專利名稱：陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料制動(dòng)部件及其制造技術(shù)
本發(fā)明涉及制動(dòng)裝置，尤其是飛機(jī)制動(dòng)裝置，其中，一種陶瓷基復(fù)合材料至少是所說(shuō)的制動(dòng)裝置中一種部件的一部分。
本文中，制動(dòng)裝置是一種通過(guò)摩擦阻止機(jī)械運(yùn)動(dòng)的裝置，其中，所說(shuō)的機(jī)械可以是任何有輪的交通工具，如汽車、飛機(jī)或火車。制動(dòng)部件是其基本功能是產(chǎn)生摩擦力或傳遞所說(shuō)的力來(lái)阻止機(jī)械運(yùn)動(dòng)的任何部件。所說(shuō)的制動(dòng)部件的實(shí)例包括本文下面所述的扭矩管、活塞腔室、轉(zhuǎn)子和定子。摩擦元件是一個(gè)制動(dòng)部件，其至少一部分與另一摩擦元件接觸，產(chǎn)生摩擦力。摩擦元件的典型實(shí)例包括制動(dòng)瓦片和轉(zhuǎn)子或定子，其中，轉(zhuǎn)子或定子直接與另一個(gè)摩擦元件接觸。
由于飛行的需要，與汽車等其它交通工具相比，用于建造飛機(jī)制動(dòng)裝置的材料必須滿足更嚴(yán)格的要求。在飛機(jī)中，制動(dòng)操作有三種基本模式正常服務(wù)(著陸)、起飛中止(RTO)和滑行停止和急停(滑行)。在如波音737等商業(yè)飛機(jī)著陸時(shí)，提供摩擦力以阻止運(yùn)動(dòng)的制動(dòng)部件(摩擦元件)通常發(fā)熱達(dá)到600～800℃的溫度。RTO是最劇烈的制動(dòng)操作，其中，制動(dòng)裝置的磨損速率比著陸大一千倍或更大，制動(dòng)裝置的摩擦材料的溫度可以很容易地超過(guò)1000℃或更高。因?yàn)闂l件如此惡劣，所以在RTO后，制動(dòng)裝置報(bào)廢。當(dāng)飛機(jī)滑向跑道或從跑道滑出時(shí)，出現(xiàn)滑行急停和滑行停止。急停是在飛機(jī)不能完全停止時(shí)進(jìn)行的。因?yàn)轱w機(jī)在短時(shí)間內(nèi)(即幾秒內(nèi))需要大量的制動(dòng)能量，所以，摩擦元件應(yīng)該具有盡可能大的比熱，其中，比熱是單位重量的材料溫度變化1度所需的熱量。同時(shí)，所說(shuō)的摩擦元件應(yīng)該具有低密度以減小飛機(jī)的重量，從而增大有效載荷或減少燃料消耗量。
目前使用的飛機(jī)制動(dòng)裝置有兩種基本類型。第一個(gè)類型是鋼制動(dòng)裝置。第二種類型是碳/碳復(fù)合材料制動(dòng)裝置。每種類型的飛機(jī)制動(dòng)裝置有一種制動(dòng)裝置組件，一般包括一個(gè)液壓活塞組件、扭矩管，扭矩板、整體輪和交替的轉(zhuǎn)子和定子。扭矩管一般用鋼或鈦合金制造。所說(shuō)的整體輪和液壓活塞組件一般用鋁合金制造。
一般來(lái)說(shuō)，所說(shuō)的飛機(jī)制動(dòng)裝置組件構(gòu)造如下。扭矩管的外徑上有凹槽，沿管的長(zhǎng)度方向縱向延伸到法蘭。典型地，底板(具有內(nèi)外徑的平板圓盤)先滑到扭矩管的外徑上直至與所說(shuō)的法蘭接觸。然后轉(zhuǎn)子和定子交替滑到扭矩管的外徑上。所說(shuō)的轉(zhuǎn)子和定子也是具有內(nèi)外徑的圓盤。轉(zhuǎn)子和底板在內(nèi)徑上沒(méi)有凹槽與扭矩管配合，但是在外徑上有凹槽或安裝裝置與所說(shuō)的整體輪的內(nèi)徑配合。定子在其內(nèi)徑上有凹槽與扭矩管配合。然后壓力板(一個(gè)具有與扭矩管配合的內(nèi)徑凹槽的圓盤)滑到扭矩管上。在壓力板的頂部連接液壓活塞組件，該液壓活塞組件通過(guò)內(nèi)徑凹槽與扭矩管連接或通過(guò)螺栓連接到扭矩管上。然后，上述組件滑過(guò)著陸支撐軸，所說(shuō)的扭矩管在液壓活塞組件的末端安裝到著陸支撐上。
整體輪連接到底板上和上述組件的轉(zhuǎn)子上。通常所說(shuō)的輪通過(guò)在其內(nèi)徑上的凹槽配合，并配合在底板和轉(zhuǎn)子的外徑上的凹槽上。所說(shuō)的整體輪通過(guò)軸承和止推螺母安裝在軸上。
從功能上講，轉(zhuǎn)子與輪一起旋轉(zhuǎn)直到活塞作用到壓力板上，其中，所說(shuō)的轉(zhuǎn)子與定子接觸。在轉(zhuǎn)子和定子接觸時(shí)，通過(guò)在轉(zhuǎn)子和定子之間的摩擦產(chǎn)生扭矩。該扭矩通過(guò)扭矩管傳遞到著陸支撐上，從而使輪和飛機(jī)減速。轉(zhuǎn)子-定子接觸導(dǎo)致轉(zhuǎn)子和定子的磨損，同時(shí)明顯發(fā)熱。轉(zhuǎn)子和定子的組件常常稱為散熱器，因?yàn)檫@是制動(dòng)裝置中吸收能量、并把吸收的能量轉(zhuǎn)變成熱然后耗散到空氣中的部件。
如上所述，鋼制動(dòng)裝置有幾對(duì)轉(zhuǎn)子和定子，其中，鋼轉(zhuǎn)子(摩擦元件)一般帶有制動(dòng)瓦片，定子由高強(qiáng)度高溫鋼構(gòu)成。在鋼制動(dòng)裝置中，摩擦元件是制動(dòng)瓦片和定子。與定子接觸的制動(dòng)瓦片一般是金屬基復(fù)合材料(MMC)，其中的金屬基體是銅或鐵。所說(shuō)的制動(dòng)瓦片可以通過(guò)硬釬焊、焊接、鉚接或直接擴(kuò)散焊接結(jié)合在轉(zhuǎn)子上或定子上。所說(shuō)的制動(dòng)瓦片一般以梯形等一些幾何形狀的分段的片的形式均勻地分布在轉(zhuǎn)子或定子的表面周圍。
第二種類型的制動(dòng)裝置是碳/碳復(fù)合材料制動(dòng)裝置。碳/碳復(fù)合材料制動(dòng)裝置有用碳/碳復(fù)合材料制成的轉(zhuǎn)子、定子、底板和壓力板。在這種制動(dòng)裝置中，轉(zhuǎn)子和定子是摩擦元件。一般來(lái)說(shuō)，碳/碳復(fù)合材料是在碳基材中夾有連續(xù)碳纖維絲的復(fù)合材料。根據(jù)加工工藝和纖維定向的不同，這種復(fù)合材料的性能可以在很寬的范圍內(nèi)變化。
