TWI690437B

TWI690437B - 碳陶瓷煞車碟盤

Info

Publication number: TWI690437B
Application number: TW108105362A
Authority: TW
Inventors: 程一誠; 翁炳志; 莊明志; 黃金堂; 梁記偉
Original assignee: 國家中山科學研究院
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2019-02-15
Publication date: 2020-04-11
Also published as: TW202031535A

Abstract

一種碳陶瓷煞車碟盤，其包括：一煞車碟盤，該煞車碟盤為碳陶瓷複合材料環狀碟盤，該煞車碟盤之中央為一簍空結構，該煞車碟盤具有複數螺絲孔洞，該複數螺絲孔洞設置於該簍空結構之周圍，其中，該煞車碟盤之兩側係為一第一側面及一第二側面；複數金屬襯套，設置於相對應之該複數螺絲孔洞內，且該複數金屬襯套設置於該第一側面；一膠體，係用於固定該複數螺絲孔洞與該複數金屬襯套，藉此，該碳陶瓷煞車碟盤具有重量輕、耐熱度、抗變形的性能，並提高陶瓷煞車碟盤製作良率，及延長陶瓷煞車碟盤使用壽命。

Description

碳陶瓷煞車碟盤

本發明係關於一種碳陶瓷煞車碟盤，特別是關於一種具延長使用壽命結構之碳陶瓷煞車碟盤。

習知常見的煞車裝置為鼓式煞車與碟式煞車兩種，而這兩種煞車裝置都是利用來令片去磨擦煞車鼓或是煞車碟盤，透過摩擦力來達到減速的功效，同時煞車碟盤與輪圈連接，達到使車輛減速或停止的目的。

一般市面上常見到的煞車碟盤，係以不鏽鋼或鋁合金等金屬材質作為主要構成物，但是金屬煞車碟盤的重量較重，其耐熱度與抗變形等性能也比較差，且其摩擦係數隨溫度升高而降低，因此於高速競賽時，加裝金屬煞車碟盤不僅會增加該車輛整體重量，且於長時間致動時生熱時，易發生制動力下滑與煞車碟盤變形的情況。

陶瓷具備硬度、耐磨、耐高溫等特性，因此常被運用於光電、半導體、與電器設備上，純陶瓷材料不具備延展性，使其應用範圍受到限制，利用碳纖維布韌化之陶瓷複合材料，可彌補上述的缺點，並保持陶瓷的優點，可以應用在更廣泛的領域，例如：以碳纖維/陶瓷複合材料所製成的陶瓷煞車碟盤，具備導熱性良好，且熱輻射係數高而散熱性優異，摩擦係數不會因為溫度上升而下降等優點，因此在劇烈煞車產生高溫的情形下，比金屬煞車碟盤更安全，碳/陶瓷煞車碟盤已普遍應用於比賽型的重機與賽車，甚至用在一般高級房車。

雖然陶瓷複合材料具由上述優點，但習知使用陶瓷複合材料製作煞車碟盤，會面臨陶瓷不具備延展性而易脆或易裂的缺點，尤其是在煞車碟盤與輪圈的固定處，不論是鎖螺絲固定或煞車時，皆會對該部位造成較大的應力，容易損壞陶瓷煞車碟盤。

因此目前業界亟需發展一種陶瓷煞車碟盤，藉由結構及材料的改良，改善陶瓷煞車碟盤承受應力性能，藉此提高陶瓷煞車碟盤製作良率，及延長陶瓷煞車碟盤使用壽命。

鑒於上述習知技術之缺點，本發明之主要目的在於提供一種碳陶瓷煞車碟盤，整合一碳陶瓷煞車碟盤及一膠體，藉此，該碳陶瓷煞車碟盤具有重量輕、耐熱度、抗變形的性能，並提高陶瓷煞車碟盤製作良率，及延長陶瓷煞車碟盤使用壽命。

