成形复合材料制造技术

本发明专利技术涉及成形复合材料和生产所述成形复合材料的方法。更具体地，本发明专利技术涉及由陶瓷复合材料制成的用于盘式制动器的盘，所述陶瓷复合材料通常称为“CMC”，也就是“碳材料陶瓷”，或“CCM”，即“碳陶瓷材料”。这种材料由包含通常渗入硅的碳纤维的碳基质以及C和Si反应的产物碳化硅(SiC)组成。更具体地，本发明专利技术涉及成形复合材料，该成形复合材料包括包含主要由碳组成的无序的短细丝的CCM C/SiC/Si材料的内层(3；103)和C/SiC/Si材料并且具有主要是碳纤维的有序织物结构的相应的外层(2，2'；102，102')。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及成形复合材料和生产所述成形复合材料的方法。更具体地，本专利技术涉及由陶瓷复合材料制成的用于盘式制动器的盘，所述陶瓷复合材料通常称为“CMC”，也就是“碳材料陶瓷”，或“CCM”，即“碳陶瓷材料”。这种材料由包含通常渗入硅的碳纤维的碳基质以及C和Si反应的产物碳化硅(SiC)组成。更具体地，本专利技术涉及成形复合材料，该成形复合材料包括包含主要由碳组成的无序的短细丝的CCM C/SiC/Si材料的内层(3；103)和C/SiC/Si材料并且具有主要是碳纤维的有序织物结构的相应的外层(2，2'；102，102')。【专利说明】成形复合材料
本专利技术涉及成形复合材料和生产该成形复合材料的方法。更具体地，本专利技术涉及 用于盘式制动器的盘，优选地是由陶瓷复合材料制成的通风式盘（ventilateddisc)，该陶 瓷复合材料通常被称为"CMC"，即"碳材料陶瓷"，或"CCM"，即"碳陶瓷材料"。这些材料由 碳基质组成，该碳基质包含通常被硅渗透的碳纤维。
技术介绍
陶瓷复合材料（CCM)通常用于许多应用中，这些应用要求对于压缩以及因摩擦而 引起的高温具有高耐受性，这些是传统陶瓷材料无法获得的特性，传统陶瓷的特性在于高 脆性。特别地，CCM广泛应用于盘式刹车器领域。 对于更为极端的制动应用，就如跑车，甚至高速运动的其他交通工具的情况，已经 开发了结合各种有利特征的CCM，诸如高机械强度、高导热性和优良的耐磨性。在各应用中， 在应力下在有限地形成裂纹方面，机械强度以及尤其是高韧性可以是突出的。另一方面，导 热性对于快速分散在制动过程中因制动器的盘上形成的摩擦产生的热是重要的。耐磨性 是另一个重要的参数，因为在上述极端情况中在制动期间所产生的摩擦可能很快地消耗该 盘。 其他已知的盘是由其他碳类材料（被称为碳碳，或"C/C"）构造的。这些盘通过以 下过程获得，该过程预见：将织物层并置，可能地添加树脂和随后的适当的热处理（这导致 导热率增加）以及碳致密化过程，例如通过CVD(化学气相沉积）、CVI(化学气相渗透）或 LPI(液体聚合物渗透），这导致密度增高4到6倍，并且给予材料合适的机械性能。在一些 应用中，这些材料可以在这个开发阶段作为仅由碳组成的材料使用。为了作为摩擦材料工 作，它们需要高的应用温度，这些高的应用温度不使它们适用于道路应用，无论是标准或范 围的最大值。 在随后的处理阶段，甚至这些材料的C/C预成型件在高温下可以渗入硅，使得部 分碳通过与部分渗入的硅（Si)反应形成碳化硅（SiC)，并且这种材料完全致密化，特征为 具有少于3%的残留孔隙率。 上述材料在本说明书的其他部分中称为CCM-R，具有极高的性能特征。实际上，它 们具有在70到lOOMpa之间的挠曲强度45°XY，在130到200兆帕之间的挠曲强度90°XY， 以及在400°C下在平面XY上的导热率在50到80W/mK之间（在Z轴上在400°C下为40-60W/ mK)。当与传统的CCM材料相比时，例如这些传统的CCM材料具有在45到64MPa之间的挠 曲强度以及在400°C下在10到25W/mK之间的导热率，这些CCM-R对于极端应用和道路应用 具有更多的优越性。 然而，这些CCM-R具有不能模制的缺点。在制造通风式盘时，这种缺点转换为，需 要完全通过机器制造通风孔，随之而来的是材料的大量浪费并且因此成本非常高，原因在 于，CCM-R比传统的CCM成本高得多。 因此，形成本专利技术的基础的问题是，提供成形复合材料，尤其是用于盘式制动器的 盘，其克服了现有技术中的缺点，并且因此即使在极端应用情况下，也能够保持高性能特 性，但仍能够允许保持较低的生产成本，还提供了获得该成形复合材料的方法，该方法能够 在传统生产工厂中有利地实施。