隨著飛機(jī)越來(lái)越大、越來(lái)越快，在著陸和RTO過(guò)程中停住飛機(jī)所需的能量不斷增大。這兩種趨勢(shì)需要盡可能減小重量并要求制動(dòng)裝置能夠處理輸?shù)街苿?dòng)裝置散熱器的不斷增長(zhǎng)的能量。由于輪的尺寸以及制動(dòng)裝置的尺寸受到限制(即受到設(shè)計(jì)和重量問(wèn)題的限制)，所以負(fù)荷增大了。由于重量問(wèn)題，鋼制動(dòng)裝置一般不用于波音747等大型商業(yè)飛機(jī)。
因?yàn)樘?碳復(fù)合材料的密度約為鋼的密度的四分之一，所以碳/碳復(fù)合材料目前一般用于高速軍用飛機(jī)和大型商業(yè)飛機(jī)。但是，碳/碳復(fù)合材料的比熱(例如，J/K-g)僅比鋼的比熱大約兩倍。因此，如果在著陸或RTO過(guò)程中，限定達(dá)到與鋼制動(dòng)裝置相同的溫度升高值，碳/碳復(fù)合材料制動(dòng)裝置必須是鋼制動(dòng)裝置尺寸的至少二倍。碳/碳復(fù)合材料制動(dòng)裝置通過(guò)在明顯高于鋼制動(dòng)裝置的溫度下進(jìn)行操作避免了這種不可接受的尺寸增大。碳/碳復(fù)合材料制動(dòng)裝置可以操作的較高溫度受到周圍結(jié)構(gòu)(例如，液壓活塞組件、輪和輪胎)承受由碳/碳散熱器產(chǎn)生的溫度升高的能力和碳/碳復(fù)合材料在較高溫度下氧化的趨勢(shì)的限制，碳/碳復(fù)合材料在較高溫度下氧化會(huì)產(chǎn)生不可接受的磨損。
希望摩擦材料的摩擦系數(shù)(μ)盡可能大。希望所說(shuō)的摩擦系數(shù)盡可能大，以減小產(chǎn)生停止飛機(jī)所需的摩擦力所必需的負(fù)荷(摩擦力=μ×垂直負(fù)荷)。碳/碳復(fù)合材料有吸水的趨勢(shì)，這會(huì)降低摩擦系數(shù)。摩擦系數(shù)的降低一直持續(xù)到在制動(dòng)過(guò)程中把制動(dòng)裝置充分加熱使水分蒸發(fā)。
在制動(dòng)過(guò)程中，碳/碳復(fù)合材料摩擦材料的摩擦系數(shù)可能變化3倍或更多，產(chǎn)生相應(yīng)的扭矩變化，這可導(dǎo)致不希望出現(xiàn)的振動(dòng)。碳/碳復(fù)合材料還表現(xiàn)出靜摩擦系數(shù)小于動(dòng)摩擦系數(shù)。這種摩擦性能在停機(jī)過(guò)程中由于輪減速時(shí)所必需的增大的負(fù)荷可能產(chǎn)生一些問(wèn)題。
飛機(jī)制動(dòng)裝置有關(guān)的兩個(gè)最大的成本是原始成本和由于磨損而進(jìn)行修理和更換摩擦材料的維護(hù)成本。更換成本包括飛機(jī)的停飛時(shí)間。因此，制動(dòng)裝置摩擦材料的原始成本和磨損速率是飛機(jī)運(yùn)行成本中的兩個(gè)重要部分。由于碳/碳復(fù)合材料制造部件需要較長(zhǎng)的時(shí)間(最多達(dá)三個(gè)星期)，這種材料的成本是相當(dāng)高的。同時(shí)，碳/碳復(fù)合材料一般表現(xiàn)出與著陸制動(dòng)操作相比，由于在滑行過(guò)程中的機(jī)械磨損而產(chǎn)生的明顯較高的磨損。這種現(xiàn)象可能是部分由于所說(shuō)的復(fù)合材料的硬度低。
希望的是提供具有低密度、高比熱和良好的高溫性能如高的彎曲強(qiáng)度的制動(dòng)部件。特別是相對(duì)于鋼和C/C制動(dòng)裝置，希望提供一種摩擦元件，這種摩擦元件具有上述的特性，外加在所有的工作模式中具有穩(wěn)定的摩擦系數(shù)和低磨損(即高硬度)。
本發(fā)明的第一個(gè)方面是一種制動(dòng)部件，所說(shuō)的制動(dòng)部件至少有5vol％是陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料(CMC)，這種CMC具有一種連續(xù)的晶體陶瓷相以及一種分散在所說(shuō)的連續(xù)陶瓷相中的不連續(xù)金屬相，最高6g/cc的密度，至少0.8J/g℃的比熱，在900℃至少150MPa的強(qiáng)度，其中，至少45vol％的陶瓷相的熔融或分解溫度至少為1400℃。
本發(fā)明的第二個(gè)方面是一種制動(dòng)裝置，該裝置具有至少一個(gè)摩擦元件，該摩擦元件至少5vol％由陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料(CMC)構(gòu)成，所說(shuō)的CMC在制動(dòng)時(shí)與另一個(gè)摩擦元件接觸，并具有一種連續(xù)的晶體陶瓷相和一種分散在所說(shuō)的連續(xù)陶瓷相中的不連續(xù)金屬相，最高6g/cc的密度，至少0.8J/g℃的比熱，至少0.4的動(dòng)態(tài)自摩擦系數(shù)，至少1000kg/mm2的硬度和在900℃至少150MPa的強(qiáng)度，其中，至少45vol％的陶瓷相的熔融或分解溫度至少為1400℃。
本發(fā)明的制動(dòng)部件提供了一種具有低密度、高比熱和希望的高溫性能如強(qiáng)度的制動(dòng)部件。特別是，在所說(shuō)的制動(dòng)部件是摩擦部件時(shí)，本發(fā)明提供了較高的硬度(較小的磨損)，高且穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，以及上述的特性。
本發(fā)明的制動(dòng)部件可以是任何制動(dòng)部件，如壓力板、活塞腔室和制動(dòng)活塞。優(yōu)選的是所說(shuō)的制動(dòng)部件是一種摩擦元件。更優(yōu)選的是所說(shuō)的制動(dòng)部件是一種在制動(dòng)時(shí)所說(shuō)的CMC與另一個(gè)摩擦元件接觸的摩擦元件。
