KR102183119B1 - Brake disc composed of metal and ceramic matrix composite - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 금속 및 CMC 결합 브레이크 디스크는,
금속으로 만들어진 하중부; 및
상기 하중부의 상하면에 결합된, 세라믹 매트릭스 복합재로 만들어진 단위 CMC 조각들로 구성된 마찰부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명을 사용하면, CMC 브레이크 디스크의 장점을 모두 가지면서, 패드, 햇파트, 캘리퍼의 열변형 및 열화현상을, 주철 브레이크 디스크보다 디스크를 크게 만들지 않고도 해결할 수 있다.
The metal and CMC combination brake disc according to the present invention,
Loads made of metal; And
It characterized in that it comprises a friction unit composed of unit CMC pieces made of a ceramic matrix composite, coupled to the upper and lower surfaces of the load unit.
Using the present invention, it is possible to solve the thermal deformation and deterioration of pads, hat parts, and caliper without making the disk larger than that of the cast iron brake disk while having all the advantages of the CMC brake disk.

Description

금속 및 CMC 결합 브레이크 디스크{Brake disc composed of metal and ceramic matrix composite}Brake disc composed of metal and ceramic matrix composite}

본 발명은 자동차 브레이크 디스크에 관한 것이다.The present invention relates to an automobile brake disk.

자동차 브레이크 디스크는, 드럼식 브레이크 디스크와 디스크식 브레이크 디스크로 구분된다.Automobile brake disks are divided into drum type brake disks and disk type brake disks.

디스크식 브레이크는 디스크의 표면과 패드의 마찰로 디스크의 회전을 늦추거나 멈추게 함으로써, 자동차의 속도를 감속하거나 자동차를 정지시킨다.Disc brakes slow down or stop the rotation of the disk due to friction between the surface of the disk and the pad, thereby slowing down the speed of the vehicle or stopping the vehicle.

일반적으로 디스크식 브레이크는 주철로 만들어지나, 고 성능 및 고사양 차량에서는, 세라믹 매트릭스 복합재(ceramic matrix composite, CMC)로 디스크가 만들어지고 있다.In general, disc-type brakes are made of cast iron, but in high-performance and high-spec vehicles, discs are made of ceramic matrix composite (CMC).

세라믹 매트릭스 복합재는, 기지(matrix)가 세라믹이고 강화섬유(탄소섬유, 탄화규소섬유 등)로 강화된 소재로, 가볍고, 내열충격성, 내산화성, 내마모성이 크고, 고강도이며, 높은 마찰계수를 가진다.The ceramic matrix composite is a material whose matrix is ceramic and reinforced with reinforcing fibers (carbon fiber, silicon carbide fiber, etc.), and is lightweight, has high thermal shock resistance, oxidation resistance, abrasion resistance, high strength, and a high coefficient of friction.

이하, 주철로 만들어진 디스크식 브레이크 디스크를“주철 브레이크 디스크”라 칭하고, 세라믹 매트릭스 복합재로 만들어진 디스크식 브레이크 디스크를“CMC 브레이크 디스크”라 칭한다.Hereinafter, a disc-type brake disc made of cast iron is referred to as a “cast iron brake disc”, and a disc-type brake disc made of a ceramic matrix composite is referred to as a “CMC brake disc”.

CMC 브레이크 디스크는, 주철 브레이크 디스크 보다 비열이 크나 밀도는 작다. 따라서, 제동시, 디스크의 표면과 패드의 마찰로 인해, 디스크의 온도가 주철 브레이크 디스크 보다 급격하게 올라간다. 이로 인해, 고온에서 충분히 견딜 수 있는 CMC 브레이크 디스크 자체는 문제가 없으나, 그 주변에 설치된 패드, 햇파트, 캘리퍼로 열이 급속도로 퍼져나가, 패드, 햇파트, 캘리퍼를 열변형시키고 열화(劣化)시킨다.CMC brake discs have higher specific heat than cast iron brake discs but have a smaller density. Therefore, during braking, the temperature of the disk rises more rapidly than the cast iron brake disk due to friction between the surface of the disk and the pad. Because of this, the CMC brake disc itself, which can withstand high temperatures sufficiently, does not have any problem, but heat spreads rapidly to the pads, hat parts, and calipers installed around it, causing thermal deformation and deterioration of the pads, hat parts, and caliper. Let it.

