本發(fā)明涉及具有多孔體的摩擦襯片材料，該多孔體的孔填充有填充材料。本發(fā)明還涉及由該摩擦襯片材料制成的摩擦襯片及制備該摩擦襯片材料的方法。

背景技術(shù)：

由de19711829c1已知一種制備摩擦襯片材料的方法，該摩擦襯片材料包括多孔體，而該多孔體的孔因硅熔體滲透多孔體而被填充。已知的摩擦襯片材料基于纖維束、填充材料和粘結(jié)劑的混合物而生產(chǎn)，這種摩擦襯片材料是可以被熱解的，將這三種材料全部壓實(shí)以形成生坯并隨后進(jìn)行熱解。

制備這種已知的摩擦襯片材料的先決條件是提供合適的由碳制成的短纖維束，其用于增強(qiáng)由硅制成的陶瓷物質(zhì)，從而制備復(fù)合陶瓷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出一種摩擦襯片材料，其相對(duì)于已知的摩擦襯片材料，可以特別廉價(jià)地進(jìn)行制備，并且還具有特別低的粘著和滑動(dòng)(通常被稱為“粘滑效應(yīng)”)傾向。

為了實(shí)現(xiàn)該目的，根據(jù)本發(fā)明的摩擦襯片材料包括權(quán)利要求1的特征。

根據(jù)本發(fā)明，摩擦襯片材料的多孔體基于石油焦而形成。因此，根據(jù)本發(fā)明的摩擦襯片材料包括由超過50wt％的石油焦組成的多孔體。此外，根據(jù)本發(fā)明的摩擦襯片材料的多孔體可以包含除了石油焦之外的例如部分的瀝青焦、石墨或煙灰。

從工業(yè)角度來看，與碳纖維相比，可以顯著更廉價(jià)地生產(chǎn)石油焦。順便提及，在采用石油焦來形成多孔體還允許使用的附加填充材料更少，或者甚至不使用附加填充材料(特別地如煙灰或石墨)，而在制備生坯時(shí)，在制備已知的摩擦襯片材料的過程中這些附加填充材料對(duì)于纖維束聚合是必需的，因此可以更容易地，特別是以更加成本有效地方式制得根據(jù)本發(fā)明的摩擦襯片材料。

在優(yōu)選實(shí)施方式中，摩擦襯片材料包含填充材料，該填充材料作為含金屬、陶瓷或半金屬的材料而形成，使得尤其可以通過所選擇的填充材料特定地調(diào)節(jié)摩擦襯片材料的操作條件。

優(yōu)選地，摩擦襯片材料具有5至50％的孔隙率、1.5至5g/cm³的堆密度和5至70wt％的金屬部分。

特別優(yōu)選的是，摩擦襯片材料具有10至30％的孔隙率、2.0至2.5g/cm³的堆密度和10至50wt％的金屬部分。

在特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，摩擦襯片材料包括孔隙率為15至20％、堆密度為2.2至2.4g/cm³且銅部分為20至30wt％的多孔體。因此，在將金屬與材料匹配時(shí)，可以將摩擦系數(shù)調(diào)節(jié)為μ＝0.36。

在另一具體實(shí)施方式中，摩擦襯片材料包括孔隙率為25至30％、堆密度為2.2至2.4g/cm³且銅部分為25至45wt％的多孔體。因此，在將金屬與材料匹配時(shí)，可以將摩擦系數(shù)調(diào)節(jié)為μ＝0.44。

在另一具體實(shí)施方式中，摩擦襯片材料包括孔隙率為10至20％、堆密度為1.9至2.4g/cm³且由5至25wt％的鋁合金形成的金屬部分的多孔體。在將金屬與材料匹配時(shí)，可以將摩擦系數(shù)調(diào)節(jié)為μ＝0.11。

根據(jù)本發(fā)明的摩擦襯片包括權(quán)利要求8的特征。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，根據(jù)本發(fā)明的方法包括權(quán)利要求9的特征。

在根據(jù)本發(fā)明的方法中，為了制備摩擦襯片材料，首先制備多孔體，從而將包含石油焦和含碳粘結(jié)劑的混合物壓實(shí)并隨后在800℃和1500℃之間的溫度下進(jìn)行熱解。隨后，利用熔融的填充材料將在多孔體中形成的孔填充。

