KR101745627B1 - 탄소 세라믹 브레이크 디스크 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 탄소 세라믹 브레이크 디스크는,
냉각채널이 중심부에 형성된 지지층; 및
상기 지지층의 상하면에 접착층 없이 직접 결합되며, 상기 지지층과 다른 성분을 가진 마찰층;을 포함하며,
상기 지지층은 상기 냉각채널을 중심으로 상기 마찰층으로 향해 갈수록, 단계적으로 상기 마찰층의 성분과 비슷한 성분을 가지는 복수개의 층으로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

탄소 세라믹 브레이크 디스크 및 이를 제조하는 방법{CARBON FIBER REINFORCED CERAMIC BRAKE DISC AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 탄소 세라믹 브레이크 디스크에 관한 것이다.

자동차 브레이크 디스크는 드럼식 브레이크 디스크와, 디스크식 브레이크 디스크로 구분된다.

디스크식 브레이크는 디스크의 표면과 패드의 마찰로 디스크의 회전을 늦추거나 멈추게 함으로써, 자동차의 속도를 감속하거나 자동차를 정지시킨다.

최근에는 탄소 섬유 강화 세라믹 복합재로, 디스크식 자동차 브레이크 디스크를 많이 만들고 있다.

탄소 섬유 강화 세라믹 복합재는, 기지(matrix)가 세라믹이고 탄소섬유로 강화된 소재이다. 탄소 섬유 강화 세라믹 복합재로 자동차 브레이크 디스크를 만들면, 가볍고, 열.기계적 충격저항성, 내산화성, 내마모성이 크고, 고강도이며, 높은 마찰계수를 가진 자동차 브레이크 디스크를 만들 수 있다. 이렇게 탄소 섬유 강화 세라믹 복합재로 만들어진 디스크식 자동차 브레이크 디스크를 "탄소 세라믹 브레이크 디스크"라 칭한다.

탄소 세라믹 브레이크 디스크는, 지지층과, 지지층의 상하면에 접착된 마찰층으로 구성된다.

본 출원인의 등록특허(10-1304188)에는, 지지층과 마찰층을 각각 만들고, 지지층과 마찰층을 각각 탄화시키고, 탄화된 지지층과 마찰층을 접착시킨 후, 접착된 지지층과 마찰층에 규소를 함침시켜, 탄소 세라믹 브레이크 디스크를 만드는 방법이 기재되어 있다. 또한, 탄소 세라믹 브레이크 디스크를 제조하는 과정에서, 마찰층, 지지층의 성분 차이로 인해서, 마찰층에 균열이 발생하는 것을 방지하기 위해, 마찰층, 지지층의 성분을 동일하게 만드는 방법이 기재되어 있다.

한편, 브레이크 작동시, 마찰층은 패드와 마찰접촉하고, 지지층은 마찰층을 지지하여 열.기계적 충격을 흡수한다. 이러한 역할에 맞게 마찰층은 우수한 마찰성능 및 내산화성을 가져야 하고, 지지층은 우수한 열.기계적 충격저항성을 가져야 한다. 이러한 마찰층과 지지층의 적절한 역할 분담은, 탄소 세라믹 브레이크 디스크의 성능 향상과 직결된다.

그러나, 등록특허(10-1304188)와 같이, 마찰층의 균열 방지를 위해, 지지층과 마찰층의 성분을 동일하게 만들면, 마찰층과 지지층이 적절하게 역할 분담을 할 수 없다. 이로 인해 탄소 세라믹 브레이크 디스크의 성능이 떨어지게 된다.

또한, 등록특허(10-1304188)는, 지지층과 마찰층을 각각 만든 후 접착제로 서로 접착하는 단계를 반드시 거쳐야 하므로, 탄소 세라믹 브레이크 디스크를 제조하는 시간을 단축시키기 어렵다.