技术实现思路
上面概述的问题是通过成形复合材料和通过在所附权利要求中概述的用于获得 这种成形复合材料的方法来解决的，它们定义形成了本说明书的整体部分。 本专利技术的一个目的在于成形复合材料，该材料包括包含基本上由碳组成的短且无 序的细丝的CCM材料的内层和CCM-R材料，具有有序织物结构的相应外层，所述成形复合材 料具有介于2. 00至2. 50g/cmc之间的平均密度。 本专利技术的另一个目的在于用于盘式制动器的盘，该盘包括包含碳的短且无序的细 丝的CCMC/SiC/Si材料的内层和CCM-RC/SiC/Si材料，具有有序织物结构的相应外层，所 述成形复合材料具有介于2. 00至2. 50g/cmc的平均密度。 本专利技术的进一步的目的在于上述定义的用于获得成形复合材料的方法，该方法预 见： a)制备CCM-RC/C材料的两个预成型件，该材料利用碳致密化且具有有序织物结 构； b)在铸模中布置根据步骤a)获得的两个C/C预成型件，以构成相应外层和基本上 包含碳纤维和树脂的CCM材料的前体混合物的中间层； c)模制和热解在步骤b)中获得的三层材料； d)将高温硅渗入步骤c)中获得的半成品； e)干磨精加工（dryfinishing)或湿磨精加工（wetfinishing)该成形复合材 料。 在步骤c)中，仅CCM材料经历体积的减少，而两个CCM-R预成型件没有改变它们 的物理状态。 本专利技术的进一步的特点和优势将通过以下提供的一些示例实施例的描述而变得 更清晰，它们的目的是说明性的而非限制性的。 【专利附图】【附图说明】 图1示出了根据第一实施例用成形复合材料制得的用于盘式制动器的盘的剖视 图； 图2示出了图1实施例的变体的剖视图； 图3示出了用本专利技术的成形复合材料制得的用于盘式制动器的盘的第二实施例 的剖视图。 【具体实施方式】 本专利技术的一个目的是一种成形复合材料，该成形复合材料包括包含基本上由碳组 成的短且无序的细丝的CCM材料的内层和具有有序织物结构的材料（在本专利申请中称为 CCM-R)的相应的外层。 在本说明书的其他部分中，术语"CCM预成型件"和"CCM-R预成型件"分别用于表 示碳的预成型件，其对于制造由CCM或CCM-R材料制成的制造产品或制造产品的部分是有 用的。 另一方面，术语"CCM"和"CCM-R"分别用于表示由CCM或CCM-R材料制成的制造 产品或制造产品的部分。 术语"基本上由碳组成的细丝"是指通过合成起源的（例如聚丙烯腈（PAN)和硅 氮烷）或天然起源的（例如煤焦油沥青或植物纤维）的各种产品的高温裂解而生产的纤维 材料。 这些细丝通常由包含3000到50000条纤维（通常具有8-10微米直径）的纤维带 组成，用适当的树脂，例如，聚氨酯浸透。 在插入到用于形成CCM预成型件的混合物中之前，所述细丝短切成小于30mm的长 度。所述细丝总体上是基于组成该带的纤维数量而定义的，例如3K，10K和50K分别对应于 每个带3000, 10000和50000个纤维。 在一个实施例中，用于形成本专利技术的成形复合材料的内层的CCM层中的细丝的长 度介于6到10毫米之间。 基本上由碳组成的细丝的直径可以介于0. 1到2毫米之间，优选在0. 3到0. 5毫 米之间。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种成形复合材料，包括包含基本上由碳组成的短且无序的细丝的CCM C/SiC/Si材料的内层(3；103)以及具有有序织物结构的C/SiC/Si材料的相应外层(2，2’；102，102’)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：马西米利亚诺·瓦莱，
申请(专利权)人：派特欧赛拉米克斯股份公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT