MXPA02003935A

MXPA02003935A - Revestimiento de friccion para componentes de sistemas de frenos.

Info

Publication number: MXPA02003935A
Application number: MXPA02003935A
Authority: MX
Inventors: Wolfram Beier
Original assignee: Glas Schott
Priority date: 1999-10-20
Filing date: 2000-10-13
Publication date: 2003-01-28
Also published as: CN1212992C; JP2003528261A; CA2386251C; BR0014897A; KR100491215B1; EP1230185A1; AU1271701A; KR20020068033A; DE19950622A1; WO2001028947A1; CA2386251A1; US7208432B1; CN1382111A

Abstract

La invencion se refiere a revestimientos de friccion para elementos estructurales y funcionales usados en sistemas de frenos, especialmente es sistemas para automoviles, que consisten de un material compuesto inorganico, el cual consiste de una matriz de vidrio o ceramica de vidrio, fibras de reforzamiento inorganicas, uno o varios ingredientes de relleno, que incluyen uno o varios materiales de deslizamiento o anti-friccion con elementos estructurales hexagonales planos.

Description

REVESTIMIENTO DE FRICCIÓN PARA COMPONENTES DE SISTEMAS DE FRENOS CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a revestimientos de fricción para elementos estructurales y funcionales en sistemas de frenos especialmente en sistemas para automóviles, que consisten de un material compuesto inorgánico, el cual consiste de una matriz de vidrio o cerámica de vidrio, fibras de reforzamiento inorgánicas, uno o varios ingredientes de relleno. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los elementos estructurales o funcionales en los sistemas de frenos, por ejemplo, para automóviles terrestres (automóviles personales, vehículos industriales, ferrocarriles, etc.) o aeronaves deben permitir una alta desaceleración . Los criterios técnicos esenciales para la construcción de los revestimientos de fricción para frenos, especialmente para frenos de vehículos automotores, son: - el coeficiente de fricción o el coeficiente de frenado µ el desgaste, la rigidez mecánica y tenacidad a la rotura, el número de revoluciones critico al reventar, - la tendencia para ia acción oscilante de fricción autoexcitada ("arranque" o "rechinido") y el ruido de frenado o fricción, la carga admisible de temperatura. Esto significa en particular: El coeficiente de fricción µ deberá ser lo más alto posible y lo menos posible dependiente de las condiciones de funcionamiento y de los alrededores. Entonces la fuerza transferible del producto a partir del coeficiente de fricción y el esfuerzo de compresión (µ X FA) son proporcionales, un freno para que pueda dimensionarse con un esfuerzo de compresión pequeño, el coeficiente de fricción D deberá ser alto. El coeficiente de fricción del revestimiento de fricción es dependiente de las contrapartes. Las contrapartes usuales en los frenos de vehículos automotores personales son la fundición gris o el acero. Los revestimientos de frenos que usan los frenos de vehículos para personas actuales, muestran en el funcionamiento de conducción práctico contra la fundición gris el valor µ de alrededor de 0.2 0.5. En el dimensionamiento de los frenos proviene de un valor de dimensionamiento de 0.25, en donde ya se ha calculado un factor de seguridad. El coeficiente de fricción deberá ser constante en relación a las modificaciones en la temperatura, la humedad, el esfuerzo de compresión y la velocidad angular.