為了達到上述目的，根據本發明所提出之一方案，提供一種碳陶瓷煞車碟盤，係包括：一煞車碟盤，該煞車碟盤可為碳陶瓷複合材料環狀碟盤，該煞車碟盤之中央為一簍空結構，該煞車碟盤具有複數螺絲孔洞，該複數螺絲孔洞可設置於該簍空結構之周圍，其中，該煞車碟盤之兩側為一第一側面及一第二側面；複數金屬襯套，設置於相對應之該複數螺絲孔洞內，且該複數金屬襯套可皆設置於該第一側面；一膠體，可用於固定該複數螺絲孔洞與該複數金屬襯套。

本發明之碳陶瓷煞車碟盤，其中，該碳陶瓷複合材料可以陶瓷膠液及碳纖維布製備而成，該碳陶瓷複合材料之製備方法步驟包含：(A)：以一陶瓷膠液與一碳纖維布製成一預浸布；(B)：以熱壓機加壓該預浸布，製成一碳陶瓷複合材料；(C)：將該碳陶瓷複合材料置於一滲膠模具中，滲入陶瓷前驅體至該碳陶瓷複合材料，在進行熱處理該碳陶瓷複合材料；(D)：重複步驟(C)，製成一定密度之碳陶瓷複合材料。

本發明之碳陶瓷煞車碟盤，其中，該膠體之材料可選自石墨膠、環氧樹脂、酚醛樹脂所組成之群組。

本發明之碳陶瓷煞車碟盤，其中，該碳陶瓷複合材料可為重量比例範圍為50至80%之陶瓷與重量比例範圍為20之50%之碳纖維。

本發明之碳陶瓷煞車碟盤，其中，更包含一第一層纖維強化樹脂布設置該複數金屬襯套與該複數螺絲孔洞之間隙。

本發明之碳陶瓷煞車碟盤，其中，更包含複數層纖維強化樹脂布設置該簍空結構之周圍，且該複數層纖維強化樹脂布可設置於該第一側面上，使該複數層纖維強化樹脂布係與該複數金屬襯套具有相同高度。

本發明之碳陶瓷煞車碟盤，其中，該複數層纖維強化樹脂布可為一包圍該簍空結構之環型結構。

本發明之碳陶瓷煞車碟盤，其中，該纖維強化樹脂布之纖維材料可選自碳纖維、石墨纖維、玻璃纖維所組成之群組，該纖維強化樹脂布之樹脂材料可選自石墨膠、環氧樹脂、酚醛樹脂所組成之群組。

以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本創作達到預定目的所採取的方式、手段及功效。而有關本創作的其他目的及優點，將在後續的說明及圖式中加以闡述。

1100‧‧‧煞車碟盤

1110‧‧‧簍空結構

1120‧‧‧螺絲孔洞

1131‧‧‧第一側面

1132‧‧‧第二側面

1200‧‧‧金屬襯套

1300‧‧‧膠體

2100‧‧‧煞車碟盤

2110‧‧‧簍空結構

2120‧‧‧螺絲孔洞

2131‧‧‧第一側面

2132‧‧‧第二側面

2200‧‧‧金屬襯套

2300‧‧‧膠體

2400‧‧‧第一層纖維強化樹脂布

3100‧‧‧煞車碟盤

3110‧‧‧簍空結構

3120‧‧‧螺絲孔洞

3131‧‧‧第一側面

3132‧‧‧第二側面

3200‧‧‧金屬襯套

3300‧‧‧膠體

3400‧‧‧第一層纖維強化樹脂布

3410‧‧‧複數層纖維強化樹脂布

第一圖係為本發明碳陶瓷煞車碟盤實施例一之正面結構示意圖；第二圖係為本發明碳陶瓷煞車碟盤實施例一之剖面結構示意圖；第三圖係為本發明碳陶瓷煞車碟盤實施例二之正面結構示意圖；第四圖係為本發明碳陶瓷煞車碟盤實施例二之剖面結構示意圖；第五圖係為本發明碳陶瓷煞車碟盤實施例三之正面結構示意圖；第六圖係為本發明碳陶瓷煞車碟盤實施例三之剖面結構示意圖。

