專利名稱：生產(chǎn)由帶有金屬轂的陶瓷部件組成的制動(dòng)片的方法
目前，對(duì)重負(fù)荷制動(dòng)有以下要求它們必需在短時(shí)間內(nèi)、甚至在制動(dòng)以后立即將大量的(動(dòng))能量轉(zhuǎn)變成熱量(也就是大多數(shù)在熱的階段)，它們必需不顯著損失效率，與車輛軸的摩擦連接必需在減速過(guò)程中經(jīng)受住大的扭矩。
同時(shí)，為了保持驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，要求制動(dòng)單元盡可能輕，而減速軸盡可能小。還期望這樣選擇制動(dòng)片和制動(dòng)塊的材料配對(duì)，以致使更容易更換的制動(dòng)塊在材料配對(duì)內(nèi)有較大的磨損。
今天大多數(shù)重負(fù)荷制動(dòng)以盤式制動(dòng)的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，制動(dòng)片主要由鋼或鑄鐵組成。在操作溫度為約250至約600℃的制動(dòng)中(例如I式賽車或飛機(jī))，由碳纖維增強(qiáng)的炭制成的制動(dòng)片已成功地被應(yīng)用。但是，這種材料在高溫下在表面處被氧化，所以就長(zhǎng)期使用來(lái)說(shuō)有不利的性質(zhì)。正如大家熟悉的，用碳纖維網(wǎng)增強(qiáng)的碳化硅基質(zhì)的陶瓷復(fù)合材料性能更有利(WO 97/22815)。從而使碳纖維的高尺寸穩(wěn)定性和高勁度與碳化硅有利的耐磨性能相結(jié)合，特別是與它的極好氧化穩(wěn)定性和熱特性相結(jié)合。這一應(yīng)用描述為，將這一陶瓷復(fù)合材料的各部分研磨成所需的形狀，然后固定在車轂和輪輻之間的鋼支承上。
陶瓷、特別是陶瓷復(fù)合材料的加工是昂貴的，幾乎不能自動(dòng)化大規(guī)模生產(chǎn)。
所以，本發(fā)明的目的是提供一種使制動(dòng)片連續(xù)生產(chǎn)成為可能的方法，該制動(dòng)片的陶瓷部分、特別是陶瓷復(fù)合材料用作為摩擦面。
這一目的通過(guò)一種生產(chǎn)有由陶瓷材料、特別是復(fù)合材料制成的摩擦面的制動(dòng)片的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中將至少一個(gè)陶瓷部分放在壓鑄模中，并通過(guò)在壓力下澆鑄，用熔融的金屬使它與旋轉(zhuǎn)上對(duì)稱的金屬體連接，后者含有至少一個(gè)相對(duì)于金屬體的旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱排列的陶瓷(復(fù)合材料)部分，并從金屬體的至少一個(gè)表面垂直于軸突出出來(lái)。
因此，陶瓷元件在模中的位置這樣來(lái)選擇，以致模的(對(duì)稱性)軸和以一個(gè)半徑值圍繞這一軸的區(qū)域是空的，也即不設(shè)有陶瓷部分，該半徑優(yōu)選為成品制動(dòng)片半徑的至少1/10和至多2/3。圍繞軸的這一區(qū)域的尺寸的要點(diǎn)是，制動(dòng)減速引起的扭矩可傳遞給旋轉(zhuǎn)軸。
優(yōu)選的是，(靠近對(duì)稱軸的)中心部分轂以槽的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
陶瓷部分可能有任何截面，它們的數(shù)目為至少1個(gè)、優(yōu)選2-80個(gè)、特別是4-40個(gè)。各部分必需相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱排列，同樣可同時(shí)使用不同尺寸或不同形狀的部分，只要每一部分與至少一個(gè)其他部分一起滿足對(duì)稱條件，本身是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的。但是，優(yōu)選所有的陶瓷部分有相同的尺寸。陶瓷部分的截面可為圓形、橢圓形或V型，但是矩形或不規(guī)則四邊形也可使用。
