Ceramic Matrix Composites (CMC), based on reinforcements of carbon fibres and matrices of silicon carbide, show superior tribological properties in comparison to grey cast iron or carbon/carbon. In combination with their low density, high thermal shock resistance and good abrasive resistance, these Si-infiltrated carbon/carbon materials, called C/SiC or C/C-SiC composites, are promising candidates for advanced friction systems. Generally, the carbon fibres lead to an improved damage tolerance in comparison to monolithic SiC, whereas the silicon carbide matrix improves the wear resistance compared to carbon/carbon. In combination with new design approaches cost-efficient manufacturing processes have been developed and have lead to successfully tested prototypes of brake pads and disks, especially for passenger cars and emergency brake systems.

C/C-SiC Composites for Advanced Friction Systems

The invention concerns fibre-reinforced composite ceramics with high-temperature fibres, in particular based on Si/C/B/N, which are bound in terms of reaction to an Si-based matrix. These composite ceramics are produced by impregnating bundles of fibrous material comprising Si/C/B/N fibres with a binder which is suitable for pyrolysis and solidifying the binder, the fibrous material bundles then optionally being conditioned with a silicating protective layer suitable for pyrolysis, such as for example phenolic resin or polycarbosilane. Subsequently a mixture of fibrous material bundles, fillers, such as for example SiC and carbon in the form of graphite or carbon black, and binders is produced. The mixture is then compacted to form a green compact which is then pyrolysed under vacuum or protective gas in order to produce a porous shaped body which is then infiltrated, preferably under vacuum, with molten silicon. In this way, fibre-reinforced composite ceramics which have greatly improved properties with respect to conventional composite ceramics and are in particular suitable for use in heavy-duty braking systems can be produced in an efficient manner suitable for production on an industrial scale.

Verfahren zur Herstellung einer faserverstärkten Verbundkeramik

The present invention is a composite material, a process and a product formed by the process. The composite is formed by a process that includes forming a fibrous structure comprising fibers into a preform, coating the fibers of the fibrous structure preform with elemental carbon to impregnate that preform, infiltrating the preform with boron carbide to form an impregnated green body. The impregnated green body is infiltrated with liquid naphthalene or other carbon precursor, which is thereafter pyrolyzed to form a carbon char. Then, the char infiltrated green body is infiltrated with molten silicon to form a continuous matrix throughout the composite. The silicon in the continuous matrix is reacted with the carbon char to form silicon carbide.

Boron carbide based ceramic matrix composites

Novel composite disc brake rotor assemblies are provided, along with novel and efficient methods for manufacturing them. Preferably, the rotor assemblies comprise annular wear plates formed of particle reinforced aluminum-based metal matrix composite (MMC), ceramic matrix composite (CMC), or of 'carbon graphite foam.' The wear plates, made of a first material, are attached to annular surfaces of a central rotor, made of a second material, by fusing bonding layers between the wear plates and the rotor surfaces. The bonding layers are comprised of at least one of a metal alloy having a melting temperature lower than that of either the first or second materials, and a high-temperature adhesive. Preferably, the wear plates comprise projections that are positioned within adjacent receiving recesses in the center rotor. The bonding layers and projections enhance thermal and acoustical transference between the wear plates and the center rotor section. Carbon graphite foam provides for substantially enhanced heat transference. Use of the fusable binding layer, or adhesive provides for an efficient, low cost method of manufacturing for composite disc brake rotor assemblies.

Disc brake rotor assembly and method for producing same

Fibre-reinforced composite ceramics and method of producing the same

Proposed is a method of manufacturing a friction element designed for frictional contact with a body and for use, in particular, in brakes or clutches. The method calls for a porous carbon block to be produced which approximately matches the shape of the end of the abrasion unit, liquid silicon to be infiltrated into the pores of the carbon block and the block to be ceramized by initiating a chemical reaction to form silicon carbide. In order to further fashion a friction element of this kind to increase its resistance to thermal stresses and so that it is also easy to manufacture, the porous carbon block is shaped, before the silicon is infiltrated into it, in such a way that cavities and/or recesses are formed in certain internal and/or external zones for cooling and/or reinforcement purposes, the cavities and/or recesses retaining essentially the same shape and size after ceramization.