以下係藉由特定的具體實例說明本創作之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本創作之優點及功效。

本發明之碳陶瓷複合材料可以陶瓷膠液與碳纖維布製成預浸布，預浸布裁剪所須尺寸及片數，以熱壓機加壓，製成陶瓷複合材料，再在滲膠模具中，滲入陶瓷前驅體，熱處理陶瓷前驅體轉化為陶瓷；將碳陶瓷複合材料運用在煞碟盤上，陶瓷之作用可做為摩擦材，以利煞車時的咬合；而碳纖維則提供此碟煞盤絕佳的機械強度，由於該碳陶瓷材料之所有組成物皆具有高溫熱穩定性，故能賦予煞車碟盤表面不因煞車作動時之昇溫而改變性質，或因熱應力而產生變形的特性，且其耐候性、抗腐蝕性會優於金屬基或高分子基複合材料。

本發明所提之碳陶瓷複合材料，該碳陶瓷複合材料可經由下列步驟製備：(A)：以一陶瓷膠液與一碳纖維布製成一預浸布；(B)：以熱壓機加壓該預浸布，製成一碳陶瓷複合材料；(C)：將該碳陶瓷複合材料置於一滲膠模具中，滲入陶瓷前驅體至該碳陶瓷複合材料，在進行熱處理該碳陶瓷複合材料；(D)：重複步驟(C)，製成一定密度之碳陶瓷複合材料；藉此，該碳陶瓷複合材料可改善習知技術之缺點，形成一定厚度及強度之碳陶瓷複合材料。

請參閱第一至二圖，係為本發明之碳陶瓷煞車碟盤之實施例一示意圖，如第一圖所示，本實施例之碳陶瓷煞車碟盤包括：一煞車碟盤(1100)，該煞車碟盤(1100)為碳陶瓷複合材料環狀碟盤，該煞車碟盤(1100)之中央為一簍空結構(1110)，該簍空結構(1110)可為圓形形狀，該煞車碟盤(1100)具有複數螺絲孔洞，該複數螺絲孔洞設置於該簍空結構(1110)之周圍，更佳地，該複數螺絲孔洞可等間距分佈於該簍空結構(1110)之周圍，其中，該煞車碟盤(1100)之兩側為一第一側面及一第二側面；複數金屬襯套(1200)，設置於相對應之該複數螺絲孔洞內，且該複數金屬襯套(1200)皆設置於該第一側面；一膠體，用於固定該複數螺絲孔洞與該複數金屬襯套(1200)。

第二圖為本實施例之局部側面剖面圖，如第二圖所示，該煞車碟盤(1100)之中央為簍空結構(1110)，該煞車碟盤(1100)具有複數螺絲孔洞(1120)，該複數螺絲孔洞(1120)設置於該簍空結構(1110)之周圍，其中，該煞車碟盤(1100)之兩側為第一側面(1131)及第二側面(1132)，該第二側面(1232)可為該煞車碟盤用於剎車系統時，面對輪圈之一側；該複數金屬襯套(1200)設置於相對應之該複數螺絲孔洞(1120)內，且該複數金屬襯套(1200)皆設置於該第一側面(1131)，更佳地，該金屬襯套(1200)設置於螺絲孔洞(1120)時，該金屬襯套(1200)自該第一側面(1131)置入該螺絲孔洞(1120)，該金屬襯套(1200)穿過該螺絲孔洞(1120)但不突出於該第二側面(1132)，該金屬襯套(1200)之蓋環可突出於該第一側面(1131)；該膠體(1300)用於固定該複數螺絲孔洞(1120)與該複數金屬襯套(1200)，該膠體(1300)可酌量設置於該複數螺絲孔洞(1120)之內側，使該複數金屬襯套(1200)設置於該複數螺絲孔洞(1120)時，該膠體(1300)加以固化兩者連結關係。