所說(shuō)的制動(dòng)部件可以完全由陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料(CMC)或部分由CMC組成，其中，CMC占所說(shuō)的部件的至少5vol％。例如，所說(shuō)的部件可以是一個(gè)完全由CMC構(gòu)成的轉(zhuǎn)子或定子。此外，所說(shuō)的部件可以是部分由所說(shuō)的CMC構(gòu)成的轉(zhuǎn)子或定子。例如，轉(zhuǎn)子或定子可以有凹槽和最靠近所說(shuō)的轉(zhuǎn)子或定子凹槽的材料，其中，所說(shuō)的材料具有比所說(shuō)的CMC更高的韌性，如金屬或金屬基復(fù)合材料。優(yōu)選的是CMC在所說(shuō)的部件的體積中至少占10％，更優(yōu)選的是至少25％，最優(yōu)選的是至少50％。
所說(shuō)的CMC的金屬相可以是選自周期表中的2,4-11、13和14族的一種金屬及其合金。所說(shuō)的族依據(jù)在本文引作參考的CRCHandbook of Chemistry and Physics 71st ed.，1990-91中的1-10頁(yè)中描述的新IUPAC符號(hào)。優(yōu)選的金屬包括硅、鎂、鋁、鈦、釩、鉻、鐵、銅、鎳、鈷、鉭、鎢、鉬、鋯、鈮或其混合物和其合金。更優(yōu)選的金屬是鋁、硅、鈦和鎂或其混合物和其合金。鋁及其合金是最優(yōu)選的。合適的鋁合金包括含Cu、Mg、Si、Mn、Cr和Zr中至少一種的鋁合金。而更優(yōu)選的是Al-Cu、Al-Mg、Al-Si、Al-Mn-Mg和Al-Cu-Mg-Cr-Zn鋁合金。這樣的合金的實(shí)例是6061合金、7075合金和1350合金，所有這些都可以從賓西法尼亞州匹茲堡的美國(guó)鋁業(yè)公司(Aluminum Company of America,Pittsburgh,Pennsylvania)獲得。
所說(shuō)的CMC的陶瓷相是晶體，其中，所說(shuō)的相中至少45vol％具有至少1400℃的熔融溫度或分解溫度。優(yōu)選的是所說(shuō)的陶瓷相中，至少60vol％，更優(yōu)選的是至少80vol％，最優(yōu)選的是至少90vol％的熔融溫度或分解溫度至少1400℃。優(yōu)選的是所說(shuō)的分解溫度或熔融溫度至少1500℃，更優(yōu)選的是至少600℃，最優(yōu)選的是至少1700℃。所說(shuō)的陶瓷希望是硼化物、氧化物、碳化物、氮化物、硅化物或其混合物和其組合物。例如，組合物包括硼碳化物、氧氮化物、氧碳化物和碳氮化物。更優(yōu)選的陶瓷是SiC、B4C、Si3N4、Al2O3、TiB2、SiB6、SiB4、AlN、ZrC、ZrB，至少兩種所說(shuō)的陶瓷的反應(yīng)產(chǎn)物，或者至少一種所說(shuō)的陶瓷和金屬的反應(yīng)產(chǎn)物。最優(yōu)選的陶瓷是碳化硼。
CMC金屬-陶瓷組合物的實(shí)例包括B4C/Al、SiC/Al、AlN/Al、TiB2/Al、Al2O3/Al、SiBx/Al、Si3N4/Al、SiC/Mg、SiC/Ti、SiC/Mg-Al、SiBx/Ti、B4C/Ni、B4C/Ti、B4C/Cu、Al2O3/Mg、Al2O3/Ti、TiN/Al、TiC/Al、ZrB2/Al、ZrC/Al、AlB12/Al、AlB2/Al、AlB24C4/Al、AlB12/Ti、AlB24C4/Ti、TiN/Ti、TiC/Ti、ZrO2/Ti、TiB2/B4C/Al、SiC/TiB2/Al、TiC/Mo/Co、ZrC/ZrC/ZrB2/Zr、TiB2/Ni、TiB2/Cu、TiC/Mo/Ni、SiC/Mo、TiB2/TiC/Al、TiB2/TiC/Ti、WC/Co和WC/Co/Ni。下標(biāo)“x”表示可以在部件中所形成的變化的硼化硅相。更優(yōu)選的金屬和陶瓷組合物包括B4C/Al、SiC/Al、SiB6/Al、TiB2/Al和SiC/Mg。最優(yōu)選的是所說(shuō)的CMC包括鋁-碳化硼或鋁合金-碳化硼等化學(xué)反應(yīng)體系。在化學(xué)反應(yīng)體系中，所說(shuō)的金屬組分在CMC的形成過(guò)程中可以與陶瓷反應(yīng)，導(dǎo)致新的陶瓷相形成。所說(shuō)的新相可以改善性能，如復(fù)合材料的硬度和高溫強(qiáng)度。最優(yōu)選的化學(xué)反應(yīng)體系是B4C/Al，其中，所說(shuō)的金屬相是鋁或其合金，所說(shuō)的連續(xù)陶瓷相包括選自由B4C、AlB2、Al4BC、Al3B48C2、AlB12和AlB24C4組成的集合中的至少兩種陶瓷。
在本文中，在所說(shuō)的CMC整體中的各個(gè)金屬區(qū)域既不相互接觸也不相互連接時(shí)，認(rèn)為金屬相是不連續(xù)的。因此，在所說(shuō)的CMC中，所說(shuō)的金屬相優(yōu)選最多是15wt％。以復(fù)合材料的總重量為基準(zhǔn)，金屬的量?jī)?yōu)選的是在2～8wt％范圍內(nèi)。此外，陶瓷相的量?jī)?yōu)選的是占CMC的85～98vol％之間。分散的不連續(xù)金屬相優(yōu)選的是包括一些金屬區(qū)域，其中，所說(shuō)的區(qū)域的平均等效直徑優(yōu)選為最大30微米，更優(yōu)選的是最大10微米，最優(yōu)選的是最大5微米，并且優(yōu)選的是至少0.25微米、更優(yōu)選的是至少0.5微米，最優(yōu)選的是至少1微米。優(yōu)選的是最大的金屬區(qū)域直徑是最大100微米、更優(yōu)選的是最大75微米、最優(yōu)選的是最大50微米。此外，所說(shuō)的金屬區(qū)域主要是等軸的并且主要位于陶瓷-陶瓷晶粒三角點(diǎn)處是優(yōu)選的，這與由K.J.Kurzydtowski和B.Ralph在The Quantitative Description of the Microstructure of Materials,CRC Press,Boca Raton,1995中的本文引作參考的相關(guān)部分中所描述的拋光試樣的光學(xué)定量測(cè)量確定的沿陶瓷晶界延伸相反。
因?yàn)榭諝饣蚩障毒哂械偷谋葻岷偷偷臒釋?dǎo)率，所以，所說(shuō)的CMC優(yōu)選的是具有至少為理論密度的90％的密度，更優(yōu)選的是至少95％，最優(yōu)選的是至少98％。