패드가 열변형되고 열화되면, 디스크와 패드 사이의 마찰계수의 변화폭이 커져, 제동성능이 일정치 못하게 된다.When the pad is thermally deformed and deteriorated, the range of change in the coefficient of friction between the disk and the pad increases, resulting in an inconsistent braking performance.

햇파트가 열변형되고 열화되면, 바퀴휠과 햇파트 사이에 균형이 맞지 않아, 소음 및 진동이 발생한다.When the hat part is thermally deformed and deteriorated, there is no balance between the wheel wheel and the hat part, resulting in noise and vibration.

캘리퍼가 열변형되고 열화되면, 캘리퍼가 패드를 디스크에 제대로 밀착시키지 못해, 소음 및 진동이 발생한다. 또한, 캘리퍼가 열을 받게 되면, 캘리퍼를 작동시키는 브레이크액이 끓어오르게 되어, 제동성능이 급격하게 떨어진다.When the caliper is thermally deformed and deteriorated, the caliper cannot properly adhere the pad to the disk, resulting in noise and vibration. In addition, when the caliper is heated, the brake fluid that operates the caliper will boil, and the braking performance will drop sharply.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 주철 브레이크 디스크 보다 CMC 브레이크 디스크를 크게 만들어(외경이 1인치 큼), 부피를 증가시켜 브레이크 디스크의 온도가 급속도로 높이 올라가는 것을 막을 수 있다.In order to solve this problem, the CMC brake disk is made larger than the cast iron brake disk (the outer diameter is 1 inch larger), and the volume is increased to prevent the temperature of the brake disk from rising rapidly.

그러나, 이 경우 브레이크 디스크의 크기가 달라져, 차량을 개조하기 전에는, 주철 브레이크 디스크를, CMC 브레이크 디스크로 즉시 교체할 수 없다는 또 다른 문제점이 발생한다.However, in this case, the size of the brake disk is different, and another problem arises that the cast iron brake disk cannot be immediately replaced with the CMC brake disk before the vehicle is remodeled.

한국등록특허(10-1608904, 10-1610131)Korean registered patents (10-1608904, 10-1610131)

본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결할 수 있는 금속 및 CMC 결합 브레이크 디스크를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a metal and CMC combination brake disk capable of solving the above-described problems.

상기 목적을 달성하기 위한 금속 및 CMC 결합 브레이크 디스크는,A metal and CMC combination brake disk for achieving the above object,

금속으로 만들어진 하중부; 및Loads made of metal; And

상기 하중부의 상하면에 결합된, 세라믹 매트릭스 복합재로 만들어진 단위 CMC 조각들로 구성된 마찰부를 포함하는 것을 특징으로 한다.It characterized in that it comprises a friction unit composed of unit CMC pieces made of a ceramic matrix composite, coupled to the upper and lower surfaces of the load unit.

본 발명은, 하중부를 일반적인 브레이크 디스크와 동일한 주철로 만들어, 제동시 하중부의 온도가 급격하게 올라가는 막는다. 반면, 마찰부를 가볍고, 내열충격성, 내산화성, 내마모성이 크고, 고강도이며, 높은 마찰계수를 가진 CMC로 만들어, 높은 내마모성과 높은 제동성능을 가진다.In the present invention, the load part is made of the same cast iron as the general brake disk, and the temperature of the load part is prevented from rapidly increasing during braking. On the other hand, the friction part is made of CMC that is light, has high thermal shock resistance, oxidation resistance, abrasion resistance, high strength, and a high coefficient of friction, and has high wear resistance and high braking performance.

