Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP6921787B2 - Braking material and its manufacturing method - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP6921787B2 - Braking material and its manufacturing method - Google Patents

Braking material and its manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP6921787B2
JP6921787B2 JP2018118736A JP2018118736A JP6921787B2 JP 6921787 B2 JP6921787 B2 JP 6921787B2 JP 2018118736 A JP2018118736 A JP 2018118736A JP 2018118736 A JP2018118736 A JP 2018118736A JP 6921787 B2 JP6921787 B2 JP 6921787B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon carbide
particle size
sliding layer
carbide particles
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018118736A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019219043A5 (en
JP2019219043A (en
Inventor
榎本 浩二
浩二 榎本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Coorstek KK
Original Assignee
Coorstek KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Coorstek KK filed Critical Coorstek KK
Priority to JP2018118736A priority Critical patent/JP6921787B2/en
Publication of JP2019219043A publication Critical patent/JP2019219043A/en
Publication of JP2019219043A5 publication Critical patent/JP2019219043A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6921787B2 publication Critical patent/JP6921787B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Braking Arrangements (AREA)

Description

本発明は制動材およびその製造方法に関し、特に、炭化珪素セラミックスを炭素繊維により強化した炭化珪素系複合材を基体とした、ブレーキディスク等に好適な制動材及びその制動材の製造方法に関する。 The present invention relates to a braking material and a method for producing the same, and more particularly to a braking material suitable for a brake disc or the like and a method for producing the braking material, which is based on a silicon carbide-based composite material in which silicon carbide ceramics are reinforced with carbon fibers.

ディスクブレーキは、制動装置の一種であり、主に、鉄道車両や自動車、自転車等に使用されている。このディスクブレーキは、車輪とともに回転するブレーキディスクを両面からブレーキパッドで挟み込むことによって摩擦力を発生させ、運動エネルギーを熱エネルギーに変換して制動するものである。
この鉄道車両や自動車等のブレーキディスクとしては、通常、ステンレス鋼やクロム鋼等の鋼材が用いられている。
Disc brakes are a type of braking device and are mainly used in railway vehicles, automobiles, bicycles, and the like. This disc brake generates frictional force by sandwiching a brake disc that rotates with wheels from both sides with brake pads, and converts kinetic energy into heat energy for braking.
Steel materials such as stainless steel and chrome steel are usually used as brake discs for railway vehicles and automobiles.

しかしながら、近年、走行性能の向上や燃費改善のため、車体重量やバネ下重量の軽減が要求されており、ブレーキディスクについても、鋼材よりも軽量な材質への変更が検討されている。
このような材質の一つとして、軽量かつ高強度であることから、炭化珪素系セラミックスが注目されている。ただし、従来の炭化珪素セラミックスは、脆性材料であり、靱性がなく、衝撃のかかるブレーキディスクに適用するのに十分な特性を有していなかった。
However, in recent years, in order to improve running performance and fuel efficiency, it has been required to reduce the weight of the vehicle body and the unsprung weight, and the change of the brake disc to a material lighter than the steel material is being considered.
As one of such materials, silicon carbide-based ceramics are attracting attention because of their light weight and high strength. However, conventional silicon carbide ceramics are brittle materials, have no toughness, and do not have sufficient properties for application to impact brake discs.

そこで、高い損傷許容性を有する炭化珪素セラミックス材料とするために、炭素繊維や炭化珪素繊維との複合材料を用いることが検討されている。また、より高耐酸化性の炭化珪素セラミックス複合材料を得る方法としては、炭化珪素に溶融珪素を含浸させる方法が知られている。 Therefore, in order to obtain a silicon carbide ceramic material having high damage tolerance, it is being studied to use a composite material with carbon fiber or silicon carbide fiber. Further, as a method for obtaining a silicon carbide ceramic composite material having higher oxidation resistance, a method of impregnating silicon carbide with molten silicon is known.

例えば、本出願人によって、平行状に配列した炭素短繊維とそれ以外の炭素成分とからなる束状の繊維集合体と、炭素と、珪素と、炭化珪素とにより構成され、前記繊維集合体は、その長さ方向に対する垂直断面形状が長径1mm以上かつ長径/短径比で1.5以上5以下の扁平状であり、かつ、複数で主として2次元方向にランダム配向していることを特徴とする炭素繊維強化炭化珪素系複合材が提案されている(特許文献1)。
また、この特許文献1には、この炭素繊維強化炭化珪素系複合材が強度及び靱性に優れ、ブレーキディスク等の制動材として好適であることが記載されている。
For example, the applicant comprises a bundle of short carbon fibers arranged in parallel and a bundle of other carbon components, carbon, silicon, and silicon carbide, and the fiber aggregate is composed of carbon, silicon, and silicon carbide. The feature is that the vertical cross-sectional shape with respect to the length direction is a flat shape with a major axis of 1 mm or more and a major axis / minor axis ratio of 1.5 or more and 5 or less, and a plurality of them are randomly oriented mainly in the two-dimensional direction. A carbon fiber reinforced silicon carbide-based composite material has been proposed (Patent Document 1).
Further, Patent Document 1 describes that this carbon fiber reinforced silicon carbide-based composite material is excellent in strength and toughness and is suitable as a braking material for a brake disc or the like.

また、特許文献2には、炭素繊維からなる短繊維Aを集合させてその外表面に炭素被膜を形成することで被膜付き繊維集合体を作製する工程と、炭化珪素と炭素材料とを混合して基材部となる原料を作製する工程と、前記被膜付き繊維集合体と前記基材部となる原料と炭素被膜のない炭素繊維からなる短繊維Bとを混合して混合体を作製する工程と、前記混合体を成型,加圧して成形体を作製する工程と、前記成形体を還元雰囲気下で焼成して焼成体を作製する工程と、前記焼成体に対して減圧下でシリコン含浸を行う工程と、から成ることを特徴とする、炭素繊維強化炭化珪素系セラミックスの製造方法が提案されている。また、この特許文献2には、炭素繊維強化炭化珪素系セラミックスの用途として、ブレーキディスクへの応用が示されている。 Further, Patent Document 2 describes a step of forming a filmed fiber aggregate by assembling short fibers A made of carbon fibers and forming a carbon film on the outer surface thereof, and mixing silicon carbide and a carbon material. A step of producing a raw material to be a base material portion, and a step of mixing the coated fiber aggregate, the raw material to be a base material portion, and short fibers B made of carbon fibers without a carbon coating to prepare a mixture. A step of molding and pressurizing the mixture to prepare a molded body, a step of firing the molded body in a reducing atmosphere to prepare a fired body, and a step of impregnating the fired body with silicon under reduced pressure. A method for producing carbon fiber-reinforced silicon carbide-based ceramics has been proposed, which comprises the steps to be carried out and the steps to be carried out. Further, Patent Document 2 discloses an application to a brake disc as an application of carbon fiber reinforced silicon carbide-based ceramics.

特開2013−209281号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-209281 特開2012−153575号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-153575

ところで、制動時の制動材(ブレーキディスク)は摩擦熱で非常に高温になるため、特許文献1、2に示すシリコン含浸がなされた炭素繊維強化炭化珪素系セラミックス(複合材)であっても、高温にさらされることで制動材の表面の炭素繊維が酸化し、表面が荒れることにより、ブレーキ性能が低下し、交換する必要があった。
即ち、炭素繊維強化炭化珪素系複合材が高温状態に曝されると、その表面の炭素繊維が酸化し、その結果、ブレーキ性能が低下し、製品寿命が短いという課題があった。
By the way, since the braking material (brake disc) during braking becomes extremely hot due to frictional heat, even the carbon fiber-reinforced silicon carbide-based ceramics (composite material) impregnated with silicon shown in Patent Documents 1 and 2 can be used. When exposed to high temperature, the carbon fibers on the surface of the braking material are oxidized and the surface is roughened, so that the braking performance is deteriorated and it is necessary to replace it.
That is, when the carbon fiber reinforced silicon carbide composite material is exposed to a high temperature state, the carbon fibers on the surface are oxidized, and as a result, the braking performance is lowered and the product life is short.