한국 등록특허(10-1304188)

본 발명의 목적은, 마찰층과 지지층이 적절한 역할 분담을 하면서, 동시에 제조과정에서 발생하는 마찰층의 균열을 최소화 또는 없앨 수 있는, 탄소 세라믹 브레이크 디스크 및 이를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 마찰층과 지지층을 서로 접착하는 단계를 없애, 탄소 세라믹 브레이크 디스크의 제조시간을 단축 시키는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 탄소 세라믹 브레이크 디스크는,
냉각채널이 중심부에 형성된 지지층; 및
상기 지지층의 상하면에 접착층 없이 직접 결합된 마찰층;을 포함하며,
상기 지지층과 상기 마찰층은 SiC, Si, C 성분으로 각각 구성되고,
상기 지지층은, 상기 마찰층과 접착층 없이 직접 결합된 제1지지층과, 상기 제1지지층과 상기 냉각채널 사이에 위치된 제2지지층으로 구성되며,
상기 마찰층은, SiC 64 wt%, Si 35 wt%, C 1 wt% 성분으로 구성되고,
상기 제1지지층은, SiC 64~60 wt%, Si 35~39 wt%, C 1 wt% 성분으로 구성되고,
상기 제2지지층은, SiC 29 wt%, Si 7 wt%, C 64 wt% 성분으로 구성된 것을 특징으로 한다.

삭제

삭제

삭제

또한, 본 발명의 목적은,

마찰층을 만드는 마찰층 조성물을 몰드 안에 넣고,

상기 마찰층 조성물 위에, 지지층을 만드는 지지층 성형체를 올려놓고,

상기 지지층 성형체 위에, 마찰층을 만드는 마찰층 조성물을 올려놓고,

프레스로 가압하고 히터로 가열하여, 서로 결합된 지지층 성형체 및 마찰층 성형체를 얻어내고,

상기 서로 결합된 지지층 성형체 및 마찰층 성형체를 탄화시키고,

상기 탄화된 지지층 성형체와 마찰층 성형체에 규소를 함침시켜, 탄소 세라믹 브레이크 디스크를 제조하며,

상기 마찰층 조성물은 비유동상태 또는 유동상태인 것을 특징으로 하는 탄소 세라믹 브레이크 디스크를 제조하는 방법에 의해 달성된다.

본 발명 탄소 세라믹 브레이크 디스크는, 냉각채널이 중심부에 형성된 지지층; 및
상기 지지층의 상하면에 접착층 없이 직접 결합된 마찰층;을 포함하며,
상기 지지층과 상기 마찰층은 SiC, Si, C 성분으로 각각 구성되고, 상기 지지층은, 상기 마찰층과 접착층 없이 직접 결합된 제1지지층과, 상기 제1지지층과 상기 냉각채널 사이에 위치된 제2지지층으로 구성되며, 상기 마찰층은, SiC 64 wt%, Si 35 wt%, C 1 wt% 성분으로 구성되고, 상기 제1지지층은, SiC 64~60 wt%, Si 35~39 wt%, C 1 wt% 성분으로 구성되고, 상기 제2지지층은, SiC 29 wt%, Si 7 wt%, C 64 wt% 성분으로 구성된 것을 특징으로 한다. 따라서, 지지층이 본래의 역할을 할 수 있음은 물론, 지지층과 마찰층의 성분 차이로 인해, 제조과정에서 발생하는 마찰층의 균열을 최소화 또는 없앨 수 있다.

삭제

본 발명 탄소 세라믹 브레이크 디스크를 제조하는 방법을 사용하면, 마찰층과 지지층을 서로 접착시키는 단계를 없앨 수 있어, 탄소 세라믹 브레이크 디스크의 제조시간을 단축 시킬 수 있다.

본 발명은, 메쉬로 마찰층의 두께를 조절할 수 있어, 설정된 두께를 가진 마찰층을 쉽게 얻어낼 수 있다.

본 발명은, 비유동상태인 마찰층 조성물 위 또는 아래에 딱딱한 지지층 성형체를 놓고 프레스로 가압하기 때문에, 설정된 두께를 가진 마찰층을 쉽게 얻어낼 수 있다.