由于減輕重量是飛機(jī)制動(dòng)裝置中的重要因素，所以，所說(shuō)的CMC密度最大為6g/cc，優(yōu)選的是最大4g/cc，更優(yōu)選的是最大3g/cc。所說(shuō)的CMC可以具有1.5g/cc的密度，仍然可以用作制動(dòng)部件。低于1.5g/cc的密度不能用作摩擦元件，但是，具有該密度的所說(shuō)的元件可以用作防止其它部件過(guò)熱的屏蔽部件。
在所說(shuō)的制動(dòng)部件是摩擦元件時(shí)，所說(shuō)的CMC對(duì)其本身(自摩擦)的動(dòng)摩擦系數(shù)理想的是至少0.4，用本文引作參考的ASTM G-99標(biāo)準(zhǔn)和M.A.Moore，在Wear of Materials,Am.Soc.Eng.,1987中的第673-687頁(yè)中描述的銷-盤法以1磅的負(fù)荷測(cè)定。所說(shuō)的CMC的摩擦系數(shù)優(yōu)選的是至少0.8，更優(yōu)選的是至少1.2，最優(yōu)選的是至少1.4到優(yōu)選的是最大為5。此外，所說(shuō)的CMC在1000℃的溫度下的摩擦系數(shù)與給定的負(fù)荷下的室溫摩擦系數(shù)的偏差希望不大于+/-50％，優(yōu)選的是不大于+/-40％，更優(yōu)選的是不大于+/-20％，最優(yōu)選的是不大于+/-10％。
當(dāng)所說(shuō)的制動(dòng)部件是摩擦元件時(shí)，希望由上述銷-盤法的磨痕直徑確定的CMC的磨損速率盡可能小。總直徑優(yōu)選的是小于2mm，更優(yōu)選的是小于1.5mm，最優(yōu)選的是小于1mm。為了減小磨損，還希望所說(shuō)的CMC具有至少1000Kg/mm2的硬度。用30磅的負(fù)荷測(cè)定的Vickers硬度優(yōu)選的是所說(shuō)的硬度至少為1200，更優(yōu)選的是至少1400，最優(yōu)選的是至少1600Kg/mm2到優(yōu)選的是最大5000Kg/mm2。
CMC優(yōu)選的是具有至少5MPam1/2的韌性以避免制動(dòng)裝置的災(zāi)難性破壞。用本文引作參考的J.H.Underwood等人編著的Chevron-Notched Specimens:Testing and Stress Analysis,STP 855,pp177-192中描述的夏氏缺口法測(cè)定，更優(yōu)選的是所說(shuō)的CMC韌性至少為5.5，還要更優(yōu)選的是至少為6，最優(yōu)選的是至少6.5MPam1/2到優(yōu)選的是最大25MPam1/2。
為了散發(fā)出在制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，CMC和含有所說(shuō)的CMC的制動(dòng)部件優(yōu)選都具有至少10W/m-k的熱導(dǎo)率，熱導(dǎo)率用本文引作參考的W.J.Parker等人在應(yīng)用物理學(xué)報(bào)(Journal of AppliedPhysics)第1679-1684頁(yè)中的“Flash Method of Determining ThermalDiffusivity,Heat Capacity,and Thermal Conductivity”中更詳細(xì)描述的激光閃爍法測(cè)定。更優(yōu)選的是所說(shuō)的熱導(dǎo)率至少15，還要更優(yōu)選的是至少20，最優(yōu)選的是至少25W/m-K。但是，所說(shuō)的熱導(dǎo)率不應(yīng)該過(guò)大而使其它制動(dòng)部件，如鋁液壓活塞腔室受到不利影響。因此，希望所說(shuō)的CMC和制動(dòng)部件具有小于150W/m-K的熱導(dǎo)率。
為了吸收在制動(dòng)過(guò)程中摩擦產(chǎn)生的熱量，所說(shuō)的CMC的比熱在室溫下至少為0.8J/g℃，比熱用微分掃描量熱計(jì)測(cè)定。優(yōu)選的是所說(shuō)的比熱至少為0.9，更優(yōu)選的是至少1J/g℃到優(yōu)選的是最大為所選材料的理論上可能的最大值。并且還希望所說(shuō)的比熱隨溫度升高而增大。例如，希望在1000℃的比熱至少是室溫比熱的兩倍。
為了減少制動(dòng)裝置的損壞，所說(shuō)的CMC在900℃的溫度下的高溫彎曲強(qiáng)度至少為150MPa，用ASTM C1161測(cè)定。優(yōu)選的是在900℃的強(qiáng)度至少為200MPa，更優(yōu)選的是至少300MPa，最優(yōu)選的是至少400MPa到優(yōu)選的最大1500MPa。
制動(dòng)部件可以通過(guò)產(chǎn)生含有本文所述的CMC的所說(shuō)的部件的任何方便的或已知的方法進(jìn)行制造。例如，所說(shuō)的制動(dòng)部件可以是通過(guò)任何方便的金屬成形方法制造的金屬轉(zhuǎn)子，例如鑄造然后機(jī)加工，其中，制動(dòng)瓦片包含本文所述的CMC，然后結(jié)合在所說(shuō)的轉(zhuǎn)子上(即，所說(shuō)的CMC結(jié)合在金屬基質(zhì)上)。所說(shuō)的CMC可以通過(guò)硬釬焊、焊接、鉚接和直接擴(kuò)散焊接等任何方便的方法結(jié)合到所說(shuō)的轉(zhuǎn)子上。另外，制動(dòng)部件可以全部由所說(shuō)的CMC構(gòu)成。
制動(dòng)部件的CMC部分可以通過(guò)任何方便的或已知的粉末金屬或陶瓷加工技術(shù)制造，其中，在成形體成形后通過(guò)密實(shí)化技術(shù)進(jìn)行處理，如果需要，可以把制品精加工到最后的形狀。所說(shuō)的陶瓷和金屬可以是前面所述的任何金屬或陶瓷?？梢杂糜谛纬杀景l(fā)明的CMC的兩種典型密實(shí)化方法是(1)用金屬滲入多孔的陶瓷顆粒坯體(生坯)和(2)把含有金屬和陶瓷顆粒的多孔顆粒坯體(生坯)致密化。然后通過(guò)金剛石研磨、激光加工和放電加工等技術(shù)對(duì)所說(shuō)的滲透的或致密的坯體進(jìn)行精加工。也可以對(duì)所說(shuō)的坯體進(jìn)行熱處理以改變密實(shí)的復(fù)合材料的顯微結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的是通過(guò)滲透制備所說(shuō)的復(fù)合材料。
