TW202016322A

TW202016322A - 用於製備鋁熔體的系統和混合裝置

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Publication number: TW202016322A
Application number: TW108133212A
Authority: TW
Inventors: 馬格努斯哥林德; 斯特凡克利斯強森; 安德斯喬漢森; 派屈克杰森
Original assignee: 瑞典商自動車零件伏盧比有限公司
Priority date: 2018-10-24
Filing date: 2019-09-16
Publication date: 2020-05-01
Also published as: CA3112949A1; JP2022514166A; WO2020083476A1; TWI827676B; US20210396473A1; MX2021004544A; US11852415B2; CN112912680A; EP3870923A1; JP7381576B2

Abstract

本發明提供一種獲得包括SiC粒子之鋁熔體以供在模製例如制動盤之車輛零件時使用的系統，該系統包含：預處理儲槽（2），其經建構以接收SiC粒子且應用預處理程序，以預處理該等SiC粒子；SiC粒子輸送構件（4），其經建構以將經預處理之SiC粒子自該預處理儲槽（2）輸送至熔融爐裝置（8）之坩堝（6），且該熔融爐裝置（8）經建構以接收及熔融例如鋁塊之固態鋁，且固持鋁熔體（10）並接收該等經預處理之SiC粒子（12）。該系統亦包含管狀SiC粒子混合配置（14），其界定及封閉一細長的混合腔室（16），該混合配置（14）經建構以安裝於該坩堝（6）中，且經構造以經由第一入口（18）將該等經預處理之SiC粒子（12）及經由至少一個第二入口（20）將該鋁熔體（10）接收至該混合腔室（16）中，且藉由繞該縱向軸線（A）旋轉配置於該混合腔室（16）中之可旋轉混合構件（22）來應用混合程序，其中該等經預處理之SiC粒子在該混合腔室中與該鋁熔體混合在一起。該混合配置（14）具備至少一個出口（26）以將混合物自該混合腔室饋出至該坩堝中。

Description

用於製備鋁熔體的系統和混合裝置

本發明係關於用於由鋁合金製備意欲用於例如制動盤之車輛零件之鋁熔體的一種系統及一種混合配置，該鋁熔體形成碳化矽粒子SiC之基質。

用於車輛之制動器為已熟知的。典型的制動器依賴於摩擦，因此在制動器設計中主要關注熱耗散。由於摩擦產生之熱量必須被吸收並耗散，因此制動轉子典型地充當散熱片。當轉子加熱時，其吸收熱量，但若轉子之溫度升高快於轉子可冷卻之速度，則可能會嚴重損壞轉子、輪胎及其他車輪組件。在大多數熱應用中，使用較大的散熱片來更有效地自系統排出熱量。此典型地涉及增大散熱片之實體尺寸，但增大轉子之大小通常不切實際，此係因為大小增大亦需要轉子之慣性力矩增大。

因此，需要設計例如一種制動盤，其質量減小，但能夠較佳地處置自摩擦制動轉移至其上之熱能。汽車製造商在利用鋁金屬基質複合物（aluminium metal matrix composite；AMC）制動盤來代替習知的灰鑄鐵制動盤上已做出了大量努力。已進行了此類努力，其目的為利用AMC之有利特性，諸如與鑄鐵相比之高熱導率及低密度。AMC制動組件之熱導率及膨脹可藉由調節微粒加強材料之含量及分佈來調整。因此，碳化矽加強之鋁複合物正愈來愈多地用作汽缸頭、襯套、活塞、制動轉子、制動盤及卡鉗之替代材料。

用於制動器之加強的微粒鋁金屬基質複合物提供藉由細小微粒之分散而增強的鋁合金，因此提高其耐磨性。

該複合物用以形成制動組件，諸如制動轉子、制動聯接器或其類似者。該複合物係由用陶瓷微粒加強之鋁金屬基質形成。該等陶瓷微粒具有介於0.1微米與1.0微米之間的微粒直徑，且按體積計形成加強的微粒鋁金屬基質複合物之大於約10%。

鋁金屬基質可由任何所要的鋁合金形成，諸如AlSi₉ Mg₀₆ 、AL-Si、AL-Cu、2xxx Al合金、6xxx Al合金、6160 Al合金、6061 Al合金或其組合。任何所要的陶瓷材料可用以加強鋁金屬基質，諸如Al₂ O₃ 、SiC、C、SiO₂ 、B、BN、B4C或AlN。

