DE3027363A1 - Reibungsmaterial, verfahren zu dessen herstellung und reibungselemente aus diesem material - Google Patents
Reibungsmaterial, verfahren zu dessen herstellung und reibungselemente aus diesem materialInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Reibungsmaterial aus einem kohlenstoff aserverstärkten Kohlenstoff (nachfolgend als CFRC
bezeichnet) mit einer Oxidationstemperatur von wenigstens etwa 8000C und einem Kristallinitätsindex R der Matrix von
etwa 2,3 bis 5,0, ein Verfahren zur Herstellung desselben und unter Verwendung von CFRC hergestellte Reibungselemente.
CFRC hat zunehmend als Material für verschiedene Reibungsmaterialien Bedeutung erlangt, insbesondere für Bremsen bei
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Flugzeugen, aufgrund des leichten Gewichtes und der guten Reibungseigenschaften. Zur Herstellung derartiger CFRC-Reibungsmaterialien
sind folgende Verfahren bekannt:
(a) Eine Kohlenstoffaser wird mit einem karbonisierbaren Harz imprägniert, geformt und karbonisiert und das
Verfahren der Imprägnierung und Karbonisierung wird zur Erhöhung der Dichte des CFRC wiederholt.
(b) Pyrolysekohlenstoff wird mittels einer chemischen DampfabScheidungsmethode (siehe SAMPE 16. National
Symposium and Exhibition S. 257, April 1971) auf einer Kohlenstoffaser
abgeschieden.
(c) Eine Kohlenstoffaser wird mit einem karbonisierbaren Harz imprägniert, geformt und karbonisiert und anschliessend
wird die Dichte von CFRC durch eine chemische Dampfabscheidungsmethode erhöht.
Bei üblichen Reibungsmaterialien, insbesondere Bremsmaterialien für Flugzeuge aus CFRC, hat man es als vorteilhaft erachtet,
bei der Durchführung der Stufen von Methoden (a), (b) oder (c) oder zwischen den beiden Stufen dieser Verfahren oder
nach Beendigung der Stufen das CFRC wenigstens einer Wärmebehandlung bei hoher Temperatur, im allgemeinen einer Temperatur
von wenigstens 250O0C, zu unterwerfen, um eine Graphitisierung
der Kohlenstoffmatrix zu bewirken (siehe US-PS 3 970 174, entsprechend JA-OS 101 770/1975). Dies wird vorgenommen,
weil eine hohe Giaphitisierung des Kohlenstoffs zu einer Verminderung des Abriebverlustes während des Bremsens
führt, was für ein Bremsmaterial wünschenswert ist.
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Eine solche Graphitisierung wirft jedoch Probleme hinsichtlich der Kostenerhöhung auf, weil eine Wärmebehandlung von CFRC
bei den vorerwähnten hohen Temperaturen zur Graphitisierung erforderlich ist. Ein weiteres Problem ist, dass CFRC
dabei erweicht und die Festigkeit und die Steifigkeit vermindert werden. Wenn jedoch CFRC nicht graphitisiert wird, nimmt
der Abriebverlust des Bremsmaterials während des Bremsens jzu und das ist für ein Bremsmaterial unerwünscht.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein geeignetes Reibungsmaterial
zur Verfügung zu stellen, ein Verfahren zu dessen Herstellung und ein Reibungselement aus dem Reibungsmaterial
zur Verfügung zu stellen.
Ein weiteres Ziel ist es, ein Reibungsmaterial zur Verfügung zu stellen, das einen geringen Abriebverlust bei hohen
Temperaturen bei der Verwendung als Bremse und . : . :.
ausreichend hohe Reibungseigenschaften aufweist. Verbunden damit ist die Herstellung eines solchen Reibungsmaterials sowie
ein Reibungselement, das unter Verwendung des Materials erhalten wurde.
Das erfindungsgemässe Reibungsmaterial ist. ein kohlenstofffaserverstärktes
Kohlenstoffreibungsmaterial mit einem R-Wert, d.h. einem Kristallinitätsindex der Kohlenstoffmatrix
von etwa 2,3 bis 5,0, das ein Antioxidationsmittel in einer solchen Menge enthält, dass die Oxidationstemperatur
wenigstens etv/a 800 C beträgt.