본 발명은, 유동상태인 마찰층 조성물을, 딱딱한 몰드(또는 프레스)의 바닥면과 딱딱한 지지층 성형체 사이에 놓고 가압하기 때문에, 설정된 두께를 가진 마찰층을 쉽게 얻어낼 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 세라믹 브레이크 디스크를 나타낸 도면이다.
도 2는, 도 1에 도시된 탄소 세라믹 브레이크 디스크의 종단면도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 세라믹 브레이크 디스크의 지지층 성형체를 만드는 과정을 나타낸 도면으로, 도 3(a)는 제1지지층 조성물과 제2지지층 조성물을 몰드에 차례로 넣는 단계, 도 3(b)는 제2지지층 조성물 위에 냉각채널을 형성하기 위한 코어를 올려놓고, 코어의 틈에 냉각채널벽 조성물을 채우는 단계, 도 3(c)는 코어 위에 제2지지층 조성물과 제1지지층 조성물을 차례로 올려놓고, 프레스로 가압하는 단계, 도 3(d)는 지지층 성형체를 몰드로부터 꺼내는 단계를 나타낸 도면이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 세라믹 브레이크 디스크의 마찰층성형체를 만드는 동시에, 마찰층 성형체를 지지층 성형체와 직접 결합시키는 과정을 나타낸 도면으로, 도 4(a)는 마찰층 조성물을 몰드에 넣는 단계, 도 4(b)는 마찰층 조성물 위에 지지층 성형체를 올려놓는 단계, 도 4(c)는 지지층 성형체 위에 마찰층 조성물을 올려놓고, 프레스로 가압하는 단계, 도 4(d)는 서로 결합된 마찰층 성형체와 지지층 성형체를 몰드로부터 꺼내는 단계를 나타낸 도면이다.
도 5는, 마찰층의 높이를 조절하기 위한 메쉬를 나타낸 도면으로, 도 5(a)는 메쉬의 평면도이고, 도 5(b)는 메쉬의 측면도이다.
도 6은, 도 5에 도시된 메쉬를 사용하여 마찰층 성형체를 만드는 동시에, 마찰층 성형체를 지지층 성형체와 직접 결합시키는 과정을 나타낸 도면으로, 도 6(a)는 메쉬를 몰드에 넣고 메쉬 구멍 사이에 마찰층 조성물을 채우는 단계, 도 6(b)는 메쉬 위에 지지층 성형체를 올려놓는 단계, 도 6(c)는 지지층 성형체 위에 메쉬를 올려놓고 메쉬 구멍 사이에 마찰층 조성물을 채우고, 프레스로 가압하는 단계, 도 6(d)는 서로 결합된 마찰층 성형체와 지지층 성형체를 몰드로부터 꺼내는 단계를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 세라믹 브레이크를 상세히 설명한다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 세라믹 브레이크 디스크를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 세라믹 브레이크 디스크(1)는, 지지층(10), 마찰층(20)으로 구성된다. 마찰층(20)은 지지층(10)의 상하면에 접착층 없이 직접 결합된다.

탄소 세라믹 브레이크 디스크(1)의 중심부에는 차축이 지나가는 축공(2)이 구비된다. 축공(2) 주위로, 햇파트와 결합되는 볼트가 관통하는 관통공(3)이 동일원상에 동일간격으로 구비된다.

탄소 세라믹 브레이크 디스크(1)의 측면에는 냉각채널(12)이 일정간격으로 구비된다. 냉각채널(12)은 채널벽(11)에 의해 구획된다.

탄소 세라믹 브레이크 디스크(1)의 상하면에는 냉각채널(12)과 연통되는 수직핀홀(4)이 구비된다.

도 2는, 도 1에 도시된 탄소 세라믹 브레이크 디스크의 종단면도이다.