較佳地，陶瓷微粒之顆粒輪廓實質上為球形的，具有約0.7微米之粒徑，且可藉由任何合適的粉末冶金技術或其類似者來處理。

碳化矽（SiC），亦稱為金剛砂，為含有矽及碳之半導體。其在本質上作為極其稀有的礦物碳矽石存在。自1893年以來，已大量生產合成的SiC粉末以用作研磨劑。碳化矽顆粒可藉由熔結而接合在一起以形成極硬陶瓷，極硬陶瓷廣泛地用於需要高耐久性之應用中，諸如汽車制動器、汽車離合器及防彈背心中之陶瓷板。

由於滲矽之碳-碳複合物能夠耐受極端溫度，因此其用於高效能「陶瓷」制動盤或例如制動轉子。矽與碳-碳複合物中之石墨反應以變成碳纖維加強之碳化矽（C/SiC）。

此制動盤之實例展示於美國專利第US 6,821,447號中。

SiC之體積為大約20%，但可改變以平衡材料對汽車之效能及材料澆鑄/可模製性及可機械加工性。

在專利文獻中，在制動器組件中存在將SiC粒子包括於鋁中之許多實例。下文將簡要地論述一些相關的專利文件。

中國專利第CN107100949號揭示一種由鋁基質及SiC粒子製成之複合制動盤以及其製造方法。

美國專利第US2012079916號揭示一種由具有鋁基質與陶瓷粒子組成之制動組件。SiC經指示為粒子之實例。關於製造，參考習知方法。

日本專利第JP2000160319號展示將SiC粒子供應至Mg、AL、AL-Mg合金之粉末。在該文件中，提及使用氮氣之流體化。

日本專利第JPH0371967號揭示一種用於將SiC粒子引入至鋁熔體中之方法。脲係用作插入SiC粒子之方法。將小片形式之分散元素依序地引入至熔融金屬中，用攪拌裝置之螺旋槳攪拌熔融金屬。在此狀況下，當藉由熔融金屬加熱時，分散元素之脲樹脂被蒸發，且僅SiC粒子被併入至熔融金屬中。

中國專利第CN105525153號揭示一種用於火車之制動盤。該制動盤將SiC粒子包含於鋁基質中。其亦描述製備經預處理及加熱之SiC粒子。接著攪拌具有SiC粒子之鋁熔體。中國專利第CN103484707號展示例如由具有SiC粒子之鋁合金製造例如制動盤。在此文件中，揭示一種用於製備基於SiC粒子加強鋁之複合材料的方法。

中國專利第CN103103374號揭示包含鋁基質與SiC粒子之材料的製造。此文件中所提供之方法旨在解決攪拌澆鑄方法之問題，該攪拌澆鑄方法需要在基質金屬中均勻地分佈加強材料，且需要避免加強材料與金屬之間在高溫下的有害反應，並減少在固化製程中產生之澆鑄缺點。

中國專利第CN102703771號展示用具有SiC粒子之鋁合金生產製動盤。揭示內容係關於制動盤之技術領域，且特定而言，係關於一種製備用於制動盤之碳化矽/鋁合金複合材料的方法。

中國專利第CN106521252號展示用具有SiC粒子之鋁合金製造制動盤。揭示一種用於火車制動盤之基於碳化矽粒子加強鋁的複合物及一種製備方法。以Mg-SiC之形式添加SiC細粒子，使得有效地解決在基質中均勻地分散碳化矽粒子之困難及不良界面接合的問題。中國專利第CN105463265號揭示一種用於製備具有SiC粒子之鋁合金的方法，且包含一種用於製備基於碳化矽粒子加強鋁之複合材料的方法，且係關於基於鋁之複合材料的領域。

已發現，SiC粒子在鋁熔體中之聚結可不利地影響由熔體模製之車輛組件（例如，制動盤）的效能。一個原因為SiC粒子接著無法均勻地分佈於鋁熔體中，例如導致將無法完全預測制動盤之制動效應及制動磨損。

