amount is less than 3 wt% after pyrolysis. To this end, the combustible (V) is preferably made of a thermoplastic resin such as ABS resin (Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer), styrene resin (polystyrene), polyethylene (Acrylic resin) and the like.
불활성가스 분위기 또는 진공 분위기에서, 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성 형체(B)를 1000℃로 가열하면, 탄소(C) 성분만 남고 나머지 불순물은 연소된다. 가연체(V)는 타서 제거되고, 가연체(V)가 타고 남은 빈자리는 냉각채널(113, 도 1참조)이 된다.In an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere, when the carbon-ceramic brake disc formed body B is heated to 1000 ° C., only the carbon component C is left and the remaining impurities are burned. The combustible body V is burned out and removed, and the empty space in which the combustible body V rides becomes the cooling channel 113 (refer to FIG. 1).
탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B)는 탄화 후에, 1.0 ~ 1.7 g/㎤의 밀도, 50 vol% 이하의 기공률을 갖는다.The carbon-ceramic brake disc molded body (B) has a density of 1.0 to 1.7 g / cm 3 and a porosity of 50 vol% or less after carbonization.
이하, 제9단계(S19)를 자세히 설명한다.Hereinafter, the ninth step S19 will be described in detail.
탄소-세라믹 브레이크 디스크 탄화체를 규소 분말 위에 놓는다.The carbon-ceramic brake disc carbide is placed on silicon powder.
불활성가스 분위기 또는 진공 분위기에서, 규소의 녹는 점인 1410℃ 이상으로 가열한다. 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B)에 규소가 녹아 침투한다.In an inert gas atmosphere or vacuum atmosphere, heating is carried out to 1410 ° C. or more, which is the melting point of silicon. Silicon melts and infiltrates into the carbon-ceramic brake disc molded body (B).
침투한 규소는 잔류하는 탄소 성분과 반응하여 탄화규소(SiC)가 된다.Infiltrated silicon reacts with the remaining carbon components to form silicon carbide (SiC).
탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B)에 규소가 녹아 침투하면, 제1마찰층(121)과 제2마찰층(122)은, SiC 75 wt%, Si 24.5 wt% 그리고 C 0.5 wt%의 성분조성비율을 가진다.When silicon is melted and infiltrated into the carbon-ceramic brake disc molded body (B), the
탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B)에 규소가 녹아 침투하면, 제1몸체(111)와 제2몸체(112)는, SiC 25~50 wt%, Si 0~25 wt% 그리고 C 30~60 wt%의 성분조성비율을 가진다.When silicon is melted and infiltrated into the carbon-ceramic brake disc molded body (B), the
상기 제1몸체(111)와 제2몸체(122)와 구획벽(130)이 제1혼합물(X1)로부터 만들어지므로, 제1몸체(111)의 성분조성비율과 제2몸체(112)의 성분조정비율과 구획벽(130)의 성분조성비율은 동일하다. 따라서, 구획벽(130)은, SiC 25~50 wt%, Si 0~25 wt% ,C 30~60 wt%의 성분조성비율을 가진다.Since the
이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 제조하는 방법을 설명한다. 도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다.Hereinafter, a method of manufacturing a carbon-ceramic brake disc according to a second embodiment of the present invention will be described. 5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a carbon-ceramic brake disc according to a second embodiment of the present invention.
본 발명의 제2실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 제조하는 방법은, 구획벽의 형상이 음각된 프레스(P)로 제1혼합물(X1)을 가열/가압하여 구획벽(130)을 형성하는 대신에, 구획벽(130)을 제1몸체(111)의 표면에 기계가공(Shaping and Planing)하여 형성한다. 나머지는 본 발명의 제1실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 제조하는 방법과 동일하므로 설명을 생략한다.In the method of manufacturing the carbon-ceramic brake disc according to the second embodiment of the present invention, the
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 제조하는 방법은,As shown in FIG. 5, a method of manufacturing a carbon-ceramic brake disc according to a second embodiment of the present invention may be described as follows.
탄소섬유 및 페놀수지가 혼합된 제1혼합물(X1)을 성형틀(M)에 넣는 제1단계(S31); 제1혼합물(X1)을 프레스(P)로 가열/가압하여, 제1몸체(111)를 만드는 제2단계(S32); 제1몸체(111)의 표면에 기계가공으로 구획벽(130)을 만드는 제3단계(S33); 탄소섬유 및 페놀수지가 혼합된 제2혼합물(X2)을 구획벽(130) 사이 공간(S)에 채워 넣는 제4단계(S34); 제2혼합물(X2)을 프레스(P)로 가열/가압하여 제1마찰층(121)을 만드는 제5단계(S35); 구획벽(130)과 제1몸체(111)와 제1마찰층(121)으로 구성된 제 1 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B1)를 성형틀(M)로부터 꺼내는 제6단계(S36); 제1단계(S31) 내지 제6단계(S36)를 반복하여, 제 2 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B2)를 만들고, 성형틀(M)로부터 제 2 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B2)를 꺼내는 제7단계(S37); 성형틀(M)에 상기 제 1 탄 소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B1)와, 냉각채널(113)의 형상을 가진 가연체(V)와, 제 2 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B2)를 순서대로 쌓고, 프레스(P)로 가열/가압하여 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B)를 만드는 제8단계(S38); 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B)에 열을 가하여, 탄화시키는 제9단계(S39); 탄소-세라믹 브레이크 디스크 성형체(B)가 탄화되어 만들어진 탄소-세라믹 브레이크 디스크 탄화체에 규소를 녹여 침투시킨후, 연마하는 제10단계(S40);를 포함한다.A first step (S31) of placing the first mixture (X1) in which carbon fibers and phenol resins are mixed into a molding mold (M); A second step (S32) of heating / pressing the first mixture (X1) with a press (P) to make the first body 111; A third step (S33) of making the partition wall 130 by machining on the surface of the first body 111; A fourth step S34 of filling the space S between the partition walls 130 with the second mixture X2 in which the carbon fibers and the phenol resin are mixed; A fifth step S35 of heating / pressing the second mixture X2 with a press P to form the first friction layer 121; A sixth step (S36) of removing the first carbon-ceramic brake disc molded body (B1) composed of the partition wall 130, the first body 111, and the first friction layer 121 from the forming mold M; By repeating the first step S31 to the sixth step S36, the second carbon-ceramic brake disc molded body B2 is made, and the second carbon-ceramic brake disc molded body B2 is taken out of the forming mold M. Seventh step (S37); The first carbon-ceramic brake disc molded body (B1), the combustible body (V) having the shape of the cooling channel 113, and the second carbon-ceramic brake disc molded body (B2) are formed in a mold (M). An eighth step (S38) of stacking the molds and heating / pressing with a press P to form a carbon-ceramic brake disc molded body B; A ninth step S39 of applying carbon to the carbon-ceramic brake disc molded body B and carbonizing the same; And a tenth step (S40) of melting and infiltrating silicon into the carbon-ceramic brake disc carbonized body formed by carbonization of the carbon-ceramic brake disc molded body (B) and polishing it.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 나타낸 사시도이다.1 is a perspective view showing a carbon-ceramic brake disc according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 단면 Ⅱ-Ⅱ를 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a cross-sectional view II-II of FIG. 1.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a carbon-ceramic brake disc according to the first embodiment of the present invention.
도 4(a) 내지 도 4(m)는, 도 3의 제1단계 내지 제7단계를 나타낸 도면들이다.4 (a) to 4 (m) are diagrams illustrating first to seventh steps of FIG. 3.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다.5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a carbon-ceramic brake disc according to a second embodiment of the present invention.
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