브레이크 작동시, 마찰층(20)은 패드와 마찰접촉하고, 지지층(10)은 마찰층(20)을 지지하여 충격을 흡수하는 역할을 한다. 이러한 역할에 맞게 마찰층(20)은 우수한 마찰성능 및 내산화성을 가져야 하고, 지지층(10)은 우수한 열.기계적 충격저항성을 가져야 한다. 이를 위해, 마찰층(20)의 SiC 성분은, 지지층(10)의 SiC 성분보다 많다.

그 이유는, SiC 성분이 많아질수록 마찰계수가 커지고 딱딱해 지고, 반대로, SiC 성분이 적을 수록 마찰계수는 작아지고 열.기계적 충격저항성이 좋아지기 때문이다.

본 실시예에서는, 지지층(10)이 2개의 층으로 구성된다. 물론, 지지층(10)이 더 많은 층으로 구성될 수 있음은 물론이다.

지지층(10)은 제1지지층(10A), 제2지지층(10B)으로 구성된다.

제1지지층(10A)은 마찰층(20)과 제2지지층(10B) 사이에 위치된다.

제1지지층(10A)은 마찰층(20)과 접착층 없이 직접 결합된다.

제1지지층(10A)은 SiC 64~60 wt%, Si 35~39 wt%, C 1 wt% 의 성분으로 구성된다. 제1지지층(10A)의 두께는 10 mm 이다. 물론, 제1지지층(10A)의 두께는 달라질 수 있다.

제2지지층(10B)은 제1지지층(10A)과 냉각채널(12) 사이에 위치된다. 제2지지층(10B)은 SiC 29 wt%, Si 7 wt%, C 64 wt% 의 성분으로 구성된다. 제2지지층(10B)의 두께는 10 mm 이다. 물론, 제2지지층(10B)의 두께는 달라질 수 있다.

채널벽(11)은 SiC 29 wt%, Si 7 wt%, C 64 wt% 의 성분으로 구성된다. 채널벽(11)의 두께는 10 mm 이다. 물론, 채널벽(11)의 두께는 달라질 수 있다.

마찰층(20)은, SiC 64 wt%, Si 35 wt%, C 1 wt% 의 성분으로 구성된다. 마찰층(20)의 두께는 1~2 mm 이다. 물론, 마찰층(20)의 두께는 달라질 수 있다.

제2지지층(10B)의 성분보다, 마찰층(20)과 직접 결합 된 제1지지층(10A)의 성분이 마찰층(20)의 성분과 더 비슷하다. 특히, SiC 성분이 더 비슷하다. 이로 인해, 탄소 세라믹 브레이크 디스크(1)의 제조과정에서, 마찰층(20)과 제1지지층(10A)의 성분차이로 인해, 마찰층(20)에 균열이 가는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제2지지층(10B)으로 인해, 지지층(20)이 충격흡수라는 본래의 역할도 할 수 있다.

지지층(10)을 더 많은 층으로 구성하면, 지지층(10)의 성분을 층마다 단계적으로 조금씩만 바꾸어도, 마찰층(20)과 직접 결합된 지지층(10)의 성분이 마찰층(20)의 성분과 비슷해질 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예 따른 탄소 세라믹 브레이크 디스크를 제조하는 방법을 설명한다. 도 1 및 도 2는 기본적으로 참조한다.

[제1단계] 지지층 성형체를 만드는 단계

도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 세라믹 브레이크 디스크의 지지층 성형체를 만드는 과정을 나타낸 도면으로, 도 3(a)는 제1지지층 조성물과 제2지지층 조성물을 몰드에 차례로 넣는 단계, 도 3(b)는 제2지지층 조성물 위에 냉각채널을 형성하기 위한 코어를 올려놓고, 코어의 틈에 냉각채널벽 조성물을 채우는 단계, 도 3(c)는 코어 위에 제2지지층 조성물과 제1지지층 조성물을 차례로 올려놓고, 프레스로 가압하는 단계, 도 3(d)는 지지층 성형체를 몰드로부터 꺼내는 단계를 나타낸 도면이다. 도 3에 도시된 직선화살표는 프레스의 이동방향을 나타내고, 곡선화살표는 지지층 성형체를 꺼내는 방향을 나타낸다.