所說(shuō)的陶瓷或金屬粉末的重量平均顆粒尺寸最大為50微米，優(yōu)選的是最大15微米，更優(yōu)選的是最大10微米，最優(yōu)選的是最大5微米。所說(shuō)的顆?？梢允瞧瑺?、棒狀或等軸的晶粒。希望陶瓷粉末顆粒的顆粒直徑在0.1～10微米范圍內(nèi)。
成形用于滲透或致密化的生坯(即由顆粒構(gòu)成的多孔坯體)的合適的成形方法包括注漿或壓力注漿、壓制和可塑成形法(例如，旋坯和擠出法)。所說(shuō)的成形方法可以包括下列步驟，即陶瓷粉末、金屬粉末、分散劑、粘合劑和溶劑等組分的混合，必要情況下在生坯成形后除去溶劑和有機(jī)添加劑如分散劑和粘合劑等。在本文引作參考的Introductionto the Principles of Ceramic Processing,J.Reed,J.Wiley and Sons,N.Y.,1988，中詳細(xì)描述了上述的方法和步驟。
通過(guò)真空燒結(jié)、常壓(無(wú)壓)燒結(jié)、壓力輔助燒結(jié)如熱壓、熱等靜壓和快速全向壓塊以及這些方法的組合可以把所說(shuō)的金屬-陶瓷顆粒生坯致密化成基本致密的復(fù)合材料，在本文引作參考的Annu.Rev.Mater.Sci.,1989,[19],C.A.Kelto,E.E.Timm and A.J.Pyzik,pp.527-550中進(jìn)一步描述了每種壓力輔助技術(shù)。本文中基本致密的復(fù)合材料是密度大于理論密度的90％的坯體。
所說(shuō)的金屬-陶瓷顆粒生坯在時(shí)間、氣氛、溫度和壓力足以使生坯致密化達(dá)到具有要求密度的復(fù)合材料的條件下進(jìn)行致密化。所說(shuō)的溫度一般高于所說(shuō)的金屬用攝氏度表示的熔融溫度的75％，但是低于所說(shuō)的金屬大量揮發(fā)的溫度。例如，鋁-碳化硼體系的致密化溫度優(yōu)選的是在500℃～1350℃之間。所說(shuō)的時(shí)間希望盡可能短。優(yōu)選的是所說(shuō)的時(shí)間最多24小時(shí)，更優(yōu)選的是最多2小時(shí)，最優(yōu)選的是最多1小時(shí)。所說(shuō)的壓力希望是環(huán)境壓力或大氣壓。所說(shuō)的氣氛希望是不會(huì)對(duì)CMC的致密化或化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生不利影響的氣氛。
優(yōu)選的是通過(guò)用金屬滲入多孔的陶瓷坯體來(lái)形成復(fù)合材料的方法生產(chǎn)所說(shuō)的CMC。本文描述了適合于滲透法的陶瓷-金屬組合物。滲透后的坯體可以通過(guò)上面描述的技術(shù)進(jìn)一步密實(shí)化。更優(yōu)選的是所說(shuō)的滲入金屬的陶瓷中的陶瓷還與所說(shuō)的金屬反應(yīng)，從而在致密的復(fù)合材料中形成新的陶瓷相(即化學(xué)反應(yīng)體系)。如下所述以及在本文引作參考的1994年8月12日提交的共同未決的美國(guó)專利申請(qǐng)No.08/289,967中所描述的，化學(xué)反應(yīng)體系的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案是用鋁或鋁合金滲入碳化硼。
滲透法包括成形一個(gè)通過(guò)上文所述的方法，如注漿(即陶瓷粉末在液體中的分散體系)或壓制(即在不加熱的情況下對(duì)粉末加壓)用陶瓷粉末制備的多孔陶瓷預(yù)成形體(即生坯)，然后向所說(shuō)的預(yù)成形體中滲入液態(tài)金屬。滲透法是液態(tài)金屬填充與所說(shuō)的金屬接觸的預(yù)成形體的氣孔的方法。該方法優(yōu)選的是形成一種均勻分散并且基本完全致密的陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料?？梢酝ㄟ^(guò)任何把金屬滲入預(yù)成形體的方便的方法進(jìn)行多孔預(yù)成形體的滲透，如真空滲透、壓力滲透和重力/加熱滲透。本文引作參考的美國(guó)專利No.4,702,770和4,834,938中描述了滲透法的實(shí)例。
滲透的溫度取決于待滲透的金屬。所說(shuō)的滲透優(yōu)選的是在金屬熔融的溫度但低于金屬快速揮發(fā)的溫度下進(jìn)行。例如，在向多孔陶瓷預(yù)成形體中滲入鋁或鋁合金時(shí)，所說(shuō)的溫度優(yōu)選的是最高1200℃，更優(yōu)選的是最高1100℃，并且優(yōu)選的是至少750℃，更優(yōu)選的是至少900℃。滲透時(shí)間可以是足以滲入預(yù)成形體產(chǎn)生要求的CMC的任何時(shí)間。氣氛可以是對(duì)金屬的滲透或所說(shuō)的CMC的形成不會(huì)產(chǎn)生不利影響的任何氣氛。
在化學(xué)反應(yīng)體系的情況下，所說(shuō)的預(yù)成形體可以含有陶瓷填料，其含量以預(yù)成形體的總重量為基準(zhǔn)為0.1～50wt％。填料相對(duì)所說(shuō)的滲透金屬?zèng)]有化學(xué)活性或其反應(yīng)活性明顯低于化學(xué)活性陶瓷，如所說(shuō)的碳化硼-鋁體系的碳化硼。例如，在碳化硼預(yù)成形體中含有填料時(shí)，該預(yù)成形體優(yōu)選含有70～95wt％的B4C和5～30wt％的陶瓷填料。所說(shuō)的百分?jǐn)?shù)是以預(yù)成形體的總重量為基準(zhǔn)的。例如，在碳化硼-鋁體系中，所說(shuō)的陶瓷填料可以是二硼化鈦、碳化鈦、硼化硅、氧化鋁和碳化硅。
