JPH01126445A - 摩擦ディスク - Google Patents

摩擦ディスク

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JPH01126445A
JPH01126445A JP62281853A JP28185387A JPH01126445A JP H01126445 A JPH01126445 A JP H01126445A JP 62281853 A JP62281853 A JP 62281853A JP 28185387 A JP28185387 A JP 28185387A JP H01126445 A JPH01126445 A JP H01126445A
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JP
Japan
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silicon carbide
friction disk
silicon
converted
friction disc
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Yasuhiro Obara
小原 庸博
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Ibiden Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、摩擦ディスクに関し、詳しくは車両、自動車
、航空機などの車輪の回転を摺動摩擦によってコントロ
ールするブレーキディスク等に関する。
(従来の技術) 車両、自動車、航空機などのブレーキディスクには、鋳
鉄やアスベスト、あるいは耐摩耗性を与えたり、摩擦性
能の安定化のため鋳鉄に黒鉛を添加したものが従来より
用いられており、最近ではアスベスト粉の人体や環境に
及ぼす悪影響の点から、炭素結合炭素繊維複合材料から
なる。いわゆるC/C複合体よりなるブレーキディスク
が使用されるようになってきている。
C/C複合体は炭素繊維をフィラメントワインディング
などによって一方向を強化したものや、炭素繊維で編ん
だ布、不織布を重ね合わして二方向を強化したもの、あ
るいは多方向に編み込むことによつて多方向に強化した
ものなどがあり、これらのC/C複合体は機械的強度が
大きく、耐熱性や熱伝導性に優れているため、摩擦熱の
急速な放散が可能であり、高強度で焼付きや腐食、サビ
などが発生しないため、航空機のように高速のものや、
一部の特殊な車両や自動車のブレーキディスクに使用さ
れている。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、従来のC/C複合体より成るブレーキデ
ィスクである摩擦ディスクは強度の点で、強化された方
向は問題なかったが、摺動面の耐摩耗性が不十分であっ
た。
又、高速での摩擦熱は部分的に炭素繊維の酸化反応を開
始させる温度以上になることがあり、その結果、酸化消
耗を起こし、急激な強度劣化が見られた。
本発明はこのような問題点を解決し、高強度で耐摩耗性
と耐酸化性に優れた摩擦ディスクを提供することを目的
とする。
(問題点を解決するための手段) すなわち、本発明はC/C複合体より成る摩擦ディスク
において、その一部又は全部を炭化珪素に転化して成る
摩擦ディスクを脣旨とするものである。
C/C複合体はポリアクリロニトリル、レーヨン、フェ
ノール樹脂等の合成高分子材料を出発原料とする炭素繊
維か、又は石油ピッチ、石炭ピッチ等を出発原料とする
炭素繊維を用いて一次元。
二次元、三次元構造、あるいはもっと高次元の構造に組
み立てられる。
次いでこれらの構造体はフェノール樹脂やフラン樹脂等
の炭化性樹脂な含浸したり、ピッチ類を含浸し、硬化後
、700℃以上で焼成炭化する。
この工程でより緻密て高強度のC/C複合体を得るには
樹脂含浸−硬化一炭化のプロセスを数回綴り返す必要が
ある。
又、この他にも樹脂含浸に換えて、CVD処理によって
熱分解炭素を階素繊維構造体内に均一に沈積させてもよ
い。
このようにして成形加工したC/C複合体より成る摩擦
ディスクの一部又は全部を炭化珪素に。
特に耐摩耗性に優れたβ型炭化珪素に転化させる方法と
しては、珪素蒸気又は各種珪素化合物と反応させるコン
バージョン法、コンバージョン法のガス発生源と同じ充
填剤といっしょに被処理物を埋め込んで加熱処理するバ
ックセメンチージョンを応用した方法がある。最も好ま
しい方法として一酸化珪素ガスと摩擦ディスクを次式の
ように反応させることにより、摩擦ディスクの形状を保
持したまま行うコンバージョン法があげられる。
S i O(g) +2C=S i c+co (g)
この反応は1300℃〜2300℃の温度範囲で加熱す
ることにより進行する。ここで−酸化珪素ガスを発生さ
せるには、ガス発生源として珪素粉と二酸化珪素粉の混
合体、又は炭化珪素粉と二酸化珪素粉の混合体、あるい
は炭素粉と二酸化珪素粉の混合体、その他各種珪素化合
