PL191005B1 - Kształtka ceramiczna wzmocniona włóknem i tarcza hamulcowa z kształtką ceramiczną wzmocnioną włóknem oraz sposób wytwarzania takiej kształtki i tarczy - Google Patents

Abstract

1. Ksztaltka ceramiczna wzmocniona wlóknem, znamienna tym, ze sklada sie z rdzenia i warstwy brzegowej (93, 94), która jest polaczona z rdzeniem i posiada co najmniej jedna, korzystnie obciazana w sposób cierny, zewnetrzna powierzchnie (96, 97), przy czym rdzen jest wykonany z jednej lub szere- gu warstw (92), z których co najmniej jedna jest wzmocniona dlugimi wlóknami, które maja dlugosc przynajmniej 50 mm, i przy czym warstwa brzego- wa (93, 94) jest wzmocniona krótkimi wlóknami, które maja dlugosc ponizej 50 mm, …………………. 8. Tarcza hamulcowa z ksztaltka ceramiczna wzmocniona wlóknem, znamienna tym, ze posiada dwie polaczone ze soba polówki (17,18; 71,72; 100), przy czym kazda polówka (17,18; 71,72; 100) posia- da powierzchnie zewnetrzna, uksztaltowana jako powierzchnia cierna (24,26; 81,82; 102) i powierzch- nie wewnetrzna, przy czym na powierzchni wewnetrz- nej przynajmniej jednej polówki (17,18; 71,72; 100) sa umieszczone zebra (20, 20', 20", 20'"), które przylega- ja do drugiej polówki (17,18; 71,72, 100), przy czym na wewnetrznych powierzchniach obu polówek (17,18; 71,72; 100) sa umieszczone przebiegajace zasadni- czo promieniowo zebra (20, 20', 20", 20'"), które wcho- dza z zamknieciem ksztaltowym miedzy odpowiednie zebra (20, 20', 20", 20'") …….……………………….… PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest kształtka ceramiczna wzmocniona włóknem i tarcza hamulcowa z kształtką ceramiczną wzmocnioną włóknem oraz sposób wytwarzania takiej kształtki i tarczy hamulcowej, zwłaszcza dla przewietrzanego od wewnątrz hamulca tarczowego.

Kształtki ceramiczne wzmocnione włóknem i sposób ich wytwarzania są znane. Przykładowo z opisu DE-A 44 45 226 znana jest tarcza hamulcowa, która jest wytwarzana z dwóch połówek z materiału wzmocnionego włóknem węglowym jako przewietrzana od wewnątrz tarcza hamulcowa z promieniowymi kanałami wentylacyjnymi.

Obie strony zewnętrzne tarczy hamulcowej są wykonane jako powierzchnie cierne. Na wewnętrznej stronie co najmniej jednej połówki są ukształtowane żebra, które przylegają do drugiej połówki z utworzeniem pomiędzy nimi swobodnych kanałów wentylacyjnych. Obie połówki są ze sobą połączone nierozłącznie za pomocą odpowiednich sposobów łączenia, przykładowo lutowanie w wysokiej temperaturze lub klejenie. Do zamocowania na kole służy garnkowaty kołnierz, który jest wykonany jako jedna część z połówką tarczy lub jest połączony z tarczą hamulcową za pomocą śrub lub innych elementów łączących.

Tego rodzaju tarcze hamulcowe mogą być wykonane na przykład z węgla wzmocnionego włóknem węglowym (CFC) i od kilku lat są stosowane w szczególnych okładzinach ciernych samochodów wyścigowych. Z powodu podatności na utlenianie włókien węglowych, zakres zastosowania materiałów CFC jest ograniczony do stosowania w temperaturach około 500°C. Ponadto poznano dalsze wielowarstwowe materiały ceramiczne, z których mogą być wytwarzane tego rodzaju tarcze hamulcowe lub inne kształtki ceramiczne (opis DE-A 197 11 831). Przy tym materiały CFC wzmocnione długimi lub krótkimi włóknami stosuje się jako wstępnie obrobione kształtki, które następnie podlegają przenikaniu stopionego krzemu. W ten sposób powstają związane w reakcji kształtki ceramiczne SiC wzmocnione włóknem węglowym.

Na ogół materiały ceramiczne wzmocnione włóknem stosuje się jako wysokowytrzymałe materiały przy budowie maszyn i urządzeń, a także w technice lotniczej i kosmicznej. Przy tym oprócz bardzo wysokiej wytrzymałości właściwej i sztywności wymagana jest wysoka tolerancja na uszkodzenia i odporność na szok termiczny oraz odporność na utlenianie. Ta ostatnia właściwość jest ograniczona przy zastosowaniu długich włókien, ponieważ utleniająca korozja może przenikać do wnętrza elementu konstrukcyjnego, a tym samym przy przekroczeniu krytycznej długości pęknięcia prowadzi do zniszczenia.

Za pomocą kształtek ceramicznych wzmocnionych krótkimi włóknami, z włóknami związanymi w reakcji na bazie Si/C/B/N według opisu DE-A 197 11 831, można wprawdzie uzyskać wyższą stabilność utleniania również w wysokich temperaturach, ponieważ utlenianie krótkich włókien, odizolowanych przez matrycę ceramiczną, powoduje uszkodzenie elementu konstrukcyjnego jedynie na powierzchni. Jednak takie kształtki ceramiczne nie wykazują dostatecznej tolerancji na uszkodzenia, wymaganej do określonych wysokowytrzymałych zastosowań, przykładowo dla tarcz hamulcowych.

Opis JP-A-63210065 przedstawia sposób wytwarzania kształtek zespolonych typu CIC, przy czym konieczne uszczelnienie następuje poprzez wielokrotne cykle karbonizacji impregnacyjnej. Takie kształtki zespolone mogą być wykorzystywane do konstrukcji elementów ciernych, przykładowo hamulców. Kształtki ceramiczne wzmocnione włóknem składają się przy tym z rdzenia zbudowanego z 25 warstw wzmocnionych długimi włóknami i warstwy granicznej połączonej z rdzeniem i wzmocnionej krótkimi włóknami.

Opis DE-A-4438456 ujawnia kształtkę ceramiczną zmontowaną co najmniej z dwu części, mianowicie z kształtki rdzeniowej i kształtki ciernej. Przy tym co najmniej kształtka cierna utworzona jest z pustego, porowatego korpusu wzmocnionego włóknami węglowymi, którego pory przynajmniej częściowo wypełnione są krzemem lub węglikiem krzemu, co osiąga się poprzez wykorzystanie zjawiska infiltracji stopowej stopów krzemu.

Zatem następują tu oddzielne procesy wytwarzania kształtki rdzeniowej i kształtki ciernej, przy czym te obydwie kształtki zgodnie z pierwszym wariantem wytwarza się jako porowate węglowe korpusy wzmocnionego włóknami węglowymi, które na zakończenie infiltrowane są krzemem, przy czym obydwie kształtki w obszarze warstwy złącznej połączone są w procesie obróbki cieplnej.

Drugi wariant polega na tym, że obydwie kształtki, już wypełnione krzemem i węglikiem krzemu wytwarza się jako ceramiczne kształtki wyjściowe i w obszarze ich powierzchni złącznych nakłada się jedną na drugą i wypełnia się krzemem.

PL 191 005 B1

Przedmiotem wynalazku jest kształtka ceramiczna wzmocniona włóknem, składająca się z rdzenia i warstwy brzegowej, która jest połączona z rdzeniem i posiada co najmniej jedną, korzystnie obciążaną w sposób cierny, zewnętrzną powierzchnię. Rdzeń kształtki jest wykonany z jednej lub szeregu warstw, z których co najmniej jedna jest wzmocniona długimi włóknami, które mają długość przynajmniej 50 mm. Warstwa brzegowa jest wzmocniona krótkimi włóknami, które mają długość poniżej 50 mm, przy czym włókna są związane w reakcji z matrycą dzięki przenikaniu stopu.