따라서, 본 발명을 사용하면, CMC 브레이크 디스크의 장점을 모두 가지면서, 패드, 햇파트, 캘리퍼의 열변형 및 열화현상을, 주철 브레이크 디스크보다 디스크를 크게 만들지 않고도 해결할 수 있다.Therefore, by using the present invention, it is possible to solve the thermal deformation and deterioration of the pad, hat part, and caliper without making the disk larger than the cast iron brake disk while having all the advantages of the CMC brake disk.

또한, 브레이크 디스크를 주철 브레이크 디스크 보다 크게 만들 필요가 없어, 주철 브레이크 디스크를 CMC 브레이크 디스크로 즉시 교체할 수 있다. 따라서, CMC 브레이크 디스크를 장착하기 위해서, 차량을 개조할 필요가 없다.Also, there is no need to make the brake disc larger than the cast iron brake disc, so the cast iron brake disc can be replaced immediately with the CMC brake disc. Therefore, in order to mount the CMC brake disc, there is no need to modify the vehicle.

본 발명은, 마찰부가 세라믹 매트릭스 복합재로 만들어진 단위 CMC 조각들로 구성된다. 따라서, 마찰부의 일부가 손상되면, 그 부분의 단위 CMC 조각을 교체하여 신속한 수리가 가능하다.In the present invention, the friction portion is composed of unit CMC pieces made of a ceramic matrix composite. Therefore, if a part of the friction part is damaged, quick repair is possible by replacing the unit CMC piece of that part.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 및 CMC 결합 브레이크 디스크에 햇파트가 결합된 상태를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 A부분을 확대한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 단위 CMC 조각을 나타낸 도면이다.
도 4는 제1변형예에 따른 단위 CMC 조각을 나타낸 도면이다.
도 5는 제2변형예에 따른 단위 CMC 조각을 나타낸 도면이다.
도 6은 탄소-탄소 섬유를 나타낸 도면이다.
1 is a view showing a state in which a hat part is coupled to a metal and CMC combination brake disk according to an embodiment of the present invention.
2 is an enlarged view of portion A shown in FIG.
3 is a view showing the unit CMC piece shown in FIG.
4 is a view showing a unit CMC piece according to the first modification.
5 is a view showing a unit CMC piece according to a second modified example.
6 is a view showing a carbon-carbon fiber.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 및 CMC 결합 브레이크 디스크를 자세히 설명한다.Hereinafter, a metal and CMC combination brake disk according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

도 1에 도시된 바와 같이, 금속 및 CMC 결합 브레이크 디스크(100)는, 하중부(110), 마찰부(120)로 구성된다.As shown in FIG. 1, the metal and CMC combination brake disk 100 is composed of a load unit 110 and a friction unit 120.

하중부(110)는 마찰부(120)를 지지한다. 하중부(110)는 충격을 흡수하고, 제동시 발생하는 마찰열을 외부로 방출시킨다. 하중부(110)의 두께는 25~50mm다. 하중부(110)는 회주철(gray cast iron)과 같은 금속으로 만들어진다. 하중부(110)를 금속으로 만들어, 종래 CMC로 만든 하중부 보다 밀도를 높인다. 이로 인해, 제동시 디스크의 온도가 급격하게 올라가지 않는다.The load unit 110 supports the friction unit 120. The load unit 110 absorbs the impact and discharges frictional heat generated during braking to the outside. The thickness of the load part 110 is 25-50mm. The load part 110 is made of a metal such as gray cast iron. The load part 110 is made of metal, thereby increasing the density than the load part made of conventional CMC. For this reason, the temperature of the disk does not rise rapidly during braking.

하중부(110)의 상하면에는 디스크의 중심을 향해 직선 형태로 뚫린 냉각채널(111)들이 구비된다. 냉각채널(111)은 원주방향으로 일정간격으로 배치된다. 냉각채널(111)들은 격벽(112)에 의해 분리된다. 물론, 냉각채널(111)의 형상은 곡선 등 다양할 수 있다.Cooling channels 111 are provided on the upper and lower surfaces of the load unit 110 in a straight line toward the center of the disk. The cooling channels 111 are arranged at regular intervals in the circumferential direction. The cooling channels 111 are separated by a partition wall 112. Of course, the shape of the cooling channel 111 may be various, such as a curve.