請參閱第三至四圖，係為本發明之碳陶瓷煞車碟盤之實施例二示意圖，如第三圖所示，本實施例之碳陶瓷煞車碟盤包括：一煞車碟盤(2100)，該煞車碟盤(2100)為碳陶瓷複合材料環狀碟盤，該煞車碟盤(2100)之中央為一簍空結構(2110)，該簍空結構(2110)可為圓形形狀，該煞車碟盤 (2100)具有複數螺絲孔洞，該複數螺絲孔洞設置於該簍空結構(2110)之周圍，更佳地，該複數螺絲孔洞可等間距分佈於該簍空結構(2110)之周圍，其中，該煞車碟盤(2100)之兩側為一第一側面及一第二側面；複數金屬襯套(2200)，設置於相對應之該複數螺絲孔洞內，且該複數金屬襯套(2200)皆設置於該第一側面；一膠體，用於固定該複數螺絲孔洞與該複數金屬襯套(2200)，一第一層纖維強化樹脂布(2400)設置該複數金屬襯套(2200)與該複數螺絲孔洞之間隙。

第四圖為本實施例之局部側面剖面圖，如第四圖所示，該煞車碟盤(2100)之中央為簍空結構(2110)，該煞車碟盤(2100)具有複數螺絲孔洞(2120)，該複數螺絲孔洞(2120)設置於該簍空結構(2110)之周圍，其中，該煞車碟盤(2100)之兩側為第一側面(2131)及第二側面(2132)，該第二側面(2132)可為該煞車碟盤用於剎車系統時，面對輪圈之一側；該複數金屬襯套(2200)設置於相對應之該複數螺絲孔洞(2120)內，且該複數金屬襯套(2200)皆設置於該第一側面(2131)，該第一層纖維強化樹脂布(2400)設置該複數金屬襯套(2200)與該複數螺絲孔洞(2120)之間隙，該第一層纖維強化樹脂布(2400)可為包圍該簍空結構(2110)之環型結構，更佳地，該金屬襯套(2200)設置於螺絲孔洞(2120)時，先設置該第一層纖維強化樹脂布(2400)於該簍空結構(2110)之周圍，該金屬襯套(2200)再自該第一側面(2131)置入該螺絲孔洞(2120)，該金屬襯套(2200)穿過該螺絲孔洞(2120)但不突出於該第二側面(2132)，該金屬襯套(2200)之蓋環可突出於該第一側面(2131)；該膠體(2300)用於固定該複數螺絲孔洞(2120)與該複數金屬襯套(2200)，該膠體(2300)可酌量設置於該複數螺絲孔洞(2120)之內側，使該複數金屬襯套(2200)設置於該複數螺絲孔洞(2120)時，該膠體(2300)加以固化兩者連結關係。

請參閱第五至六圖，係為本發明之碳陶瓷煞車碟盤之實施例三示意圖，如第五圖所示，本實施例之碳陶瓷煞車碟盤包括：一煞車碟盤(3100)，該煞車碟盤(3100)為碳陶瓷複合材料環狀碟盤，該煞車碟盤(3100)之中央為一簍空結構(3110)，該簍空結構(3110)可為圓形形狀，該煞車碟盤(3100)具有複數螺絲孔洞，該複數螺絲孔洞設置於該簍空結構(3110)之周圍，更佳地，該複數螺絲孔洞可等間距分佈於該簍空結構(3110)之周圍，其中，該煞車碟盤(3100)之兩側為一第一側面及一第二側面；該複數金屬襯套(3200)設置於相對應之該複數螺絲孔洞內，且該複數金屬襯套(3200)皆設置於該第一側面；一膠體，用於固定該複數螺絲孔洞與該複數金屬襯套(3200)，一第一層纖維強化樹脂布(3400)設置該複數金屬襯套(3200)與該複數螺絲孔洞之間隙，更包含複數層纖維強化樹脂布設置該簍空結構(3110) 之周圍，且該複數層纖維強化樹脂布設置於該第一側面上，使該複數層纖維強化樹脂布與該複數金屬襯套(3200)具有相同高度。