かかる課題を解決するために、本発明者は、制動材の基体として軽量であり、機械的強度に優れた炭素繊維強化炭化珪素系複合材を用い、その表面に、炭素繊維を含まず、炭化珪素に溶融珪素を含浸させた摺動層を設けることを想到した。そして更に、この摺動層が炭素繊維を含まないことによって生じる、脆く、強度が十分ではないという課題を解決するために、鋭意研究を重ね、本発明を完成するに至った。 In order to solve such a problem, the present inventor uses a carbon fiber reinforced silicon carbide-based composite material which is lightweight and has excellent mechanical strength as a base material for a braking material, and carbon fiber-free and carbonized on the surface thereof. The idea was to provide a sliding layer in which silicon is impregnated with molten silicon. Further, in order to solve the problem of brittleness and insufficient strength caused by the fact that the sliding layer does not contain carbon fibers, intensive studies have been carried out to complete the present invention.

本発明は、上記情況のもとなされたのであり、耐熱衝撃性、耐摩耗性に優れ、より長寿命の制動材およびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made under the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a braking material having excellent thermal shock resistance and wear resistance and a longer life, and a method for manufacturing the same.

上記目的を達成するためになされた本発明に係る制動材は、炭素繊維を含有する炭化珪素複合材からなる基体と、前記基体表面における、少なくともブレーキパッドが摺動する領域に形成された、炭素繊維を含まない摺動層とを備えた制動材であって、前記摺動層が、第1の粒径の第1の炭化珪素粒子と、前記第1の粒径の第1の炭化珪素粒子を連結する、前記第1の粒径よりも小さい第2の粒径の第2の炭化珪素粒子で形成された炭化珪素焼結部と、前記第1の粒径の炭化珪素粒子と前記炭化珪素焼結部の間に残存する隙間にシリコン及びバインダー由来のカーボンとを含む、ことを特徴としている。 The braking material according to the present invention made to achieve the above object is a substrate made of a silicon carbide composite material containing carbon fibers, and carbon formed on the surface of the substrate at least in a region where the brake pad slides. A braking material including a fiber-free sliding layer, wherein the sliding layer is a first silicon carbide particle having a first particle size and a first silicon carbide particle having the first particle size. A silicon carbide sintered portion formed of second silicon carbide particles having a second particle size smaller than the first particle size, and silicon carbide particles having the first particle size and the silicon carbide. the gap remaining between the sintered portion, containing carbon from silicon and a binder, is characterized in that.

本発明にかかる制動材は、基体の表面に、炭素繊維を含まない摺動層が形成されているため、炭素繊維が制動材表面に露出することはなく、炭素繊維の酸化が抑制される。
また、前記摺動層において、第1の粒径の第1の炭化珪素粒子は、前記第1の粒径よりも小さい第2の粒径の第2の炭化珪素粒子で形成された炭化珪素焼結部によって連結されるため、本発明にかかる制動材は、機械的強度が増し、Si起点のクラックを抑制し、製品寿命が向上する。
尚、炭化珪素焼結部を形成する炭化珪素粒子の第2の粒径が、第1の炭化珪素粒子の第1の粒径よりも大きい場合には、第2の炭化珪素粒子の焼結反応が低下し、焼結し難くなるため、連結した炭化珪素焼結部の形成が困難となる。
In the braking material according to the present invention, since a sliding layer containing no carbon fibers is formed on the surface of the substrate, the carbon fibers are not exposed on the surface of the braking material, and the oxidation of the carbon fibers is suppressed.
Further, in the sliding layer, the first silicon carbide particles having a first particle size are silicon carbide fired formed of second silicon carbide particles having a second particle size smaller than the first particle size. Since the braking material according to the present invention is connected by a knot, the mechanical strength is increased, cracks at the Si origin are suppressed, and the product life is improved.
When the second particle size of the silicon carbide particles forming the silicon carbide sintered portion is larger than the first particle size of the first silicon carbide particles, the sintering reaction of the second silicon carbide particles It becomes difficult to form a connected silicon carbide sintered portion because the amount of silicon carbide decreases and it becomes difficult to sinter.

ここで、前記第1の粒径が、100μm以上180μm以下であり、かつ前記第2粒径が、0.4μm以上5μm以下であることが望ましい。
前記第1の粒径が100μm未満の場合には成形かさ密度が大きくなることで、後の加熱において収縮が大きくなり、亀裂や剥離が発生するため、好ましくない。一方、前記第1の粒径が180μmを超える場合には、第1の炭化珪素粒子間の隙間が大きくなり最終形態にて耐熱衝撃性が低いSiが多くなり好ましくない。
また、前記第2の粒径が0.4μm未満の場合には、第1と第2の炭化珪素粒子の分散が困難になり、偏在することになり好ましくない。一方、前記第2の粒径が5μmを超える場合には、第2の炭化珪素粒子が第1の炭化珪素粒子間隙間への埋設が困難となり好ましくない。
Here, it is desirable that the first particle size is 100 μm or more and 180 μm or less, and the second particle size is 0.4 μm or more and 5 μm or less.
If the first particle size is less than 100 μm, the molding bulk density becomes large, and the shrinkage becomes large in the subsequent heating, causing cracks and peeling, which is not preferable. On the other hand, when the first particle size exceeds 180 μm, the gap between the first silicon carbide particles becomes large and the amount of Si having low thermal shock resistance in the final form increases, which is not preferable.
Further, when the second particle size is less than 0.4 μm, it becomes difficult to disperse the first and second silicon carbide particles, and the particles are unevenly distributed, which is not preferable. On the other hand, when the second particle size exceeds 5 μm, it is difficult for the second silicon carbide particles to be embedded in the gap between the first silicon carbide particles, which is not preferable.

また、前記摺動層の膜厚が、1mm以上3mm以下であることが望ましい。
また、前記摺動層の膜厚が1mm未満である場合には、基体を構成する炭素繊維が表面に露出する虞があり、炭素繊維の酸化抑制作用が低減するためである。
尚、前記摺動層の膜厚が、3mmを超える場合には、カケが発生しやすくなり、好ましくない。
Further, it is desirable that the film thickness of the sliding layer is 1 mm or more and 3 mm or less.
Further, when the thickness of the sliding layer is less than 1 mm, the carbon fibers constituting the substrate may be exposed on the surface, and the oxidation inhibitory action of the carbon fibers is reduced.
If the film thickness of the sliding layer exceeds 3 mm, chipping is likely to occur, which is not preferable.

上記目的を達成するためになされた本発明に係る制動材の製造方法は、炭素繊維を含有する炭化珪素複合材からなる基体と、前記基体表面における、少なくともブレーキパッドが摺動する領域に形成された、炭素繊維を含まない摺動層とを備えた制動材の製造方法であって、少なくとも炭素繊維と炭化珪素粒子バインダーを含む第1の原料から基体を成形する工程と、少なくとも第1の粒径の第1の炭化珪素粒子と、前記第1の粒径よりも小さい第2の粒径の第2の炭化珪素粒子バインダーを含む第2の原料によって、前記摺動層を形成するスラリーを調整し、前記スラリーを前記基体の表面の少なくとも一部に塗布し、摺動層を形成する工程と、前記摺動層が形成された基体を焼成する工程と、前記焼成された、前記摺動層が形成された基体に、減圧下でシリコンを含浸する工程と、を含むことを特徴としている。 The method for producing a braking material according to the present invention, which has been made to achieve the above object, is formed on a substrate made of a silicon carbide composite material containing carbon fibers and at least a region on the surface of the substrate on which a brake pad slides. Further, a method for producing a braking material including a sliding layer containing no carbon fiber, wherein a substrate is formed from a first raw material containing at least carbon fibers, silicon carbide particles, and a binder, and at least the first step. the first silicon carbide particles having a particle size, by a second material comprising a second silicon carbide particles and the binder of the small second diameter than the first particle size, slurry for forming the sliding layer The step of forming the sliding layer by applying the slurry to at least a part of the surface of the substrate, the step of firing the substrate on which the sliding layer is formed, and the calcined, said sliding. It is characterized by including a step of impregnating a substrate on which a moving layer is formed with silicon under reduced pressure.