因此，本發明之目標為改良獲得尤其適用於模製制動盤之鋁熔體的目前使用技術，該鋁熔體包括SiC粒子。

上文所提及之目標係藉由根據獨立技術方案之本發明來達成。

較佳實施方式闡述於附屬技術方案中。

根據本發明之一個態樣，提供一種獲得包括SiC粒子之鋁熔體以供在模製例如制動盤之車輛零件時使用的系統。該系統包含：一預處理儲槽，其經建構以接收SiC粒子且應用一預處理程序，以預處理該等SiC粒子；一SiC粒子輸送構件，其經建構以將經預處理之粒子自該預處理儲槽輸送至一熔融爐裝置之一坩堝，該熔融爐裝置經建構以接收及熔融例如鋁塊之固態鋁且固持鋁熔體（及接收該等經預處理之SiC粒子。該系統亦包含一管狀SiC粒子混合配置，其界定及封閉一細長的混合腔室。該混合配置經建構以安裝於該坩堝中，使得在使用期間，該混合配置處於一基本上豎直的位置中，且該混合配置沿著一縱向軸線A為細長的，且經構造以經由一第一入口將經預處理之SiC粒子及經由至少一個第二入口將該鋁熔體接收至該混合腔室中。此外，該混合配置經建構以藉由繞該縱向軸線A旋轉配置於該混合腔室中之一可旋轉混合構件來應用一混合程序，其中該等經預處理之SiC粒子在該混合腔室中與該鋁熔體混合在一起。該混合構件經建構以與該混合腔室之一內壁表面協作，導致在旋轉期間，在該混合構件與該內壁表面之間獲得機械剪切力，該等機械剪切力被施加至該等SiC粒子及鋁熔體，導致SiC粒子在該鋁熔體中之高度濕潤。該混合構件經構造以將移動力提供至鋁熔體與SiC粒子之混合物，且該混合配置具備至少一個出口以將該混合物自該混合腔室饋出至該坩堝中。

根據一個實施方式，該預處理儲槽為一流體化儲槽，且該預處理程序為包括對該等SiC粒子進行加熱及流體化之一流體化程序。

根據另一態樣，本發明係關於一種經建構以安裝於一坩堝中且具備上文已描述之特徵的混合配置。

因此，所揭示之系統及混合配置將達成SiC粒子在該鋁熔體中之一改良濕潤，此導致鋁與SiC粒子之混合得到改良使得基本上將不會發生SiC粒子之聚結。

現將參看附圖詳細地描述該系統。貫穿諸圖，相同或類似的物件具有相同的參考符號。此外，該等物件及圖式未必按比例，而是強調說明本發明之原理。

首先參看圖1中之示意性說明，提供用於獲得包括SiC粒子之鋁熔體以供在模製例如制動盤之車輛零件時使用的系統。該系統包含預處理儲槽2，該預處理儲槽經建構以接收SiC粒子且應用預處理程序以預處理SiC粒子。進一步提供SiC粒子輸送構件4，該SiC粒子輸送構件經建構以將經預處理之SiC粒子自預處理儲槽2輸送至熔融爐裝置8之坩堝6。引入至預處理儲槽中之SiC粒子可以不同的粒級（size fraction）存在，例如以三個不同的粒級存在，其在10至30 μm，較佳13至23 μm之範圍內。熔融爐裝置8經建構以接收及熔融例如鋁塊之固態鋁，且固持鋁熔體10以及接收經預處理之SiC粒子12。較佳地，鋁熔體之最高溫度為750℃以避免產生碳化鋁。

該系統亦包含界定及封閉細長之混合腔室16的管狀SiC粒子混合配置14，且該混合配置14經建構以安裝於坩堝6中，使得在使用期間，該混合配置處於基本上豎直之位置中且該混合配置沿著縱向軸線A為細長的。

在圖3中為適用於本文中之SiC粒子輸送構件4的示意性側視圖說明。該輸送構件經建構以將經預處理之SiC粒子自預處理儲槽2輸送至熔融爐裝置8之坩堝。該輸送構件較佳具備設置於管道中之螺桿輸送部件5，該管道經配置成使得其插入穿過預處理儲槽之底部部分以用於接收待輸送之粒子。接著旋轉螺桿輸送部件5且藉此將經預處理之粒子輸送至熔融爐裝置，其中該管道經安裝以經由第一入口18將經預處理之粒子供應至混合配置14。當然，該輸送構件可替代地包含例如傳送帶以輸送粒子。