第六圖為本實施例之局部側面剖面圖，如第六圖所示，該煞車碟盤(3100)之中央為簍空結構(3110)，該煞車碟盤(3100)具有複數螺絲孔洞(3120)，該複數螺絲孔洞(3120)設置於該簍空結構(3110)之周圍，其中，該煞車碟盤(3100)之兩側為第一側面(3131)及第二側面(3132)，該第二側面(3132)可為該煞車碟盤用於剎車系統時，面對輪圈之一側；複數金屬襯套(3200)，設置於相對應之該複數螺絲孔洞(3120)內，且該複數金屬襯套(3200)皆設置於該第一側面(3131)，該第一層纖維強化樹脂布(3400)設置該複數金屬襯套(3200)與該複數螺絲孔洞(3120)之間隙，該第一層纖維強化樹脂布(3400)可為包圍該簍空結構(3110)之環型結構，更佳地，該金屬襯套(3200)設置於螺絲孔洞(3120)時，先設置該第一層纖維強化樹脂布(3400)於該簍空結構(3110)之周圍，該金屬襯套(3200)再自該第一側面(3131)置入該螺絲孔洞(3120)，該金屬襯套(3200)穿過該螺絲孔洞(3120)但不突出於該第二側面(3132)，該金屬襯套(3200)之蓋環可突出於該第一側面(3131)；該膠體(3300)用於固定該複數螺絲孔洞(3120)與該複數金屬襯套(3200)，該膠體(3300)可酌量設置於該複數螺絲孔洞(3320)之內側，使該複數金屬襯套 (3200)設置於該複數螺絲孔洞(3120)時，該膠體(3300)加以固化兩者連結關係，該複數層纖維強化樹脂布(3410)設置該簍空結構(3110)之周圍，且該複數層纖維強化樹脂布(3410)設置於該第一側面(3131)上，使該複數層纖維強化樹脂布(3410)與該複數金屬襯套(3200)具有相同高度，更佳地，該複數層纖維強化樹脂布(3410)可設置於該第一層纖維強化樹脂布(3400)上面，使該複數層纖維強化樹脂布(3410)與該複數金屬襯套(3200)具有相同高度。

習知使用陶瓷複合材料製作煞車碟盤，會面臨陶瓷不具備延展性而易脆或易裂的缺點，尤其是在煞車碟盤與輪圈的固定處，不論是鎖螺絲固定或煞車時，皆會對該部位造成較大的應力，容易損壞陶瓷煞車碟盤，本發明提出三種方案以解決習知碳陶瓷煞車碟盤缺點，實施例一藉由金屬襯套作為與車輪輪圈固定之螺絲與碳陶瓷煞車碟盤之間緩衝媒介，提高碳陶瓷煞車碟盤之韌性；實施例二增設一層纖維強化樹脂布，因纖維強化樹脂布強度高碳陶瓷複材一倍及增加整體厚度，進一步提高碳陶瓷煞車碟盤之韌性及強度；實施例三增設複數層纖維強化樹脂布更進一步提高碳陶瓷煞車碟盤之韌性及強度，由於因碳陶瓷複合材料之密度係約為2.2g/cm³低於金屬煞車碟盤之密度(一般煞車碟盤使用金屬之密度約為7.85g/cm³)，故使用碳陶瓷複合材料可降低煞車碟盤之重量進而有效提升煞車碟盤之性能。

根據上述論述，可得出本發明改良之碳陶瓷煞車碟盤具有下列優點：1.剎車靈敏度提升；2.提昇操控性能；3.耐高溫性更佳；4.輕量化-重量只有同尺寸金屬煞車碟盤50%-70%，有助提昇懸吊性能；5.不需要預熱就可以產生優異的制動力；6.散熱佳-延長卡鉗壽命。

上述之實施例僅為例示性說明本創作之特點及功效，非用以限制本創作之實質技術內容的範圍。任何熟悉此技藝之人士均可在不違背創作之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與變化，因此，本創作之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。