도 2에 도시된 바와 같이, 격벽(112)은 제1격벽(112a)과 제2격벽(112b)으로 구성된다.As shown in FIG. 2, the partition wall 112 is composed of a first partition wall 112a and a second partition wall 112b.

제1격벽(112a)의 상면에는 2개의 체결공(112aa)이 구비되고, 제1격벽(112a)의 전단에는 단(112ab)이 형성된다. 물론, 체결공(112aa)의 개수는 2개 이상일 수 있다.Two fastening holes 112aa are provided on the upper surface of the first partition wall 112a, and an end 112ab is formed at the front end of the first partition wall 112a. Of course, the number of fastening holes 112aa may be two or more.

제2격벽(112b)에는 단과 체결공이 없으며, 제1격벽(112a) 사이에 배치된다.The second partition wall 112b does not have an end and a fastening hole, and is disposed between the first partition wall 112a.

제2격벽(112b)의 전측에는 제2격벽(112b)의 양측에 배치된 냉각채널(111)을 서로 연통시키는 통로(112ba)가 형성된다. 이러한 통로(112ba)로 인해, 냉각채널(111)내의 공기흐름이 활발해져, 냉각채널(111)의 디스크 냉각성능이 향상된다.A passage 112ba for communicating the cooling channels 111 disposed on both sides of the second partition 112b is formed on the front side of the second partition 112b. Due to the passage 112ba, air flow in the cooling channel 111 becomes active, and the disk cooling performance of the cooling channel 111 is improved.

하중부(110)의 중심에는 햇파트(130)가 결합된다. 햇파트(130)는 바퀴휠과 디스크를 연결시킨다. 햇파트(130)는 알루미늄으로 만들어진다. 햇파트(130)의 중심에는 자동차 바퀴축이 지나가는 축공(131)이 구비된다. 축공(131) 주위에는 일정간격으로 체결공(132)이 구비된다. 체결공(132)으로 볼트가 통과하여 햇파트(130)를 바퀴휠에 결합시킨다.The hat part 130 is coupled to the center of the load part 110. The hat part 130 connects the wheel wheel and the disk. The hat part 130 is made of aluminum. In the center of the hat part 130, a shaft hole 131 through which a vehicle wheel shaft passes is provided. Around the shaft hole 131, fastening holes 132 are provided at regular intervals. The bolt passes through the fastening hole 132 to couple the hat part 130 to the wheel wheel.

도 2에 도시된 바와 같이, 햇파트(130)의 가장자리에는, 복수개의 장홀(133)들이 일정간격으로 뚫린다. 장홀(133)에는 부시(134)가 삽입된다. 부시(134)는 스테인레스강으로 만들어진다. 하중부(110)를 관통한 볼트(135)가 부시(134)를 통과한 후, 볼트(135)의 끝단에 너트(136)가 체결되면, 하중부(110)의 상면에 햇파트(130)가 고정된다.As shown in Figure 2, at the edge of the hat part 130, a plurality of long holes 133 are drilled at regular intervals. The bush 134 is inserted into the long hole 133. The bush 134 is made of stainless steel. After the bolt 135 passing through the load part 110 passes through the bush 134, when the nut 136 is fastened to the end of the bolt 135, the hat part 130 on the upper surface of the load part 110 Is fixed.

마찰부(120)는 제동시, 패드와 직접 마찰 접촉하여, 제동에 필요한 마찰력을 생성한다.During braking, the friction unit 120 directly frictionally contacts the pad to generate a friction force required for braking.

마찰부(120)는 하중부(110)의 상하면에 결합된 단위 CMC 조각(121)들로 구성된다. 마찰부(120)의 두께는 1~20mm 이다.The friction unit 120 is composed of unit CMC pieces 121 coupled to the upper and lower surfaces of the load unit 110. The thickness of the friction part 120 is 1 to 20 mm.

단위 CMC 조각(121)은 2개의 냉각채널(111)을 덮을 정도의 크기를 가진다. 물론, 단위 CMC 조각(121)의 크기와 개수는 다양할 수 있다.The unit CMC piece 121 has a size enough to cover the two cooling channels 111. Of course, the size and number of the unit CMC piece 121 may vary.