El deterioro del revestimiento de los frenos deberá ser minimo. El valor o coeficiente ideal durante la duración de la vida útil del revestimiento para el servicio calculado de los frenos seria la vida útil del automóvil, sin embargo es necesaria la reparación del revestimiento de los frenos durante la vida útil del automóvil. Independientemente, también las contrapartes de los revestimientos de los frenos no se deberán obturar. Una medida del deterioro es la proporción de deterioro o desgaste. Una alta resistencia mecánica y tenacidad a la rotura se requieren especialmente en el montaje de los revestimientos por medio de remachado, enclavamiento o adhesión. El número de revoluciones critico a la rotura deberá poderse producir 1.7 - 2 veces el número de revoluciones máximo de la rueda, es decir, deberán producirse valores de alrededor de 5,000/m?n, tales revoluciones altas del disco de frenos se producen por la alta velocidad de conducción de un automóvil personal. Los arranques o ruidos se deben a los problemas de calidad por los requerimientos extremos de los frenos. Por arranques se pretende indicar cuando una frecuencia propia del sistema "instalación del freno" igualmente con el estruendo se estimula muy fuertemente, tal que la oscilación del automóvil se hace sensible. El arranque no es cuantificable pero es importante para la impresión subjetiva del conductor y es de mayor importancia. La intensidad de un arranque producido no es solo dependiente del revestimiento, sino que depende también del dimensionamiento constructivo del sistema de "freno" total y sus elementos de suspensión, en donde el arranque producido forma una parte esencial. Se obtienen asi los frenos que no se limitan o se limitan solo por el arranque, que muestran también un buena caracteristica de confort. Los revestimientos de fricción de los frenos deben satisfacer en la práctica las cargas térmicas usuales, es decir, deberán resistir sin demora. Un objetivo de desarrollo es por lo tanto el limite de temperatura, en el que se produce el mencionado desvanecimiento, luego del desgaste. El deterioro con los revestimientos de frenos de acoplamiento es elevado por la duración de la carga y también la presión accionada por la carga en el revestimiento, en el revestimiento de fricción para los frenos, de manera que las exigencias en la carga admisible de temperatura son especialmente altas. Un aspecto adicional, la calidad no contaminante de los materiales usados, puede cuando menos considerarse resuelta, puesto que se evita el uso del asbesto como se hacia anteriormente . Los revestimientos de frenos usualmente en el mercado, para frenos de automóviles, son materiales compuestos con matriz orgánica (polimeros) . Ellos consisten de hilos, los cuales están impregnados o embebidos en un cemento de freno a partir de resinas, caucho y materiales de relleno como negro de humo, grafito y caolín. Los hilos consisten preferentemente de fibras de poliacrilonitrilo, aramida, celulosa, vidrio y otras fibras y alambre de latón o alambre de cobre. Tales revestimientos de freno muestran una muy buena proporción de comodidad, pero en base a sus constituyentes orgánicos, especialmente una matriz orgánica, muestran una carga admisible de temperatura poco conveniente, de manera que al sobrepasar los limites conocidos de temperatura durante el proceso de frenado, disminuye el valor o coeficiente de fricción, conduciendo por esto a una disminución fuerte de la comodidad a través del "pelado del revestimiento" y finalmente a un desvanecimiento (escape del freno) . Mediante la carga adicional se realiza una demolición propia del revestimiento del freno y a una disminución de la función de frenado. A partir de la EP 0 469 464 Bl se conoce un material compuesto para el revestimiento de fricción, en el cual la matriz de aglutinamiento se produce a partir de una mezcla de Si02 y cuando menos silicato parcialmente soluble en agua, por ejemplo, silicato alcalino (vidrio soluble) , el cual se endurece en presencia de agua. Tal material muestra caracteristicas hidroliticas, las cuales se producen de forma negativa, por ejemplo de agua condensada al sobrepasar el punto de congelación. A partir de la US 4,341,840 se conocen el vidrio endurecido con hilos de grafito para soporte, sellos de hermeticidad y frenos. Estos materiales compuestos no son duraderos o estables a una cierta temperatura y muestran una proporción o comportamiento de comodidad no conveniente. El objetivo de la invención es encontrar un revestimiento de fricción para un sistema de frenos, especialmente frenos para automóviles, el cual presente un perfil de caracteristicas mejorado, sobre todo una carga admisible de temperatura alta y con eso se unan en la superficie del revestimiento de fricción antes mencionado, que tengan la capacidad de transferir un gran momento o movimiento del freno. Este objetivo se resuelve a través del material compuesto inorgánico de acuerdo a la reivindicación 1. De manera sorprendente se ha mostrado que un material compuesto, formado a partir de una matriz de fibras o cerámica de vidrio, de fibras endurecidas inorgánicas y uno o varios materiales de relleno en base a sus caracteristicas especiales, especialmente buenas para el uso como revestimiento de fricción para sistemas de frenos, son adecuadas, si como material de relleno si muestran uno o varios materiales de deslizamiento o anti-fricción, los cuales muestren elementos estructurales hexagonales, planos. La preparación de vidrio endurecido o reforzado con fibras o cerámica de vidrio endurecida con fibras es completamente conocida y se describen en numerosas publicaciones, de las cuales se pueden mencionar a manera de ejemplo las patentes norteamericanas US 4,610,917, US 4,626,515 y US 5,079,196. También es conocida la adición de material de relleno y de funcional antes mencionado, a continuación del material de relleno, como material de ensamblado para una matriz de agentes de aglutinamiento, por ejemplo, a partir de la EP 0 469 464 Bl. El material de relleno se adiciona en el inicio del proceso de producción, por ejemplo la suspensión. En principio, cada vidrio se puede endurecer con fibras cerámicas. Para evitar o reducir la tensión interior es conveniente perseguir una adaptación conocida del coeficiente de dilatación térmica. Las fibras de carburo de silicio y de carbono empleadas como fibras de refuerzo muestran una pequeña dilatación, los vidrios consisten de matrices preferentemente, las cuales tienen un coeficiente de dilatación térmica a20/3oo de menos de 10 x 10~6/K. La temperatura máxima admisible para tal material compuesto reforzado depende de su material interno concreto asi como de su estructura. La temperatura de transición a vidrio Tg del vidrio utilizado como matriz consiste de un valor de orientación para la temperatura de duración máxima. Por medio del reforzamiento con fibras se puede elevar la carga admisible de temperatura, de manera que el vidrio reforzado con fibras pueda resistir también temperaturas por arriba de Tg de la matriz de vidrio. Como vidrio de matriz especialmente adecuado se conoce el vidrio con contenido de ácido bórico. El vidrio con borosilicato cuyo representante conocido se encuentra en el comercio bajo la denominación Duran® y Pyrex®, tienen un coeficiente de dilatación térmico inferior a2o/3oo y claramente en el rango de 3 a 5 x 10"6/K, y un valor de Tg en el rango de cerca de 500°C hasta 600°C. Estos vidrios tienen una composición aproximada de (en % en peso en base al óxido) de 70 - 80 % de Si02, 7 - 14 % de B203, 4 - 8 de óxido alcalino y 2 - 8 % de A1203. También vidrios de aluminosilicato, especialmente vidrios con una composición aproximada de (en % en peso en base al óxido) de 50 - 55 % de Si02, 8 - 12 % de B203, 10 -20 de óxido alcalinotérreo y 20 - 25 % de A1203 son muy adecuados como vidrio de matriz, los cuales pueden resistir altas temperaturas. Ellos presentan temperaturas de valor Tg en el rango de casi 650°C hasta 750°C. Pero también los vidrios de silicato alcalino-alcalinotérreo (por ejemplo composiciones de alrededor de, en % en peso, 74% de Si02, 16% de Na20, 10% de CaO) con un Tg de cerca de 540°C y un a2o/3oo de cerca de 9 x 10"6/K pueden servir también como matriz de vidrio del material compuesto de acuerdo a la invención. Igualmente como matriz de vidrio son adecuados los vidrios basálticos y vidrios dilatables para lana mineral. Además se utilizan vidrios como aquellos que se usan para los tubos de televisión, y especialmente para la parte del tubo, embudo y pantalla, como matriz de vidrio adecuada. Los vidrios de pantalla son en general los vidrios de silicato alcalino-alcalinotérreo con alto contenido de SrO y/o BaO. Los vidrios de embudo son los vidrios del mismo tipo, los cuales contienen pequeñas cantidades adicionales de PbO. En contraposición están los vidrios, como aquellos que se utilizan para los golletes de los tubos de televisión, los llamados vidrios de gollete, que tienen alto contenido de PbO y con eso los materiales son poco adecuados pues contaminan el medio ambiente. Las cerámicas de vidrio poseen como matriz una carga admisible de temperatura alta. La cerámica de vidrio y su preparación a través de la cristalización son ya conocidos desde hace varios años. Para la matriz de cerámica los sistemas de materiales adecuados son, por ejemplo: Li20 - A1203 - Si02, MgO - A1203 -Si02, CaO - A1203 - Si02 ó MgO - CaO - BaO - A1203 - Si02, los cuales se pueden modificar por la adición en diversas maneras y en forma conocida. La matriz de cerámica de vidrio puede consistir también de un vidrio de borato que contiene cristales de Li20 - A1203 - Si02 u otros plomos de vidrio que se cristalizan. Tales materiales compuestos tienen la ventaja que se pueden trabajar a temperaturas relativamente bajas, luego de la cristalización pero resisten altas temperaturas. La porción de la matriz de vidrio o cerámica de vidrio en el material compuesto se produce como el resto a partir de las porciones dadas abajo en las fibras de refuerzo y materiales de relleno. No deberá consistir de menos de 5% en peso y no más de 60% en peso. Preferentemente se encuentra una porción entre 20 y 55 % en peso, especialmente preferente entre 25 y 50% en peso. Las fibras de reforzamiento para el vidrio y la cerámica de vidrio son igualmente conocidas completamente, y para el presente objetivo son adecuadas varias fibras de refuerzo inorgánico. Principalmente se utilizan fibras a partir de carbono SiC, BN, Si3Na, A1203, Zr02, mulita, aqui especialmente de 3 A1203 x 2 Si02, silicato de calcio (x CaO. y Si02) , vidrio que contiene silicio, vidrios con alto contenido de Si02, es decir, vidrios con un contenido de Si02 de más del 80% en peso, vidrio A, C, S o E y/o lana de vidrio, especialmente lana basáltica, como componentes principales, dado el caso, con la adición de Si, Ti, Zr, Al, 0, C, N, por ejemplo, fibras de los tipos sialón (Si, Al, 0, N) , o sus óxidos o carburos. Por vidrio E se trata de un vidrio de borosilicato de calcio y aluminio, el cual está en gran parte libre de alcalinos. El vidrio S es un vidrio de aluminosilicato de magnesio y aluminio, el vidrio C y vidrio de borosilicato de sodio y calcio y el vidrio A un vidrio de silicato de sodio y calcio. Especialmente adecuadas son las fibras de carbono y las fibras de carburo de silicio. Una alta porción de fibras en las fibras de SiC disminuye el desgaste. Una porción elevada de fibra, de fibra de C, en el costo de la porción de las fibras de SiC, hace más barato el material compuesto. Especialmente ventajosos son los materiales compuestos, los que no sólo contienen fibras de SiC sino también de C, ahi el desgaste se disminuye y se puede realizar una comparación del valor de los hilos o fibras de C en el procedimiento de fricción. Especialmente preferente es una proporción de SiC/C de alrededor de 1 a 4. Por la disminución de la porción de SiC a 1/5 se pueden disminuir enormemente los costos de preparación del material compuesto sin que se vean afectadas las propiedades en la compra. Las fibras de reforzamiento pueden mejorar las propiedades de fricción y de comodidad aún con una capa la mayor de las veces delgada, por ejemplo se pueden proveer de carbón, carburo, Si02, A1203 u otros óxidos. El contenido de fibras en el material compuesto yace entre aproximadamente 5 y 55% en peso. Un grado de relleno mayor se logrará con un costo considerable, mediante una porción de fibras de menos de 5% en peso disminuyen la modificación de propiedades a través del reforzamiento de las fibras, especialmente el aumento de la resistencia, muy poco y se complica con una proporción igual de fibras en la matriz . En base a la economía y la técnica se prefiere un contenido de fibras de aproximadamente 25 hasta 45 % en peso. Mediante el uso de varias clases diferentes de fibras se obtiene el compuesto híbrido antes mencionado. Junto con la matriz de vidrio o de cerámica de vidrio y las fibras de reforzamiento, el revestimiento de fricción de acuerdo a la invención contiene uno o varios materiales de relleno inorgánicos, que se colocan en forma pulverizada. De acuerdo a la invención, cuando menos una parte de la porción de material de relleno colocada es un material anti-fricción o deslizante, que contiene elementos estructurales hexagonales, planos, . Los materiales anti-fricción preferidos son: filosilicato, negro de humo, grafito, mica, MoS2, los materiales anti-fricción especialmente preferidos son: negro de humo y grafito. A continuación se nombran de manera ejemplar los materiales de relleno más importantes. Junto con los materiales anti-fricción mencionados de Si02, se emplean como cristalizador cuarzo, tierra silícica, vidrio de cuarzo o carga de cuarzo, A1203, Zr02 u óxidos similares, también Fe203 y Cr203, silicato de calcio como wollastonita (CaO x Si02) , 2Ca0 x Si02, 3CaO x Si02, silicato de magnesio y sus hidratos, por ejemplo, talco (3 MgO x 4 Si02 x H20) . Silicato de zirconio, dolomita, aluminosilicato como mulita, silimanita, caolin o arcilla, además silicato de calcio y aluminio, silicato de potasio y aluminio y silicato de magnesio y aluminio, por ejemplo, cordierita, también cemento, óxido de magnesio, carbonato de magnesio y sus hidratos, aluminato de magnesio, cromita, óxido de titanio, por ejemplo, rutilo, boruro de titanio, titanato de aluminio, además carbonato, por ejemplo, cal, también cal quemada (CaO) , sulfato, por ejemplo, BaS04, gis, especialmente como semihidratos o anhídridos, sulfuros como MoS2 o CuS, nitruros, por ejemplo, BN, carburos, por ejemplo, SiC, B4C, Tic, polvo de coque, cerámica de vidrio, por ejemplo, a partir de sistemas de materiales nombrados cerámicas de vidrio, como metales, por ejemplo, cobre, aluminio, magnesio, hierro o aún acero, o semi-metales como' silicio y/o sus aleaciones, Los materiales de relleno pueden ser por ejemplo, vitreos, cerámicos o metálicos. Un material de relleno vitreo o un material de relleno a partir de cerámica de vidrio puede diferenciarse de la matriz de vidrio o matriz de cerámica de vidrio mediante composiciones diferentes, por ejemplo, por medio de una microsonda de rayos electrónicos. Cuando se usa esta misma matriz de vidrio o la misma matriz de cerámica como matriz y como rellenador este método de análisis es inadecuado. Pero es posible diferenciar la matriz del material de relleno por medio de métodos ópticos de luz, entonces la matriz se funde completamente en oposición al material de relleno. Preferentemente se utilizan como materiales de relleno SÍO2, AI2O3, Zr02, silicato de magnesio y sus hidratos, silicato de calcio, mulita, caolin, SiC, TiC, TiB, BaS04, BN, cerámica de vidrio, material de carbón, negro de humo o polvo de coque, se demuestra con esto, que el material duro puede elevar la resistencia al desgaste mientras que los componentes con menor dureza mejoran la proporción o comportamiento de comodidad. Especialmente ventajoso es que junto con el o los materiales de anti-fricción se utilicen uno o más materiales de relleno a partir del grupo SiC, Zr02, A103, cerámica de vidrio, TiB2.