Verfahren zur Herstellung einer Reibeinheit mittels Infiltration eines porösen Kohlenstoffkörpers mit flüssigem Silizium

Method of manufacturing a friction element

The brake disc has at least one friction surface (7) with a frictional body (5) and at least one shaped body (6). The shaped body is joined with the frictional body. At least one part of the frictional body has heat conduction in a direction normal to its surface higher than that of the friction surface itself.

Reinforced carbon fibre composite brake disc

Reibeinheit (1) in Massivbauweise, insbesondere Bremsscheibe, mit mehreren Reibkorpern (9) zum reibenden Eingriff mit einem Gegenkorper, die im Abstand zueinander in einem Halterungskorper (7) angeordnet sind, der aus mindestens zwei ubereinander angeordneten und miteinander verbundenen Halterungsteilkorpern (7) besteht, wobei kanalartige Ausnehmungen (19) vorgesehen sind, durch die sich die Reibkorper erstrecken, und wobei mindestens ein Endbereich der Reibkorper uber eine Ausenoberflache des Halterungskorpers vorsteht und eine Stirnflache aufweist, die eine Reibflache bildet, und wobei jeder Reibkorper in seiner Langserstreckung senkrecht zur Reibflache gesehen unterschiedliche Querschnittsbreiten aufweist, die dadurch gekennzeichnet ist, das die Halterungsteilkorper (7) aus einem mit Kohlenstoff- und/oder Keramik-Fasern verstarkten Verbundwerkstoff gebildet sind, wobei die Fasern in ihrer Langserstreckung im wesentlichen parallel zur Reibflache (8) verlaufen, das die Reibkorper (9) aus Kohlenstoff und/oder Siliziumkarbid enthaltendem Werkstoff gebildet sind und das die Halterungsteilkorper (7) miteinander und mit den Reibkorpern (9) mittels einer hochtemperaturfesten Schicht fest verbunden sind

Reibeinheit in Massivbauweise, insbesondere Bremsscheibe, mit mehreren Reibkörpern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum dauerhaften Verbinden von wenigstens zwei
Bauteilkomponenten zu einem Formkorper, bei dem eine kohlenstoffhaltige Paste zwischen
die zu verbindenden Bauteilkomponenten eingebracht und ein Kohlenstoffskelett
bildend erhitzt wird und dieses Skelett danach bei einer Temperatur oberhalb 1410 °C
mit Silizium unter Bildung von Siliziumkarbid durchsetzt wird, das dadurch gekennzeichnet
ist, das als eine Bauteilkomponente eine kohlenstoff-faserverstarkte Komponente,
die ein Mikrorissystem besitzt, eingesetzt wird, das die eine Bauteilkomponente zu der
anderen Bauteilkomponenten unter Belassung eines Fugespalts ausgerichtet wird, und
der Fugespalt bei einer Breite, definiert als der Abstand zwischen den beiden zu verbindenden
Flachen von ≤ 80 µm mit einer Paste gefullt wird, die ein kohlenstoffhaltiges,
organisches Bindemittel mit einem Kohlenstoffgehalt von mindestens 30 Gew-% und
Kohlenstoffpulver einer Teilchengrose unterhalb 15 µm enthalt, und das bei einem Fugespalt
mit einer Breite oberhalb 80 µm zusatzlich zu der Paste Kohlenstoff-Fasern eingebracht
werden, das danach die Paste einer Temperatur im Bereich von 800 bis 1200
°C zur Ausbildung eines solchen Mikrorissystems, das demjenigen der kohlenstoff-faserverstarkten
Bauteilkomponenten etwa entspricht bzw. analog ist, pyrolisiert und das
Mikrorissystem der pyrolysierten Paste bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes
von Silizium mit flussigem Silizium infiltriert wird, das zu Siliziumkarbid konvertiert
wird, und wobei das organische Bindemittel in die Paste mit einem Anteil von uber
50 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 80 - 85 Gew.-%, zugesetzt wird.

Richard Kochendoerfer

Papers

Verfahren zur Herstellung einer Reibeinheit mittels Infiltration eines porösen Kohlenstoffkörpers mit flüssigem Silizium

Method of manufacturing a friction element

Reinforced carbon fibre composite brake disc

Reibeinheit in Massivbauweise, insbesondere Bremsscheibe, mit mehreren Reibkörpern

Verfahren zum dauerhaften Verbinden von wenigstens zwei Bauteilkomponenten zu einem Formkörper