混合配置14進一步說明於圖4至圖7中，且經構造以經由第一入口18將經預處理之SiC粒子12及經由至少一個第二入口20將鋁熔體10接收至混合腔室16中，且藉由繞縱向軸線A旋轉配置於混合腔室16中之可旋轉混合構件22來應用混合程序。藉此，經預處理之SiC粒子在混合腔室中與鋁熔體混合在一起。

混合構件22經建構以與混合腔室16之內壁表面24協作，導致在旋轉期間，在該混合構件與該內壁表面之間獲得機械剪切力，該等機械剪切力被施加至該等SiC粒子及鋁熔體，導致SiC粒子在該鋁熔體中之高度濕潤。

混合配置14具備至少一個出口26以將混合物自混合腔室饋出至該坩堝中。該混合構件經構造以將移動力提供至鋁熔體與SiC粒子之混合物。在圖1中，箭頭指示在混合程序期間，鋁熔體與SiC粒子之混合物將在坩堝內循環。此循環或攪拌係由混合構件之移動力提供。自將SiC粒子插入至坩堝中起，混合程序將持續至少20分鐘。

在一個實施方式中，混合構件22具備螺桿狀構件28，該螺桿狀構件包含沿著螺桿狀構件延行之徑向延伸的螺紋。此實施方式說明於圖5至圖7中。螺桿狀構件28具有略小於混合腔室16之內壁表面24之內徑d2的外徑d1，且d2-d1小於0.15 mm，較佳小於0.10 mm（參見圖7）。需要謹慎控制螺桿狀構件與內壁表面之間的磨損/遊隙，此係因為過度磨損會導致過低的剪切力，其最終導致可能將未濕潤之粒子引入至熔體中。

參看圖4，展示SiC粒子混合配置14之外殼的各種視圖。左方展示沿著縱向軸線A之橫截面圖。右上方說明展示透視圖，且右下方說明展示相對於軸線A在垂直方向上之橫截面圖。

混合配置14包含細長的外殼，其具有界定混合腔室16之外殼壁30。該外殼包含第一主體部分32及第二主體部分34。更特定而言，外殼壁30具有圓柱形形狀，其具有基本上圓形的橫截面，且第一入口18及至少一個第二入口20係配置於第二主體部分34中。至少一個出口26係配置於第一主體部分32中。在使用期間，混合配置14浸入至鋁熔體10中，使得第一入口在鋁熔體上方且至少一個第二入口浸入至該鋁熔體中。

參看圖5，展示可旋轉混合構件22之各種視圖。右方展示沿著縱向軸線A之橫截面圖。左方展示透視圖且下方為俯視圖。

混合構件22被插入至混合配置之外殼中，且具有適用於混合腔室之細長形狀。該混合構件經建構以配置於混合配置之外殼內，使得混合構件之第一部分36配置於外殼之第一主體部分32中且混合構件之第二部分38配置於外殼之第二主體部分34中。第一部分36具備螺桿狀構件28。經組裝之混合配置14在圖6中展示為安裝於坩堝中。

在混合配置14之使用期間，至少一個出口26中之一者向下導向，且SiC粒子與鋁熔體之混合物係藉由旋轉螺桿狀構件而經由出口推出。如自圖4所見，可設置穿過第一主體部分32之壁的其他出口26。

混合配置係由可耐受高達至少800℃且較佳高達至少1000℃之工作溫度的任何合適的材料製成，例如，各種石墨材料。在一個有利設置中，外殼係由金剛石ISO萬能材料製成，且混合構件係由石墨EG92製成。

根據一個實施方式，SiC粒子在鋁熔體中之高度濕潤係由小於90°之接觸角界定，以便使聚結減至最少。

在下文中，將進一步論述術語「濕潤」。

濕潤為液體維持與固體表面接觸以在兩者接合在一起時產生分子間相互作用的能力。濕潤之程度(可濕性)係由黏合力與內聚力之間的力平衡判定。濕潤涉及材料之三個相：氣體、液體及固體。濕潤對於兩種材料之接合或黏合係重要的。

液體與固體之間的黏合力致使液滴散佈在表面上。液體內之內聚力使該液滴成球形且避免接觸表面。

接觸角定義為液汽界面與固液界面會合之角度。該接觸角係藉由黏合力與內聚力之間的平衡來判定。隨著液滴在平坦固體表面上散佈之趨勢增大，接觸角減小。因此，接觸角提供了可濕性之反量測。小於90°之接觸角（低接觸角）指示表面之濕潤為極有利的，且流體將散佈在大面積的表面上。大於90°之接觸角（高接觸角）通常意謂表面之濕潤為不利的，因此流體將最少接觸表面且形成緊密的液滴。