En una forma de realización especialmente ventajosa se utiliza el o los materiales de anti-fricción, especialmente negro de humo, grafito y/o mica conjuntamente con un componente a partir del grupo de Zr02, TiB2, cerámica de vidrio como materiales de relleno. Preferentemente el contenido de la porción de material anti-fricción, especialmente la porción de negro de humo deberá ser de más de 15%, especialmente más del 50%, en relación a la porción del material de relleno, pero se prefiere que junto con el material anti-fricción, se provea un material de relleno adicional. El negro de humo empleado como material de relleno se presenta como partículas primarias y como el conglomerado a partir de estas partículas primarias, preferentemente como conglomerado (flóculos de negro de humo) a partir de las partículas (partículas primarias) los cuales muestran un diámetro medio entre 1 mm y 10 mm. Preferentemente el negro de humo consiste como conglomerado de partículas primarias con un diámetro medio entre 10 nm y 50 µm, preferentemente entre 10 nm y 500 nm. Especialmente preferido es que el negro de humo con el conglomerado tenga un diámetro medio entre 10 nm y 150 nm. También se prefiere el negro de humo con un tamaño de partícula medio (partículas primarias o conglomerado de partículas primarias) entre 1 nm y 50 µm, especialmente preferido entre 1 nm y 500 nm, más especialmente preferido entre 1 nm y 150 nm. El contenido de material de relleno en el material compuesto consiste cuando menos de aproximadamente 5% en peso y cuando más de 50% en peso. Las porciones inferiores tienen una acción mínima debido a que las porciones principales tienen un mayor peso en la técnica del proceso. Especialmente preferido es un contenido de material de relleno de 25 al 40% en peso. En general mediante la elección adecuada de la matriz, las fibras y el material de relleno, los materiales compuestos pueden ajustarse a las propiedades del objetivo.