このように、粒径の異なる炭化珪素粒子を混合して摺動層の原料とすることにより、第1の粒径の第1の炭化珪素粒子を、前記第1の粒径よりも小さい第2の粒径の第2の炭化珪素粒子で形成された炭化珪素焼結部によって連結することができる。
また、第1の粒径の第1の炭化珪素粒子と炭化珪素焼結部の間の残存する間隙にシリコンを含浸させることができる。
その結果、機械的強度が向上し、Si起点のクラックを抑制した、長寿命の制動材を製造することができる。
By mixing silicon carbide particles having different particle diameters as a raw material for the sliding layer in this way, the first silicon carbide particles having the first particle size can be made into a second particle smaller than the first particle size. It can be connected by a silicon carbide sintered portion formed of the second silicon carbide particles having a particle size of.
Further, the remaining gap between the first silicon carbide particles having the first particle size and the silicon carbide sintered portion can be impregnated with silicon.
As a result, it is possible to manufacture a long-life braking material in which the mechanical strength is improved and cracks at the Si origin are suppressed.

ここで、前記第1の粒径が、100μm以上180μm以下であり、かつ前記第2粒径が、0.4μm以上5μm以下であることが望ましい。
前記第1の粒径が100μm未満の場合には成形かさ密度が大きくなることで、後の加熱において収縮が大きくなり、亀裂や剥離が発生するため、好ましくない。一方、前記第1の粒径が180μmを超える場合には、第1の炭化珪素粒子間の隙間が大きくなり最終形態にて耐熱衝撃性が低いSiが多くなり好ましくない。
また、前記第2の粒径が0.4μm未満の場合には、第1と第2の炭化珪素粒子の分散が困難になり、偏在することになり好ましくない。一方、前記第2の粒径が5μmを超える場合には、第2の炭化珪素粒子が第1の炭化珪素粒子間隙間への埋設が困難となり好ましくない。
Here, it is desirable that the first particle size is 100 μm or more and 180 μm or less, and the second particle size is 0.4 μm or more and 5 μm or less.
If the first particle size is less than 100 μm, the molding bulk density becomes large, and the shrinkage becomes large in the subsequent heating, causing cracks and peeling, which is not preferable. On the other hand, when the first particle size exceeds 180 μm, the gap between the first silicon carbide particles becomes large and the amount of Si having low thermal shock resistance in the final form increases, which is not preferable.
Further, when the second particle size is less than 0.4 μm, it becomes difficult to disperse the first and second silicon carbide particles, and the particles are unevenly distributed, which is not preferable. On the other hand, when the second particle size exceeds 5 μm, it is difficult for the second silicon carbide particles to be embedded in the gap between the first silicon carbide particles, which is not preferable.

また、前記摺動層の膜厚が、1mm以上3mm以下であることが望ましい。
また、前記摺動層の膜厚が1mm未満である場合には、基体を構成する炭素繊維が表面に露出する虞があり、炭素繊維の酸化抑制作用が低減するためである。
Further, it is desirable that the film thickness of the sliding layer is 1 mm or more and 3 mm or less.
Further, when the thickness of the sliding layer is less than 1 mm, the carbon fibers constituting the substrate may be exposed on the surface, and the oxidation inhibitory action of the carbon fibers is reduced.

本発明によれば、耐熱衝撃性、耐摩耗性に優れ、より長寿命の制動材およびその製造方法を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a braking material having excellent thermal shock resistance and wear resistance and having a longer life, and a method for producing the same.

図1は、本発明の実施形態の摺動層の断面写真である。FIG. 1 is a cross-sectional photograph of a sliding layer according to an embodiment of the present invention. 図2は、図1に示した断面写真の白線で囲われた部分を模式的に表した図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing a portion of the cross-sectional photograph shown in FIG. 1 surrounded by a white line. 図3は、比較例の摺動層の断面写真である。FIG. 3 is a cross-sectional photograph of a sliding layer of a comparative example. 図4は、図3に示した断面写真の白線で囲われた部分を模式的に表した図である。FIG. 4 is a diagram schematically showing a portion of the cross-sectional photograph shown in FIG. 3 surrounded by a white line.

本発明の制動材にかかる実施形態について説明する。
本発明に係る制動材は、炭素繊維を含有する炭化珪素複合材からなる基体と、前記基体表面における、少なくともブレーキパッドが摺動する領域に形成された、炭素繊維を含まない摺動層とを備えている。
前記基体は、炭素繊維を含有する炭化珪素複合材によって構成され、炭素繊維の本数、長さ、径、また炭化珪素の粒径、更に、炭化珪素と炭素繊維の割合など、適宜選択することができ、特に限定されるものではない。
具体的に説明すれば、例えば、特許文献1(特開2013−209281号公報)に記載された炭素繊維強化炭化珪素系複合材を用いることができる。また、特許文献2(特開2012−153575号公報)に記載された炭素繊維強化炭化珪素系セラミックスを用いることができる。
An embodiment of the braking material of the present invention will be described.
The braking material according to the present invention comprises a substrate made of a silicon carbide composite material containing carbon fibers and a carbon fiber-free sliding layer formed on the surface of the substrate at least in a region where the brake pads slide. I have.
The substrate is made of a silicon carbide composite material containing carbon fibers, and the number, length, diameter of carbon fibers, the particle size of silicon carbide, the ratio of silicon carbide to carbon fibers, and the like can be appropriately selected. It can be done, and it is not particularly limited.
Specifically, for example, the carbon fiber reinforced silicon carbide-based composite material described in Patent Document 1 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-209281) can be used. Further, carbon fiber reinforced silicon carbide-based ceramics described in Patent Document 2 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-153575) can be used.

前記摺動層は、制動材(基体)の主面の全面、もしくは制動材(基体)の主面の一部であって、ブレーキパッドが摺動する領域に形成されている。
この摺動層は、炭素繊維を含まず、第1の粒径の第1の炭化珪素粒子と、前記第1の粒径の第1の炭化珪素粒子を連結する、前記第1の粒径よりも小さい第2の粒径の第2の炭化珪素粒子で形成された炭化珪素焼結部と、前記第1の粒径の炭化珪素粒子、前記炭化珪素焼結部の隙間に形成されたシリコン、カーボンを含む。
The sliding layer is the entire surface of the main surface of the braking material (base) or a part of the main surface of the braking material (base), and is formed in a region where the brake pads slide.
This sliding layer does not contain carbon fibers and connects the first silicon carbide particles having the first particle size and the first silicon carbide particles having the first particle size, from the first particle size. A silicon carbide sintered portion formed of a second silicon carbide particle having a small second particle size, a silicon carbide particle having the first particle size, and silicon formed in a gap between the silicon carbide sintered portion. Contains carbon.

この摺動層の断面構造を図1、図2に示す。
図1は、本発明の制動材の摺動層の断面写真であり、摺動層の断面を研磨したのちに顕微鏡で撮影したものである。また、図2は、図1に示した断面写真の一部を模式的に表した図であり、第1粒径の炭化珪素粒子1を右下がりの斜線のハッチングで示し、第2粒径の第2の炭化珪素粒子で形成された炭化珪素焼結部2の領域を左下がりの斜線のハッチングで示し、含浸したシリコン3を散在した点で示し、またバインダーが炭化したカーボン4を黒色で示している。
The cross-sectional structure of this sliding layer is shown in FIGS. 1 and 2.
FIG. 1 is a cross-sectional photograph of a sliding layer of the braking material of the present invention, which was taken with a microscope after polishing the cross section of the sliding layer. Further, FIG. 2 is a diagram schematically showing a part of the cross-sectional photograph shown in FIG. 1, in which the silicon carbide particles 1 having the first particle size are shown by hatching with diagonal lines downward to the right, and have the second particle size. The region of the silicon carbide sintered portion 2 formed of the second silicon carbide particles is indicated by hatching with a diagonal line downward to the left, impregnated silicon 3 is indicated by scattered dots, and carbon 4 carbonized by the binder is indicated in black. ing.