도 3(a)에 도시된 바와 같이, 제1지지층 조성물(10A-1)과 제2지지층 조성물(10B-1)을 몰드(M)에 차례로 넣는다. 제1지지층 조성물(10A-1)과 제2지지층 조성물(10B-1)은 유동상태이다.

제1지지층 조성물(10A-1)은 탄화과정과 규소함침과정을 거쳐 제1지지층(10A)이 되고, 제2지지층 조성물(10B-1)은 탄화과정과 규소함침과정을 거쳐 제2지지층(10B)이 된다.

제1지지층 조성물(10A-1)은, 탄소섬유(길이 4~7 mm)와 페놀수지로 구성된다.

제2지지층 조성물(10B-1)은, 탄소섬유(길이 10~29 mm)와 페놀수지로 구성된다.

길이가 짧은 탄소섬유가 많이 포함되어 있을수록, 규소와 반응하는 면적이 많아져, SiC가 많이 생성된다. SiC가 많이 생성될 수록, 마찰층(20)의 성분조성과 비슷해진다. 이러한 이유로, 마찰층(20)과 직접 결합된 제1지지층 조성물(10A-1)이, 제2지지층 조성물(10B-1) 보다 길이가 짧은 탄소섬유가 더 많이 포함하고 있다.

도 3(b)에 도시된 바와 같이, 제2지지층 조성물(10B-1) 위에 냉각채널(12)을 형성하기 위한 코어(CR)를 올려놓고, 코어(CR)의 틈에 채널벽 조성물(11-1)을 채운다. 코어(CR)는 탄화과정에서 열분해 된다. 코어(CR)는 폴리카보네이트(polycarbonate), ABS수지(Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer), 스티렌 수지(Styrene resin), 폴리에틸렌(Polyethylene), 아크릴 수지(Acrylic resin)로 만들어진다. 코어(CR)가 열분해되고 남은 자리에 냉각채널(12)이 형성되고, 코어(CR)의 틈에 채워진 채널벽 조성물(11-1)은 채널벽(11)이 된다. 채널벽 조성물(11-1)은, 탄소섬유(길이 4~7 mm)와 페놀수지로 구성된다. 채널벽(11)에 포함된 탄소섬유로 인해 냉각채널(12)의 강도가 보강된다.

도 3(c)에 도시된 바와 같이, 코어(CR) 위에 제2지지층 조성물(10B-1)과 제1지지층 조성물(10A-1)을 차례로 올려놓고, 프레스(P)로 가압하고 히터(미도시)로 가열한다. 그러면, 딱딱한 지지층 성형체(10C)가 만들어진다.

도 3(d)에 도시된 바와 같이, 지지층 성형체(10C)를 몰드(M)로부터 꺼낸다.

[제2단계] 마찰층 성형체를 만드는 동시에, 마찰층 성형체와 지지층 성형체를 접착층 없이 직접 결합시키는 단계

도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 세라믹 브레이크 디스크의 마찰층성형체를 만드는 동시에, 마찰층 성형체를 지지층 성형체와 직접 결합시키는 과정을 나타낸 도면으로, 도 4(a)는 마찰층 조성물을 몰드에 넣는 단계, 도 4(b)는 마찰층 조성물 위에 지지층 성형체를 올려놓는 단계, 도 4(c)는 지지층 성형체 위에 마찰층 조성물을 올려놓고, 프레스로 가압하는 단계, 도 4(d)는 서로 결합된 마찰층 성형체와 지지층 성형체를 몰드로부터 꺼내는 단계를 나타낸 도면이다. 도 4에 도시된 직선화살표는 프레스의 이동방향을 나타내고, 곡선화살표는 서로 결합된 지지층 성형체와 마찰층 성형체를 꺼내는 방향을 나타낸다.

도 4(a)에 도시된 바와 같이, 마찰층 조성물(20-1)을 몰드(M)에 넣는다.