Muchas propiedades físicas como la dilatación térmica, la carga calorífica, proporción de arrastre, debido a la carga térmica, al comportamiento tribológico pueden variar dentro de limites conocidos. Las fibras que forman el material compuesto pueden variar de una manera múltiple, y no solamente en relación a la composición química, sino en relación a las estructuras microscópicas asi como a la geometría externa. La estructura microscópica de las fibras determina (debido a la composición química similar) las propiedades físicas. Hay por ejemplo fibras de carbono, especialmente fibras con un alto módulo y alta resistencia cuyo grado de composición de grafito diferente influye sobre la proporción o comportamiento tribológico y térmico. De esta manera es posible una variación mediante el uso de fibras de reforzamiento iguales en una proporción limitada, en base a las cuales se pueden optimizar las características deseadas del material adecuado. Son posibles variaciones adicionales en función de la geometría (forma y tamaño) de las fibras de reforzamiento y el arreglo de las fibras en el material compuesto. De esta manera el vidrio y la cerámica de vidrio se pueden reforzar con cristales filiformes, fibras cortas, fibras largas o fibras sinfín, otras posibilidades consisten en usar esteras de fibras, tejidos de fibras así como el uso de fieltros de fibras. Debido a esto, el recorrido de la fibra puede ajustarse a la geometría de la materia prima y de los elementos constituyentes en la producción de la materia prima, en los cuales por ejemplo se pueden obtener formas circulares u otras estructuras en forma de anillo preformadas, o elementos estructurales en forma de anillo. Los cristales filiformes y las fibras cortas (con una longitud de fibra hasta de aproximadamente 5 mm) forman en su mayoría, isótropos en sus materiales compuestos lo que conduce a propiedades de isótropos, estos pueden también dimensionarse por ejemplo a través de prensas de extrusión a temperaturas elevadas. La tenacidad a la rotura muy alta no se obtiene con los cristales filiformes o las fibras cortas, por el contrario se obtienen con las fibras largas y fibras sinfín, las cuales se disponen en grandes partes en los elementos compuestos, de manera paralela, lo que mejora considerablemente las propiedades mecánicas de los materiales compuestos en esta dirección pero también tienen una acción mejoradora en la dirección vertical. Sin embargo también se pueden emplear las fibras largas y fibras sinfín por medio de una construcción laminar, en la cual las fibras se coloquen de forma angular unas junto a otras, logrando así características de isotropía, cuando menos en un sentido plano. En general la preparación del material compuesto y la obtención de la forma es más difícil con las fibras largas o fibras sinfín que con los cristales filiformes y las fibras cortas, pero es posible para esto proveer dispositivos que generen mejores valores mecánicos. Por medio de la elección correcta de la arquitectura de las fibras se pueden desarrollar elementos constitutivos los cuales puedan ajustarse a la carga esperada. La forma como se deban configurar los elementos constitutivos reforzados con fibra en función de la arquitectura de la fibra, es conocida por el experto en la técnica, y puede realizarse por ejemplo a partir de partes constitutivas sintéticas reforzadas con fibra. El uso de fieltros de fibras y tejidos o tramas de fibras conduce a que la materia prima del compuesto muestre valores de rigidez medios únicamente en comparación a la materia prima del material compuesto de fibras largas o sinfin, pero estos se pueden producir mediante una técnica económicamente favorable. La tela o trama y el fieltro pueden de manera ejemplar infiltrarse con el vidrio fundido o con una solución sol-gel, por medio de un manejo de la temperatura correspondiente en el vidrio o la cerámica de vidrio. La forma como se produzca la materia prima, esto es si se incluyen cristales filiformes, fibras sinfín, fibras largas, fibras cortas, tejidos, fieltro, etc., determinará concretamente las características físicas y técnicas e influirá en los costos de fabricación los cuales determinan el precio de la materia prima y con eso su factibilidad económica . En función de los requerimientos especiales relacionados con las especificaciones técnicas así como con una capacidad de producción desde el punto de vista económico, se pueden obtener buenos resultados para el revestimiento de fricción de acuerdo a la invención, preferentemente con fibras cortas en una orientación aleatoria, pero también se deben tener en cuenta los conocimientos de la arquitectura de las fibras. Las propiedades mecánicas como la resistencia y el módulo de elasticidad del vidrio o de la cerámica de vidrio reforzada con fibras, son influidas en esencial por la cantidad y el arreglo de las fibras utilizadas. Las propiedades termomecánicas como la dilatación térmica, y las propiedades térmicas, por ejemplo la conducción térmica están influidas también por las propiedades tribológicas como el coeficiente de fricción y el desgaste por medio de la composición del material aglutinado, esto es por la porción de los componentes individuales y sus características. De esta manera se pueden lograr vidrios o cerámicas de vidrio con fibras de carbono o SiC por medio de un arreglo de fibras unidireccional con un contenido de fibras de aproximadamente 40% en peso con características de resistencia a la flexotracción de más de 1200 mN/m2 y un módulo E de más de 130 G mN/m2 con una elevación al mismo tiempo del trabajo de rotura contra el vidrio y la cerámica del vidrio, puros. En un dimensionamiento multidireccional o aleatorio del arreglo de las fibras así como por un contenido de fibras que se puede modificar, la porción en las fibras provistas en el compuesto o en la dirección de carga presenta correspondientemente resistencia y módulo E mínimos. Los vidrios puros reforzados con fibra SiC presentan una conductividad térmica de anisótropo mínima de aproximadamente 1.5 W x rrf1 x K"1 la cual se puede modificar por medio de la adición de componentes adicionales en dependencia a su porción o parte constitutiva. De esta manera se puede elevar la conductividad térmica así como la dilatación térmica a través de la adición de fibras de carbono y/o polvo de material de carbono, de metal y/o de cerámica. A través de la adición de componentes con una conductividad térmica minima y una dilatación térmica mínima, como por ejemplo el vidrio de sílice, se puede disminuir de manera correspondiente los valores de estas propiedades . Los materiales compuestos presentan una buena trabajabilidad mecánica, de manera que se pueden integrar como revestimiento en/sobre los dispositivos de freno, mediante remachado, atornillado, enclavamiento o adherencia.