Korzystnie rdzeń kształtki posiada szereg warstw wzmocnionych długimi włóknami (warstwy UD), których długie włókna są umieszczone odpowiednio w kierunku uprzywilejowanym, przy czym kierunki uprzywilejowane co najmniej dwóch warstw UD są umieszczone względem siebie z przestawieniem kątowym.

Według wynalazku, rdzeń posiada co najmniej jedną warstwę z tkanymi długimi włóknami lub z krótkimi włóknami, które są umieszczone w sposób w znacznej mierze rozłożony statystycznie przy czym między dwiema sąsiednimi warstwami UD jest umieszczona warstwa z tkanymi długimi włóknami.

Długie i krótkie włókna kształtki są ukształtowane jako włókna wysokożarowytrzymałe o wiązaniu kowalencyjnym na bazie krzemu, węgla, boru i/lub azotu, korzystnie jako włókna SiC, włókna C albo włókna SiBCN i są związane w reakcji z matrycą z węgliku krzemu.

Przedmiotem wynalazku jest również tarcza hamulcowa z kształtką ceramiczną wzmocnioną włóknem, posiadająca dwie połączone ze sobą połówki, przy czym każda połówka posiada powierzchnię zewnętrzną, ukształtowaną jako powierzchnia cierna i powierzchnię wewnętrzną, przy czym na powierzchni wewnętrznej przynajmniej jednej połówki są umieszczone żebra, które przylegają do drugiej połówki. Na wewnętrznych powierzchniach obu połówek są umieszczone przebiegające zasadniczo promieniowo żebra, które wchodzą z zamknięciem kształtowym między odpowiednie żebra odpowiednio drugiej połówki.

Korzystnie, między żebrami jednej połówki a żebrami drugiej połówki są utworzone kanały wentylacyjne, przy czym obie połówki są ukształtowane identycznie pod względem kształtu i wymiarów.

Każde żebro tarczy według wynalazku posiada pierwszą, przebiegającą w płaszczyźnie promieniowej, powierzchnię podporową, która na nachylonej powierzchni przechodzi w drugą powierzchnię podporową, przebiegającą w płaszczyźnie promieniowej, która jest umieszczona w większym odstępie od powierzchni ciernej niż pierwsza powierzchnia podporowa.

Na wewnętrznej powierzchni każdej połówki są ukształtowane zasadniczo promieniowe rowki, pomiędzy którymi wystają do góry żebra, które w każdym przypadku posiadają powierzchnie podporowe. Cztery żebra są umieszczone w kierunku obwodowym kolejno po sobie w ten sposób, że pierwsze powierzchnie podporowe pierwszych żeber i sąsiednich drugich żeber są skierowane do siebie, natomiast pierwsze powierzchnie podporowe drugiego żebra i kolejnego trzeciego żebra są odwrócone od siebie, a pierwsze powierzchnie podporowe trzeciego żebra i kolejnego czwartego żebra są ponownie zwrócone do siebie.

Tarcza według wynalazku posiada środkowy otwór mocujący do mocowania na kole za pomocą kołnierza, przy czym powierzchnie cierne, służące do połączenia z zamknięciem ciernym z kołnierzem są płaskie.

Rowki wychodzące od otworu mocującego, służące do połączenia z zamknięciem kształtowym z odpowiednimi żebrami kołnierza są wykonane na co najmniej jednej powierzchni ciernej.

Przedmiotem wynalazku jest też sposób wytwarzania kształtki ceramicznej wzmocnionej włóknem, w którym rdzeń wytwarza się z co najmniej jednej warstwy, która jest wzmocniona długimi włóknami, i rdzeń jest połączony z warstwą brzegową, wzmocnioną krótkimi włóknami, które posiadają mniejszą długość niż włókna długie i posiada co najmniej jedną powierzchnię zewnętrzną, która jest obciążana w sposób cierny

Istota tego wynalazku polega na tym, że wytwarza się prepreg czyli półfabrykat laminatu zbrojonego, formowanego pod wpływem oddziaływania wysokiej temperatury, z co najmniej jednej warstwy długich włókien z dodatkiem prekursorów organicznych i korzystnie z dodatkiem wypełniaczy, następnie wytwarza się formowaną pod wpływem oddziaływania wysokiej temperatury mieszaninę krótkich włókien i prekursorów organicznych, korzystnie z dodatkiem wypełniaczy. W kolejnym etapie wprowadza się do formy prepreg z warstwą, składającą się z mieszaniny i sprasowywuje pod wpływem oddziaływania wysokiej temperatury w celu wytworzenia produktu nieobrobionego, a następnie poddaje się pirolizie produkt nieobrobiony w celu wytworzenia porowatej kształtki a stop przenika do porowatej kształtki, korzystnie stop krzemu, dla wytworzenia kształtki z włókien związanych w reakcji.

PL 191 005 B1

Rdzeń kształtki wytwarza się z szeregu warstw UD wzmocnionych długimi włóknami, których długie włókna są umieszczone odpowiednio w kierunku uprzywilejowanym, przy czym stosuje się co najmniej dwie warstwy UD, których kierunki uprzywilejowane są umieszczone względem siebie z przestawieniem kątowym.

Korzystnie, do rdzenia włącza się co najmniej jedną warstwę z tkanymi długimi włóknami, przy czym jako długie włókna i krótkie włókna stosuje się włókna wysokożarowytrzymałe o wiązaniu kowalencyjnym na bazie krzemu, węgla, boru i/lub azotu, korzystnie włókna SiC, włókna C albo włókna SiBCN.

Szereg prepregów wzmocnionych krótkimi i/lub długimi włóknami łączy się do postaci laminatu przed sprasowaniem ich pod wpływem oddziaływania wysokiej temperatury w formie, do postaci produktu nieobrobionego.

Prepreg według sposobu obejmującego tłoczenie w postaci arkuszy wytwarza się przeprowadzeniem kilku etapów, przy czym w pierwszym z nich odwija się warstewki nośnika z zasobnika, po czym doprowadza się od góry prekursora organicznego i włókien na warstewkę nośnika, nanosi od góry prekursora organicznego dalszą warstewkę nośnika, prasuje materiał włączony między obiema warstewkami nośnika i nawija na zasobnik, a następnie przeprowadza się starzenie prekursora, w celu uzyskania częściowego sieciowania.

Warstewki nośnika po starzeniu oddziela się przed sprasowaniem prepregu albo laminatu, składającego się z wielu prepregów, w formie wraz z co najmniej jedną warstwą brzegową, zawierającą krótkie włókna, dla wytworzenia produktu nieobrobionego, przy czym włókna podczas doprowadzania do warstewki nośnika tnie się na krótkie włókna.

Na warstwę z długimi włóknami, z umieszczeniem pośredniej warstwy prekursora organicznego nanosi się dalszą warstwę z włókien, które są pocięte na krótkie włókna, oraz dalszy prekursor organiczny, przed naniesieniem drugiej warstewki nośnika.

Rdzeń otrzymany sposobem formowania z prasowaniem, składający się ze szkieletu włóknistego z długich włókien układa się w formie, następnie wtryskuje się do formy pod ciśnieniem prekursor organiczny i formuje się kształtkę, na tak utworzoną kształtkę nanosi się co najmniej jedną warstwę mieszaniny składającej się z prekursora organicznego i krótkich włókien i przeprowadza się powtórne formowanie kształtki w formie pod wpływem działania wysokiej temperatury, zanim tak uformowany produkt nieobrobiony zostanie poddany pirolizie, a następnie przenikaniu stopu.

Korzystnie, jako prekursor organiczny stosuje się pak lub żywicę, korzystnie żywicę fenolową albo żywicę furanową.

Sposób polega również na tym, że wytwarza się prepreg wzmocniony długimi włóknami przez przenikanie masy ciekłej, przy czym włókna odwija się i za pomocą sposobu zanurzania poddaje się przenikaniu przez ciekłą masę, składającą się z prekursora organicznego lub metaloorganicznego, korzystnie polisilanu, polisiloksanu lub polikarbosilanu, jak również rozpuszczalników i wypełniaczy, a następnie nawija się na rdzeń odbiorczy.