在通過(guò)滲透法制備所說(shuō)的制動(dòng)部件的最優(yōu)選的CMC(碳化硼-鋁體系)時(shí)，希望所說(shuō)的碳化硼預(yù)成形體在滲透之前在至少1400℃的溫度下燒制。燒制應(yīng)該持續(xù)至少15分鐘，希望至少30分鐘，優(yōu)選的是兩小時(shí)或更長(zhǎng)。
然后把燒制的多孔碳化硼預(yù)成形體通過(guò)上文所述的任何方便的方法滲入鋁或鋁合金。
對(duì)燒制的B4C預(yù)成形體的進(jìn)行滲透產(chǎn)生的陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料，其中所說(shuō)的金屬的滲入距離大于0.8cm，比具有相同的金屬滲入距離的對(duì)未燒制的B4C預(yù)成形體進(jìn)行滲透得到的顯微結(jié)構(gòu)更均勻。雖然它們具有更均勻的顯微結(jié)構(gòu)，這些陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料因?yàn)橛袣堄嗟奈捶磻?yīng)金屬，一般不會(huì)具有本發(fā)明所希望的高溫強(qiáng)度。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，所得的復(fù)合材料(CMCs)一般經(jīng)過(guò)額外(后滲透)的熱處理。在660℃～1250℃的溫度范圍內(nèi)對(duì)滲透的復(fù)合材料進(jìn)行熱處理，所說(shuō)的溫度范圍優(yōu)選的是660℃～1100℃，更優(yōu)選的是800℃～950℃，所說(shuō)的熱處理是在空氣或某些其它含氧氣體的存在下進(jìn)行，熱處理時(shí)間要充分，以使在殘余的未反應(yīng)的金屬與B4C或B-Al-C的反應(yīng)產(chǎn)物或這兩者之間的緩慢反應(yīng)能夠進(jìn)行。這些反應(yīng)促進(jìn)了游離(未反應(yīng))的金屬的減少及均勻的顯微結(jié)構(gòu)的形成。
在660℃～1250℃的范圍之外對(duì)所說(shuō)的碳化硼-鋁復(fù)合材料進(jìn)行后滲透處理一般會(huì)產(chǎn)生令人不滿意的結(jié)果。低于660℃的溫度一般不會(huì)產(chǎn)生小于15wt％的殘余金屬，以復(fù)合材料的總重量為基準(zhǔn)。由于反應(yīng)動(dòng)力學(xué)非常緩慢，所說(shuō)的殘余金屬不會(huì)減少到低于15％。超過(guò)1250℃的溫度一般導(dǎo)致碳化鋁(Al4C3)的形成量過(guò)多，碳化鋁是遇水不穩(wěn)定的(即與水反應(yīng))。碳化鋁對(duì)所說(shuō)的復(fù)合材料的摩擦系數(shù)有不利影響。
所說(shuō)的后滲透熱處理時(shí)間一般在1～100小時(shí)的范圍內(nèi)，理想的是10～75小時(shí)，優(yōu)選的是25～75小時(shí)。超過(guò)100小時(shí)的時(shí)間增大了生產(chǎn)成本，但是與進(jìn)行100小時(shí)的熱處理得到的材料相比，其顯微結(jié)構(gòu)沒(méi)有明顯的改進(jìn)。
上文所述的碳化硼-鋁復(fù)合材料一般具有含有周圍被復(fù)相陶瓷基質(zhì)、氧化鋁表面層和分散的不連續(xù)的未反應(yīng)的鋁包圍的離散的B4C晶?；駼4C晶粒簇的整體顯微結(jié)構(gòu)。所說(shuō)的陶瓷相包括各種硼化鋁和硼碳化鋁中的至少一種，優(yōu)選的是至少兩種。所說(shuō)的復(fù)合材料一般含有40～75wt％的B4C晶粒、20～50wt％的硼化鋁和硼碳化鋁以及2～8wt％的鋁或鋁合金，所有的百分?jǐn)?shù)是以復(fù)合材料的重量為基準(zhǔn)的，總重量為100％。所說(shuō)的硼化鋁和硼碳化鋁選自由AlB24C4、Al3B48C2、Al4BC、AlB2和AlB12組成的集合。希望所說(shuō)的鋁的硼化物和硼碳化物是AlB24C4和AlB2，優(yōu)選的是AlB24C4/AlB2的比值在10∶1～1∶5范圍內(nèi)。該范圍優(yōu)選的是10∶1～2∶1。
當(dāng)在所說(shuō)的碳化硼-鋁CMC中存在陶瓷填料時(shí)，在所說(shuō)的CMC中存在的填料一般為離散的晶粒或B4C晶粒簇的一部分。陶瓷填料量一般在1～25vol％之間，基準(zhǔn)為復(fù)合材料的總體積。
下面描述的是用于制造本發(fā)明的制動(dòng)部件和摩擦元件的CMC的方法。
方法1把平均顆粒尺寸為3微米(直徑)的B4C(ElektroschemeltzwerkKempten of Munich,Germany制造的ESK specification 1500)分散在蒸餾水中形成懸浮液。對(duì)該懸浮液進(jìn)行超聲攪拌，然后通過(guò)加入NH4OH把pH值調(diào)整為7并陳腐180分鐘，隨后澆注到熟石膏模中形成陶瓷含量為69vol％的多孔陶瓷坯體(生坯)。把所得的B4C生坯在105℃干燥24小時(shí)。生坯尺寸為120×120×10毫米(mm)(薄片)和120×120×16毫米(厚片)。
一些生坯直接使用，一些生坯分別在1300℃燒制120分鐘，1400℃燒制120分鐘，在1800℃燒制60分鐘或在2200℃燒制60分鐘后使用。所有的燒制和燒結(jié)在石墨發(fā)熱體爐中進(jìn)行。然后對(duì)燒制的生坯坯件在1180℃，100毫乇(13.3Pa)的真空條件下用熔融的鋁(由Aluminum Company of America制造的specification1145合金，是一種工業(yè)級(jí)Al，含有少于0.55％的Si、Fe、Cu和Mn等合金元素)進(jìn)行120分鐘的滲透得到復(fù)合材料(碳化硼-鋁復(fù)合材料)試件。
即使可以注意到某些差別，用薄片制備的復(fù)合材料試件從頂部到底部都是非常均勻的。因此，燒制溫度對(duì)顯微結(jié)構(gòu)沒(méi)有明顯的影響。