前記炭化珪素焼結部2は、前記したように前記第1の粒径よりも小さい第2の粒径の第2の炭化珪素粒子同士が反応焼結して形成されている。
また、第1の炭化珪素粒子と前記第2の炭化珪素粒子は反応焼結し、連結されるため、第1の炭化珪素粒子同士は、炭化珪素焼結部2を介して連結されている。
更に、図1、図2にから明らかなように、第1粒径の炭化珪素粒子1および2粒径の炭化珪素粒子で形成された炭化珪素焼結部2の間隙に、含浸したシリコン3及びバインダーが炭化したカーボン4が形成されている。
As described above, the silicon carbide sintered portion 2 is formed by react-sintering the second silicon carbide particles having a second particle size smaller than the first particle size.
Further, since the first silicon carbide particles and the second silicon carbide particles are reaction-sintered and connected to each other, the first silicon carbide particles are connected to each other via the silicon carbide sintered portion 2.
Further, as is clear from FIGS. 1 and 2, the gaps between the silicon carbide sintered portion 2 formed of the silicon carbide particles 1 having the first particle size and the silicon carbide particles having the second particle size are impregnated with the silicon 3 and the silicon carbide. Carbon 4 in which the binder is carbonized is formed.

このように、第1の炭化珪素粒子1同士は、炭化珪素焼結部2を介して連結されるため、第1粒径の炭化珪素結晶粒1の間の結びつきが強く、前記摺動層の耐熱衝撃性および耐摩耗性がより向上する。 In this way, since the first silicon carbide particles 1 are connected to each other via the silicon carbide sintered portion 2, the bond between the silicon carbide crystal grains 1 having the first particle size is strong, and the sliding layer of the sliding layer has a strong bond. Thermal impact resistance and abrasion resistance are further improved.

また、この摺動層は、炭素繊維を含んでいないので、炭素繊維が摺動層表面に露出することはなく、炭素繊維が高温・高湿度下で酸化することもない。
これにより、本発明の実施に係る制動材は、摩擦熱によって高温下に曝される環境であっても、表面の損傷が抑制され、耐久性が向上し、寿命がより向上する(長寿命化する)。
Further, since this sliding layer does not contain carbon fibers, the carbon fibers are not exposed on the surface of the sliding layer, and the carbon fibers are not oxidized under high temperature and high humidity.
As a result, the braking material according to the implementation of the present invention suppresses surface damage, improves durability, and further improves the life (longer life) even in an environment exposed to high temperatures due to frictional heat. do).

前記第1の粒径が、100μm以上180μm以下であり、かつ前記第2粒径が、0.4μm以上5μm以下であることが望ましい。
前記第1の粒径が100μm未満の場合には成形かさ密度が大きくなることで、後の加熱において収縮が大きくなり、亀裂や剥離が発生するため、好ましくない。一方、前記第1の粒径が180μmを超える場合には、第1の炭化珪素粒子間の隙間が大きくなり最終形態にて耐熱衝撃性が低いSiが多くなり好ましくない。
また、前記第2の粒径が0.4μm未満の場合には、第1と第2の炭化珪素粒子の分散が困難になり、偏在することになり好ましくない。一方、前記第2の粒径が5μmを超える場合には、第2の炭化珪素粒子が第1の炭化珪素粒子間隙間への埋設が困難となり好ましくない。
尚、ここで、粒径とは、メディアン径および篩目開きを意味する。
It is desirable that the first particle size is 100 μm or more and 180 μm or less, and the second particle size is 0.4 μm or more and 5 μm or less.
If the first particle size is less than 100 μm, the molding bulk density becomes large, and the shrinkage becomes large in the subsequent heating, causing cracks and peeling, which is not preferable. On the other hand, when the first particle size exceeds 180 μm, the gap between the first silicon carbide particles becomes large and the amount of Si having low thermal shock resistance in the final form increases, which is not preferable.
Further, when the second particle size is less than 0.4 μm, it becomes difficult to disperse the first and second silicon carbide particles, and the particles are unevenly distributed, which is not preferable. On the other hand, when the second particle size exceeds 5 μm, it is difficult for the second silicon carbide particles to be embedded in the gap between the first silicon carbide particles, which is not preferable.
Here, the particle size means the median diameter and the mesh opening.

また、前記摺動層の膜厚が、1mm以上3mm以下であることが望ましい。
前記摺動層の膜厚が1mm未満である場合には、基体を構成する炭素繊維が表面に露出する虞があり、炭素繊維の酸化抑制作用が低減するためである。
尚、前記摺動層の膜厚が、3mmを超える場合には、カケが発生しやすくなり、好ましくない。
Further, it is desirable that the film thickness of the sliding layer is 1 mm or more and 3 mm or less.
This is because when the thickness of the sliding layer is less than 1 mm, the carbon fibers constituting the substrate may be exposed on the surface, and the oxidation inhibitory action of the carbon fibers is reduced.
If the film thickness of the sliding layer exceeds 3 mm, chipping is likely to occur, which is not preferable.

次に、本発明にかかる実施形態の製造方法について説明する。
本発明に係る動材の製造方法は、少なくとも炭素繊維と炭化珪素粒子バインダーを含む第1の原料から基体を成形する工程と、少なくとも第1の粒径の第1の炭化珪素粒子と、前記第1の粒径よりも小さい第2の粒径の第2の炭化珪素粒子バインダーを含む第2の原料を、前記成形された基体の表面に塗布して摺動層を形成する工程と、前記基体および前記摺動層を焼成する工程と、前記焼成された前記基体および前記摺動層に、減圧下でシリコンを含浸する工程と、を含むことを特徴としている。特に、この製造方法は、基体の表面に摺動層を形成する点に特徴がある。
Next, the manufacturing method of the embodiment according to the present invention will be described.
Method of manufacturing a dynamic material according to the present invention includes the steps of forming the substrate from a first material containing at least carbon fiber and silicon carbide particles and a binder, and a first silicon carbide particles of at least a first diameter, said A step of applying a second raw material containing a second silicon carbide particle having a second particle size smaller than the first particle size and a binder to the surface of the molded substrate to form a sliding layer. It is characterized by including a step of firing the substrate and the sliding layer, and a step of impregnating the fired substrate and the sliding layer with silicon under reduced pressure. In particular, this manufacturing method is characterized in that a sliding layer is formed on the surface of the substrate.

前記基体を形成する方法は、炭素繊維と炭化珪素粒子バインダーを含む第1の原料によって基体を成形することができれば、特に限定されるものではない。
例えば、特許文献1(特開2013−209281号公報)に記載された炭素繊維強化炭化珪素系複合材の製造方法を用いることができる。また、特許文献2(特開2012−153575号公報)に記載された炭素繊維強化炭化珪素系セラミックスの製造方法を用いることができる。
The method for forming the substrate is not particularly limited as long as the substrate can be formed from the first raw material containing carbon fibers, silicon carbide particles, and a binder.
For example, the method for producing a carbon fiber-reinforced silicon carbide-based composite material described in Patent Document 1 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-209281) can be used. Further, the method for producing carbon fiber reinforced silicon carbide ceramics described in Patent Document 2 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-153575) can be used.

一例を挙げれば、炭素繊維と炭化珪素粒子とを含む原料を混合し、スラリーを調製し、加圧もしくは減圧でのゲルキャストによる成形によって、基体を成形する。
このスラリーの調製においては、主原料である炭化珪素粒子に、炭素繊維と炭素粉を添加し、更にゲル化能を有する有機物を添加し、得られたスラリーを型に鋳込み、加圧もしくは減圧下でゲル化または硬化させて成形する、いわゆるゲルキャスト成形と加圧もしくは減圧成形を併用して成形を行うことができる。
As an example, a raw material containing carbon fibers and silicon carbide particles is mixed to prepare a slurry, and a substrate is molded by gel casting under pressure or reduced pressure.
In the preparation of this slurry, carbon fibers and carbon powder are added to the silicon carbide particles which are the main raw materials, and an organic substance having a gelling ability is further added, and the obtained slurry is cast into a mold under pressure or reduced pressure. Molding can be performed by combining so-called gel cast molding, which is gelled or cured with, and pressure or pressure molding.

また、基体成形体を作製して、後のシリコン含浸工程で、含浸させるシリコンと炭素繊維の一部および炭素粉が反応して炭化珪素となるが、炭素繊維と炭素粉の混合比と成形時の条件を調整することで、炭化珪素と炭素繊維の組成比や炭化珪素の密度を自在に調整することができる。
尚、炭素繊維の含有量は10重量%以上40重量%以下、および前記炭素粉の含有量は1重量%以上15重量%以下であることが好ましい。炭素繊維の含有量が10重量%未満では破壊エネルギーを十分確保できず、40重量%を超えると炭化珪素の相対比が下がり曲げ強度が低下するので、いずれも好ましくない。
Further, in the silicon impregnation step after preparing the substrate molded body, a part of the carbon fiber and the carbon powder to be impregnated react with each other to form silicon carbide. By adjusting the above conditions, the composition ratio of silicon carbide and carbon fiber and the density of silicon carbide can be freely adjusted.
The content of the carbon fiber is preferably 10% by weight or more and 40% by weight or less, and the content of the carbon powder is preferably 1% by weight or more and 15% by weight or less. If the carbon fiber content is less than 10% by weight, sufficient fracture energy cannot be secured, and if it exceeds 40% by weight, the relative ratio of silicon carbide decreases and the bending strength decreases, which is not preferable.