原則上，已知的所有陶瓷材料都可用作陶瓷材料；但是，由于溫度負(fù)荷，這樣的材料是優(yōu)選的，它們?cè)谥苿?dòng)過(guò)程出現(xiàn)的高溫下不會(huì)氧化降解，甚至在這些溫度下仍有足夠高的硬度。具體地說(shuō)，這樣的材料是纖維增強(qiáng)的陶瓷，優(yōu)選用碳纖維或金屬須絲增強(qiáng)的陶瓷。由于碳化硅和其他非氧化的陶瓷例如氮化硅有利的熱性質(zhì)、大的硬度以及由于化學(xué)穩(wěn)定性，它們是特別優(yōu)選的。各種碳化硅陶瓷例如RSiC(重結(jié)晶的碳化硅)、SSiC(燒結(jié)的SiC)和SiSiC(硅滲透的碳化硅)尤其適用，特別是碳纖維增強(qiáng)的SiC(C/SiC)。
用作支承和力一傳遞部分的金屬必需在低于陶瓷分解溫度下熔融，甚至它必需在升溫下、在扭轉(zhuǎn)中有足夠高的勁度，以便使所需的力傳到制動(dòng)片中，它的熱膨脹不應(yīng)與陶瓷有太大的差別，且它必需對(duì)陶瓷沒有(化學(xué))侵蝕。在與碳纖維增強(qiáng)的、硅滲透的碳化硅的陶瓷組合中，鋁是適用的，當(dāng)在合金中至少有40％鋁的鋁合金時(shí)。
制動(dòng)片的生產(chǎn)以這樣的方式進(jìn)行，以致用適合的自動(dòng)安裝設(shè)備將陶瓷部分對(duì)稱地放置在壓鑄模中。然后在約5至約500巴的壓力下將熔融的金屬注入到這一模中。預(yù)熱壓鑄模是有好處的。在金屬固化以后，照常規(guī)將模打開，取出部件，再次用陶瓷插入件裝入模中，此后再一次進(jìn)行注入步驟。如果需要，然后可將冷卻后的部件再進(jìn)行加工。
如果只使用一個(gè)陶瓷部分，它在旋轉(zhuǎn)上是對(duì)稱的，優(yōu)選為環(huán)形的。優(yōu)選的是，環(huán)狀物在靠近軸的一側(cè)有單個(gè)的元件，優(yōu)選至少兩個(gè)這樣的元件，所述的元件對(duì)旋轉(zhuǎn)軸是突出的或凹進(jìn)的。由于這些元件，使陶瓷和金屬之間的摩擦連接改善。在本發(fā)明中，還可能通過(guò)靠近軸的金屬部分在進(jìn)行上述的壓鑄法時(shí)將兩個(gè)或兩個(gè)以上這樣環(huán)狀片連接。在這一實(shí)施方案的情況下，現(xiàn)已證明，除了已描述的槽形轂外，在兩個(gè)片之間模制這樣的金屬元件是有利的，在推動(dòng)器或葉輪的意義上講，所述的金屬元件在兩片之間產(chǎn)生空氣流，它們將在制動(dòng)過(guò)程中由于能量損失產(chǎn)生的熱量更迅速地帶走。
用以下實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例1用手將36個(gè)V型C/SiC部分(長(zhǎng)=約65毫米，寬=約18/約10.6毫米，高=32毫米)放入壓鑄模。在壓鑄模中以這樣的方式為這些部分提供深度為10毫米的幾何匹配的凹槽，以致單個(gè)部分形成外徑320毫米和內(nèi)徑190毫米的分段的圓。在單個(gè)部分之間有10毫米的寬縫。在隨后的壓鑄過(guò)程中，這些縫隙用鋁合金(Al-Si12Fe)填滿，它使各單個(gè)部分固定到12毫米厚的Al支承結(jié)構(gòu)中，從而制成摩擦環(huán)，同時(shí)這一摩擦環(huán)與同樣在壓鑄過(guò)程中形成的Al合金槽連接。為了進(jìn)行壓鑄，將鑄模加熱到300℃。隨后，在約50巴的壓力下，將預(yù)熱到680℃的Al合金注入到鑄模中。在熔融物固化以后，將摩擦單元從模中取出；在冷卻到室溫以后進(jìn)行機(jī)械加工，也就是研磨摩擦表面。