Bei der Herstellung des CFRC ist eine Stufe eingeschlossen, bei welcher die Kohlenstoffmatrix bei einer Temperatur
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wärmebehandelt wird, um der Kohlenstoffmatrix einen R-Wert
von 2,3 bis 5,0 zu verleihen, und eine Stufe, bei welcher ein Antioxidationsmittel in einer solchen Menge zugegeben
wird, dass die Oxidationstemperatur wenigstens etwa 800°C beträgt, wobei die Zugabe während der Herstellung von
CFRC oder danach erfolgt.
Das erfindungsgemä'sse Reibungsmaterial kann als Reibungselement, wie für eine Bremse, oder als Stromabnehmer für
einen elektrischen Triebwagen verwendet werden.
Fig. 1 ist eine grafische Darstellung und zeigt ein Röntgenstrahlstreuungsmuster von Kohlenstoff
des gemäss Beispiel 3 erhaltenen CFRC.
Fig. 2 ist eine grafische Darstellung und zeigt die
Gewichts-Temperatur-Beziehung bei einer thermogravimetry
sehen Analyse von CFRC, das gemäss Beispiel 3 erhalten wurde.
Erfindungsgemäss wird eine Kohlenstoffaser als Verstärkungsfaser verwendet. Die Kohlenstoffaser ist eine Faser, die
man durch Karbonisierung und/oder Graphitisierung, im allgemeinen in einem Temperaturbereich zwisehen 1000 und 30000C,
erhält. Man kann Kohlenstoffasern, die bei verschiedenen
Temperaturen hergestellt wurden, in einer Kombination in einem optimalen Volumenverhältnis verwenden. Diese Fasern
können in Form von Stapelfasern, Endlosfäden, Lunten, Geweben,
Gewirken, Vliesen, Faservliesen und dergleichen verwendet werden. Der Durchmesser der Fasern ist nicht kritisch,
liegt aber im allgemeinen bei etwa 5 bis 20 um .
Der Faseranteil des CFRC liegt vorzugsweise bei etwa 20 Vol.%
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bis 75 Vol.% und insbesondere bei etwa 25 bis 50 Vol.%.
Der hier verwendete Ausdruck "Kohlenstoffmatrix" stellt
den Kohlenstoffanteil, ausgenommen die Verstärkungsfasern,
des CPRC dar.
Der Kristallinitätsindex R und die Oxidationstemperatur T werden wie folgt definiert:
Kristallinitätsindex R
In der Beziehung zwischen einem Röntgenstrahlstreuwinkel 2Θ und einer Streuintensität bei einer Röntgenstrahlweitwinkelstreuung,
unter Verwendung von Cu-K0^-Röntgenstrahlung
wird die maximale Intensität eines Peaks in der Nachbarschaft von 2Θ = 26°, das der Fläche (0 0 2) eines Graphitkristalls
entspricht, als Imax bezeichnet und die Streuintensität bei einem Streiwinkel 2Θ, die keine Beziehung
zur Kristallinität hat, wird als I14 bezeichnet (siehe
Fig. 1, der schraffierte Teil zeigt die durch die Luft vc-rliegende Streuintensität) , wobei der Kristallinitätsindex
R definiert ist durch R = Iinax/I.,.; Sowohl Imax
als auch I14 werden hinsichtlich der Streuintensität aufgrund
der Luft kompensiert.
Imax und I14 werden unter rontgenstrahlimmitierenden Bedingungen
von. 35 kV und 15 mA und mit einer röntgenstrahlaufnehmenden Schiitzweite von 0,5 gemessen.
Beim Messen von R der Kohlenstoffmatrix von CFRC gemäss
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der Erfindung wird nur die Kohlenstoffmatrix aus der zerbrochenen Oberfläche von CFRC unter Verwendung einer Nadel
oder dergleichen herausgenommen und wird nach der vorerwähnten Methode gemessen.