Zgodnie z wynalazkiem, stosuje się włókna w postaci pęczków włókien, które albo przerabia się jako długie włókna o długości przynajmniej 50 mm albo tnie się do postaci krótkich włókien o długości poniżej 50 mm.

Sposób wytwarzania tarczy hamulcowej z kształtką ceramiczną wzmocnioną włóknem, polega na tym, tym, że obejmuje następujące etapy: wytwarzanie prepregu z włókien wysokożarowytrzymałych, zawierających co najmniej jedną warstwę z jednokierunkowych lub tkanych długich włókien, które łączy się odpowiednio z prekursorem organicznym z dodatkiem wypełniaczy do postaci warstwy, formowanej pod wpływem działania wysokiej temperatury; wytwarzanie mieszaniny, składającej się z prekursora organicznego i krótkich włókien, korzystnie z dodatkiem wypełniaczy; wprowadzenie co najmniej jednego prepregu z co najmniej jedną warstwą z mieszaniny, składającej się z krótkich włókien do przyrządu do prasowania i sprasowywanie pod wpływem oddziaływania wysokiej temperatury, w celu wytworzenia produktu nieobrobionego; poddanie pirolizie produktu nieobrobionego w celu wytworzenia porowatej kształtki; przenikanie stopu reakcyjnego do porowatej kształtki, zwłaszcza stopu krzemu.

Korzystnie, sposób według wynalazku obejmuje następujące etapy: wytwarzanie prepregu z włókien wysokożarowytrzymałych, zawierających co najmniej jedną warstwę z jednokierunkowych lub tkanych długich włókien, które łączy się odpowiednio z prekursorem organicznym z dodatkiem wypełniaczy do postaci warstwy, formowanej pod wpływem działania wysokiej temperatury; wytwarzanie mieszaniny, składającej się z prekursora organicznego i krótkich włókien, korzystnie z dodatkiem wypełniaczy; wprowadzenie co najmniej jednego prepregu z warstwą z mieszaniny, składającej się z krótkich włókien,

PL 191 005 B1 do przyrządu do prasowania i sprasowywanie pod wpływem oddziaływania wysokiej temperatury, w celu wytworzenia pierwszej połówki tarczy hamulcowej; wprowadzenie co najmniej dalszego prepregu do korzystnie tego samego przyrządu do prasowania i sprasowywanie pod wpływem oddziaływania wysokiej temperatury w celu wytworzenia drugiej połówki tarczy hamulcowej; złączenie obu połówek i poddanie pirolizie z odcięciem dopływu powietrza w celu wytworzenia porowatej kształtki; przenikanie stopu reakcyjnego do porowatej kształtki, zwłaszcza stopu krzemu.

Rozwiązanie według wynalazku dotyczy kształtki, która charakteryzuje się wysoką tolerancją na uszkodzenia, wysoką wytrzymałością i odpornością na działanie temperatury. Przy tym uzyskuje się powierzchnię o najwyższym stopniu szczelności, gwarantującą wysoką odporność na korozję.

Według wynalazku, dzięki rdzeniowi, który jest wzmocniony długimi włóknami, uzyskano wysoką tolerancję na uszkodzenia, natomiast dzięki warstwie brzegowej wzmocnionej krótkimi włóknami można uzyskać wysoką odporność na działanie temperatury, ponieważ warstwa brzegowa dzięki dużemu udziałowi matrycy ceramicznej i zastosowaniu krótkich włókien może być wykonana jako szczelna, dzięki czemu uzyskuje się odporność na korozję również w temperaturach powyżej 500°C.

Dzięki kombinacji szeregu ustawionych względem siebie pod kątem warstw UD i ewentualnie warstw z tkanych długich włókien (warstwy Cross-ply), można wpływać w sposób celowy na właściwości wytrzymałościowe ceramicznego elementu konstrukcyjnego, aby w ten sposób uzyskać szczególnie wysoką wytrzymałość w szczególnych kierunkach obciążenia, działających na ceramiczny element konstrukcyjny, a jednocześnie zapewnić wysoką tolerancję na uszkodzenia.

W celu uzyskania takiego jednorodnego rozdzielenia krótkich włókien można zastosować przykładowo sposób granulowania.

W odniesieniu do tego zgłoszenia, pod pojęciem długich włókien należy rozumieć włókna o długości przynajmniej 50 mm, natomiast pod pojęciem krótkich włókien należy rozumieć włókna, których długość jest mniejsza niż 50 mm.

Tego rodzaju włókna stosuje się z reguły w postaci pęczków włókien (tak zwanych Roving), które z reguły składają się z około 3000 - 25000 pojedynczych włókien ciągłych. Na rynku dostępne są powszechnie Rovings 12 k, które składają się z około 12000 pojedynczych włókien ciągłych.

Jako włókna do wzmocnienia ceramicznego elementu konstrukcyjnego nadają się wszystkie włókna, które mają wystarczająco dużą wytrzymałość również w wysokich temperaturach, jeżeli jest zapewnione odcięcie powietrza. Zastosowanie odpowiedniego rodzaju materiału matrycy umożliwia korzystne wytwarzanie, a jednocześnie dobre warunki gazoszczelne w warstwie brzegowej i w znacznym stopniu można uniknąć problemów, które mogą powstać podczas wytwarzania z powodu kurczenia.

W przypadku ukształtowania tarczy hamulcowej, składającej się z dwóch połówek, dzięki połączeniu z zamknięciem kształtowym i materiałowym żeber wchodzących jedno w drugie, znacznie ułatwia się zamocowanie na kole, ponieważ dzięki połączeniu z zamknięciem kształtowym i materiałowym skutecznie przeciwdziała się przekręcaniu się obu połówek względem siebie. Dzięki temu zamocowanie tarczy hamulcowej na kole można przeprowadzić w szczególnie prosty sposób, przy czym ewentualnie można zastosować jedynie połączenie cierne w celu całkowitego uniemożliwienia przenikania naprężenia wywołanego karbem do tarczy hamulcowej. W sumie znacznie polepsza się stabilność takiej tarczy hamulcowej składającej się z dwóch połówek w porównaniu do znanych tarcz hamulcowych.

Kanały wentylacyjne, które są korzystne zwłaszcza w przypadku wytwarzania tarczy hamulcowej z ceramiki wielowarstwowej, ze względu na gorsze przewodnictwo ciepła, można zastosować w tarczy hamulcowej według wynalazku bez dodatkowych nakładów.

Kanały wentylacyjne mogą być ukształtowane jako proste i mogą przebiegać w kierunku promieniowym. Ponadto możliwy jest również zakrzywiony przebieg kanałów wentylacyjnych, przykładowo spiralny.

Dzięki układowi geometrycznemu tarczy można znacznie zredukować nakłady na jej wytwarzanie. Do wytworzenia obu połówek można tutaj użyć tylko jednego przyrządu do prasowania, dzięki czemu koszty narzędzi zmniejszają się o połowę.

Dzięki odpowiedniemu ukształtowaniu tarczy możliwe jest równomierne wprowadzenie siły od zewnątrz do wytworzenia obu nacisków hamowania, działających na powierzchnie cierne tarczy hamulcowej, ponieważ dzięki płaskim powierzchniom podporowym powstają duże przekroje poprzeczne do przenoszenia siły. Umieszczone pośrednio nachylone powierzchnie, które mogą przebiegać prostopadle do płaszczyzny promieniowej, mogą być ukośne lub mogą być ukształtowane jako powierzchnie zakrzywione, służą do ustalenia jednej połówki na drugiej połówce z zamknięciem kształtowym.

PL 191 005 B1

Kształt tarczy pozwala na identyczne wykonanie obu połówek pod względem kształtu i wielkości. Możliwe są również inne postacie geometryczne, które umożliwiają identyczne ukształtowanie obu połówek.