實(shí)施例2用手將外徑320毫米和內(nèi)徑190毫米的C/SiC環(huán)形部分放在壓鑄模中。在這一環(huán)形物的環(huán)形內(nèi)邊上有10毫米長(zhǎng)的齒。在隨后的壓鑄中通過(guò)這些齒連接在槽上。這些齒因此用合金熔融物包圍。
為了進(jìn)行壓鑄，將鑄模預(yù)熱到300℃。隨后在大約50巴的壓力下將預(yù)熱到680℃的鋁合金注入鑄模。熔融體固化以后，從模中取出摩擦單元；冷卻到室溫以后進(jìn)行機(jī)械加工，也就是研磨表面。
權(quán)利要求
1．生產(chǎn)具有由陶瓷材料、特別是復(fù)合材料制成的摩擦面的制動(dòng)片的方法，其中將至少一個(gè)陶瓷部分放在壓鑄模中，然后通過(guò)在壓力下澆鑄，用熔融的金屬將它與一個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱體連接，后者含有至少一個(gè)相對(duì)于金屬體的旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱排列的陶瓷(復(fù)合)部分且在垂直于軸的金屬體的至少一個(gè)面上含有突出物。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，將由陶瓷制成的環(huán)狀片放入。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，將至少兩個(gè)陶瓷部分放入，它們作為平行的環(huán)狀片排列。
4．根據(jù)權(quán)利要求2或3的方法，其特征在于，環(huán)狀片向軸突出或離開軸凹進(jìn)，它們改善了金屬和陶瓷之間的摩擦連接。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，靠近軸的金屬部分制成槽形轂。
6．根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，金屬部分在兩片之間排列，該兩片有推動(dòng)器或葉輪的作用，使得在兩片之間產(chǎn)生空氣流，在內(nèi)通風(fēng)的意義上，該空氣流使這些片冷卻。
7．可根據(jù)權(quán)利要求1的方法生產(chǎn)的制動(dòng)片。
8．可根據(jù)權(quán)利要求2的方法生產(chǎn)的制動(dòng)片。
9．可根據(jù)權(quán)利要求3的方法生產(chǎn)的制動(dòng)片。
10．可根據(jù)權(quán)利要求6的方法生產(chǎn)的制動(dòng)片，其中在兩片之間排列的金屬部分產(chǎn)生推動(dòng)器或葉輪的作用，它在兩片之間產(chǎn)生空氣流，在內(nèi)通風(fēng)的意義上，該空氣流使這些片冷卻。
全文摘要
生產(chǎn)具有由陶瓷材料、特別是復(fù)合材料制成的摩擦面的制動(dòng)片的方法，其中將至少一個(gè)陶瓷部分放入壓鑄模，并通過(guò)壓力下澆鑄，用熔融的金屬將它與旋轉(zhuǎn)上對(duì)稱的金屬體連接，所述金屬體含有至少一個(gè)相對(duì)于金屬體的旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱排列的陶瓷(復(fù)合)部分和在金屬體的至少一個(gè)面上有垂直于軸的突出物。
文檔編號(hào)F16D65/12GK1318137SQ00801452
公開日2001年10月17日 申請(qǐng)日期2000年6月16日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月25日
發(fā)明者U·格魯博, M·海因, A·基茲勒 申請(qǐng)人:Sgl阿科泰克有限公司