Oxidationstemperatur T
Ein Probestück von etwa 3mmx3mmx3mm mit einem Gewicht
von etwa 40 mg wird aus CFRC herausgeschnitten und auf die Probeplatte einer Apparatur für eine thermografimetrische
Analyse gelegt und die Gewichtsverminderung wird gemessen während man Luft darüber bläst und die Probe mit
einer Temperaturerhöhungsrate von 100C/min erwärmt.
Ein Beispiel dieser Beziehung zwischen der Temperatur und der Gewichtsverminderung wird in Fig. 2 gezeigt.
Basierend auf Fig. 2 wird die Temperatur, bei welcher das Gewicht um 10 Gew.% gegenüber dem Ursprungsgewicht vermindert
wurde, gemessen und wird als Oxidationstemperatur T bezeichnet.
Es wurde festgestellt, dass bei einem Kristallinitätsindex R der Kohlenstoffmatrix von etwa 5,0 oder weniger und bei
einer Oxidationstemperatur T , die auf einer Temperatur von wenigstens etwa 800°C durch eine Antioxidationsbehandlung
von CFRC eingestellt wurde (wie durch einen Vergleich von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 und 4 ersichtlich ist)
plötzlich eine Verminderung des Abriebverlustes stattfindet.
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Weiterhin wurde festgestellt, dass man nur dadurch, dass
man R auf wenigstens etwa 2,3 einstellt, die Oxidationstemperatur von CPRC auf eine Temperatur von etwa 8OO°C
oder darüber durch das erfindungsgemässe Antioxidationsverfahren einstellen kann (siehe Vergleichsbeispiel 2),
und dass in dem Fall, dass R etwa 5,0 übersteigt, selbst wenn die Oxidationstemperatur etwa 800 C oder mehr
beträgt, die mechanische Festigkeit, das Elastizitätsmodul und die Härte der Kohlenstoffmatrix abnehmen und der
Abriebverlust zunimmt und dass man kein als Reibungsmaterial geeignetes CFRC erhalten kann (wie durch einen Vergleich
von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 7 ersichtlich ist). Liegt R unter etwa 2,3, so ist es nicht möglich, durch
ein Antioxidationsverfahren die Oxidationstemperatur auf mehr als etwa 800 C zu erhöhen, z.B. indem man eine grosse
Menge eines Antioxidationsmittels zugibt (siehe Vergleichsbeispiel 2) .
Kurz gesagt kann man die Aufgaben der Erfindung nur lösen
, wenn die Oxidationstemperatur wenigstens etwa 800 C und vorzugsweise etwa 85O°C beträgt und wenn R zwischen 2,3 und
5,0 und vorzugsweise etwa 2,5 bis 4,5 liegt.
Mit üblichem CFRC hat man eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur
von mehr als 25OO°C durchgeführt, um die GiapHitisierung
des in dem CFRC enthaltenen Kohlenstoffs zu bewirken und erforderlichenfalls hat man dann eine weitere Oxidationsbehandlung
vorgenommen. Selbst wenn die Oxidationstemperatur dann mehr als etwa 800°C betrug, lag R im allgemeinen
bei 7 oder mehr und deshalb war es nicht möglich, den Reibungsverlust in einem solchen Masse zu vermindern, dass
er der erfindungsgemässen Verminderung entspricht (siehe
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Vergleichsbeispiele 7 und 9).
Der erfindungsgeraässe CFRC zeigt ganz erheblich verbesserte
Eigenschaften als Reibungsmaterial im Vergleich zu einem Material, bei dem R mehr als 5 ist und die Oxidationstemperatur
mehr als etwa 800 C beträgt; insbesondere ist der Abriebverlust gering und die Festigkeit, das Elastizitätsmodul
und die Härte sind hoch (siehe Beispiele 1 bis 3).