用厚片制備的復(fù)合材料試件具有從底部(離滲透金屬最近)到頂部(離滲透金屬最遠(yuǎn))在B-Al-C相的數(shù)量和相的形貌方面發(fā)生變化的不均勻的顯微結(jié)構(gòu)。所說(shuō)的底部具有等軸的AlB2和Al4BC的顯微結(jié)構(gòu)，并含有少于2vol％的游離Al。所說(shuō)的頂部具有在Al基質(zhì)中的形狀象50～100微米長(zhǎng)的雪茄的AlB2和Al4BC晶粒的顯微結(jié)構(gòu)。游離Al的含量在5～15vol％的范圍內(nèi)。
如表Ⅰ所示，在690℃在空氣中進(jìn)行50小時(shí)的后滲透熱處理使所有的復(fù)合材料試件的硬度增大了。表Ⅰ中的數(shù)據(jù)還表明在低于1800℃的溫度下燒制的生坯比在高于1800℃的溫度下燒制的生坯制備的復(fù)合材料硬度更高。在1400℃和1700℃燒制的生坯產(chǎn)生具有均勻的顯微結(jié)構(gòu)和高硬度值的復(fù)合材料。表Ⅰ的數(shù)據(jù)還表明，在局限于小尺寸(＜10mm的垂直金屬流)時(shí)，B4C生坯和在1400℃以下的溫度燒制的B4C產(chǎn)生均勻的硬的部件。當(dāng)在B4C生坯(未燒制的)和在1400℃以下燒制的B4C中的垂直金屬流距離超過(guò)10mm時(shí)，硬度仍然較高，但是所得的部件表現(xiàn)出不均勻的顯微結(jié)構(gòu)?？傊?，表Ⅰ顯示可用各種方法制備本發(fā)明的CMC。具有摩擦元件所需硬度的CMC也可以通過(guò)各種方法制造，理想的是所說(shuō)的方法包括后滲透熱處理(表Ⅰ的最后一欄)，在所說(shuō)的摩擦元件中的CMC在制動(dòng)時(shí)(即至少1000Kg/mm2)與另一個(gè)摩擦元件接觸。
表Ⅰ
*14.4Kg的負(fù)荷方法2與方法1一樣，制備生坯試件并在燒制或不燒制的條件下進(jìn)行滲透。滲透的生坯試件用來(lái)自Cameca Co.,France的MBX-CAMECA微探針進(jìn)行化學(xué)分析。使用Phillips衍射儀用CuKα輻射和每分鐘2°的掃描速度的X射線衍射(XRD)分析晶相。在滲透的生坯(即熱處理前)中存在的Al量以微分掃描量熱法(DSC)為基準(zhǔn)進(jìn)行估算。然后在來(lái)自一半試件的3×4×45mm試樣在900℃用四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)(ASTMC1161)進(jìn)行彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)之前，把所有的生坯試件在一個(gè)小時(shí)內(nèi)從Al的熔點(diǎn)(660℃)加熱到900℃。在這些試樣破壞之前把它們?cè)谇笆鰷囟认略诳諝庵斜?5分鐘。上部和下部跨距尺寸分別為20和40mm，用0.5mm/min的加載速度進(jìn)行試樣的破壞。來(lái)自其它試件的試樣在空氣中在690℃經(jīng)過(guò)25小時(shí)的額外熱處理，然后在1小時(shí)的時(shí)間內(nèi)再加熱到900℃，并在彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)中破壞(表Ⅱ的最后一欄)。
表Ⅱ-相化學(xué)和性能
-表示未測(cè)量；*不是本發(fā)明的試樣。
表Ⅱ中的數(shù)據(jù)表明在滲透前生坯的熱處理歷史對(duì)所得的B4C/Al復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度有明顯的影響。所說(shuō)的數(shù)據(jù)表明根據(jù)本發(fā)明的CMC可以沒(méi)有熱處理(例如，實(shí)施例A、B、C、F、G和H)，但是優(yōu)選的是對(duì)所說(shuō)的復(fù)合材料進(jìn)行熱處理以提高高溫強(qiáng)度。表Ⅱ中的數(shù)據(jù)還表明本文所描述的CMC可以通過(guò)對(duì)在熱處理之前沒(méi)有所說(shuō)的顯微結(jié)構(gòu)的試樣進(jìn)行熱處理獲得(例如，實(shí)施例D和E)。這些數(shù)據(jù)還表明，尤其是對(duì)于試樣A和G，僅僅金屬含量不能確定熱處理之前的高溫強(qiáng)度。高溫強(qiáng)度還受在滲透過(guò)程中形成的陶瓷相的影響。試樣F、G和H在后滲透熱處理之前具有最高的彎曲強(qiáng)度值。這可能是由于與足夠量的B4C相關(guān)的快速化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。這些數(shù)據(jù)還表明所說(shuō)的后滲透熱處理一般導(dǎo)致彎曲強(qiáng)度的增大。
用本文所公開(kāi)的其它的組成和工藝條件預(yù)期可以得到類似的結(jié)果。
方法3通過(guò)在1300℃對(duì)B4C生坯燒制30分鐘，然后在1150℃用與實(shí)施例1相同的Al合金滲透所說(shuō)的生坯60分鐘制備了原始B4C和Al含量分別為75vol％和25vol％的復(fù)合材料(B4C-Al)試樣。所說(shuō)的生坯在滲透前是120×120×10mm的薄片形式。在滲透后，把所說(shuō)的薄片切磨成4×3×45mm的試條。把這些試條分成4組。第一組(A組)試樣作為滲透后的試樣使用，第二組(B組)在800℃在氬氣中熱處理100小時(shí)，第三組(C組)在800℃在空氣中熱處理2小時(shí)，第四組(D組)在800℃在空氣中熱處理100小時(shí)。這些試樣都經(jīng)過(guò)實(shí)施例2中所述的彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)，除了改變?cè)嚇訑嗔训臏囟?表Ⅲ)以外。
表
表示未測(cè)量表Ⅲ中的數(shù)據(jù)表明強(qiáng)度由于熱處理(B、C和D與A比較)而增大。這些數(shù)據(jù)還表明在空氣中熱處理比在惰性氣氛中熱處理或沒(méi)有熱處理(C和D與A和B比較)產(chǎn)生更高的高溫強(qiáng)度。