また、制動材であることから、基体は円板状の平面体で、かつ主面の最大長が300mm以上1000mm以下、厚さが20mm以上100mm以下であることが好ましい。
ここで、主面の最大長とは、円板であれば直径のように、面上で取りうる最大長さのことである。
Further, since it is a braking material, it is preferable that the substrate is a disk-shaped flat body, the maximum length of the main surface is 300 mm or more and 1000 mm or less, and the thickness is 20 mm or more and 100 mm or less.
Here, the maximum length of the main surface is the maximum length that can be taken on the surface, such as the diameter of a disk.

前記成形された基体の表面に塗布して摺動層を形成する工程は、少なくとも第1の粒径の第1の炭化珪素粒子と、前記第1の粒径よりも小さい第2の粒径の第2の炭化珪素粒子とを含む第2の原料を混合し、スラリーを調製し、前記成形された基体の表面に塗布することによってなされる。 The step of applying to the surface of the molded substrate to form a sliding layer involves a first silicon carbide particle having at least a first particle size and a second particle size smaller than the first particle size. This is done by mixing a second raw material containing the second silicon carbide particles to prepare a slurry and applying it to the surface of the molded substrate.

前記第1の粒径が、100μm以上180μm以下であり、かつ前記第2粒径が、0.4μm以上5μm以下であることが望ましい。
前記第1の粒径が100μm未満の場合には成形かさ密度が大きくなることで、後の加熱において収縮が大きくなり、亀裂や剥離が発生するため、好ましくない。一方、前記第1の粒径が180μmを超える場合には、第1の炭化珪素粒子間の隙間が大きくなり最終形態にて耐熱衝撃性が低いSiが多くなり好ましくない。
また、前記第2の粒径が0.4μm未満の場合には、第1と第2の炭化珪素粒子の分散が困難になり、偏在することになり好ましくない。一方、前記第2の粒径が5μmを超える場合には、第2の炭化珪素粒子が第1の炭化珪素粒子間隙間への埋設が困難となり好ましくない。
なお、ここでいう粒径とは、メディアン径および篩目開きを意味する。
It is desirable that the first particle size is 100 μm or more and 180 μm or less, and the second particle size is 0.4 μm or more and 5 μm or less.
If the first particle size is less than 100 μm, the molding bulk density becomes large, and the shrinkage becomes large in the subsequent heating, causing cracks and peeling, which is not preferable. On the other hand, when the first particle size exceeds 180 μm, the gap between the first silicon carbide particles becomes large and the amount of Si having low thermal shock resistance in the final form increases, which is not preferable.
Further, when the second particle size is less than 0.4 μm, it becomes difficult to disperse the first and second silicon carbide particles, and the particles are unevenly distributed, which is not preferable. On the other hand, when the second particle size exceeds 5 μm, it is difficult for the second silicon carbide particles to be embedded in the gap between the first silicon carbide particles, which is not preferable.
The particle size referred to here means the median diameter and the mesh opening.

更に、前記スラリーの調製は、第1の粒径の第1の炭化珪素粒子と前記第1の粒径よりも小さい第2の粒径の第2の炭化珪素粒子に、バインダーを添加し、混合することによって行われる。 Further, in the preparation of the slurry, a binder is added to the first silicon carbide particles having a first particle size and the second silicon carbide particles having a second particle size smaller than the first particle size, and the mixture is mixed. It is done by doing.

また、第1の粒径の第1の炭化珪素粒子と、前記第1の粒径よりも小さい第2の粒径の第2の炭化珪素粒子との配合割合は、60:40〜80:20であることが好ましい。
また、第1の炭化珪素粒子および第2の炭化珪素粒子と、バインダーとの割合は100:25〜100:35であることが好ましい。
The blending ratio of the first silicon carbide particles having the first particle size and the second silicon carbide particles having the second particle size smaller than the first particle size is 60:40 to 80:20. Is preferable.
Further, the ratio of the first silicon carbide particles and the second silicon carbide particles to the binder is preferably 100:25 to 100:35.

成形された基体の表面に対する、摺動層を形成するためのスラリーの塗布方法は、特に限定されるものではなく、鋳込み成形、ゲルキャスト成形法等を用いることができる。また、塗布は、少なくとも、ブレーキパッドが摺動する領域になされる。
また、塗布の厚さは、摺動層の膜厚が1mm以上3mm以下となるように塗布される。また、前記摺動層の膜厚が1mm未満である場合には、基体を構成する炭素繊維が表面に露出する虞があり、炭素繊維の酸化抑制作用が低減するためである。
尚、摺動層の膜厚が3mmを超える場合には、カケが発生しやすくなり、好ましくない。
The method for applying the slurry for forming the sliding layer on the surface of the molded substrate is not particularly limited, and a cast molding method, a gel cast molding method, or the like can be used. Further, the coating is applied at least to the region where the brake pads slide.
The coating thickness is such that the film thickness of the sliding layer is 1 mm or more and 3 mm or less. Further, when the thickness of the sliding layer is less than 1 mm, the carbon fibers constituting the substrate may be exposed on the surface, and the oxidation inhibitory action of the carbon fibers is reduced.
If the film thickness of the sliding layer exceeds 3 mm, chipping is likely to occur, which is not preferable.

次に、前記スラリーが塗布された成形された基体を、大気雰囲気中で、150℃、2時間乾燥させた後、1000℃、還元雰囲気で1時間、一次焼成する。
そして更に、還元雰囲気下にて、2000℃で二次焼成する。
その後、シリコン含浸工程において、10Paの減圧下で、1600℃で、前記工程により得られた焼成体に溶融シリコンを含浸させ、制動板を作製する。
Next, the molded substrate coated with the slurry is dried at 150 ° C. for 2 hours in an air atmosphere, and then first fired at 1000 ° C. for 1 hour in a reducing atmosphere.
Further, it is secondarily fired at 2000 ° C. in a reducing atmosphere.
Then, in the silicon impregnation step, the fired body obtained by the above step is impregnated with molten silicon at 1600 ° C. under a reduced pressure of 10 Pa to prepare a braking plate.

上記焼成において、図1,2に示すように、炭化珪素焼結部2が、第2の炭化珪素粒子同士が反応焼結して形成される。
また、第1の炭化珪素粒子と前記第2の炭化珪素粒子は反応焼結し、連結されるため、第1の炭化珪素粒子1同士は、炭化珪素焼結部2を介して連結される。
また、炭化珪素粒子1および炭化珪素焼結部2の間隙に、含浸したシリコン3及びバインダーが炭化したカーボン4が形成される。
In the above firing, as shown in FIGS. 1 and 2, the silicon carbide sintered portion 2 is formed by react-sintering the second silicon carbide particles with each other.
Further, since the first silicon carbide particles and the second silicon carbide particles are reaction-sintered and connected, the first silicon carbide particles 1 are connected to each other via the silicon carbide sintered portion 2.
Further, the impregnated silicon 3 and the carbon 4 in which the binder is carbonized are formed in the gaps between the silicon carbide particles 1 and the silicon carbide sintered portion 2.

このように、第1の炭化珪素粒子と炭化珪素焼結部2(第2の炭化珪素粒子)が反応焼結し、連結されるため、第1の炭化珪素粒子同士は、炭化珪素焼結部2を介して連結される。
その結果、第1粒径の炭化珪素結晶粒1の間の結びつきが強く、この摺動層は耐熱衝撃性および耐摩耗性がより向上する。
In this way, the first silicon carbide particles and the silicon carbide sintered portion 2 (second silicon carbide particles) are reaction-sintered and connected to each other, so that the first silicon carbide particles are connected to each other in the silicon carbide sintered portion. It is connected via 2.
As a result, the bond between the silicon carbide crystal grains 1 having the first particle size is strong, and the sliding layer has further improved thermal shock resistance and wear resistance.