Gemäss der Erfindung wird die Hochtemperaturbehandlung, die
man bisher zur Verbesserung der Eigenschaften als Reibungsmaterial angewendet hat, insbesondere zur Verminderung des
Abriebverlustes, nicht angewendet. Die Verarbeitung findet im Gegenteil bei verhältnismässig niedrigen Temperaturen
statt, so dass R innerhalb des oben angegebenen Bereiches liegt und durch die Kombination einer verhältnismässig niedrigen
Verarbeitungstemperatur und der Antioxidationsbehandlung zur Erhöhung der Oxidationszersetzungstemperatur auf ein
bestimmtes Niveau wird ein Reibungsmaterial erhalten mit den Reibungseigenschaften, die gegenüber Reibungsmaterialien
aus üblichem CFRC erheblich verbessert sind.
Im allgemeinen wird CFRC wie folgt hergestellt:
(1) Mittels eines Verfahrens zur Herstellung von CFRC, bei dem man wenigstens eine Kohlenstofffaser als Verstärkungsfaser
verwendet, die Verstärkungsfaser mit einem karbonisierbaren Harz imprägniert, das so erhaltene Produkt
verformt und das verformte Produkt unter Karbonisierung des Harzes carbonisiert und dann die Form mit einem karbonisierbaren
Harz imprägniert und das Harz unter Karbonisierung
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des Harzes erwämrt, wodurch die Diche von CFRC erhöht
wird.
(2) Durch ein Verfahren, bei dem man Kohlenstoff auf die vorerwähnten Verstärkungsfasern durch chemische
Dampfabseheidungsmethoden abscheidet.
ί(3) Ein Verfahren, bei dem die Verstärkungsfaser der
!vorerwähnten Art mit einem karbonisierbaren Harz imprägniert, verformt und das Harz -karbonisiert
wird, worauf man dann das karbonisierte Produkt mittels chemischer Dampfabscheidungsmethoden verdichtet.
Obwohl alle die vorerwähnten Verfahren erfindungsgemäss angewendet
werden können, soll eine Wärmebehandlung, durch welche R auf mehr als 5,0 erhöht wird, nicht angewendet werden.
Deshalb wird die Wärmebehandlung gemäss der Erfindung niemals auf mehr als 24OO°C eingestellt. Erfindungsgemäss
wird die Temperatur der Wärmebehandlungsstufe so überwacht,
dass R zwischen 2,3 und 5,0 liegt oder wenigstens eine Wärmebehandlung wird zwischen zwei Stufen nach der Bildung der
Kohlenstoffmatrix oder nach Beendigung aller Stufen so durchgeführt,
dass R zwischen etwa 2,3 und 5,0 liegt.
Die Antioxidationsbehandlung von CFRC wird erfindungsgemäss
durchgeführt, indem man wenigstens ein Antioxidationsmittel, z.B. Phosphor oder Bor oder Verbindungen davon, in CFRC
einbringt.
Beispiele für Phosphor- und Borverbindungen sind beispielsweise Borsäure, Phosphorsäure oder deren Metallsalze, z.B.
Kalziumsalze, Zinksalze, Phosphorsäureester, wie Trimethylphosphat
und dergleichen. Von diesen Verbindungen werden
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Phosphorsäure und Borsäure bevorzugt. Wenn das Metallsalz wasserunlöslich ist, ist es möglich, eine wässrige Lösung
des Metallsalzes unter Verwendung des Salzes in Kombination mit Borsäure oder Phosphärsäure zu erhalten.
Zum Einbringen von Phosphor, Bor oder Verbindungen davon in CFRC wird das CFRC im allgemeinen mit einem wässrigen oder
einem organischen Lösungsmittel (im Falle von Phosphorsäureestern)
davon imprägniert. Diese Imprägnierung kann sehr einfach erfolgen, weil CFRC porös ist. Durch wiederholtes
Evakuieren und Anwendung von Druck kann man auch die inneren Teile von CFRC mit der Lösung imprägnieren. Die Imprägnierung
kann in jeder Stufe nach der Bildung der Kohlenstoffmatrix erfolgen. Eine geeignete Konzentration des Antioxidationsmittels
in der Lösung liegt zwischen 1 bis etwa 10 Gew.%. Die imprägnierte Lösung fliesst im wesentlichen
nicht aus dem CFRC aus, es sei denn, es werden besondere Verfahren, z.B. eine Zentrifugentrennung, vorgenommen.