마찰층 조성물(20-1)은, 탄소섬유(길이 0.15~0.2 mm)와 페놀수지로 구성된다.

페놀수지는 고체분말 또는 액체일 수 있다.

페놀수지가 고체분말이면, 마찰층 조성물(20-1)은 비(非)유동상태가 된다.

페놀수지가 액체이면, 마찰층 조성물(20-1)은 유동상태가 된다.

한편, 마찰층 조성물(20-1)은, 탄소섬유 없이, 페놀수지, 규소분말, 탄화규소분말, 흑연분말로만 구성될 수도 있다. 여기서, 규소분말, 탄화규소분말은 폐기된 실리콘 웨이퍼 또는 폐기된 태양전지판을 분쇄하여 얻을 수 있다.

도 4(b)에 도시된 바와 같이, 마찰층 조성물(20-1) 위에 지지층 성형체(10C)를 올려놓는다.

도 4(c)에 도시된 바와 같이, 지지층 성형체(10C) 위에 비유동상태 또는 유동상태의 마찰층 조성물(20-1)을 올려놓고, 프레스(P)로 가압하고 히터(미도시)로 가열한다. 그러면, 마찰층 성형체(20C)가 만들어지면서, 동시에 마찰층 성형체(20C)와 지지층 성형체(10C)가 직접 결합된다.

한편, 종래 기술로, 유동상태인 마찰층 조성물 위에, 유동상태인 지지층 조성물을 올려놓고 프레스로 가압하여 성형체를 만드는 기술이 있다. 이 경우, 마찰층과 지지층을 접착제로 접착할 필요가 없다는 점에서 본 발명과 비슷하나, 마찰층 조성물과 지지층 조성물이 둘 다 유동상태라는 점에서 서로 섞일 수 있다. 이로 인해, 마찰층의 두께를 조절하기가 매우 어려워진다.

그러나, 본 발명은, 비유동상태인 마찰층 조성물(20-1) 위 또는 아래에 딱딱한 지지층 성형체(10C)를 놓고 프레스로 가압하기 때문에, 설정된 두께를 가진 마찰층(20)을 쉽게 얻어낼 수 있다.

또는, 본 발명은, 유동상태인 마찰층 조성물(20-1)을, 딱딱한 몰드(또는 프레스)의 바닥면과 딱딱한 지지층 성형체(10C) 사이에 놓고 가압하기 때문에, 설정된 두께를 가진 마찰층(20)을 쉽게 얻어낼 수 있다.

한편, 종래 기술로, 딱딱한 마찰층 성형체 위에, 유동상태인 지지층 조성물을 올려놓고 프레스로 가압하여 성형체를 만드는 기술도 있다. 이 경우, 마찰층과 지지층을 접착제로 접착할 필요가 없다는 점에서 본 발명과 비슷하나, 딱딱한 마찰층 성형체가 유동상태인 지지층 조성물 안으로 함몰되어, 마찰층의 두께를 조절하기가 매우 어려워진다.

그러나, 본 발명은, 비유동상태인 마찰층 조성물(20-1) 위 또는 아래에 딱딱한 지지층 성형체(10C)를 놓고 프레스로 가압하기 때문에, 설정된 두께를 가진 마찰층(20)을 쉽게 얻어낼 수 있다.

또는, 본 발명은, 유동상태인 마찰층 조성물(20-1)을, 딱딱한 몰드(또는 프레스)의 바닥면과 딱딱한 지지층 성형체(10C) 사이에 놓고 가압하기 때문에, 설정된 두께를 가진 마찰층(20)을 쉽게 얻어낼 수 있다.

도 4(d)에 도시된 바와 같이, 서로 결합된 지지층 성형체(10C)와 마찰층 성형체(20C)를 몰드(M)로부터 꺼낸다.

도 5는, 마찰층의 높이를 조절하기 위한 메쉬를 나타낸 도면으로, 도 5(a)는 메쉬의 평면도이고, 도 5(b)는 메쉬의 측면도이다.