また、この摺動層は、炭素繊維を含まず、この摺動層を炭素繊維で強化された炭化珪素の複合材からなる基体の表面に形成されるため、高温下での炭素繊維の酸化を防止することができる。
更に、この摺動層は、シリコンが連続して存在する部分が少なく、炭化珪素粒子によって形成されるので、この制動材は、耐熱衝撃性が高く、カケ等の発生が抑制される
Further, since this sliding layer does not contain carbon fibers and is formed on the surface of a substrate made of a composite material of silicon carbide reinforced with carbon fibers, the carbon fibers can be oxidized at a high temperature. Can be prevented.
Further, since this sliding layer has few portions where silicon is continuously present and is formed of silicon carbide particles, this braking material has high thermal shock resistance and the occurrence of chips and the like is suppressed.

以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to the following examples.

[実施例1]
(基体の作成)
粉末原料は、平均長さ8mmの炭素繊維20重量部、平均粒径0.8μmの炭化珪素粒子30重量部、平均粒径50nmのカーボンブラック10重量部を混合して作製した。この粉末原料に、エタノール15重量部と、フェノール樹脂10重量部と、イミン系樹脂等の架橋重合性樹脂であるソルビトールポリグリシジルエーテル10重量部と、架橋剤であるポリエチレンイミン5重量部添加し、混合した。
[Example 1]
(Preparation of substrate)
The powder raw material was prepared by mixing 20 parts by weight of carbon fiber having an average length of 8 mm, 30 parts by weight of silicon carbide particles having an average particle size of 0.8 μm, and 10 parts by weight of carbon black having an average particle size of 50 nm. To this powder raw material, 15 parts by weight of ethanol, 10 parts by weight of phenol resin, 10 parts by weight of sorbitol polyglycidyl ether which is a crosslinkable polymerizable resin such as imine resin, and 5 parts by weight of polyethyleneimine which is a crosslinking agent are added. Mixed.

そして、前記配合をSUS製の型に入れ、100N/cmの加圧の条件下でゲル化または硬化させた後に、脱型して乾燥させることで成形体を得た。 Then, the compound was placed in a SUS mold, gelled or cured under a pressure of 100 N / cm 2, and then demolded and dried to obtain a molded product.

(摺動層の形成)
粒径が160μmの炭化珪素粒子と、粒径が2μm炭化珪素粒子と、バインダーとを、75:25:30の重量比で混合し、スラリーを調製した。
そして、鋳込み法によって、塗布膜の厚さが2mmとなるよう、前記基体成形体に塗布した。
(Formation of sliding layer)
Silicon carbide particles of a particle size of 160 .mu.m, and particle size of 2μm silicon carbide particles, a binder, 75: 25: 30 were mixed in a weight ratio of to prepare a slurry.
Then, it was applied to the substrate molded body by a casting method so that the thickness of the coating film was 2 mm.

その後、前記スラリーが塗布された基体成形体を、大気雰囲気中で、150℃、2時間乾燥させた後、1000℃、還元雰囲気で1時間、一次焼成する。
そして更に、還元雰囲気下にて、2000℃で二次焼成する。その後、シリコン含浸工程において、10Paの減圧下で、1600℃で、前記工程により得られた焼成体に溶融シリコンを含浸させ、制動板を作製した。
Then, the substrate molded product coated with the slurry is dried at 150 ° C. for 2 hours in an air atmosphere, and then first fired at 1000 ° C. for 1 hour in a reducing atmosphere.
Further, it is secondarily fired at 2000 ° C. in a reducing atmosphere. Then, in the silicon impregnation step, the fired body obtained by the above step was impregnated with molten silicon at 1600 ° C. under a reduced pressure of 10 Pa to prepare a braking plate.

そして、摺動層表面を研磨し、その断面を顕微鏡により観察した。その結果を図1、図2に示す。
既に述べたように、図1、図2から明らかなように、第1粒径の炭化珪素粒子1および2粒径の炭化珪素粒子で形成された炭化珪素焼結部2の間隙に、含浸シリコン3及びバインダーが炭化したカーボン4が形成されている。
また、第1の粒径の炭化珪素粒子1は、前記第1の粒径よりも小さい第2の粒径の炭化珪素粒子で形成された炭化珪素焼結部2により、焼結反応により連結されていることが確認された。
Then, the surface of the sliding layer was polished and its cross section was observed with a microscope. The results are shown in FIGS. 1 and 2.
As already described, as is clear from FIGS. 1 and 2, impregnated silicon is formed in the gaps between the silicon carbide particles 1 having the first particle size and the silicon carbide sintered portion 2 formed of the silicon carbide particles having the second particle size. 3 and carbon 4 in which the binder is carbonized are formed.
Further, the silicon carbide particles 1 having a first particle size are connected by a sintering reaction by a silicon carbide sintering portion 2 formed of silicon carbide particles having a second particle size smaller than the first particle size. It was confirmed that

次に、この摺動層について、耐熱衝撃性、耐摩耗性の検証を行った。
検証は、φ150mm×10tのスケールテスタ試験を実施した。また、乗用車用として一般的に使用されている摩擦材を使用した。
試験パターンは初速度100km/h、減速度4.5m/sでのブレーキを100回繰り返した。試験後、ロータ表面のカケの観察及びロータ材の摩耗量を測定した。
その結果を表1に示す。
Next, the thermal shock resistance and wear resistance of this sliding layer were verified.
For verification, a scale tester test of φ150 mm × 10 t was carried out. In addition, a friction material generally used for passenger cars was used.
In the test pattern, braking at an initial speed of 100 km / h and a deceleration of 4.5 m / s 2 was repeated 100 times. After the test, the chip on the rotor surface was observed and the amount of wear of the rotor material was measured.
The results are shown in Table 1.

[比較例1]
実施例1と同様にして、基体を作成した。また、摺動層のスラリーは、実施例1と異なり、粒径が2μm炭化珪素粒子を用いることなく、粒径が160μmの炭化珪素粒子と、バインダーとを、100:30の重量比で混合し、調製した。そして、実施例1と同様に、スラリーを調製し、鋳込み法によって、塗布膜の厚さが2mmとなるように塗布した。
そして、実施例1と同一の条件で、乾燥、焼成し、溶融シリコンを含浸させ、制動板を作製した。
[Comparative Example 1]
A substrate was prepared in the same manner as in Example 1. Further, unlike Example 1, the slurry of the sliding layer is prepared by mixing silicon carbide particles having a particle size of 160 μm and a binder at a weight ratio of 100:30 without using silicon carbide particles having a particle size of 2 μm. , Prepared. Then, in the same manner as in Example 1, a slurry was prepared and coated by a casting method so that the thickness of the coating film was 2 mm.
Then, under the same conditions as in Example 1, it was dried and fired, impregnated with molten silicon, and a braking plate was produced.

そして、摺動層表面を研磨し、その断面を顕微鏡により観察した。その結果を図3、図4に示す。図3は、図1に対応する図であり、図4は図2に対応する図である。
この図3、図4から明らかなように、炭化珪素粒子1の間は、含浸シリコン3によって占められており、炭化珪素粒子1同士は連結されていないことが判明した。
Then, the surface of the sliding layer was polished and its cross section was observed with a microscope. The results are shown in FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is a diagram corresponding to FIG. 1, and FIG. 4 is a diagram corresponding to FIG. 2.
As is clear from FIGS. 3 and 4, it was found that the silicon carbide particles 1 were occupied by the impregnated silicon 3, and the silicon carbide particles 1 were not connected to each other.

次に、この摺動層について、耐熱衝撃性、耐摩耗性の検証を行った。
検証は、実施例1と同一条件で行い、試験後、ロータ表面のカケの観察及びロータ材の摩耗量を測定した。その結果を表1に示す。
Next, the thermal shock resistance and wear resistance of this sliding layer were verified.
The verification was performed under the same conditions as in Example 1, and after the test, chipping on the rotor surface was observed and the amount of wear of the rotor material was measured. The results are shown in Table 1.