Nach Imprägnierung mit der Lösung wird CFRC getrocknet. Das Trocknen kann man bei jeder Temperatur vornehmen innerhalb
des Bereiches, bei dem der R-Wert der Kohlenstoffmatrix
nicht etwa 5,0 übersteigt. Bei dieser Trocknungsstufe kann
man eine Temperatur anwenden, durch welche ein Wert für R zwischen etwa 2,3 und 5,0 erreicht wird.
Wendet man Phosphorsäure und Borsäure an, die hygroskopisch sind und nachteilig die Reibungscharakteristika (Reibungskoeffizient
und Abriebverlust) beeinflussen, oder wenn eine organische Verbindung, wie ein Phosphorsäureester, angewendet
wird, so kann CFRC einer weiteren Wärmebehandlung nach
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— IQ —
dem Imprägnieren in einer nichtoxidierenden Atmosphäre, wie Stickstoff oder dergleichen, bei einer Temperatur zwischen etwa
4OO und 15000C unterworfen werden, um diese Verbindungen
in eine Form zu bringen, in welcher sie keinen nachteiligen Einfluss mehr ausüben.
Die Verwendung von Bor und Phosphor und Verbindungen davon in Kombination mit Antioxidantien, wie ZnO, CuSO4, AlCl.,,
Al(NO3)3, Ca(OH)2, CaCl- und CaCO- erhöhen weiterhin die
Wirkung der Antioxidationsbehandlung.
Obwohl die vorerwähnten Verbindungen bei ihrer Verwendung als Antioxidantien manchmal während der Wärmebehandlung
eine chemische Veränderung erleiden, genügt es bei der vorliegenden Erfindung, dass wenigstens ein Teil Phosphor
und Bor in irgendeiner Form in dem Endprodukt vorhanden ist.
Liegt R zwischen etwa 2,3 und 5,0, dann verläuft die Antioxidationsbehandlung
gut und T kann einfach auf 800°C oder mehr und in einigen Fällen sogar auf einen Wert bis etwa 93O°C
erhöht werden. Selbstverständlich zieht man es vor, T auf einen Wert zu bringen, der so hoch wie möglich ist.
Die zur Bewirkung der Antioxidationsbehandlung benötigte Menge an Antioxidationsmittel, damit die Oxidationstemperatur
T von CFRC wenigstens etwa 8000C beträgt, ist verschieden
und hängt von dem verendeten Verarbeitungsmittel und dem R-Wert der Kohlenstoffmatrix des CFRC ab. Ist R niedrig,
so muss eine wirksame Antioxidationsbehandlung vorgenommen werden, um T auf etwa 800°C oder mehr zu erhöhen und wenn
R nahe bei 5 liegt, dann ist die T verhältnismässig hoch,
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ohne dass man irgendeine weitere Verarbeitung vornehmen kann und deshalb kann man T auf etwa 8000C oder darüber durch
eine weniger wirksame Antioxidationsbehandlung erhöhen. Ist R aber zu niedrig, ist es nicht möglich, T auf wenigstens
8000C oder darüber durch irgendeine Oxidationsbehandlung
zu erhöhen. Dieser kritische Punkt liegt bei etwa 2,3.
!Liegt R unterhalb etwa 2,3, dann kann er auf mehr als 12,3 erhöht werden, indem man vor oder nach der Antioxidationsbehandlung
eine Wärmebehandlung vornimmt.
Der Anteil an Antioxidans in CFRC, der erforderlich ist, um T auf wenigstens 8000C zu erhöhen, liegt im allgemeinen
bei etwa 0,02 bis etwa 0,5 Gew.%r ausgedrückt als elementares
Bor oder Phosphor, bezogen auf das Gewicht von CFRC. Ist R grosser, d.h. näher bei 5, so kann man T auf wenigstens
etwa 800 C unter Verwendung von geringeren Mengen des Antioxidans erhöhen. Wenn andererseits R niedriger
liegt, d.h. in der Nähe von 2,3, dann sind grössere Mengen, z.B. 0,4 bis 0,5 Gew.% des Antioxidans erforderlich, um TQ
auf wenigstens etwa 8000C zu erhöhen. Obwohl man das Antioxidans
in grösseren Mengen als 0,5 Gew.% anwenden kann, wird dadurch keine entsprechende Erhöhung festgestellt.