物を1200°C〜2300℃に加熱することにより行
うことができる。
摩擦ディスクの一部又は全部を炭化珪素に転化させるに
は一酸化珪素ガスの発生源と接触しないように同一黒鉛
容器に4を置し、−酸化珪素ガス発生源から摩擦ディス
クの表面へ一酸化珪素ガスを導入して摩擦ディスクの微
細気孔を通して、−酸化珪素ガスを拡散させて珪化反応
を行わせる。
摩擦ディスクの希望する部分だけを炭化珪素層に転化さ
せるには、希望する部分以外は黒鉛板等を当ててマスク
させることによって、−酸化珪素ガスとの接触を断つこ
とにより行うことかできる。。
1!l擦デイスクと一酸化珪素とを反応させてy?擦デ
ィスク表面層を炭化珪素に転化させるとき、処理温度を
1300℃〜2300℃の範囲で選択することによって
摩擦ディスク表面層の珪化層の中に未反応炭素を残留さ
せ、用途に応じて炭化珪素層の割合である珪化率をいろ
いろ変えたものをつくることができる。又、処理温度の
ほかに処理時間を調節することによっても摩擦ディスク
表面の珪化層の厚さをコントロールすることができる。
珪化層の厚さは0.1mm〜3.5mmが好ましい。そ
の他、−酸化珪素の濃度を調節することによって珪化率
、珪化層の厚さをコントロールすることができる。
以上のような方法のほかに、C/C複合体を構成する炭
素繊維自体を前記の方法を用いて、繊維表面層の一部又
は全部を炭化珪素に転化させ、この炭素繊維を用いて1
次元、2次元、又は3次元、あるいはそれ以上の高次元
のC/C複合体に編み上げて樹脂含浸−硬化一炭化ある
いはCVD処理の工程を経てS!擦ディスクを得ること
もてきる。
摩擦ディスクの表面層を炭化珪素に転化した珪化層の中
には未反応炭素を少なくともlO%以Eは残留させてお
くことが望ましい。このことによって炭化珪素成分固有
の耐摩耗性付与効果に炭素成分固有の熱伝導性が加わり
、長時間の使用寿命が保証されるからである。
(発明の作用) 本発明ではC/C複合体より成る摩擦ディスクの表面層
を一酸化珪素ガスを浸透拡散させ、摩擦ディスク自体と
反応させて炭化珪素に転化させることが特徴となってお
り、CVD法やPVD法。
あるいは、メツキ、溶射、塗布のような方法を使って炭
素繊維の上に各種物質を沈積被膜化したものとは根本的
に違っている。
つまり、CVD法やPVD法、あるいはメツキ、溶射、
塗布などによって得られた炭素繊維表面は各種の沈積被
膜物質と炭素繊維表面がファン・デル・ワールスカ等に
よる物理的接着のみで結合しており、このような炭素繊
維より成るC/C複合体の摩擦ディスクを用いた場合、
高温高圧下での繰り返し使用では沈積被膜物質が熱膨張
差や剪断応力等が原因となって剥離を起こし、耐摩耗性
、耐酸化性を早期に損う。
しかし、本発明の摩擦ディスクの表面層は素材が最も安
定で化学的に腐食されない耐酸化性と耐摩耗性に優れた
炭化珪素が主成分であり、摩擦ディスクの表層自体が一
酸化珪素と反応して炭化珪素に変化したものであるから
境界は完全な連続の組織となっており、高温高圧下での
繰り返し使用によって珪化層が剥離することはなく長期
にわたって耐酸化性、耐摩耗性を確保する。
次に、本発明を実施例によつて具体的に説明する。
(実施例) 実施例1 炭素繊維で編んだ布を重ね合わせてフェノール樹脂に含
浸した後、ホットプレスを用いて150k g / c
 rn’の圧力で加圧硬化させ、直径250mmΦ、厚
さ1’5 m mの成形体を得た。これを900°Cで
焼成炭化しC/C複合体より成る摩擦ディスクを得た。
ここで、得られた摩擦ディスクに更に4回フェノール樹
脂含浸と焼成炭化を繰り返し、密度1.58g/cm″
、曲げ強さ1150kg/cm″AG、弾性率1300
kg/mm2の摩擦ディスクを作製した。
この摩擦ディスクを珪素粉と二酸化珪素粉の混合成形体
1.5kg (モル比1:1)と接触しないように同一
黒鉛容器に入れ密閉し、1800”Cで加熱し、この温
度で90分間保持して1表面層を炭化珪素に転化した。
この処理の結果、第1図の断面図に示すようにC/C#
1合体(3)の表面層が約2.6mmの厚さで未反応炭
素を含んだβ型炭化珪素に転化した層(2)を持った摩
擦ディスク(1)を作製した。
炭化珪素に転化した層(2)は第2図の略図に示したよ
うに、表面から約2.6mmの厚さで炭化珪素に添加し
た部分(5)と未反応炭素部分(6)からなる炭素繊維
、及び炭化珪素に転化した部分(7)と未反応炭素(8
)からなる炭素マトリックスより構成されている。
以上のようにして得られた表面層を炭化珪素に転化した
C/C複合体より成る摩耗ディスクの密度は1.61g
/crn’、曲げ強度1820kg/Cゴ、弾性率19
10kg/mm2となった。
この摩擦ディスクを600℃の空気雰囲気中に置き、1
00時間後の酸化消耗率を測定した結果1表面層を炭化
珪素に転化していない従来の摩擦ディスクの酸化消耗率
の約1/15であった。
又、この摩擦ディスクを相手材ステンレス鋼の回転体に
、圧力588Nで接して摩耗率を測定した結果、表面層
を炭化珪素に転化していない従来の摩擦ディスクの摩耗
率の約173であった。
実施例2 第3図に示したように、表面層をβ型炭化珪素に転化し