根據另一實施方式，預處理儲槽2為流體化儲槽，且預處理程序為包括對SiC粒子進行加熱及流體化之流體化程序。在圖2中，展示流體化儲槽之各種視圖，左方展示沿著儲槽之縱向軸線的橫截面圖，右方展示俯視圖，且在頂部中間圖中，展示俯視透視圖，且在底部中間圖中，展示仰視透視圖。

該流體化程序係在預定時間段期間執行，該預定時間段為至少45分鐘且較佳為至少一小時。

在流體化程序期間，將SiC粒子加熱至高達至少400℃，但較佳加熱至高達約1200℃，以便在SiC粒子周圍形成SiO₂ 的保護性氧化物層。在有利的流體化程序中，在大約一小時期間，在超過1000℃且最佳在高達約1200℃之溫度下執行流體化及加熱。提供加熱配置44，該加熱配置經建構以將預處理儲槽加熱至高達至少400℃，但較佳加熱至高達約1200℃。加熱配置44可例如為纏繞於儲槽周圍之加熱線圈。在加熱配置外部，配置溫度絕緣層。在一個有利變化中，流體化儲槽之外部橫截面尺寸為大約1000 mm，且內部空腔具有在700至800 mm之範圍內的直徑。

該流體化儲槽具備在儲槽之上部部分中的至少一個開口40，在該至少一個開口處，SiC粒子被引入至儲槽中。該流體化儲槽具備穿過儲槽之底部的至少一個供應管42，在該供應管處，流體化氣體被供應至儲槽。該流體化氣體為惰性氣體，較佳為氮氣，且係以20至35公升/分鐘，較佳25至30公升/分鐘之速率引入至儲槽中。

為了達成向上引導之基本上均勻的流體化氣體，在儲槽之底部處設置氣流控制構件46。該控制構件基本上為圓盤形，且較佳具有最低點在儲槽之底部端表面之中心的錐形形狀。該控制構件具備眾多小的開口（圖中未示）以將氣流均勻地散佈在儲槽之整個橫截面上。該控制構件46係由在高達超過1200℃之整個溫度範圍內提供均勻氣流的任何合適的材料製成。一種合適的材料為石墨品質的ISEM-1。

流體化為類似於液化之製程，由此顆粒材料自靜態的類固體狀態轉換成動態的類流體狀態。此製程在流體（液體或氣體）向上通過顆粒材料時發生。

當氣流被引入通過固體粒子床之底部時，該氣流將經由粒子之間的空的空間向上移動通過該床。在低氣體速度下，每一粒子上之空氣動力阻力亦為低的，且因此該床保持處於固定狀態中。在提高速度時，空氣動力阻力將開始抵消重力，導致在粒子移動遠離彼此時床體積膨脹。在進一步增加速度時，其將達至臨界值，在該臨界值下，向上阻力將精確等於向下重力，致使粒子變得懸浮於流體內。在此臨界值下，該床據稱經流體化且將展現流體行為。藉由進一步增加氣體速度，該床之體密度將繼續減小，且其流體化變得更劇烈，直至粒子不再形成床且藉由氣流向上「傳送」。

當經流體化時，固體粒子床將表現為流體，如液體或氣體。流體行為允許將粒子如流體般輸送，且經由管來用通道輸送。

在本文中，粒子聚結係指在懸浮液中形成集合物，且表示導致膠態系統之不穩定的機制。在此製程期間，分散於液相中之粒子彼此黏著，且自發地形成不規則的粒子集群、絮凝物或聚集物。應避免鋁熔體中之聚結的SiC粒子，此係因為其可導致制動盤之更不可預測的行為。

本發明亦係關於管狀SiC粒子混合配置14，該混合配置經應用以獲得包括SiC粒子之鋁熔體，以供在模製例如制動盤之車輛零件時使用。該混合配置14在上文已關於系統進行了描述，且在此處參考彼描述。然而，在下文中，將特別參看圖1及圖4至圖7來描述該混合配置。