Rozwiązanie według wynalazku ma tę zaletę, że przy jedynie ciernym połączeniu między kołnierzem a tarczą hamulcową, do tarczy hamulcowej nie są wprowadzane od zewnątrz naprężenia wywołane karbem. Jednak zasadniczo do połączenia z zamknięciem kształtowym z kołnierzem możliwe jest również zastosowanie rowków, odchodzących od otworu mocującego, jeżeli pożądane jest ciągłe połączenie z zamknięciem kształtowym między obiema połówkami tarczy hamulcowej a elementem ustalającym na kole.

Tarczę hamulcową według wynalazku można stosować w znany sposób w hamulcu tarczowym, który posiada strzemię hamulca, które otacza od zewnątrz tarczę hamulcową z obu stron w pewnym określonym obszarze i posiada okładziny hamulcowe, dociskane do powierzchni ciernych.

Ciśnienie docisku, działające z obu stron na tarczę hamulcową, jest wprowadzane do tarczy hamulcowej w najwyższym stopniu równomiernie i w znacznym stopniu unika się momentów krytycznych i zginających.

W ten sposób umożliwia się szczególnie bezpieczne przenoszenie momentu obrotowego między tarczą hamulcową a kołem, przy czym unika się wprowadzania do tarczy hamulcowej naprężeń wywołanych karbem przez śruby lub tym podobne elementy, co jest szczególnie korzystne w przypadku wytwarzania części z ceramiki wielowarstwowej, z punktu widzenia zabezpieczenia przed złamaniem.

Sposób wytwarzania kształtki ceramicznej, prowadzi do znacznego uproszczenia procesu technologicznego, ponieważ prepreg może być wytworzony za pomocą standardowych sposobów wytwarzania, a następnie musi być formowany do żądanej postaci pod wpływem oddziaływania wysokiej temperatury razem z mieszaniną, która zawiera krótkie włókna. Utworzona w ten sposób kształtka może być wykonana o zarysach zbliżonych do ostatecznych, dzięki czemu po przeprowadzonej pirolizie i przenikaniu stopu konieczna jest jedynie niewielka obróbka wtórna.

Przy tym mieszanina z krótkich włókien i prekursorów organicznych, do której korzystnie dodawane są wypełniacze, może być wprowadzona do jednego lub szeregu prepregów, a następnie może podlegać laminowaniu za pomocą prepregu wzmocnionego długimi włóknami, albo może być wytwarzana oddzielnie, przykładowo przez granulację przez otoczkowanie, w celu uzyskania w najwyższym stopniu jednorodnej warstwy ciernej wzmocnionej krótkimi włóknami.

Zgodnie ze sposobem według wynalazku, włókna w postaci długich włókien są odwijane razem z prekursorem organicznym. Jeśli mają być wytworzone krótkie włókna, wówczas podczas wytwarzania prepregu włókna mogą być pocięte na żądaną długość za pomocą urządzenia tnącego (Chopper), a następnie wprowadzone do warstwy organicznego prepregu.

Przy tym w jednym procesie wytwarzania możliwe jest połączenie warstwy wzmocnionej długimi włóknami z warstwą wzmocnioną krótkimi włóknami.

Objaśnione powyżej sposoby wytwarzania można stosować przykładowo do wytwarzania jednoczęściowej tarczy hamulcowej lub tarczy hamulcowej napowietrzanej od wewnątrz, która jest zestawiona z dwóch połówek.

Dzięki połączeniu obu połówek tarczy hamulcowej przed pirolizą lub infiltracją stopu krzemu do wytworzonej przez pirolizę porowatej kształtki uzyskuje się szczególnie spójne połączenie obu połówek, ponieważ włókna jednej połówki zahaczają się częściowo o powierzchnię drugiej połówki, a przez następujące potem przenikanie stopu, obie połówki są połączone ze sobą z zamknięciem materiałowym częściowo przez ciągłe metalowe włączenia, które przenikają do porowatego szkieletu obu połówek. Ponadto dzięki mechanizmowi wiązania w reakcji między krzemem a węglem uzyskuje się szczególnie spójne połączenie obu połówek. Podczas przenikania stopu, SiC znajdujący się w produkcie nieobrobionym przechodzi ponownie przynajmniej częściowo w roztwór i podczas późniejszego schładzania wydziela się jako wtórny SiC, co dodatkowo polepsza połączenie obu połówek.

Jest oczywiste, że pod pojęciem „stopu krzemu” należy również rozumieć taki stop, który poza krzemem zawiera dodatkowo stopione składniki, zwłaszcza żelazo i chrom, co jest szczególnie korzystne z powodu znacznie zredukowanych naprężeń własnych ze względu na zmiany objętości.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia perspektywiczny widok częściowy hamulca tarczowego z tarczą hamulcową według wynalazku, w uproszczeniu, fig. 2 - połówkę tarczy hamulcowej według fig. 1, w widoku z góry, fig. 3 - częściowy widok odwijania tarczy hamulcowej według wynalazku, w widoku od strony czołowej, w powiększeniu, fig. 4 - połówkę tarczy hamulcowej według fig. 3, w celu lepszego uwidocznienia bez drugiej

PL 191 005 B1 połówki tarczy hamulcowej, fig. 5 - połówkę formy przyrządu do prasowania, do wytwarzania tarczy hamulcowej według wynalazku, fig. 6 - odmianę tarczy hamulcowej według wynalazku, w widoku z góry, fig. 7 - dalszą postać wykonania tarczy hamulcowej według wynalazku razem z kołnierzem do jej mocowania, w przekroju, fig. 8 - zasadniczą budowę prepregu (półfabrykatu laminatu zbrojonego), w powiększonym widoku perspektywicznym, częściowo w przekroju, fig. 9 - schematyczny obraz prepregu, w przekroju poprzecznym, w powiększeniu, fig. 10 - w częściowym przekroju połówkę w obszarze żebra w dużym powiększeniu, w którym zaznaczono przebieg poszczególnych warstw, fig. 11 - schematycznie wytwarzanie prepregu sposobem tłoczenie w postaci arkuszy, a fig. 12 - schematycznie wytwarzanie prepregu sposobem przenikania masy ciekłej.

Na fig. 1 jest przedstawiony w perspektywicznym widoku częściowym hamulec tarczowy 10. Hamulec tarczowy 10 zawiera tarczę hamulcową 16, która składa się z dwóch połówek, a mianowicie pierwszej połówki 17 i drugiej połówki 18 i przez którą przechodzą promieniowe kanały wentylacyjne, tak więc chodzi tu o wewnętrznie przewietrzany hamulec tarczowy.

Do zamocowania tarczy hamulcowej 16 na kole służy garnkowaty kołnierz 13, który jest połączony z drugim, nie przedstawionym kołnierzem częściowym, umieszczonym na tylnej stronie tarczy hamulcowej 16, poprzez środki mocujące 15, które mogą być ukształtowane przykładowo jako nity.

W celu zamocowania na kole, na przedniej stronie kołnierza 13 są wykonane otwory 14, przez które mogą być nakręcone nakrętki koła.

Ponadto na fig. 1 jest jeszcze zaznaczone schematycznie strzemię hamulcowe 11, w którym po obu stronach tarczy hamulcowej 16 są mocowane okładziny hamulcowe 12, które w celu uruchomienia hamulca są dociskane z obu stron hydraulicznie do tarczy hamulcowej 16.

Jak już wspomniano, tarcza hamulcowa 16 składa się z dwóch połówek 17, 18, z których połówka 17 jest przedstawiona na fig. 2 w widoku z góry, patrząc od strony wewnętrznej.

Na fig. 2 jest widoczny środkowy, kołowy otwór mocujący 22. Ponadto na fig. 2 jest uwidocznione, że na powierzchni pierścieniowej połówek 17 znajduje się szereg promieniowych żeber 20, ułożonych w równomiernych odstępach, przy czym pomiędzy sąsiednimi żebrami 20 są utworzone promieniowo umieszczone kanały wentylacyjne 21.