Figure 0006921787
Figure 0006921787

前記実施例1と比較例1を比較すると、耐熱衝撃性、耐摩耗性の向上が認められた。
比較例1の摺動層は、炭化珪素粒子1の間は、含浸シリコン3によって占められており、炭化珪素粒子1同士は連結されていないため、その強度は実質的に含浸シリコンによって決定されるものと考えられる。
一方、実施例1にあっては、第1の粒径の炭化珪素粒子1は、前記第1の粒径よりも小さい第2の粒径の炭化珪素粒子で形成された炭化珪素焼結部2により、焼結反応により連結されているため、第1の炭化珪素子1の間の結びつきが強い。その結果、実施例1は、耐摩耗性、耐久性が向上したものと考えられる。
Comparing Example 1 and Comparative Example 1, improvements in thermal shock resistance and wear resistance were observed.
Since the sliding layer of Comparative Example 1 is occupied by the impregnated silicon 3 between the silicon carbide particles 1 and the silicon carbide particles 1 are not connected to each other, the strength thereof is substantially determined by the impregnated silicon. It is considered to be.
On the other hand, in Example 1, the silicon carbide particles 1 having the first particle size are the silicon carbide sintered portions 2 formed of silicon carbide particles having a second particle size smaller than the first particle size. Because they are connected by the sintering reaction, the bond between the first silicon carbide particles 1 is strong. As a result, it is considered that Example 1 has improved wear resistance and durability.

(炭化珪素粒子の第1の粒径の検証)
摺動層を形成する炭化珪素粒子の第1の粒径を100μm(実施例2)、180μm(実施例3)、90μm(比較例2)、190μm(比較例3)に変えて、カケ、摩耗量を検証した。その他の条件は、実施例1と同一とした。その結果を表2に示す。
(Verification of the first particle size of silicon carbide particles)
The first particle size of the silicon carbide particles forming the sliding layer was changed to 100 μm (Example 2), 180 μm (Example 3), 90 μm (Comparative Example 2), and 190 μm (Comparative Example 3), resulting in chipping and wear. The amount was verified. Other conditions were the same as in Example 1. The results are shown in Table 2.

Figure 0006921787
Figure 0006921787

表2から分かるように、炭化珪素粒子の第1の粒径が90μm(比較例2)の場合は、磨耗量が大きく、また炭化珪素粒子の第1の粒径が190μm(比較例3)の場合には、カケ生じ、また磨耗量が大きいことが判明した。
尚、炭化珪素粒子の第1の粒径が90μm(比較例2)の場合は、製作時に亀裂や剥離が発生するものがあり、製作が困難であった。この検証に際しては、亀裂や剥離が発生しなかったものを用いた。
このように、摺動層を形成する炭化珪素粒子の第1の粒径は、100μm以上180μm以下が望ましいことが判明した。
As can be seen from Table 2, when the first particle size of the silicon carbide particles is 90 μm (Comparative Example 2), the amount of wear is large, and the first particle size of the silicon carbide particles is 190 μm (Comparative Example 3). case, chipping occurs, also possible wear amount is large has been found.
When the first particle size of the silicon carbide particles was 90 μm (Comparative Example 2), some cracks and peeling occurred during production, which made production difficult. In this verification, the one in which no crack or peeling occurred was used.
As described above, it has been found that the first particle size of the silicon carbide particles forming the sliding layer is preferably 100 μm or more and 180 μm or less.

(炭化珪素粒子の第2の粒径の検証)
摺動層を形成する炭化珪素粒子の第2の粒径を、0.4μm(実施例4)、5μm(実施例5)、0.3μm(比較例4)、6μm(比較例5)に変えて、カケ、摩耗量を検証した。その他の条件は、実施例1と同一とした。 その結果を表3に示す。
(Verification of the second particle size of silicon carbide particles)
The second particle size of the silicon carbide particles forming the sliding layer is changed to 0.4 μm (Example 4), 5 μm (Example 5), 0.3 μm (Comparative Example 4), and 6 μm (Comparative Example 5). Then, the amount of chipping and wear was verified. Other conditions were the same as in Example 1. The results are shown in Table 3.

Figure 0006921787
Figure 0006921787

表3から分かるように、炭化珪素粒子の第2の粒径が0.3μm(比較例4)、炭化珪素粒子の第2の粒径が6μm(比較例5)の場合には磨耗量が大きく、また第2の粒径が0.3μm(比較例4)の場合には、カケも生じることが判明した。 As can be seen from Table 3, when the second particle size of the silicon carbide particles is 0.3 μm (Comparative Example 4) and the second particle size of the silicon carbide particles is 6 μm (Comparative Example 5), the amount of wear is large. It was also found that when the second particle size was 0.3 μm (Comparative Example 4), chipping also occurred.

(第1の粒径の第1の炭化珪素粒子と、第2の粒径の第2の炭化珪素粒子と、バインダーとの配合割合の検証)
実施例1における、炭化珪素粒子の第1の粒径を160μm、炭化珪素粒子の第2の粒径を2μmとし、第1の炭化珪素粒子と第2の炭化珪素粒子とバインダーの割合を、60:40:30とし、その他は実施例1と同一条件で、基体に厚さ2mmの摺動層を形成した(実施例6)。また製造条件は、実施例1と同一とした。
そして、実施例1と同一の条件で、耐熱衝撃性、耐摩耗性の検証を行った。その結果を表3に示す。
(First silicon carbide particles with a first particle size, and second silicon carbide particles of a second particle size, verification of blending ratio of the binder)
In Example 1, the first particle size of the silicon carbide particles is 160 μm, the second particle size of the silicon carbide particles is 2 μm, and the ratio of the first silicon carbide particles , the second silicon carbide particles, and the binder is 60. : 40:30, and other conditions were the same as in Example 1, and a sliding layer having a thickness of 2 mm was formed on the substrate (Example 6). The production conditions were the same as in Example 1.
Then, the thermal shock resistance and the wear resistance were verified under the same conditions as in Example 1. The results are shown in Table 3.

また、表3に示すように、第1の炭化珪素粒子と第2の炭化珪素粒子とバインダーの割合を変えて、実施例1と同一の製造条件で、基体に厚さ2mmの摺動層を形成した(実施例7,8,9、比較例6,7,8,9)。その他の条件は、実施例6と同一とした。
そして、実施例1と同一の条件で、耐熱衝撃性、耐摩耗性の検証を行った。その結果を表3に示す。
Further, as shown in Table 3, a sliding layer having a thickness of 2 mm was provided on the substrate under the same manufacturing conditions as in Example 1 by changing the ratio of the first silicon carbide particles , the second silicon carbide particles, and the binder. It was formed (Examples 7,8,9, Comparative Examples 6,7,8,9). Other conditions were the same as in Example 6.
Then, the thermal shock resistance and the wear resistance were verified under the same conditions as in Example 1. The results are shown in Table 3.

Figure 0006921787
Figure 0006921787

表3から分かるように、比較例6,7は磨耗量が多く、比較例7はカケが生じ、好ましいものではなかった。また比較例8,9は成形時に剥離が生じ、製造することができなかった。
したがって、第1の粒径の第1の炭化珪素粒子と、前記第1の粒径よりも小さい第2の粒径の第2の炭化珪素粒子との配合割合は、60:40〜80:20が好ましく、第1の炭化珪素粒子および第2の炭化珪素粒子と、バインダーとの割合は100:25〜100:35が好ましいことが判明した。
As can be seen from Table 3, Comparative Examples 6 and 7 had a large amount of wear, and Comparative Example 7 had chipping, which was not preferable. Further, Comparative Examples 8 and 9 could not be manufactured due to peeling during molding.
Therefore, the blending ratio of the first silicon carbide particles having the first particle size and the second silicon carbide particles having the second particle size smaller than the first particle size is 60:40 to 80:20. It has been found that the ratio of the first silicon carbide particles and the second silicon carbide particles to the binder is preferably 100:25 to 100:35.

(摺動層の膜厚の検証)
摺動層の膜厚を、実施例1における摺動層の厚さを0.5mm(比較例10)、4μm(比較例7)に変えて、カケ、摩耗量を検証した。その他の条件は、実施例1と同一とした。その結果を表4に示す。
(Verification of the film thickness of the sliding layer)
The film thickness of the sliding layer was changed to 0.5 mm (Comparative Example 10) and 4 μm (Comparative Example 7) in the thickness of the sliding layer in Example 1, and the amount of chipping and wear was verified. Other conditions were the same as in Example 1. The results are shown in Table 4.