도 3에 도시된 바와 같이, 단위 CMC 조각(121)에는 2개의 관통공(121a)이 구비된다. 관통공(121a)으로 나사 또는 리벳과 같은 체결수단(122)이 통과한 후, 제1격벽(112a)의 체결공(112aa)에 체결된다. 그러면, 단위 CMC 조각(121)이 제1격벽(112a)의 상면에 고정된다. 물론, 단위 CMC 조각(121)과 제1격벽(112a)의 고정방식은 다양할 수 있다.As shown in Figure 3, the unit CMC piece 121 is provided with two through holes (121a). After the fastening means 122 such as screws or rivets pass through the through hole 121a, it is fastened to the fastening hole 112aa of the first partition wall 112a. Then, the unit CMC piece 121 is fixed to the upper surface of the first partition wall 112a. Of course, the fixing method of the unit CMC piece 121 and the first partition wall 112a may be various.

단위 CMC 조각(121)은 탄소섬유(Cf), 규소(Si), 탄소(C), 탄화규소(SiC)로 구성된다.The unit CMC piece 121 is composed of carbon fiber (Cf), silicon (Si), carbon (C), and silicon carbide (SiC).

탄화규소(SiC)는 매트릭스(matrix)를 구성하고, 탄소섬유(Cf)는 매트릭스(matrix)내에 무작위로 분포된다. 탄소섬유(Cf)는 다발의 탄소필라멘트로 구성된다.Silicon carbide (SiC) constitutes a matrix, and carbon fibers (Cf) are randomly distributed in the matrix. Carbon fiber (Cf) is composed of a bundle of carbon filaments.

단위 CMC 조각(121)에서, 탄소섬유(Cf), 규소(Si), 탄소(C), 탄화규소(SiC) 성분은, 디스크를 가볍고, 내열충격성, 내산화성, 내마모성이 크고, 고강도이며, 높은 마찰계수를 가지게 만든다.In the unit CMC piece 121, the carbon fiber (Cf), silicon (Si), carbon (C), and silicon carbide (SiC) components make the disk light, thermal shock resistance, oxidation resistance, abrasion resistance, high strength, and high Make it have a coefficient of friction.

제1변형예Modification 1

도 4에 도시된 바와 같이, 제1변형예에 따른 단위 CMC 조각(121')은 탄소섬유(Cf), 규소(Si), 탄소(C), 탄화규소(SiC), 구리(Cu), 규소-구리 합금(SixCuy)로 구성된다.As shown in Figure 4, the unit CMC piece 121' according to the first modified example is carbon fiber (Cf), silicon (Si), carbon (C), silicon carbide (SiC), copper (Cu), and silicon. -It is composed of copper alloy (SixCuy).

제1변형예에 따른 단위 CMC 조각(121')에는, 단위 CMC 조각(121)에 없었던 구리(Cu), 규소-구리 합금(SixCuy) 성분이 더 포함된다.The unit CMC piece 121 ′ according to the first modification further includes copper (Cu) and silicon-copper alloy (SixCuy) components that were not present in the unit CMC piece 121.

단위 CMC 조각(121')에 구리(Cu), 규소-구리 합금(SixCuy) 성분이 더 포함됨으로써, 단위 CMC 조각(121')의 밀도가 높아진다. 이로 인해, 제동시 마찰부(120)의 온도가 급속도로 올라가는 것까지 막을 수 있다. 물론, 마찰부(120)의 온도가 급속도로 올라간다고 해서, 하중부(110)의 온도가 급속도로 올라가는 것만큼 디스크의 주변에 설치된 패드, 햇파트, 캘리퍼에 악영향을 주는 것은 아니나, 마찰부(120)의 온도가 급속도로 올라가는 것 역시 좋은 영향을 주는 것은 아니므로, 제1변형예는 나름 의미를 가지는 변형예다.As the unit CMC piece 121 ′ further includes copper (Cu) and silicon-copper alloy (SixCuy) components, the density of the unit CMC piece 121 ′ is increased. Accordingly, it is possible to prevent the temperature of the friction unit 120 from rapidly increasing during braking. Of course, even if the temperature of the friction unit 120 rises rapidly, it does not adversely affect the pads, hat parts, and calipers installed around the disk as much as the temperature of the load unit 110 increases rapidly, but the friction unit 120 ), the rapid increase in temperature also does not have a good effect, so the first modification is a modification that has its own meaning.