Postać i rozmieszczenie tych żeber i kanałów wentylacyjnych będzie jeszcze bliżej objaśnione na podstawie fig. 3 i 4.

Jak jest widoczne na fig. 3, na której jest przedstawione w powiększeniu odwijanie obu nałożonych na siebie połówek 17, 18 na powierzchni czołowej, połówki 17, 18 są tak ukształtowane, że żebra obu połówek 17, 18 wchodzą jedno w drugie z zamknięciem kształtowym, a pomiędzy nimi są utworzone kanały wentylacyjne 21.

W tym celu obie połówki 17, 18 są ukształtowane identycznie pod względem kształtu i wielkości i dzięki temu mogą być wytwarzane za pomocą jednego przyrządu do prasowania.

Każde żebro 20, 20', 20, 20' posiada pierwszą powierzchnię podporową 27, znajdującą się w płaszczyźnie promieniowej, która poprzez nachyloną powierzchnię 28 przechodzi w drugą powierzchnię podporową 29, która jest również umieszczona w płaszczyźnie promieniowej. Jak jest to przedstawione na fig. 4, nachylona powierzchnia 28 między obiema powierzchniami podporowymi 27, 29 może być nachylona do płaszczyzny promieniowej w przybliżeniu pod kątem rozwartym, ale może być również prostopadła do płaszczyzny promieniowej. Ponadto jest możliwe, że nachylona powierzchnia 23 między obiema powierzchniami podporowymi 27, 29 jest ukształtowana jako zakrzywiona. Ponadto również powierzchnie podporowe 27, 29 mogłyby mieć postać zakrzywioną. Leżąca naprzeciw żeber strona połówki 17 jest ukształtowana jako płaska powierzchnia cierna 24. Pierwsze powierzchnie podporowe 27 leżą w mniejszym odstępie od powierzchni ciernej 24 niż drugie powierzchnie podporowe 29. Każde żebro 20, 20', 20 , 20' ma postać w przybliżeniu stopniowaną.

Sąsiadujące żebra są tak umieszczone, że odpowiednio dwa żebra sąsiadujące w kierunku obwodowym, a więc przykładowo żebra 20 i 20' są tak umieszczone, że ich pierwsze powierzchnie podporowe 27 są skierowane do siebie. Pomiędzy tymi pierwszymi powierzchniami podporowymi 27 jest ukształtowany szeroki rowek 3 w kierunku promieniowym. Drugie żebro 20' jest ukształtowane względem swojego następnego sąsiedniego żebra 20 w odbiciu lustrzanym, to znaczy pierwsze powierzchnie podporowe 27 żebra 20' i następnego żebra 20 nie są skierowane do rowka 30, utworzonego między obydwoma żebrami 20', 20, lecz do pierwszego żebra 20 lub do następnego żebra 20.

Przy tym rowek 30 między żebrami 20', 20 jest węższy od rowka 31 między żebrami 20, 20', jednak dno rowka ma tę samą szerokość co rowek 31, ponieważ obie połówki 17, 18 uzupełniają się względem siebie tak, że w sumie wszystkie kanały wentylacyjne 21 mają ten sam kształt i wielkość.

PL 191 005 B1

Jest oczywiste, że kanały wentylacyjne 21, które według fig. 2 są umieszczone w kierunku promieniowym, zamiast postaci w linii prostej mogą być również zakrzywione, a więc przykładowo mogą mieć postać spirali.

Na fig. 5 jest przedstawiony przekrój poprzeczny przez połówkę formy 52 przyrządu do prasowania 50 do wytworzenia obu połówek 17, 18 tarczy hamulcowej 16. Przy tym na powierzchni połówki formy 52 są wykonane rowki 54, które w celu wytworzenia żeber mają postać uzupełniającą się do postaci żeber.

Druga połówka formy przyrządu do prasowania 50 posiada odpowiednie pierścieniowe wybranie w celu utworzenia płaskiej powierzchni ciernej.

Szczególną zaletą ukształtowania obu połówek 17, 18 jest to, że do ich wytworzenia można zastosować ten sam przyrząd do prasowania 50.

W celu zamocowania z zamknięciem tarczy hamulcowej na kole, jak jest to widoczne na fig. 6, od środkowego otworu 62 tarczy hamulcowej 60 odchodzą rowki 64, które są umieszczone o niewielki wymiar promieniowo na zewnątrz i korzystnie są zakończone półkoliście. W rowki 64 wchodzą odpowiednie żebra elementu ustalającego, za pomocą których tarcza hamulcowa 60 jest mocowana na kole.

Alternatywna postać wykonania jest przedstawiona na fig. 7.

W tym przypadku tarcza hamulcowa 70, która składa się z obu połówek 71, 72, jest mocowana jedynie z zamknięciem ciernym na kołnierzu 74, który składa się z dwóch kołnierzy częściowych 75, 78. Pierwszy kołnierz częściowy 75 jest ukształtowany garnkowato i podobnie do obrazu z fig. 1, na swojej stronie zewnętrznej posiada szereg otworów 76, które służą do zamocowania za pomocą nakrętek koła. Ponadto ten pierwszy kołnierz częściowy 75 posiada odstające na zewnątrz pierścieniowe żebro 77, za pomocą którego kołnierz częściowy 75 przylega do powierzchni ciernej 82 połówki 72. Na przeciwległej stronie znajduje się drugi kołnierz częściowy 78, który za pomocą pierścieniowego żebra 79 przylega do powierzchni ciernej 81. połówki 71. Oba kołnierze częściowe 75, 78 są wzajemnie zamocowane przez elementy łączące 80, przykładowo śruby, dzięki czemu oba pierścieniowe żebra 77, 79 są dociskane do powierzchni ciernych 81,82 i w ten sposób zapewnione jest połączenie cierne między kołnierzem 74 a tarczą hamulcową 70.

Przy tym siła docisku między obydwoma kołnierzami częściowymi 75, 78 musi być jedynie tak duża, aby można było przenosić możliwie największy moment hamujący.

Taka tarcza hamulcowa lub ogólnie mówiąc, taka kształtka, jest laminowana z pojedynczych warstw włókien, co będzie opisane przykładowo na podstawie fig. 8 - 10.

Do tego celu stosuje się tak zwane prepregi (półfabrykaty laminatu zbrojonego), które zawierają jedną lub więcej warstw laminatu (tworzywa warstwowego). W tym przypadku może chodzić o warstwy UD, które korzystnie są umieszczone odpowiednio względem siebie z przestawieniem kątowym, przykładowo są przestawione przestrzennie względem siebie odpowiednio o 45° i/lub o warstwy tkane (warstwy Cross-ply).

Zgodnie z fig. 8 zaznaczono schematycznie ogółem cztery warstwy UD, które są umieszczone względem siebie z przestawieniem kątowym. Na stronie górnej i na stronie dolnej laminatu 91 znajduje się odpowiednio warstwa 93 lub 94, która zawiera rozłożone korzystnie statystycznie wiązki krótkich włókien węglowych.

Warstwy UD 92 wzmocnione długimi włóknami zapewniają konieczną tolerancję na uszkodzenie, natomiast obie warstwy 93, 94 wzmocnione krótkimi włóknami tworzą szczególnie odporną na zużycie, gazoszczelną i cieczoszczelną warstwę brzegową, której zewnętrzna powierzchnia 96, 97 jest ukształtowana jako warstwa cierna dla okładziny hamulcowej.

Dodatkowo między poszczególnymi warstwami UD 92 mogą być umieszczone tkane warstwy 95, jak jest to przedstawione schematycznie na fig. 9.

Ze względu na koszty wytwarzania, z reguły rezygnuje się z umieszczenia tego rodzaju warstwy z materiału tkanego.