Im allgemeinen gibt man es in solchen Mengen zu, dass der Gehalt etwa 10 Gew.% oder weniger beträgt.
Durch die vorerwähnte Imprägnierungsbehandlung wird eine nahezu gleichmässige Einführung der Phosphorverbindung
und/oder Borverbindung in die inneren Teile von CFRC ermöglicht. Wenn CFRC als Reibungsmaterial verwendet wird,
ist es nicht unbedingt erforderlich, diese Elemente gleichmassig in die inneren Teile einzubringen, weil die
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erfindungsgemässe Wirkung auch erzielt wird, solange ein
solches Element an der Oberfläche oder in der Nähe der Oberfläche vorliegt; d.h. dass diese Elemente in den vorerwähnten
Mengen in die Stellen oder in deren Nähe eingeführt werden, wo sie durch den Abrieb freigelegt werden.
Im Falle einer solchen Imprägnierung ist es nicht erforderlich, das vorerwähnte Verfahren des Evakuierens und
der Druckanwendung vorzunehmen,
Liegt T unterhalb etwa 800 C, so wird ein Bremsmaterial oder ein Schleifbügel bei der Verwendung an der Luft bei
hohen Temperaturen während des Gebrauchs einen plötzlichen Anstieg im Abrieb erleiden. Wenn ausserdem R grosser als
etwa 5,0 ist, dann nimmt der Abriebverlust zu, auch wenn T mehr als etwa 8000C beträgt und ausserdem nehmen die
Festigkeit, der Elastizitätsmodul und die Härte von CFRC ab. Aus der vorher erwähnten Definition des R-Wertes der Kohlenstoff
matrix geht hervor, dass dieser Wert bei der vorliegenden Erfindung ein Mass ist, das das Ausmass der Kristaillisation
der Kohlenstoffmatrix anzeigt und ein R von etwa 5,0 oder weniger zeigt an, dass der Kohlenstoff im wesentlichen
amorph ist. Im allgemeinen kristallisiert Kohlenstoff bei einer Hochtemperaturwäfmebehandlung und die Leichtigkeit
der Kristallisation hängt von dem Ausgangsmaterial ab. Solche Kohlenstoffe, die aus Petrolfraktionen stammen, z.B.
Petrolteer und Asphalt, und die durch chemische Dampfabscheidungsverfahren
erhalten wurden, kristallisieren leicht und erleiden eine Kristallisation schon bei einer Wärmebehandlung
bei niedrigeren Temperaturen. Andererseits benötigt man bei Kohlenstoffen, die aus Phenolharzen, Furanharzen,
Kohleteer oder dergleichen stammen, zum Kristallisieren eine Wärmebehandlung bei höheren Temperaturen, um die
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Kristallisierung zu bewirken. Die Anwendung von Spannung während der Wärmebehandlung beschleunigt die Kristallisation.
Um den R-Wert der Kohlenstoffmatrix von CFRC in einem Bereich
von 2,3 bis 5,0 einzustellen, ist es erforderlich,
die Kohlenstoffmatrix wenigstens einmal während ihrer Herstellung einer Wärmebehandlung bei einer bestimmten
Temperatur während etwa 1 Minute bis zu etwa 1 Stunde oder mehr zu unterwerfen. Während die Temperatur, bei welcher
man die Wärmebehandlung durchführt, je nach der Leichtigkeit, mit welcher die Kohlenstoffmatrix kristallisiert,
variiert, liegt sie bei einer Kohlenstoffmatrix, die
leicht kristallisiert bei etwa 1200°C bis 210O0C und bei
einer Kohlenstoffmatrix, die nur schwierig kristallisiert
bei etwa 1300 bis 240O0C. Wählt man eine Temperatur im Bereich
von 13000C bis 21000C, so kann man R bei jedem karbonisierbaren
Harz auf den erfindungsgemässen Bereich einstellen.