Los materiales compuestos que contienen material anti-fricción o deslizante, inorgánico, puro, descrito con una matriz soluble en agua, contienen las propiedades termo-tribo-mecánicas combinadas especiales, los cuales se emplean en el revestimiento de fricción para los frenos, de una manera satisfactoria. Estos llenan también los requerimientos establecidos por el número de revoluciones critico al reventar. Estos son muy estables a la temperatura y llenan los altos requerimientos especiales, para la fabricación de revestimientos de fricción para sistemas de frenos. Además muestran junto con la resistencia requerida también un coeficiente de fricción constante, alto y un desgaste relativamente mínimo y muestran un buen comportamiento de comodidad. De manera concreta, estos materiales compuestos muestran una carga admisible de temperatura duradera, en esencial alta, que los revestimientos para frenos, orgánicos, usuales, una proporción de desgaste contra la fundición gris de menos de 1 x 10"4 mm3/Nm, un coeficiente de fricción µ contra la fundición gris entre 0.3 y 0.8 así como una constante del coeficiente de fricción a la misma velocidad de 4-40 m/s. Debido a esto se pueden determinar los valores del coeficiente de fricción y de la proporción de desgaste en un arreglo de bloque-anillo con el anillo como contraparte metálica a una presión de 5 MN/m2 y una velocidad relativa 5 m/s. La medición en un arreglo de espiga-disco con el disco como contraparte metálica conduce a los mismos valores. Los materiales compuestos también son adecuados como revestimientos de fricción para sistemas de freno. Para este objetivo los mismos se emplean como materiales de revestimiento. Su carga admisible de temperatura de duración elevada muestra características contrarias a los revestimientos orgánicos utilizados usualmente. En contra de los revestimientos sinterizados metálicos, estos muestran especialmente un buen comportamiento referente a la comodidad y un desgaste mínimo de las contrapartes. Los materiales compuestos inorgánicos, puros, descritos unifican entonces las propiedades parciales que se hablan obtenido hasta ahora lo que los convierte en muy adecuados para diferentes sistemas de freno. Los frenos para vehículos usuales son los frenos de disco o tambor accionados hidráulicamente para la desaceleración de estos vehículos. Sobretodo en vehículos personales y en vehículos industriales pero también en vehículos sobre rieles y aeronaves se encuentra el equipamiento siempre sólo con frenos de disco. Para estos sistemas de frenos son especialmente adecuados los revestimientos de fricción de acuerdo a la invención. Los materiales compuestos descritos son suficientemente buenos y adecuados como revestimientos de fricción para estos sistemas de frenado estándar así como para el desarrollo adicional como por ejemplo sistemas de frenos accionados por electromotor. También para los sistemas de frenos de diferentes vehículos especiales, por ejemplo vehículos de uso diario y de montaña y en la técnica militar, por ejemplo en grúas, asi como para automóviles todo terreno, los materiales compuestos descritos son muy adecuados como revestimientos de fricción. Los materiales compuestos no son solo adecuados como revestimientos de fricción para automóviles del tipo descrito sino también como revestimientos de fricción para otros sistemas de frenos, por ejemplo para máquinas de corrientes y máquinas de fabricación por ejemplo maquinaría de fabricación por ejemplo máquinas de presión y máquinas de textiles y para instalaciones de transporte, instalaciones de extracción e instalaciones de elevación. A continuación se describirá en detalle la invención en función de ejemplos de realización. A partir de diferentes combinaciones de materiales se prepararon de manera conocida, a saber en un procedimiento suspensión-sol-gel, materiales compuestos reforzados con fibra, con fibras con un arreglo de fibras irregular. En el banco de pruebas y en los experimentos correspondientes se determinaron diferentes propiedades mecánicas y tribológicas de estos materiales. Se determinó la variación, con respecto a cada composición de la resistencia entre 100 y 250 mN/m2 y el módulo de elasticidad hasta de 100 gN/m2. Los siguientes porcentajes de la composición están representados en por ciento en peso. Se preparó un material compuesto libre de material de relleno a partir de una matriz de vidrio de borosilicato al 50% (Duran) y 50% de fibras de SiC y/o C, y fibras cortas especialmente de 1 a 50 mm de longitud en porciones diferentes: V1-V5. Se muestra en la Tabla 1 cada una de las porciones de fibras y las mediciones realizadas (coeficiente de fricción y proporción de desgaste) . Para VI (sólo fibras SiC) con un factor de fricción de 0.4 se elevó la proporción de desgaste de 2 x 10"6 mm3/Nm y un comportamiento de comodidad inadecuado en tanto que con un correspondiente contenido de fibra de C el coeficiente de fricción fue de hasta 0.8 (V5 sólo con fibra de carbón) pero también la proporción de desgaste fue de hasta 3 x 10~5 mm3/Nm (V5) el comportamiento o proporción de comodidad se mejoró muy poco. Tabla 1 Coeficiente de fricción y proporción de desgaste de materiales compuestos a partir de 50% de una matriz de vidrio de borosilicato y 50% de fibras.