た!(5)を持った炭素繊維を用いて2次元の布を作製
し、これを重ね合わせてフェノール樹脂に含浸した後、
ホットプレスを用いて150k g / c m″の圧
力で加圧硬化させ、直径250mmΦ、厚さ15mmの
成形体を得た。これを900℃で焼成、炭化しC/C複
合体より成る摩擦ディスクを作製した。この摩擦ディス
クに更に4回フェノール樹脂含浸と焼成炭化を繰り返し
密度1.59g/cm″、曲げ強さ1470kg/c 
rn’ A G、弾性率14 ’) Ok g / m
 m ”のa!擦ディスクを得た。
この摩擦ディスクを600℃の空気雰囲気中に置き、1
00時間後の酸化消耗率を測定した結果、炭化珪素に転
化していない従来のffi擦ディスクの酸化消耗率の約
l/20であった。
又、この摩擦ディスクを相手材ステンレス鋼の回転体に
、圧力588Nで接して摩耗率を測定した結果、炭化珪
素に転化していない従来の摩擦ディスクの摩耗率の約1
72であった。
実施例3 実施例1と同様に、炭素繊維で編んだ布を重ね合わせて
フェノール樹脂に含浸した後、ホットプレスを用いて1
50kg/crn’の圧力で加圧硬化させ、直径250
mmΦ、厚さ15mmの成形体を得た。これを900℃
で焼成炭化しC/C#1合体より成る摩擦ディスクを得
た。
ここで、得られたPl!擦ディスクに更に4回フェノー
ル5JWfI含浸と焼成炭化を訝り返し、密度1.58
g/crn”、曲げ強さ1080kg/cm″AG、弾
性率1300kg/mm2の摩擦ディスクを作製した。
この摩擦ディスクを炭素粉と二酸化珪素粉の混合粉1k
g(モル比3:l)といっしょに黒鉛製容器内に充填し
、1800℃で加熱し、この温度で1時間保持した。
この処理の結果1表面層をβ型炭化珪素に転化したC/
C複合体より成る摩耗ディスクを得た。
この摩擦ディスクを600℃の空気雰囲気中に置き、1
00時間後の酸化消耗率を測定した結果、表面層を炭化
珪素に転化していない従来の摩擦ディスクの酸化消耗率
の約1712であった。
又、こめ摩擦ディスクを相手材ステンレス鋼の回転体に
、圧力588N″r!接して摩耗率を測定した結果、表
面層を炭化珪素に転化していない従来の摩擦ディスクの
摩耗率の約1/3であった。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明の摩擦ディスクは、その一
部又は全部を炭化珪素に転化させているため、摩擦熱に
よって炭素繊維が酸化反応を開始する温度の500℃を
越えることがあっても、表面層の炭化珪素によって酸化
消耗はおさえられ、急激なる強度劣化を起こさないので
安心して使える。
又、本発明の摩擦ディスクはその表面層の炭化珪素によ
って、炭化珪素固有の耐摩耗性付与効果と炭素繊維の熱
伝導性、熱放散性材ヶ効果によって、耐摩耗性のある熱
放散性に優れた摩耗ディスクを提供する。
さらに、本発明の摩擦ディスクは炭化珪素によって強化
された炭素繊維より成る摩擦ディスクの構造になってい
るので、従来の炭素繊維の編み構造によって機械的強度
をもたせた摩擦ディスクに較べ、高強度、高弾性のもの
を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る摩擦ディスクの断面図、第2図は
第1図A部の模式的にあられたし拡大図、第3図は珪化
処理前、珪化処理後の炭素繊維の断面図である。 符  号  の  説  明 l・・・摩擦ディスク。 2・・・未反応炭素を含んだ炭化珪素に転化した層。 3−C/ C複合体、4−・・炭素繊維、5−・・炭素
繊維の炭化珪素に転化した部分、6−炭素a腫の未反応
WN部分、7−・・炭素マトリックスの炭化珪素に転化
した部分、8−*素マトリックスの未反応炭素部分。 (以 上) 第3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  C/C複合体より成る摩擦ディスクにおいて、その一
    部又は全部を炭化珪素に転化して成る摩擦ディスク。
JP62281853A 1987-11-06 1987-11-06 摩擦ディスク Granted JPH01126445A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04506953A (ja) * 1989-07-25 1992-12-03 ダンロップ・エアロスペース・リミテッド 炭素―炭素複合体
FR2696219A1 (fr) * 1992-09-30 1994-04-01 Dunlop Ltd Disque de frein en matériau composite au carbone et empilement de disques de frein comportant ce disque.
WO1997022815A1 (en) * 1995-12-15 1997-06-26 Sab Wabco (Bromborough) Limited Friction engaging device

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