Z fig. 10, która przedstawia połówkę 100, wytworzoną z takiego laminatu 91, jest widoczne, że warstwy 92 - 94 laminatu 91 są wprowadzone w żebra, dzięki czemu warstwy UD lub warstwy Cross-ply przechodzą przez żebra i w ten sposób w obszarze żeber zapewniają wysoką wytrzymałość i wierność kształtu.

Jest oczywiste, że w zależności do postawionych wymagań wobec kształtki konstrukcja warstwowa może być odpowiednio stopniowana, w celu zapewnienia wysokiej stabilności mechanicznej i tolerancji na uszkodzenia całej kształtki oraz szczególnie wysokiej odporności na zużycie zewnętrznych powierzchni warstw brzegowych.

PL 191 005 B1

Na podstawie fig. 11 i 12 zostaną krótko objaśnione dwie możliwe odmiany sposobu wytwarzania prepregu.

Na fig. 11 jest przedstawiony sposób wytwarzania prepregu sposobem tłoczenia w postaci arkuszy, który zgodnie z wynalazkiem jest szczególnie korzystny. Na fig. 11 jest przedstawione schematycznie urządzenie 110 stosowane w tym sposobie.

Zgodnie z tym sposobem, który jest znany jako sposób wytwarzania tworzyw sztucznych wzmocnionych włóknem szklanym, włókna są nawijane między dwiema foliami nośnymi 116, 118 z dodatkiem spoiw organicznych, aby w ten sposób utworzyć prepreg. W tym celu urządzenie 110 posiada szereg walców, którymi jest prowadzona dolna folia nośna 116. Następnie ze zbiornika prekursora 112 jest doprowadzony prekursor organiczny, z reguły w postaci żywicy fenolowej lub żywicy furanowej. Następnie doprowadzane są włókna 120, które w postaci pęczków włókien (Rovings) są odwijane z nie przedstawionego zasobnika włókien, a od góry poprzez dalszy zbiornik prekursora 114 jest doprowadzana dalsza warstwa prekursora, na którą nanosi się górną folię nośnika 118. Doprowadzone razem warstwy z włóknami 120 i prekursorem, które są włączone między obie folie nośnika 116, 118, są następnie prasowane za pomocą jednostki walcowniczej 124, a następnie nawijane na rolkę 126. Alternatywnie włókna 120 przed doprowadzeniem są cięte za pomocą urządzenia tnącego 122 na krótkie włókna, które są włączone między warstwy prekursora. Do prekursora, który stanowią z reguły żywice fenolowe i furanowe (odporne na wysoką temperaturę) lub paki, korzystnie dodaje się wypełniacze, przykładowo grafit, sadzę lub sproszkowany SiC.

Tak więc za pomocą przedstawionego urządzenia SMC możliwe jest wytwarzanie prepregu, który jest wzmocniony jedynie długimi włóknami lub jedynie krótkimi włóknami. Jest oczywiste, że opisane tutaj pokrótce urządzenie może być tak zmodyfikowane, że we wspólnej warstwie prepregu warstwa długich włókien zostanie połączona z warstwą krótkich włókien.

Po nawinięciu tak wytworzonej struktury warstwowej na wałek 126 przeprowadza się najpierw starzenie prepregu, co w temperaturze pokojowej może trwać od kilku godzin do kilku dni, aby uzyskać zagęszczenie prepregu, oznaczające częściowe sieciowanie prekursora.

Następnie obie folie nośnika mogą być usunięte, a prepreg może być poddany dalszej obróbce.

Po wytworzeniu prepregu, zostaje on przycięty do odpowiedniej wielkości lub szereg warstw prepregu zostaje ułożonych jedna na drugiej i sprasowanych w odpowiedniej formie, przykładowo w przyrządzie do prasowania 50 w podwyższonej temperaturze, która przeważnie wynosi 100 - 200°C, oraz utwardzonych, przy czym zapewnione jest wypełnienie formy dzięki plastyfikacji żywicy matrycy w podwyższonej temperaturze.

Wytworzony w ten sposób produkt nieobrobiony zostaje ogrzany w piecu do pirolizy, korzystnie w atmosferze azotu (lub atmosferze metanu) do temperatury około 1000°C. Przy tym organiczne składniki spoiwa rozkładają się w warunkach zmniejszenia objęto do postaci węgla. Powstaje porowata kształtka. Otrzymana w ten sposób karbonizowana kształtka zostaje poddana infiltracji w tyglu grafitowym w warunkach próżni w temperaturze około 1600°C za pomocą stopu krzemu, który ewentualnie może zawierać dodatki żelaza i chromu.

Dalsza odmiana sposobu wytwarzania prepregu wzmocnionego długimi włóknami polega na zastosowaniu urządzenia do przenikania ciekłej masy, które jest przedstawione schematycznie na fig. 12 i jest oznaczone przez 130.

Zgodnie z tym sposobem, z urządzenia 132 do odwijania włókien pęczki włókien 134 (Rovings) są prowadzone przez kąpiel powlekającą 136, następującą potem kąpiel koagulacyjną 138, strefę suszenia 140 i kąpiel infiltracyjną 142, a następnie są układane na rdzeniu odbiorczym 144, na którym jest umieszczony prepreg 146. Tak więc chodzi tutaj o sposób zanurzeniowy z zastosowaniem ciekłej masy (składającej się z prekursora, wypełniaczy i rozpuszczalników), za pomocą której następuje infiltracja pęczków włókien 134. Zastosowana na wstępie kąpiel powlekająca 136, kąpiel koagulatcyjna 138 i strefa suszenia 140 służy do odpowiedniej obróbki wstępnej. Jako prekursory stosuje się prekursory organiczne i metaloorganiczne, korzystnie polisilany, polisiloksany albo polikarbosilany.

Do prekursorów są domieszane korzystnie wypełniacze, przy czym może tu chodzić na przykład o SiC (obojętny) albo o wypełniacze reakcyjne, przykładowo składniki węglikotwórcze (Ti, Al, Cr) albo B, który przereagowuje w obecności N2 do postaci BN.

Tak wytworzone prepregi zostają następnie połączone z krótkimi włóknami i utwardzone w ogrzewanym przyrządzie do prasowania. Następnie przeprowadza się pirolizę (przykładowo 36 h w temperaturze najwyżej do 1400°C w obecności N2 lub w warunkach próżni). Przy tym prekursor metaloorganiczny przereagowuje do postaci faz mineralnych (α-SiC, C). Przy tym reagują wypełniacze, o ile

PL 191 005 B1 chodzi o składniki węglikotwórcze albo B. Szczególnie korzystne jest zastosowanie B jako wypełniacza, ponieważ azotowanie B (boru) (utworzenie BN od temperatury 1400°C) dzięki znacznemu zwiększeniu objętości eliminuje ubytki pirolizy.

W celu wytworzenia tarczy hamulcowej z dwóch połówek według fig. 3 i 4, obie połówki są sprasowywane przykładowo z laminatu 91, wytworzonego sposobem SMC, składającego się z szeregu prepregu w tym samym przyrządzie do prasowania 50 w warunkach podwyższonej temperatury. Wytworzone w ten sposób oba produkty nieobrobione są nakładane jeden na drugi, a następnie razem są poddane pirolizie, a w końcu przenikaniu stopu.

Jest oczywiste, że zastosowane prepregi mogą być wykonane również tylko z warstw z długich włókien i że przynajmniej warstwa brzegowa, która zawiera krótkie włókna, może być wykonana za pomocą innego sposobu. Wytworzony w ten sposób granulat może być wprowadzony razem z prepregiem do odpowiedniej formy i może być sprasowany w celu utworzenia produktu nieobrobionego.