Figure 0006921787
Figure 0006921787

比較例10にあっては、基体を構成する炭素繊維が表面に露出し、好ましいものではなかった。また比較例11にあっては、摺動層にカケが発生し、好ましいものではなかった。
したがって、前記摺動層の膜厚が、1mm以上3mm以下が好ましいことが判明した。
In Comparative Example 10, the carbon fibers constituting the substrate were exposed on the surface, which was not preferable. Further, in Comparative Example 11, chipping occurred in the sliding layer, which was not preferable.
Therefore, it was found that the film thickness of the sliding layer is preferably 1 mm or more and 3 mm or less.

1 第1粒径の第1の炭化珪素粒子
2 第2粒径の第2の炭化珪素粒子
3 含浸シリコン
4 カーボン
1 First silicon carbide particles with a first particle size 2 Second silicon carbide particles with a second particle size 3 Impregnated silicon 4 Carbon

Claims (6)

炭素繊維を含有する炭化珪素複合材からなる基体と、前記基体表面における、少なくともブレーキパッドが摺動する領域に形成された、炭素繊維を含まない摺動層とを備えた制動材であって、
前記摺動層が、
第1の粒径の第1の炭化珪素粒子と、
前記第1の粒径の第1の炭化珪素粒子を連結する、前記第1の粒径よりも小さい第2の粒径の第2の炭化珪素粒子で形成された炭化珪素焼結部と、
前記第1の粒径の炭化珪素粒子と前記炭化珪素焼結部の間に残存する隙間に、シリコン及びバインダー由来のカーボンとを含む、
ことを特徴とする制動材。
A braking material including a substrate made of a silicon carbide composite material containing carbon fibers and a sliding layer containing no carbon fibers formed at least in a region on the surface of the substrate on which the brake pads slide.
The sliding layer
With the first silicon carbide particles of the first particle size,
A silicon carbide sintered portion formed of second silicon carbide particles having a second particle size smaller than the first particle size, which connects the first silicon carbide particles having the first particle size.
The gap remaining between the silicon carbide sintered portion and the silicon carbide particles of the first particle size, including the carbon from the silicon and a binder, and
Braking material characterized by that.
前記第1の粒径が、100μm以上180μm以下であり、かつ前記第2粒径が、0.4μm以上5μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の制動材。 The braking material according to claim 1, wherein the first particle size is 100 μm or more and 180 μm or less, and the second particle size is 0.4 μm or more and 5 μm or less. 前記摺動層の膜厚が、1mm以上3mm以下であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の制動材。 The braking material according to claim 1 or 2, wherein the thickness of the sliding layer is 1 mm or more and 3 mm or less. 炭素繊維を含有する炭化珪素複合材からなる基体と、前記基体表面における、少なくともブレーキパッドが摺動する領域に形成された、炭素繊維を含まない摺動層とを備えた制動材の製造方法であって、
少なくとも炭素繊維と炭化珪素粒子バインダーを含む第1の原料から基体を成形する工程と、
少なくとも第1の粒径の第1の炭化珪素粒子と、前記第1の粒径よりも小さい第2の粒径の第2の炭化珪素粒子バインダーを含む第2の原料によって、前記摺動層を形成するスラリーを調整し、前記スラリーを前記基体の表面の少なくとも一部に塗布し、摺動層を形成する工程と、
前記摺動層が形成された基体を焼成する工程と、
前記焼成された、前記摺動層が形成された基体に、減圧下でシリコンを含浸する工程と、
を含むことを特徴とする制動材の製造方法。
A method for manufacturing a braking material including a substrate made of a silicon carbide composite material containing carbon fibers and a sliding layer containing no carbon fibers formed at least in a region where a brake pad slides on the surface of the substrate. There,
The process of molding the substrate from a first raw material containing at least carbon fibers, silicon carbide particles and a binder.
The sliding layer is made of a second raw material containing a first silicon carbide particle having at least a first particle size, a second silicon carbide particle having a second particle size smaller than the first particle size, and a binder. A step of preparing a slurry to form a sliding layer and applying the slurry to at least a part of the surface of the substrate to form a sliding layer.
The step of firing the substrate on which the sliding layer is formed and
A step of impregnating the fired substrate on which the sliding layer is formed with silicon under reduced pressure.
A method for manufacturing a braking material, which comprises.
前記第1の粒径が、100μm以上180μm以下であり、かつ前記第2の粒径が、0.4μm以上5μm以下であることを特徴とする請求項4に記載された制動材の製造方法。 The method for producing a braking material according to claim 4, wherein the first particle size is 100 μm or more and 180 μm or less, and the second particle size is 0.4 μm or more and 5 μm or less. 前記摺動層の膜厚が、1mm以上3mm以下であることを特徴とする請求項5に記載の制動材の製造方法 The method for manufacturing a braking material according to claim 5, wherein the thickness of the sliding layer is 1 mm or more and 3 mm or less.
JP2018118736A 2018-06-22 2018-06-22 Braking material and its manufacturing method Active JP6921787B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018118736A JP6921787B2 (en) 2018-06-22 2018-06-22 Braking material and its manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018118736A JP6921787B2 (en) 2018-06-22 2018-06-22 Braking material and its manufacturing method

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2019219043A JP2019219043A (en) 2019-12-26
JP2019219043A5 JP2019219043A5 (en) 2020-12-17
JP6921787B2 true JP6921787B2 (en) 2021-08-18

Family

ID=69096061

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018118736A Active JP6921787B2 (en) 2018-06-22 2018-06-22 Braking material and its manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6921787B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7768915B2 (en) * 2023-02-03 2025-11-12 Toto株式会社 composite material
JP7705900B2 (en) * 2023-02-03 2025-07-10 Toto株式会社 composite material
JP7769310B2 (en) * 2024-03-05 2025-11-13 Toto株式会社 composite material

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3951587A (en) * 1974-12-06 1976-04-20 Norton Company Silicon carbide diffusion furnace components
JP3938558B2 (en) * 2003-05-13 2007-06-27 本田技研工業株式会社 Brake disc manufacturing method
US20130287941A1 (en) * 2012-04-27 2013-10-31 General Electric Company Method of producing a melt-infiltrated ceramic matrix composite article

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019219043A (en) 2019-12-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10000425B2 (en) Systems and methods for carbon structures incorporating silicon carbide whiskers
JP6921787B2 (en) Braking material and its manufacturing method
JP5852308B2 (en) Friction material manufacturing method
Strojny-Nędza et al. FGM based on copper–alumina composites for brake disc applications
CN101070395A (en) Method for making braking shoe and piece of charcoal/charcoal-silicon carbonate composite material
EP1831129B1 (en) A shaped composite material
US9005732B2 (en) Friction-tolerant disks made of fiber-reinforced ceramic
CN111978093A (en) High-temperature carbon-based brake disc and manufacturing method thereof
JP5868336B2 (en) Carbon fiber reinforced silicon carbide composite material and braking material
WO2005102962A1 (en) Titanium carbide as a friction and wear modifier in friction materials
CN114874012A (en) High-strength complex-phase ceramic part and preparation method thereof
CN109906261B (en) Friction material composition and friction material
CN114110061A (en) Wear-resistant noise-reducing bionic double-layer ceramic brake pad and preparation method thereof
JP6783183B2 (en) Carbon short fiber reinforced composite material and its manufacturing method
JP2019219043A5 (en)
JP3414391B1 (en) Sliding material
JP3517711B2 (en) Seal ring for mechanical seal and mechanical seal using the same
JP3938558B2 (en) Brake disc manufacturing method
JP5659392B2 (en) Friction material and friction material manufacturing method
JP2010254541A (en) Method for producing carbon fiber reinforced silicon-impregnated silicon carbide ceramics and ceramics produced by this method
CN112996878B (en) Sintered friction material and method for producing sintered friction material
JP5525436B2 (en) Fiber reinforced composite material
JP2004316904A (en) Brake friction material
CN119613137A (en) A high-strength and high-toughness carbon ceramic brake disc and preparation method thereof
CN104040209B (en) Material for friction assembly of disc brake

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201105

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20201106

TRDD Decision of grant or rejection written
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210628

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210701

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210728

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6921787

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250