該混合配置經構造以界定及封閉細長的混合腔室16，且經建構以安裝於熔融爐裝置8之坩堝6中，使得在使用期間，該混合配置處於豎直位置中。該混合配置沿著縱向軸線A為細長的，且經構造以經由第一入口18將SiC粒子12及經由至少一個第二入口20將鋁熔體10接收至混合腔室中。此外，該混合配置經建構以藉由繞縱向軸線A旋轉配置於混合腔室中之可旋轉混合構件22來應用混合程序，且在旋轉期間，SiC粒子在混合腔室中與鋁熔體混合在一起。

混合構件22經建構以與混合腔室之內壁表面24協作，導致在旋轉期間，在該混合構件與該內壁表面之間獲得機械剪切力，該等機械剪切力被施加至該等SiC粒子及鋁熔體，導致SiC粒子在該鋁熔體中之高度濕潤。混合構件22經構造以將移動力提供至鋁熔體與SiC粒子之混合物，且該混合配置具備至少一個出口26以將該混合物自該混合腔室16饋出至該坩堝6中。

根據一個實施方式，混合構件22具備螺桿狀構件28，該螺桿狀構件包含沿著螺桿狀構件延行之徑向延伸的螺紋。該螺桿狀構件具有略小於混合腔室之內壁表面之內徑d2的外徑d1，且d2-d1小於0.15 mm，較佳小於0.10 mm（參見圖7）。

參看圖5，展示可旋轉混合構件22之各種視圖。右方展示沿著縱向軸線A之橫截面圖。左方展示透視圖且下方為俯視圖。混合構件22被插入至混合配置之外殼中，且具有適用於混合腔室之細長形狀。該混合構件經建構以配置於混合配置之外殼內，使得混合構件之第一部分36配置於外殼之第一主體部分32中且混合構件之第二部分38配置於外殼之第二主體部分34中。第一部分36具備螺桿狀構件28。經組裝之混合配置14在圖6中展示為安裝於坩堝中。

在混合配置14之使用期間，該至少一個出口26中之一者向下導向，且SiC粒子與鋁熔體之混合物係藉由旋轉螺桿狀構件而經由出口推出。

根據一個實施方式，SiC粒子在鋁熔體中之高度濕潤係由小於90°之接觸角界定，以便使聚結減至最少。上文關於系統之描述更詳細地論述了濕潤。

在圖式中展示諸多物件，但本文中未描述該等物件；原因為此等物件說明可用許多不同方式實現之習知技術。一個實例在圖6中，其中構件展示為插入至坩堝中。此等構件為例如用以提供鋁熔體之攪拌或移動的習知物件。此外，在圖6中亦展示適用於向移動構件22提供旋轉移動之部件。

本發明亦係關於一種制動盤，其係由已由如上文所描述之系統或混合配置製備的具有SiC粒子之鋁熔體模製。具體而言，該制動盤將接著達成在15至25 μm之範圍內的所要枝晶臂間距（Dendrite Arm Space；DAS）。

為了改良上述系統，熔融爐裝置適用於在引入SiC粒子之前接收顆粒精製劑，該等顆粒精製劑被引入至鋁熔體中，其中顆粒精製劑將進一步改良SiC粒子在鋁熔體中的濕潤。

重要的為使曝露於氧氣之熔體減至最少，此係因為此曝露會增加聚結之風險。在粒子濕潤之後，必須繼續攪拌熔體，否則，粒子會落入熔體中（約1毫米/分鐘）且開始聚結。當粒子已被引入且濕潤時，移除混合配置且應用習知攪拌部件以繼續攪拌。精製之熔體不應保溫持續長於24小時，此係因為其接著開始被破壞且獲得漿狀稠度。

在饋送SiC粒子且鋁熔體完全富集之後，根據既定程序進行澆鑄。

本發明不限於上述較佳實施方式。可使用各種替代例、修改及等效物。因此，以上實施方式不應視為限制本發明之範疇，本發明之範疇係由隨附申請專利範圍界定

圖1為根據本發明之系統的示意性說明。圖2展示應用於系統中之預處理儲槽的各種視圖。圖3為應用於系統中之輸送構件的示意性說明。圖4展示根據本發明之一個實施方式的混合配置之外殼的各種視圖。圖5展示可旋轉混合構件之各種視圖。圖6展示根據本發明之一個實施方式的熔融爐裝置之橫截面側視圖。圖7展示根據本發明之一個實施方式的混合配置之橫截面圖。