탄화규소(SiC)는 매트릭스(matrix)를 구성하고, 탄소섬유(Cf)는 매트릭스(matrix)내에 무작위로 분포된다. 탄소섬유(Cf)는 다발의 탄소필라멘트로 구성된다.Silicon carbide (SiC) constitutes a matrix, and carbon fibers (Cf) are randomly distributed in the matrix. Carbon fiber (Cf) is composed of a bundle of carbon filaments.

탄소섬유(Cf), 규소(Si), 탄소(C), 탄화규소(SiC) 성분은, 디스크를 가볍고, 내열충격성, 내산화성, 내마모성이 크고, 고강도이며, 높은 마찰계수를 가지게 만든다.Carbon fiber (Cf), silicon (Si), carbon (C), and silicon carbide (SiC) components make the disk light, heat shock resistance, oxidation resistance, wear resistance, high strength, and high coefficient of friction.

반면, 구리(Cu), 규소-구리 합금(SixCuy) 성분은 디스크의 밀도를 높여, 제동시 디스크의 온도가 급속도로 높이 올라가는 것을 막고, 마찰계수의 변화폭을 줄인다.On the other hand, copper (Cu) and silicon-copper alloy (SixCuy) components increase the density of the disk, prevent the temperature of the disk from rising rapidly during braking, and reduce the variation in the coefficient of friction.

제2변형예2nd modified example

도 5에 도시된 바와 같이, 제2변형예에 따른 단위 CMC 조각(121")은 탄소-탄소 섬유(C/Cf), 규소(Si), 탄소(C), 탄화규소(SiC)로 구성된다. As shown in Fig. 5, the unit CMC piece 121" according to the second modification is composed of carbon-carbon fibers (C/Cf), silicon (Si), carbon (C), and silicon carbide (SiC). .

제2변형예에 따른 단위 CMC 조각(121")에는, 단위 CMC 조각(121)을 구성하는 탄소섬유(Cf) 대신에 탄소-탄소 섬유(C/Cf)가 포함되고, 탄소-탄소 섬유(C/Cf) 보다 탄화규소(SiC)의 함량이 높다.In the unit CMC piece 121" according to the second modification, instead of the carbon fiber (Cf) constituting the unit CMC piece 121, a carbon-carbon fiber (C/Cf) is included, and a carbon-carbon fiber (C /Cf) has a higher content of silicon carbide (SiC).

단위 CMC 조각(121")에서 탄화규소(SiC)의 함량을 높임으로써, 단위 CMC 조각(121")의 밀도가 높아진다. 이로 인해, 제동시 마찰부(120)의 온도가 급속도로 올라가는 것까지 막을 수 있다. 물론, 마찰부(120)의 온도가 급속도로 올라간다고 해서, 하중부(110)의 온도가 급속도로 올라가는 것만큼 디스크의 주변에 설치된 패드, 햇파트, 캘리퍼에 악영향을 주는 것은 아니나, 마찰부(120)의 온도가 급속도로 올라가는 것 역시 좋은 영향을 주는 것은 아니므로, 제2변형예는 나름 의미를 가지는 변형예다.By increasing the content of silicon carbide (SiC) in the unit CMC piece 121", the density of the unit CMC piece 121" increases. Accordingly, it is possible to prevent the temperature of the friction unit 120 from rapidly increasing during braking. Of course, even if the temperature of the friction unit 120 rises rapidly, it does not adversely affect the pads, hat parts, and calipers installed around the disk as much as the temperature of the load unit 110 increases rapidly, but the friction unit 120 ), a rapid increase in temperature also does not have a good effect, so the second variant is a variant that has its own meaning.