優(yōu)選地，將合成樹脂、焦油或?yàn)r青作為粘結(jié)劑使用。

若將陶瓷材料，特別是含碳化硅或氧化鋁的材料作為填充材料使用，則該方法將產(chǎn)生復(fù)合陶瓷材料，其摩擦系數(shù)和磨損特性基本上由陶瓷部分決定。

若使用含金屬(特別是銅)或金屬合金(特別是鋁合金)的填充材料，則摩擦系數(shù)和磨損特性基本上由摩擦襯片材料的金屬部分決定。

若使用半金屬，特別是含硼或含硅的材料，則摩擦系數(shù)和磨損特性基本上由所選擇的使用的半金屬?zèng)Q定。

從上述優(yōu)選實(shí)施方式可以看出，權(quán)利要求1限定的摩擦襯片材料或權(quán)利要求9限定的方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：基于由石油焦形成的并且其形成與填充材料無關(guān)的多孔體，無疑使制備摩擦襯片材料成為可能，其中通過似乎最適合于各自預(yù)期用途的填充材料的選擇可以限定該摩擦襯片材料的摩擦系數(shù)和磨損特性。

不取決于各自調(diào)節(jié)的摩擦系數(shù)，根據(jù)本發(fā)明的摩擦襯片材料由于其基于石油焦形成的多孔體而包括幾乎不受動(dòng)態(tài)載荷影響的靜摩擦系數(shù)，所述多孔體因填充材料限定的容納部分而基本上用作為基體。通過這種方式，在采用根據(jù)本發(fā)明的摩擦襯片材料時(shí)，可以在配備有根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的摩擦襯片材料的制動(dòng)裝置上實(shí)現(xiàn)能夠重新產(chǎn)生的制動(dòng)力或保持力，而與動(dòng)態(tài)操作條件無關(guān)。

在下文中，在已經(jīng)使根據(jù)本發(fā)明的摩擦襯片材料動(dòng)態(tài)地應(yīng)變之后，在撕裂之時(shí)，以示例性方式用摩擦曲線舉例說明了與傳統(tǒng)的摩擦襯片材料相比，根據(jù)本發(fā)明的摩擦襯片材料的材料性能的特定優(yōu)勢(shì)。

在“撕裂”時(shí)，在切向力開始便測(cè)量摩擦系數(shù)，需要將切向力集合以便使摩擦伴侶從相對(duì)靜止的設(shè)置松開，其中摩擦伴侶彼此聚集在一起，以使摩擦伴侶在彼此頂上滑動(dòng)。以這種方法，得到處于撕裂時(shí)的靜摩擦系數(shù)。

附圖說明

在圖1和圖2中示出了摩擦曲線，分別是表示動(dòng)摩擦系數(shù)或滑動(dòng)摩擦系數(shù)的基本上水平的摩擦曲線，其是在摩擦伴侶的連續(xù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)獲得的，以及表示靜摩擦系數(shù)的摩擦曲線的最大值，其是從靜止?fàn)顟B(tài)由切向力(即平行于摩擦面的力)給摩擦伴侶加壓時(shí)獲得的，該摩擦伴侶形成一組摩擦副并且各自由布置于鋼板上的摩擦襯片形成。

圖1示出了傳統(tǒng)的有機(jī)摩擦襯片和鋼板之間的摩擦副的摩擦曲線。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的摩擦襯片和鋼板之間的摩擦副的摩擦曲線。

具體實(shí)施方式

如圖1和圖2以彼此比較的方式清楚地舉例說明的，摩擦曲線示出了在傳統(tǒng)的摩擦襯片材料從動(dòng)摩擦行為轉(zhuǎn)變?yōu)殪o摩擦行為時(shí)摩擦系數(shù)急劇增加，即在將摩擦襯片從靜止?fàn)顟B(tài)以連續(xù)增加的切向力加壓時(shí)，該摩擦襯片材料在鋼板上連續(xù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)后從靜摩擦“撕裂”。此外，圖1清楚地示出在動(dòng)態(tài)操作持續(xù)時(shí)，撕裂后獲得的動(dòng)摩擦系數(shù)明顯大于撕裂前的動(dòng)摩擦系數(shù)。