Claims

一種獲得包括SiC粒子之鋁熔體以供在模製例如制動盤之車輛零件時使用的系統，該系統包含：預處理儲槽（2），其經建構以接收SiC粒子且應用預處理程序，以預處理該等SiC粒子； SiC粒子輸送構件（4），其經建構以將經預處理之SiC粒子自該預處理儲槽（2）輸送至熔融爐裝置（8）之坩堝（6），且該熔融爐裝置（8）經建構以接收及熔融例如鋁塊之固態鋁，且固持鋁熔體（10）並接收該等經預處理之SiC粒子（12），該系統之特徵在於，該系統亦包含管狀SiC粒子混合配置（14），其界定及封閉一細長的混合腔室（16），該混合配置（14）經建構以安裝於該坩堝（6）中，使得在使用期間，該混合配置處於基本上豎直的位置中，且該混合配置沿著縱向軸線（A）為細長的，且經構造以經由第一入口（18）將該等經預處理之SiC粒子（12）及經由至少一個第二入口（20）將該鋁熔體（10）接收至該混合腔室（16）中，且藉由繞該縱向軸線（A）旋轉配置於該混合腔室（16）中之可旋轉混合構件（22）來應用混合程序，其中該等經經預處理之SiC粒子在該混合腔室中與該鋁熔體混合在一起，且其中該混合構件（22）經建構以與該混合腔室（16）之內壁表面（24）協作，導致在旋轉期間，在該混合構件與該內壁表面之間獲得機械剪切力，該等機械剪切力被施加至該等SiC粒子及鋁熔體，導致SiC粒子在該鋁熔體中之高度濕潤，且該混合構件經構造以將移動力提供至鋁熔體與SiC粒子之該混合物，且其中該混合配置（14）具備至少一個出口（26）以將該混合物自該混合腔室饋出至該坩堝中。
如請求項1所述之系統，其中該混合構件（22）具備螺桿狀構件（28），該螺桿狀構件包含沿著該螺桿狀構件延行之徑向延伸的螺紋，其中該螺桿狀構件（28）具有略小於該混合腔室（16）之該內壁表面（24）之內徑d2的外徑d1，且其中d2-d1小於0.15 mm，較佳小於0.10 mm。
如請求項1或2所述之系統，其中SiC粒子混合配置（14）包含一細長的外殼，該外殼具有界定該混合腔室（16）之外殼壁（30），且其中該外殼包含第一主體部分（32）及第二主體部分（34）。
如請求項3所述之系統，其中該外殼壁（30）具有圓柱形形狀，其具有基本上圓形的橫截面，且其中該第一入口（18）及該至少一個第二入口（20）係配置於該第二主體部分（34）中，且該至少一個出口（26）係配置於該第一主體部分（34）中，且其中在使用期間，該混合配置（14）浸入至該鋁熔體（10）中，使得該第一入口在該鋁熔體上方且該至少一個第二入口浸入至該鋁熔體中。
如請求項2以及請求項3及4中任一項所述之系統，其中該可旋轉混合構件（22）具有適用於該混合腔室之細長形狀，且包含經建構以配置於該外殼之該第一主體部分（32）中的第一部分（36），及經建構以配置於該外殼之該第二主體部分（34）中的第二部分（38），且其中該第一部分（36）具備該螺桿狀構件（28）。
如請求項1至5中任一項所述之系統，其中在該混合配置（14）之使用期間，該至少一個出口（26）中之一者向下導向，且其中SiC粒子與鋁熔體之該混合物係藉由旋轉該螺桿狀構件而經由該出口推出。
如請求項1至6中任一項所述之系統，其中該高度濕潤係由小於90°之接觸角所界定，以便使聚結減至最少。
如請求項1至7中任一項所述之系統，其中該預處理儲槽（2）為流體化儲槽，且該預處理程序為包括對該等SiC粒子進行加熱及流體化之流體化程序。
如請求項8所述之系統，其中該流體化程序係在一預定時間段期間執行，且該加熱包含將該等SiC粒子加熱至高達至少400℃，但較佳加熱至約1200℃，以便在該等SiC粒子周圍形成保護性氧化物層。
如請求項9所述之系統，其中該預定時間段為至少45分鐘，且較佳為至少一小時。