탄화규소(SiC)는 매트릭스(matrix)를 구성하고, 탄소-탄소 섬유(C/Cf)는 매트릭스(matrix)내에 무작위로 분포된다.Silicon carbide (SiC) constitutes a matrix, and carbon-carbon fibers (C/Cf) are randomly distributed in the matrix.

도 6에 도시된 바와 같이, 탄소-탄소 섬유(C/Cf)는,As shown in Figure 6, carbon-carbon fiber (C / Cf),

다발의 탄소필라멘트(FL)와, 다발의 탄소필라멘트(FL) 사이사이 빈 공간(S)을 채우고, 다발의 탄소필라멘트(FL)의 외곽을 감싸는 탄소층(CL)으로 구성된다. 탄소필라멘트(FL)의 개수는 수천~수만개이다.It is composed of a carbon layer CL that fills the empty space S between the bundle of carbon filaments FL and the bundle of carbon filaments FL, and surrounds the outer periphery of the bundle of carbon filaments FL. The number of carbon filaments (FL) is thousands to tens of thousands.

탄소층(CL)을 구성하는 탄소(C)는 다발의 탄소필라멘트(FL)에 수지(Resin)를 함침시키고, 수지가 함침된 다발의 탄소필라멘트(FL)를 탄화시키는 과정을 반복하는 과정을 통해 공급된다.The carbon (C) constituting the carbon layer (CL) is impregnated with resin in the bundle of carbon filaments (FL), and the process of carbonizing the bundle of carbon filaments (FL) impregnated with the resin is repeated. Is supplied.

다발의 탄소필라멘트(FL) 사이사이 빈 공간(S)을 채우고, 탄소필라멘트(FL)의 외곽을 감싸는 탄소층(CL)으로 인해, 제동시 발생하는 충격에 의해 매트릭스(matrix)에 생긴 균열이 탄소필라멘트(FL)를 지나가지 못한다. 설사, 탄소필라멘트(FL)의 외곽을 감싸는 탄소층(CL)을 뚫었다 하더라도, 탄소필라멘트(FL) 사이사이 빈 공간(S)을 채우는 겹겹의 또 다른 탄소층(CL)으로 인해, 균열은 더 이상 진행되지 못한다.Due to the carbon layer (CL) that fills the empty space (S) between the bundles of carbon filaments (FL) and surrounds the outer periphery of the carbon filaments (FL), the crack generated in the matrix due to the impact generated during braking is carbon It cannot pass through the filament (FL). Even if the carbon layer (CL) surrounding the outer edge of the carbon filament (FL) is pierced, the crack is no longer due to another layer of carbon layer (CL) filling the empty space (S) between the carbon filaments (FL). Can't proceed.

이로 인해, 보다 적은 탄소섬유(Cf) 양으로도 마찰부(120)의 강도를 충분히 유지시킬 수 있어, 탄소섬유(Cf)를 사용할 때 보다, 마찰부(120)의 탄화규소(SiC) 함량을 더 높일 수 있다.Accordingly, it is possible to sufficiently maintain the strength of the friction portion 120 even with a smaller amount of carbon fiber (Cf), so that the silicon carbide (SiC) content of the friction portion 120 is more than when using carbon fiber (Cf). It can be higher.

단위 CMC 조각(121")에서 탄소-탄소 섬유(C/Cf)의 무게 대 탄화규소(SiC)의 무게 비(탄소-탄소 섬유 무게/탄화규소 무게)는 1 미만 ~ 0.4 이상이다. 보다 바람직하게는, 탄소-탄소 섬유(C/Cf)의 무게와 탄화규소(SiC)의 무게 비는 4:6이다.The weight ratio of the weight of carbon-carbon fibers (C/Cf) to the weight of silicon carbide (SiC) in the unit CMC piece 121" (carbon-carbon fiber weight/silicon carbide weight) is less than 1 to 0.4 or more. More preferably Is, the weight ratio of carbon-carbon fibers (C/Cf) and silicon carbide (SiC) is 4:6.