Przykład

Pełną tarczę hamulcową o postaci przedstawionej na fig. 6, o średnicy zewnętrznej 280 mm i o grubości około 13 mm, wytworzono z dwunastu prepregów z warstw UD z długich włókien i szesnastu prepregów z krótkich włókien. Przy tym laminowano po trzy warstwy prepregu o ułożeniu pod kątem 0°, 90° i 45° (wartości kątowe odnoszą się odpowiednio do kąta względem pierwszej warstwy) i dwie takie laminowane struktury wielowarstwowe ułożono jedną na drugiej w odbiciu lustrzanym. Połączono ze sobą dwa takie laminaty o każdorazowo sześciu warstwach. Na każdej stronie zewnętrznej nalaminowano osiem prepregów z krótkimi włóknami. Wszystkie prepregi wytworzono sposobem SMC i wykazywały one grubość około 4 mm. Utworzoną w ten sposób laminowaną strukturę wielowarstwową formowano w odpowiednim, wstępnie ogrzanym przyrządzie do prasowania w temperaturze około 150°C pod ciśnieniem 210 bar w ciągu 15 minut. Przy tym uzyskano bardzo dobre wypełnienie formy. Utworzony w ten sposób produkt nieobrobiony wyjęto z przyrządu do prasowania i ogrzewano w piecu w atmosferze azotu przy wzroście temperatury około 50 K/h do temperatury około 1373 K i w tej temperaturze utrzymywano przez około siedem godzin w celu karbonizacji. Następnie przeprowadzono schłodzenie, a potem wytworzono próżnię. W warunkach próżni produkt nieobrobiony ogrzewano przy wzroście temperatury 400 K/h do temperatury 1673 K, następnie przy wzroście temperatury 60 K/h do temperatury 1923 K i w tej temperaturze krzemianowano czystym stopem krzemu (bez dodatków), przy czym czas przechowywania wynosił około 14 godzin. Po tym nastąpiło schłodzenie do temperatury pokojowej przy wzroście temperatury około 100 K/h.

Wytworzona w ten sposób tarcza hamulcowa charakteryzuje się nadaniem kształtu zbliżonym do końcowego zarysu i musi być poddana obróbce wtórnej jedynie za pomocą szlifowania. Tarcza hamulcowa posiada doskonałą stabilność mechaniczną, wytrzymałość termiczną i odporność na utlenianie, jak również korzystne właściwości cierne.

Claims (29)

1. Kształtka ceramiczna wzmocniona włóknem, znamienna tym, że składa się z rdzenia i warstwy brzegowej (93, 94), która jest połączona z rdzeniem i posiada co najmniej jedną, korzystnie obciążaną w sposób cierny, zewnętrzną powierzchnię (96, 97), przy czym rdzeń jest wykonany z jednej lub szeregu warstw (92), z których co najmniej jedna jest wzmocniona długimi włóknami, które mają długość przynajmniej 50 mm, i przy czym warstwa brzegowa (93, 94) jest wzmocniona krótkimi włóknami, które mają długość poniżej 50 mm, przy czym włókna są związane w reakcji z matrycą dzięki przenikaniu stopu.

2. Kształtka według zastrz. 1, znamienna tym, że rdzeń posiada szereg warstw (92) wzmocnionych długimi włóknami (warstwy UD), których długie włókna są umieszczone odpowiednio w kierunku uprzywilejowanym, przy czym kierunki uprzywilejowane co najmniej dwóch warstw UD (92) są umieszczone względem siebie z przestawieniem kątowym.

3. Kształtka według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że rdzeń posiada co najmniej jedną warstwę (95) z tkanymi długimi włóknami lub z krótkimi włóknami.

4. K^^z^łłl·^^ według z^^sir^. 2, znamienna tt^m, że między dwie ma sąsiednimi warsswami UD j92) jest umieszczona warstwa z tkanymi długimi włóknami (95).

5. Kształtka według zastrz. 3, znamienna tym, że krótkie włókna są umieszczone w sposób w znacznej mierze rozłożony statystycznie.

PL 191 005 B1

6. Kształtka według zastrz. 1, znamienna tym, że długie włókna i krótkie włóknasą u kształtowane jako włókna wysokożarowytrzymate o wiązaniu kowalencyjnym na bazie krzemu, węgla, boru i/lub azotu, korzystnie jako włókna SiC, włókna C albo włókna SiBCN.

7. według zastrz. 1 albo 6, znamienna tym, że włókna są związane w reakcji z matrycą z węgliku krzemu.

8. hamulcowa z kazza^ą ceramiczną wzmocnioną włóknem, znamienna tym, że posiada dwie połączone ze sobą połówki (17,18; 71,72; 100), przy czym każda połówka (17,18; 71,72; 100) posiada powierzchnię zewnętrzną, ukształtowaną jako powierzchnia cierna (24,26; 81,82; 102) i powierzchnię wewnętrzną, przy czym na powierzchni wewnętrznej przynajmniej jednej połówki (17,18; 71,72; 100) są umieszczone żebra (20, 20', 20, 20', które przylegają do drugiej połówki (17,18; 71,72, 100), przy czym na wewnętrznych powierzchniach obu połówek (17,18; 71,72; 100) są umieszczone przebiegające zasadniczo promieniowo żebra (20, 20', 20, 20'), które wchodzą z zamknięciem kształtowym między odpowiednie żebra (20, 20', 20, 20') odpowiednio drugiej połówki (17,18; 71,72; 100).

9. według zassc^. 8, znamienna tym, że między żebra mi (20 - 20' jednej potówki ((7,18; 71,72; 100) a żebrami (20 - 20') drugiej połówki (17,18;71,72; 100) są utworzone kanały wentylacyjne (21).

10. Tarcza według zastrz. 8 albo 9, znamienna tym, że obie połówki (17,18; 71,72; 100) są ukształtowane identycznie pod względem kształtu i wymiarów.

11. Tarcza według zastrz. 8, znamienna tym, że każde żebro (20 - 20') posiada pierwszą, przebiegającą w płaszczyźnie promieniowej, powierzchnię podporową (27), która na nachylonej powierzchni (28) przechodzi w drugą powierzchnię podporową (29), przebiegającą w płaszczyźnie promieniowej, która jest umieszczona w większym odstępie od powierzchni ciernej (24,26; 81,82; 102) niż pierwsza powierzchnia podporowa (27).

12. Tarcza według zastrz. 10 albo 11, znamienna tym, że na wewnętrznej powierzchni każdej połówki (17,18; 71,72; l00) są ukształtowane zasadniczo promieniowe rowki (30, 31), pomiędzy którymi wystają do góry żebra (20 - 20'), które w każdym przypadku posiadają powierzchnie podporowe i przy czym odpowiednio cztery żebra (20 - 20') są umieszczone w kierunku obwodowym kolejno po sobie w ten sposób, że pierwsze powierzchnie podporowe (27) pierwszych żeber (20) i sąsiednich drugich żeber (20') są skierowane do siebie, natomiast pierwsze powierzchnie podporowe drugiego żebra (20') i kolejnego trzeciego żebra (20) są odwrócone od siebie, a pierwsze powierzchnie podporowe trzeciego żebra (20) i kolejnego czwartego żebra (20') są ponownie zwrócone do siebie.

13. Tarcza według zastrz. 8, znamienna tym, że posiada środkowy otwór mocujący (22; 62) do mocowania na kole za pomocą kołnierza (13; 74), przy czym powierzchnie cierne (24,26; 81,82) służące do połączenia z zamknięciem ciernym z kołnierzem (13, 74) są płaskie.

14. Tarcza według zastrz. 13, znamienna tym, że na co najmniej jednej powierzchni ciernej są wykonane rowki (64), wychodzące od otworu mocującego (62), do połączenia z zamknięciem kształtowym z odpowiednimi żebrami kołnierza.

15. Sposób wytwarzania kształtki ceramicznej wzmocnionej włóknem, w którym rdzeń wytwarza się z co najmniej jednej warstwy, która jest wzmocniona długimi włóknami, i rdzeń jest połączony z warstwą brzegową, wzmocnioną krótkimi włóknami, które posiadają mniejszą długość niż włókna długie i posiada co najmniej jedną powierzchnię zewnętrzną, która jest obciążana w sposób cierny, znamienny tym, że wytwarza się prepreg czyli półfabrykat laminatu zbrojonego (128; 146), formowanego pod wpływem oddziaływania wysokiej temperatury, z co najmniej jednej warstwy (92) długich włókien z dodatkiem prekursorów organicznych i korzystnie z dodatkiem wypełniaczy, a następnie wytwarza się formowaną pod wpływem oddziaływania wysokiej temperatury mieszaninę krótkich włókien i prekursorów organicznych, korzystnie z dodatkiem wypełniaczy, po czym wprowadza się do formy prepreg (128; 146) z warstwą, składającą się z mieszaniny i sprasowywuje pod wpływem oddziaływania wysokiej temperatury w celu wytworzenia produktu nieobrobionego, a następnie poddaje się pirolizie produkt nieobrobiony w celu wytworzenia porowatej kształtki a stop przenika do porowatej kształtki, korzystnie stop krzemu, dla wytworzenia kształtki z włókien związanych w reakcji.

16. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że rdzeń wytwarza się z szeregu warstw (92) (warstw, UD) wzmocnionych długimi włóknami, których długie włókna są umieszczone odpowiednio w kierunku uprzywilejowanym, przy czym stosuje się co najmniej dwie warstwy UD (92), których kierunki uprzywilejowane są umieszczone względem siebie z przestawieniem kątowym.

17. Sposób według zastrz. 15 albo 16, znamienny tym, że do rdzenia włącza się co najmniej jedną warstwę (95) z tkanymi długimi włóknami.

PL 191 005 B1

18. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że jako długie włókna i krótkie włókna stosuje się włókna wysokożarowytrzymałe o wiązaniu kowalencyjnym na bazie krzemu, węgla, boru i/lub azotu, korzystnie włókna SiC, włókna C albo włókna SiBCN.

19. Sposób według z^^Sr^^. 18, znamienny tym, że szereg prepregów wzmocnionych króókimi i/lub długimi włóknami łączy się do postaci laminatu (91) przed sprasowaniem ich pod wpływem oddziaływania wysokiej temperatury w formie, do postaci produktu nieobrobionego.

20. Sposób według zas^z. 15, znamienny tym, że prepreg (128) według sposobu obejmującego tłoczenie w postaci arkuszy wytwarza się przeprowadzeniem kilku etapów, przy czym w pierwszym z nich odwija się warstewki nośnika (116) z zasobnika, po czym doprowadza się od góry prekursora organicznego i włókien (120) na warstewkę nośnika (116), nanosi od góry prekursora organicznego dalszą warstewkę nośnika (118), prasuje materiał włączony między obiema warstewkami nośnika (116; 118) i nawija na zasobnik, a następnie przeprowadza się starzenie prekursora, w celu uzyskania częściowego sieciowania.

21. Sposób według 20, znamienny tym, że wa^ewki nośnika (116; 118) po ssa rżeniu oddziela się przed sprasowaniem prepregu (128) albo laminatu (91), składającego się z wielu prepregów, w formie wraz z co najmniej jedną warstwą brzegową, zawierającą krótkie włókna, dla wytworzenia produktu nieobrobionego.

22. Sposób według zas^z. 20 albo 21, znamienny tym, że włókna j( 20) podczasdoprowadzania do warstewki nośnika (116) tnie się na krótkie włókna.

23. Sposób według zassrz.15, znamienny tym, że na warsswę z długimi włóknami z umieszczeniem pośredniej warstwy prekursora organicznego nanosi się dalszą warstwę z włókien, które są pocięte na krótkie włókna, oraz dalszy prekursor organiczny, przed naniesieniem drugiej warstewki nośnika (118).

24. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że rdzeń otrzymany sposobem formowania z prasowaniem, składający się ze szkieletu włóknistego z długich włókien układa się w formie, następnie wtryskuje się do formy pod ciśnieniem prekursor organiczny i formuje się kształtkę, na tak utworzoną kształtkę nanosi się co najmniej jedną warstwę mieszaniny składającej się z prekursora organicznego i krótkich włókien i przeprowadza się powtórne formowanie kształtki w formie pod wpływem działania wysokiej temperatury, zanim tak uformowany produkt nieobrobiony zostanie poddany pirolizie, a następnie przenikaniu stopu.

25. Sposób według zastrz. 15 albo 24, znamienny tym, że jako organiczny 51:03^6 się pak lub żywicę, korzystnie żywicę fenolową albo żywicę furanową.

26. Sposób według zassc^. 15 albo 19, znamienny tym, że wytwarza się pr^^i^r^^cg wzmocniony długimi włóknami przez przenikanie masy ciekłej, przy czym włókna odwija się i za pomocą sposobu zanurzania poddaje się przenikaniu przez ciekłą masę, składającą się z prekursora organicznego lub metaloorganicznego, korzystnie polisilanu, polisiloksanu lub polikarbosilanu, jak również rozpuszczalników i wypełniaczy, a następnie nawija się na rdzeń odbiorczy (144).

27. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że stosuje się włókna (120; 134) w postaci pęczków włókien, które albo przerabia się jako długie włókna o długości przynajmniej 50 mm albo tnie się do postaci krótkich włókien o długości poniżej 50 mm.

28. Sposób wytwarzania tarczy hamulcowej z kształtką ceramiczną wzmocnioną włóknem, znamienny tym, że obejmuje następujące etapy: wytwarzanie prepregu (128; 146) z włókien wysokożarowytrzymałych, zawierających co najmniej jedną warstwę (92, 93, 94) z jednokierunkowych lub tkanych długich włókien, które łączy się odpowiednio z prekursorem organicznym z dodatkiem wypełniaczy do postaci warstwy, formowanej pod wpływem działania wysokiej temperatury; wytwarzanie mieszaniny, składającej się z prekursora organicznego i krótkich włókien, korzystnie z dodatkiem wypełniaczy; wprowadzenie co najmniej jednego prepregu (128; 146) z co najmniej jedną warstwą z mieszaniny, składającej się z krótkich włókien do przyrządu do prasowania (50) i sprasowywanie pod wpływem oddziaływania wysokiej temperatury, w celu wytworzenia produktu nieobrobionego; poddanie pirolizie produktu nieobrobionego w celu wytworzenia porowatej kształtki; przenikanie stopu reakcyjnego do porowatej kształtki, zwłaszcza stopu krzemu.

29. Sposób według zas^z. 28, znam ienny tym, że obejmie następujące etapy: wyywarzanie prepregu (128; 146) z włókien wysokożarowytrzymałych, zawierających co najmniej jedną warstwę (92, 93, 94) z jednokierunkowych lub tkanych długich włókien, które łączy się odpowiednio z prekursorem organicznym z dodatkiem wypełniaczy do postaci warstwy, formowanej pod wpływem działania wysokiej temperatury; wytwarzanie mieszaniny, składającej się z prekursora organicznego

PL 191 005 B1 i krótkich włókien, korzystnie z dodatkiem wypełniaczy; wprowadzenie co najmniej jednego prepregu (128; 146) z warstwą z mieszaniny, składającej się z krótkich włókien, do przyrządu do prasowania (50) i sprasowywanie pod wpływem oddziaływania wysokiej temperatury, w celu wytworzenia pierwszej połówki (17,18; 71,72; 100) tarczy hamulcowej (16; 60; 70; 90); wprowadzenie co najmniej dalszego prepregu (128; 146) do korzystnie tego samego przyrządu do prasowania (50) i sprasowywanie pod wpływem oddziaływania wysokiej temperatury w celu wytworzenia drugiej połówki (17,18; 71,72; 100) tarczy hamulcowej (16; 60; 70; 90); złączenie obu połówek (17,18; 71,72; 100) i poddanie pirolizie z odcięciem dopływu powietrza w celu wytworzenia porowatej kształtki; przenikanie stopu reakcyjnego do porowatej kształtki, zwłaszcza stopu krzemu.