마찰층(20)의 높이를 조절하기 위하여, 도 5에 도시된 메쉬(MS)를 사용할 수도 있다.

메쉬(MS)는, 탄화과정에서 열분해 된다. 메쉬(MS)는 폴리카보네이트(polycarbonate), ABS수지(Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer), 스티렌 수지(Styrene resin), 폴리에틸렌(Polyethylene), 아크릴 수지(Acrylic resin) 로 만들어진다.

메쉬(MS)를 구성하는 선의 두께(t)는 0.1~0.5 mm 이다. 메쉬(MS)를 구성하는 구멍의 폭(W)은 1~10 mm 이다.

도 6은, 도 5에 도시된 메쉬를 사용하여 마찰층 성형체를 만드는 동시에, 마찰층 성형체를 지지층 성형체와 직접 결합시키는 과정을 나타낸 도면으로, 도 6(a)는 메쉬를 몰드에 넣고 메쉬 구멍 사이에 마찰층 조성물을 채우는 단계, 도 6(b)는 메쉬 위에 지지층 성형체를 올려놓는 단계, 도 6(c)는 지지층 성형체 위에 메쉬를 올려놓고 메쉬 구멍 사이에 마찰층 조성물을 채우고, 프레스로 가압하는 단계, 도 6(d) 서로 결합된 마찰층 성형체와 지지층 성형체를 몰드로부터 꺼내는 단계를 나타낸 도면이다. 도 6에 도시된 직선화살표는 프레스의 이동방향을 나타내고, 곡선화살표는 지지층 성형체를 꺼내는 방향을 나타낸다.

도 6(a)에 도시된 바와 같이, 메쉬(MS)를 몰드(M)에 넣고 메쉬 구멍 사이에 마찰층 조성물(20-1)을 채운다. 마찰층 조성물(20-1)을 메쉬 구멍 속에 채워서, 메쉬(MS)의 두께(H)를 이용하여 마찰층(20)의 두께를 조절한다. 따라서, 마찰층(20)의 두께를 설정된 두께로 쉽게 맞출 수 있다.

도 6(b)에 도시된 바와 같이, 메쉬(MS) 위에 지지층 성형체(10C)를 올려놓는다. 도 6(c)에 도시된 바와 같이, 지지층 성형체(10C) 위에 메쉬(MS)를 올려놓고 메쉬 구멍 사이에 마찰층 조성물(20-10)을 채우고, 프레스(P)로 가압하고 히터(미도시)로 가열한다. 도 6(d)에 도시된 바와 같이, 서로 결합된 지지층 성형체(10C)와 마찰층 성형체(20C)를 몰드(M)로부터 꺼낸다.

[제3단계] 서로 결합된 지지층 성형체와 마찰층 성형체를 탄화시키는 단계

진공저항가열로(미도시) 안에 서로 결합된 지지층 성형체(10C)와 마찰층 성형체(20C)를 넣는다. 진공저항가열로 안은 진공분위기 또는 불활성분위기이다. 진공저항가열로는, 서로 결합된 지지층 성형체(10C)와 마찰층 성형체(20C)를 900~1000 ℃ 로 승온시켜 탄화시킨다. 서로 결합된 지지층 성형체(10C)와 마찰층 성형체(20C)이 탄화되는 동안, 서로 결합된 지지층 성형체(10C)와 마찰층 성형체(20C)에 포함된 페놀수지가 열분해되어 탄소가 된다. 페놀수지가 열분해되고 남은 자리에는 기공(porosity)이 형성된다. 코어(CR)가 열분해되고 남은 자리에 냉각채널(12)이 형성된다.

[제4단계] 탄화된 지지층 성형체와 마찰층 성형체를 기계가공하는 단계

도 1에 도시된 바와 같이, 탄화된 지지층 성형체(10C)와 마찰층 성형체(20C)의 중심부에 차축이 지나가는 축공(2)을 뚫는다. 축공(2)의 주위로, 햇파트와 결합되는 볼트가 관통하는 관통공(3)을 동일원상에 동일간격으로 뚫는다. 햇파트는 바퀴휠과 결합된다. 성형체(Y)의 상하면에 냉각채널(103)과 연통되는 수직핀홀(4)을 일정간격으로 뚫는다.