Por otro lado se preparó material compuesto con 40% de matriz de vidrio de borosilicato (Duran®), 30% de fibras SiC- (6%) y fibras de C (24%) y 30% de diferentes materiales libres de anti-friccionante (V6-V8) y con contenido de material anti-fricción, especialmente con mezclas de negro de humo (B1-B5) , material de relleno o mezclas de material de relleno. Igual que con el ejemplo similar, libre de material de relleno, se obtuvieron buenos coeficientes de fricción y proporciones de desgaste pero el comportamiento de comodidad fue menor que en los ejemplos que contienen material de relleno en donde el factor de fricción fue elevado (aproximadamente 0.4-0.6) y en donde se disminuyó el desgaste en un limite dado y se mejoró el comportamiento de comodidad. La porción de material de relleno consiste de mezclas de negro de humo-diferentes partes de polvo o una media de conglomerado (I = 1-2 nm, II = 10-15 nm, II = 100-150 nm) o mezclas de los mismos o a partir de mezclas con otros materiales anti-fricción, el coeficiente de fricción es alto (de hasta aproximadamente 0.6) y el desgaste que se presenta es mínimo. Sobretodo se mejora el comportamiento de comodidad. Para los tres ejemplos con mezclas de material de relleno a partir de diferentes negros de humo y Zr02 (BI,B2, B3) , se realizaron los datos concretos del coeficiente de fricción y de la proporción de desgaste en la Tabla 2.