方法4用與制備表Ⅱ中的熱處理試樣H所用的方法相同的方法制備了一種碳化硼-鋁復(fù)合材料。這種試樣在各種負(fù)荷下用不潤(rùn)滑的銷-盤法與其自己組成摩擦副進(jìn)行試驗(yàn)。所用的銷-盤法如本文所述。該試樣在1磅的負(fù)荷下的摩擦系數(shù)為1.8，在2磅的負(fù)荷下的摩擦系數(shù)為1.7。磨痕直徑在1磅的負(fù)荷下為0.8mm，在2磅的負(fù)荷下為1.0mm，在3磅的負(fù)荷下為1.2mm。
權(quán)利要求
1.一種制動(dòng)部件，所說(shuō)的制動(dòng)部件的至少5vol％是陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料(CMC)，所說(shuō)的CMC具有一種連續(xù)的晶體陶瓷相和一種分散在所說(shuō)的連續(xù)陶瓷相中的不連續(xù)的金屬相，最大6g/cc的密度，至少0.8J/g℃的比熱，在900℃至少150MPa的彎曲強(qiáng)度，其中，至少45vol％的陶瓷相具有至少1400℃的熔融或分解溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的制動(dòng)部件，其中，所說(shuō)的部件是一種制動(dòng)摩擦元件，該元件的CMC在制動(dòng)時(shí)與另一個(gè)摩擦元件接觸，并且所說(shuō)的CMC具有至少1000Kg/mm2的硬度和至少0.4的動(dòng)態(tài)自摩擦系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制動(dòng)部件，其中，所說(shuō)的陶瓷相選自由SiC；B4C；Si3N4；Al2O3；TiB2；SiB6；SiB4；AlN；ZrC；ZrB；至少兩種所說(shuō)的陶瓷的反應(yīng)產(chǎn)物以及至少一種所說(shuō)的陶瓷與所說(shuō)的金屬的反應(yīng)產(chǎn)物組成的集合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制動(dòng)部件，其中，所說(shuō)的金屬相是鋁或其合金，所說(shuō)的陶瓷相包括選自由下列材料組成的集合中的至少兩種(a)B4C，(b)AlB2，(c)Al4BC，(d)Al3B48C2，(e)AlB12和(f)AlB24C4。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制動(dòng)部件，其中，所說(shuō)的金屬相是選自由鋁；鋯；鈦；銅；硅；鎂及它們的合金組成的集合中的至少一種金屬。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制動(dòng)部件，其中，所說(shuō)的陶瓷相占所說(shuō)的CMC的85～98vol％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制動(dòng)部件，其中，所說(shuō)的金屬相包括用光學(xué)定量測(cè)量法測(cè)定的平均等效直徑在0.25～30微米的金屬區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制動(dòng)部件，其中，所說(shuō)的CMC的密度最大為3g/cc。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制動(dòng)部件，其中，所說(shuō)的CMC具有理論密度的至少95％的理論密度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制動(dòng)部件，其中，所說(shuō)的CMC在900℃的強(qiáng)度至少為200MPa。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的制動(dòng)部件，其中，所說(shuō)的比熱在室溫時(shí)至少為1J/g℃，理論密度至少為98％的理論值，所說(shuō)的密度最大為3.0g/cc。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制動(dòng)部件，其中，所說(shuō)的部件是通過(guò)把所說(shuō)的CMC結(jié)合到金屬基質(zhì)上形成的。
13.一種至少有一個(gè)摩擦元件的制動(dòng)裝置，所說(shuō)的元件的至少5vol％由一種陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料(CMC)構(gòu)成，所說(shuō)的CMC在制動(dòng)時(shí)與另一個(gè)摩擦元件接觸，并且具有一種連續(xù)的晶體陶瓷相和一種分散在所說(shuō)的連續(xù)陶瓷相中的不連續(xù)的金屬相，最大6g/cc的密度，至少0.8J/g℃的比熱，至少0.4的動(dòng)態(tài)自摩擦系數(shù)，至少1000Kg/mm2的硬度，和在900℃時(shí)至少150MPa的彎曲強(qiáng)度，其中，所說(shuō)的陶瓷相至少45vol％具有至少1400℃的熔融或分解溫度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的制動(dòng)裝置，其中，所說(shuō)的制動(dòng)裝置是火車或飛機(jī)的制動(dòng)裝置。
全文摘要
一種制動(dòng)部件,其中至少一部分所說(shuō)的制動(dòng)部件是陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料(CMC),所說(shuō)的CMC含有一種連續(xù)的陶瓷相和一種分散在連續(xù)的陶瓷相中的不連續(xù)的金屬相。特別地,描述了具有高比熱和低密度的致密碳化硼－鋁復(fù)合材料。
文檔編號(hào)F16D65/18GK1217048SQ97194266
公開(kāi)日1999年5月19日 申請(qǐng)日期1997年5月1日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月2日
發(fā)明者A·R·小普魯尼爾, A·J·派澤克 申請(qǐng)人:陶氏化學(xué)公司