[제5단계] 기계가공된 지지층 성형체와 마찰층 성형체에 규소분말을 녹여서 함침시키는 단계

용기(미도시)안에 규소분말을 넣는다. 기계가공된 지지층 성형체(10C)와 마찰층 성형체(20C)를 규소분말 속에 묻는다. 용기를 전기저항가열로(미도시) 안에 넣는다. 진공저항가열로는 용기를 1550 ℃로 승온시킨다. 규소분말이 녹으면서, 기계가공된 지지층 성형체(10C)와 마찰층 성형체(20C)로 함침된다. 규소분말은 기계가공된 지지층 성형체(10C)와 마찰층 성형체(20C)의 탄소 성분과 반응하여 탄화규소(SiC)가 된다.

마지막으로, 연마기(grinder)로, 규소함침된 지지층 성형체(10C)와 마찰층 성형체(20C)를 연마하여, 탄소 세라믹 브레이크 디스크(1)를 완성한다.

1: 탄소 세라믹 브레이크 디스크 2: 축공
4: 수직핀홀 10: 지지층
10A: 제1지지층 10A-1: 제1지지층 조성물
10B: 제2지지층 10B-1: 제2지지층 조성물
10C: 지지층 성형체 CR: 코어
11: 냉각채널벽 11-1: 채널벽 조성물
12: 냉각채널 20: 마찰층
20-1: 마찰층 조성물 20C: 마찰층 성형체
MS: 메쉬

Claims (7)

1. 삭제
2. 냉각채널이 중심부에 형성된 지지층과, 상기 지지층의 상하면에 접착층 없이 직접 결합된 마찰층을 포함하며,
   상기 지지층은, 상기 마찰층과 접착층 없이 직접 결합된 제1지지층과, 상기 제1지지층과 상기 냉각채널 사이에 위치된 제2지지층으로 구성되며,
   상기 마찰층은, SiC 64 wt%, Si 35 wt%, C 1 wt% 성분으로 구성되고, 상기 제1지지층은, SiC 64~60 wt%, Si 35~39 wt%, C 1 wt% 성분으로 구성되고, 상기 제2지지층은, SiC 29 wt%, Si 7 wt%, C 64 wt% 성분으로 구성된 탄소 세라믹 브레이크 디스크를 제조하는 방법에 있어서,
   상기 탄소 세라믹 브레이크 디스크를 제조하는 방법은,
   제1지지층 조성물을 몰드 안에 넣고, 상기 제1지지층 조성물 위에 제2지지층 조성물을 올려놓고, 상기 제2지지층 조성물 위에 코어를 올려놓고, 상기 코어의 틈에 채녈벽 조성물을 채우고, 상기 코어 위에 제2지지층 조성물을 올려놓고, 상기 코어 위에 올려진 제2지지층 조성물 위에 제1지지층 조성물을 올려놓고, 프레스로 가압하고 히터로 가열하여 딱딱한 지지층 성형체를 만들어 상기 몰드로부터 꺼낸 다음에,
   마찰층을 만드는 마찰층 조성물을 상기 몰드 안에 넣고, 상기 마찰층 조성물 위에 상기 딱딱한 지지층 성형체를 올려놓고, 상기 딱딱한 지지층 성형체 위에 마찰층을 만드는 마찰층 조성물을 올려놓고, 프레스로 가압하고 히터로 가열하여, 서로 결합된 딱딱한 지지층 성형체 및 마찰층 성형체를 얻어내고,
   상기 서로 결합된 딱딱한 지지층 성형체 및 마찰층 성형체를 탄화시키고,
   상기 탄화된 딱딱한 지지층 성형체와 마찰층 성형체에 규소를 함침시키는 것을 특징으로 하는 탄소 세라믹 브레이크 디스크를 제조하는 방법.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제

Images