También por medio de negro de humo con mica y/o Zr02 como combinación de material de relleno se mejora el valor del coeficiente de fricción o se eleva mientras que permanece bajo la proporción de desgaste. También el comportamiento de comodidad se mejora. Esto se puede observar a partir del ejemplo B4 en la Tabla 2. También la cerámica de vidrio pertenece a este grupo de materiales de relleno y actúa reduciendo el desgaste. El empleo de cerámica de vidrio a través de boruro de titanio en combinación con negro de humo causa una reducción adicional del desgaste (B5) . El revestimiento de fricción a partir de matriz, fibras y materiales de relleno que contienen materiales anti-fricción muestran entonces igualmente que los ejemplos que se encuentran libres de material de relleno asi como los que contienen material de relleno, un buen comportamiento de comodidad y buenos valores de coeficiente de fricción con una buena, es decir baja proporción de desgaste. Especialmente se mejora el comportamiento de comodidad. Se describen a continuación los resultados cualitativos: V1-V5 no suficiente V6-V8 satisfactorio B1-B5 bueno Tabla 2 Coeficientes de fricción y proporciones de desgaste de materiales compuestos a partir de 40% de una matriz de vidrio de borosilicato, 30% de fibras (6% de SiC, 24% de C) y 30% de materiales de relleno. Materia il de reí leño Coeficiente de fri< xión Propor?ó V7 30% Zr02 0.43 1 x10-6 V8 15% ZrOz 0.60 30x10-6 15% Caolín B1 12% Zr02 0.45 7.10-6 18% Negro de humo I B2 5% Zr0¿ 0.46 5.10-5 25% Negro de humo I B3 8% Zr02 0.52 9.10- 22% Negro de humo II B4 20% Negro de humo I 0.53 7.10-5 5% Mica 5% Zr02 B5 8% Boruro de titanio 0.43 3.10-6 22% Negro de humo

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención, se considera como novedad y por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en la siguientes: REIVINDICACIONES

1.- El uso de un revestimiento de fricción para elementos constitutivos y funcionales en sistemas de frenos, especialmente en sistemas para automóviles, en donde el revestimiento de fricción consiste de un material compuesto inorgánico y el material compuesto consiste de una matriz de vidrio o de cerámica de vidrio, fibras de refuerzo inorgánicas, y uno o varios materiales de relleno, en donde cuando menos uno de los materiales de relleno es un material deslizante o anti-fricción, el cual muestra elementos estructurales hexagonales, planos.