이렇게 탄화규소(SiC)의 양을 늘리기 위해, 단위 CMC 조각(121")을 만드는 과정에서 탄화규소 가루를 직접 넣어준다. 또는, 단위 CMC 조각(121")을 만들기 위해, 탄소섬유와 탄소로 구성된 탄화체에 규소를 함침시키는 과정에서, 촉매제를 사용하여 탄소와 규소의 반응을 촉진시켜 탄화규소의 합성효율을 높인다.In order to increase the amount of silicon carbide (SiC) in this way, silicon carbide powder is directly added in the process of making the unit CMC piece 121". Or, to make the unit CMC piece 121", composed of carbon fiber and carbon In the process of impregnating the carbide with silicon, a catalyst is used to promote the reaction between carbon and silicon to increase the synthesis efficiency of silicon carbide.

100: 금속 및 CMC 결합 브레이크 디스크
110: 하중부 120: 마찰부
111: 냉각채널 112: 격벽
112a: 제1격벽 112b: 제2격벽
121,121',121": 단위 CMC 조각
SiC: 탄화규소 Cf: 탄소섬유
C/Cf: 탄소-탄소 섬유 CL: 탄소층
100: metal and CMC combination brake disc
110: load portion 120: friction portion
111: cooling channel 112: bulkhead
112a: first partition 112b: second partition
121,121',121": unit CMC piece
SiC: silicon carbide Cf: carbon fiber
C/Cf: carbon-carbon fiber CL: carbon layer

Claims (5)

금속으로 만들어진 하중부;
상기 하중부의 상하면에 결합된, 세라믹 매트릭스 복합재로 만들어진 단위 CMC 조각들로 구성된 마찰부; 및
상기 하중부의 중심부에 결합된 금속으로 만들어진 햇파트를 포함하며,
상기 단위 CMC 조각들 각각은,
다발의 탄소필라멘트와 상기 다발의 탄소필라멘트 사이사이 빈 공간을 채우고 상기 다발의 탄소필라멘트의 외곽을 감싸는 탄소층으로 구성된 탄소-탄소 섬유(C/Cf), 규소(Si), 탄소(C), 탄화규소(SiC)로 구성되며,
상기 햇파트의 외주면은 상기 CMC 조각들의 전면과 접촉된 상태로 상기 하중부의 중심부에 결합되며,
상기 하중부의 상하면 각각에는 디스크의 중심을 향해 직선으로 뻗어나간 격벽들이 번갈아 가며 돌출 형성되며, 상기 격벽들 위에 상기 CMC 조각들이 덮혀짐으로써, 상기 격벽들 사이에 냉각채널이 형성되며,
상기 격벽들은 번갈아 가며 배치된 제1격벽과 제2격벽으로 구성되며,
상기 제1격벽의 전단에는 단이 형성되고, 상기 제2격벽의 전측에는 통로가 형성된 것을 특징으로 하는 금속 및 CMC 결합 브레이크 디스크.
Loads made of metal;
A friction unit composed of unit CMC pieces made of a ceramic matrix composite material coupled to the upper and lower surfaces of the load unit; And
It includes a hat part made of metal coupled to the central portion of the load,
Each of the unit CMC pieces,
Carbon-carbon fiber (C/Cf), silicon (Si), carbon (C), carbonization consisting of a carbon layer that fills the empty space between the bundle of carbon filaments and the bundle of carbon filaments and surrounds the outer periphery of the bundle of carbon filaments It is composed of silicon (SiC),
The outer circumferential surface of the hat part is coupled to the center of the load unit in contact with the front surface of the CMC pieces,
Partition walls extending in a straight line toward the center of the disk are alternately protruded on each of the upper and lower surfaces of the load part, and the CMC pieces are covered on the partition walls, thereby forming a cooling channel between the partition walls,
The partition walls are composed of a first partition wall and a second partition wall arranged alternately,
A metal and CMC combination brake disk, characterized in that an end is formed at a front end of the first partition wall, and a passage is formed at a front side of the second partition wall.
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