相比之下，可以確定根據(jù)本發(fā)明的摩擦襯片材料的摩擦曲線，在所述摩擦曲線中的動(dòng)摩擦系數(shù)的增加顯著低于靜摩擦系數(shù)的增加，并且在所述摩擦曲線中的動(dòng)摩擦系數(shù)是在撕裂之后獲得的，該動(dòng)摩擦系數(shù)僅略高于撕裂前的動(dòng)摩擦系數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明的摩擦襯片材料的靜摩擦系數(shù)與動(dòng)摩擦系數(shù)之間的明顯的微小差異突出了較低的“粘著和滑動(dòng)”傾向，從而可以防止由粘著和滑動(dòng)引起的并導(dǎo)致破壞性噪聲發(fā)射的振動(dòng)。這種噪聲發(fā)射特別是在風(fēng)能設(shè)備操作時(shí)發(fā)生，該風(fēng)能設(shè)備配備有用于布置在汽車上的轉(zhuǎn)子的方位調(diào)節(jié)部件。還配備有方位制動(dòng)裝置，用于將汽車的樞轉(zhuǎn)位置固定，并且該方位制動(dòng)裝置包括制動(dòng)鉗，該制動(dòng)鉗包括制動(dòng)塊，即摩擦襯片，所述制動(dòng)鉗與鋼制的環(huán)形制動(dòng)盤相互作用。

除了具有較低的“粘著和滑動(dòng)”傾向的優(yōu)勢(shì)之外，根據(jù)本發(fā)明的摩擦襯片材料由于在操作過程中動(dòng)摩擦系數(shù)輕微改變因而還能夠?qū)崿F(xiàn)基本上恒定或僅稍微分散的制動(dòng)力。盡管稍微分散的制動(dòng)力與根據(jù)本發(fā)明的摩擦襯片材料的使用條件無關(guān)，但是無論在何時(shí)都能控制制動(dòng)力，總是具有優(yōu)勢(shì)的，例如在abs系統(tǒng)中。

為了制備摩擦襯片材料的第一示例性實(shí)施方式，基于將中值粒徑d50為100μm的石油焦與作為粘結(jié)劑的酚醛樹脂混合而形成了多孔體，將該多孔體壓實(shí)成用于制備多孔體的模壓制品，隨后在1400℃下進(jìn)行熱解。產(chǎn)生了堆密度為1.7g/cm³和孔隙率為17％的多孔體。在1300℃的溫度和7.5mpa的壓力下通過熔融銅滲透多孔體后，產(chǎn)生了堆密度為2.27g/cm³、金屬部分為25％和摩擦系數(shù)為μ＝0.36的摩擦襯片材料。

根據(jù)摩擦襯片材料的另一個(gè)示例性實(shí)施方式，制備了基于將中值孔徑d50為125μm的石油焦與作為粘結(jié)劑的瀝青混合所形成的多孔體，然后將該多孔體壓實(shí)成模壓制品。在1400℃下進(jìn)行熱解后，產(chǎn)生了堆密度為1.5g/cm³和孔隙率為27％的多孔體。在1300℃的溫度和7.5mpa的壓力下通過熔融銅滲透該多孔體后，產(chǎn)生了堆密度為2.5g/cm³、金屬部分為42％和摩擦系數(shù)為μ＝0.44的摩擦襯片材料。

根據(jù)摩擦襯片材料的第三示例性實(shí)施方式，制備了基于中值粒徑d50為30μm的石油焦形成的多孔體，將酚醛樹脂用作粘結(jié)劑，并且將得到的混合物壓實(shí)以形成模壓制品，隨后在950℃下進(jìn)行熱解。產(chǎn)生了堆密度為1.72g/cm³和孔隙率為16％的多孔體。

在600℃的溫度和10mpa的壓力下，通過熔融鋁合金(alsi12)滲透該多孔體之后，產(chǎn)生了堆密度為1.98g/cm³、金屬部分為17％和摩擦系數(shù)為μ＝0.2的多孔體。

根據(jù)摩擦襯片材料的第四示例性實(shí)施方式，制備了基于粒徑d50為30μm的石油焦形成的多孔體，將酚醛樹脂加入到多孔體中以產(chǎn)生混合物。在將該混合物壓實(shí)以形成模壓制品，并在950℃的溫度下進(jìn)行熱解后，在3000℃的溫度下在另一步驟中將如此形成的多孔體石墨化。因此，產(chǎn)生了堆密度為1.85g/cm³和孔隙率為17％的多孔體。

在600℃的溫度和10mpa的壓力下，通過熔融鋁合金(alsi12)滲透該多孔體之后，產(chǎn)生了堆密度為2.19g/cm³、金屬部分為15.5％和摩擦系數(shù)為μ＝0.11的摩擦襯片材料。