2.- El uso de un revestimiento de fricción de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material de anti-fricción o deslizante cuando menos está provisto de un material del grupo de negro de humo, grafito, filosilicato, mica y MoS2.

3.- Uso de un revestimiento de fricción de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque como material de anti-fricción contiene el negro de humo y/o grafito.

4.- El uso de un revestimiento de fricción de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el negro de humo consiste de partículas o conglomerados de partículas primarias con un diámetro medio entre 1 nm y 50 µm, especialmente entre 1 nm y 500 nm.

5.- El uso de un revestimiento de fricción de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el negro de humo consiste de partículas o conglomerados de partículas primarias con un diámetro medio entre 1 nm y 150 nm.

6.- El uso de un revestimiento de fricción de conformidad con cuando menos una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el o los materiales de relleno junto con uno o varios materiales de anti-fricción o deslizamiento con elementos estructurales, hexagonales, planos, consisten de Si02 (como cuarzo cristalino, vidrio de cuarzo o carga de cuarzo) , A1203, Zr02, Fe203, Cr203, en forma pulverizada, silicatos de calcio, silicatos de magnesio y sus hidratos, silicato de zirconio, silicatos de aluminio, silicatos de calcio y aluminio, silicatos de potasio y aluminio, silicatos de magnesio y aluminio, cemento, dióxido de magnesio, carbonato de magnesio y sus hidratos, aluminato de magnesio, cromita, dolomita, óxido de titanio, titanato de aluminio, cerámica de vidrio, carbonatos, sulfatos, boruros, carburos, sulfuros, nitruros, polvo de coque, hierro, acero cobre aluminio, silicio, magnesio y/o sus aleaciones.

7.- El uso de un revestimiento de fricción de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el o los materiales de relleno junto con uno o varios materiales de anti-fricción con elementos estructuras, hexagonales, planos, consisten de Si02, A1203, Zr02, en forma de polvo, silicatos de magnesio y sus hidratos, silicatos de calcio, mulita, caolín, SiC, TiC, TiB2, BaS04, BN, cerámica de vidrio, polvo de coque.

8.- El uso de un revestimiento de fricción de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el o los materiales de relleno junto con uno o varios materiales de anti-fricción con elementos estructurales, hexagonales, planos, consistenten de SiC y/o Zr02 y/o A1203, y/o polvo de coque y/o cerámica de vidrio y/o TiB2.

9.- El uso de un revestimiento de fricción de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque los materiales de relleno consisten de una mezcla a partir de uno o varios materiales de anti-fricción con elementos estructurales, hexagonales, planos y cuando menos un componente a partir del grupo de Zr02, TiB2, y cerámica de vidrio.

10.- El uso de un revestimiento de fricción de conformidad con cuando menos una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el contenido del material de relleno se encuentra entre 5 y 50% en peso, especialmente entre 25 y 40% en peso.

11.- El uso de un revestimiento de fricción de conformidad con cuando menos una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque las fibras de reforzamiento consisten de uno o varios componentes del grupo de carbono, SiC, BN, Si3N4, A1203, Zr0 , mulita, silicatos de calcio, vidrio de silicio, vidrio con un contenido de Si02 de más del 80% en peso de vidrio A, C, S o E, lana mineral como componentes principales, dado el caso con la adición de los elementos Si, Ti, Zr, Al, C, N u O, o sus óxidos y/o carburos .

12.- El uso de un revestimiento de fricción de conformidad 12, caracterizado porque las fibras de reforzamiento consisten de carbono y/o SiC,

13.- El uso de un revestimiento de fricción de conformidad con cuando menos una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque las fibras de reforzamiento se proveen con una capa de carbono, carburo, Si02 o AI2O3.

14.- El uso de un revestimiento de fricción de conformidad con cuando menos una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque el contenido de fibras de reforzamiento se encuentra entre 5 y 55% en peso, especialmente entre 25 y 45% en peso.

15.- El uso de un revestimiento de fricción de conformidad con cuando menos una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque la matriz de vidrio consiste de vidrio de borosilicato, vidrio de aluminosilicato, vidrio de silicato alcalino-alcalinotérreo o vidrio de basalto.

16.- El uso de un revestimiento de fricción de conformidad con cuando menos una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque la matriz de cerámica de vidrio consiste de una cerámica de vidrio del sistema LÍ2O - A1203 -Si02, MgO - A1203 - Si02, CaO - A1203- Si02, o MgO - CaO - BaO - A1203 - Si0 o a partir de fibras de borato que contienen cristales de Li20 - A1203 - Si02.

17.- El uso de un revestimiento de fricción de conformidad con cuando menos una de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque el material compuesto muestra contra la fundición gris en un arreglo de bloque-anillo o espiga-disco con anillo o disco como contrapartes metálicas a una presión de 5 MN/m2 y velocidades relativas de hasta 5 m/s, un coeficiente de fricción µ de cuando menos 0.3, una constante del coeficiente de fricción a velocidades iguales de 4-40 m/s y una proporción de desgaste de menos de 1 x 10-4 mm3/Nm.