如請求項8至10中任一項所述之系統，其中該流體化儲槽具備在該儲槽之上部部分中的至少一個開口（40），在該至少一個開口處，該等SiC粒子被引入至該儲槽中，且該流體化儲槽具備穿過該儲槽之底部的至少一個供應管（42），在該至少一個供應管處，流體化氣體被供應至該儲槽。
如請求項11所述之系統，其中該流體化氣體為惰性氣體，較佳為氮氣，且其中該流體化氣體係以20至35公升/分鐘，較佳25至30公升/分鐘之速率引入至該儲槽中。
如請求項1至12中任一項所述之系統，其中提供加熱配置（44），該加熱配置（44）經建構以將該預處理儲槽加熱至高達至少400℃，但較佳加熱至高達約1200℃，以便在該等SiC粒子周圍形成保護性氧化物層。
一種管狀SiC粒子混合配置（14），其經應用以獲得包括SiC粒子之鋁熔體，以供在模製例如制動盤之車輛零件時使用，該混合配置之特徵在於，該混合配置經構造以界定及封閉一細長的混合腔室（16），該混合配置經建構以安裝於熔融爐裝置（8）之坩堝（6）中，使得在使用期間，該混合配置處於豎直位置中，且該混合配置沿著縱向軸線（A）為細長的，且經構造以經由第一入口（18）將SiC粒子（12）及經由至少一個第二入口（20）將鋁熔體（10）接收至該混合腔室中，且藉由繞該縱向軸線（A）旋轉配置於該混合腔室中之可旋轉混合構件（22）來應用混合程序，其中該等SiC粒子在該混合腔室中與該鋁熔體混合在一起，且其中該混合構件（22）經建構以與該混合腔室之內壁表面（24）協作，導致在旋轉期間，在該混合構件與該內壁表面之間獲得機械剪切力，該等機械剪切力被施加至該等SiC粒子及鋁熔體，導致SiC粒子在該鋁熔體中之高度濕潤，且該混合構件（22）經構造以將移動力提供至鋁熔體與SiC粒子之該混合物，且其中該混合配置具備至少一個出口（26）以將該混合物自該混合腔室（16）饋出至該坩堝（6）中。
如請求項14所述之混合配置，其中該混合構件（22）具備螺桿狀構件（28），該螺桿狀構件包含沿著該螺桿狀構件延行之徑向延伸的螺紋，其中該螺桿狀構件具有略小於該混合腔室之該內壁表面之內徑d2的外徑d1，且其中d2-d1小於0.15 mm，較佳小於0.10 mm。
如請求項14或15所述之混合配置，其包含一細長的外殼，該外殼具有界定該混合腔室（16）之外殼壁（30），且其中該外殼包含第一主體部分（32）及第二主體部分（34）。
如請求項16所述之混合配置，其中該外殼壁（30）為圓柱形形狀，其具有基本上圓形的橫截面，且其中該第一入口（18）及該至少一個第二入口（20）係配置於該第二主體（34）部分中，且該至少一個出口（26）係配置於該第一主體部分（32）中，且其中在使用期間，該混合配置浸入至該鋁熔體（10）中，使得該第一入口（18）在該鋁熔體（10）上方且該至少一個第二入口（20）浸入至該鋁熔體（10）中。
如請求項16或17所述之混合配置，其中該可旋轉混合構件（22）具有適用於該混合腔室之細長形狀，且包含經建構以配置於該外殼之該第一主體部分（32）中的第一部分（36），及經建構以配置於該外殼之該第二主體部分（34）中的第二部分（38），且其中該第一部分（36）具備該螺桿狀構件（28）。
如請求項14至18中任一項所述之混合配置，其中在該混合配置之使用期間，該至少一個出口（26）中之一者向下導向，且其中SiC粒子與鋁熔體之該混合物係藉由旋轉該螺桿狀構件（28）而經由該出口推出。
如請求項14至19中任一項所述之混合配置，其中該高度濕潤係由小於90°之接觸角所界定。
一種制動盤，其由具有SiC粒子之鋁熔體所模製，該鋁熔體係由如請求項1至13中任一項所述之系統或由如請求項14至20中任一項所述之混合配置所提供，其中該制動盤具有在15至25 μm之範圍內的枝晶臂間距。