Bei der praktischen Herstellung eines CFRC-Reibungsmaterials
werden die Bedingungen, unter denen die Wärmebehandlung und die Antioxidationsbehandlung durchgeführt werden, so
eingestellt, dass die experimentell gemessenen Werte von R und T des erhaltenen CFRC zwischen etwa 2,3 bis 5,0 bzw.
bei etwa 8000C oder mehr liegen. Übersteigt die Temperatur
bei irgendeiner der Wärmebehandlungen nach der Bildung der Kohlenstoffmatrix 300°C, so soll die Wärmebehandlung
in einer nichtoxidierenden Atmosphäre, wie Stickstoff,
durchgeführt werden.
Die Reihenfolge, in welcher nach der Karbonisierungsstufe
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die Antioxidationsbehandlung und die Wärmebehandlung zur
Einstellung von R vorgenommen werden, ist nicht kritisch. Das Verfahren zur Erhöhung der Dichte kann zu verschiedenen
Zeiten durchgeführt werden, z.B. vor oder nach zwei Behandlungen oder dazwischen. Wird die Antioxidationsbehandlung
vor wenigstens einer der vorerwähnten Behandlungen vorgenommen, kann man das Trocknen und die Wärmebehandlung
!der vorerwähnten Art, die man durchführt, um eine Verminde-I
'rung der Reibungscharakteristika bei einer Verarbeitung
von Phosphorsäure oder Borsäure oder Phosphorsäureestern
vermeiden.
Das Verfahren (1) wird nachfolgend ausführlicher beschrieben.
Eine Verstärkungsfaser in der vorerwähnten Form wird mit
einem karbonisierbaren hitzehärtbaren Harz, wie einem Furanharz, einem Phenolharz oder dergleichen, imprägniert
und dann verformt. Während die Verformungsbedinungen in Abhängigkeit von dem Harz variieren, liegen die Temperaturen
im allgemeinen bei etwa 1O0°C bis 3OO°cund die Drücke
(Überdruck) zwischen O und 100 bar (0 bis 100 kg/cm ). Nach
der Formgebung wird eine erste Oxidationsbehandlung an der Luft bei 200 bis 35O°C durchgeführt, falls man eine
erhöhte Menge an Kohlenstoff während der Karbonisierung zu erhalten wünscht, und danach wird die Wärmebehandlung
in einer inerten Atmosphäre zwischen etwa 700 und 15000C
durchgeführt und vorzugsweise bei 900 bis 15000C, um die
Karbonisierung zu bewirken.
Der Temperaturerhöhungsgrad kann in einem weiten Bereich
variieren und zwischen beispielsweise 0,1°C/min bis i00°C/min
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und vorzugsweise zwischen 1 bis 10 C/min bei einer Temperatur von mehr als etwa 20O0C variieren. Die Temperatur
wird im Bereich zwischen 700 und 1500 C mehr als 1 Minute und vorzugsweise mehr als 10 Minuten aufrechterhalten und
anschliessend wird allmählich gekühlt. Im allgemeinen ist es nicht erforderlich, die Temperatur langer als 5 Stunden
bei 700 bis 15000C zu halten, aber einschliesslich der
Zeit, die man zur Temperaturspeicherung und dem allmählichen Abkühlen und dergleichen benötigt, kann die Temperaturbehandlung
bei mehr als 700 C manchmal erheblich langer dauern, z.B.etwa 24. Stunden, wodurch keinerlei nachteilige Wirkung
auf R eintritt. Je nach der zu karbonisierenden Substanz und der Temperatur kann man durch diese Wärmebehandlung stufe
R zwischen etwa 2,3 bis 5,0 einstellen. Das so erhaltene CFRC hat im allgemeinen eine niedrige Dichte und
wird deshalb mit einem karbonisierbaren Harz imprägniert und zum Karbonisieren des Harzes erwärmt, wodurch man eine
Erhöhung der Dichte bewirkt.
Beispiele für karbonisierbare Harze sind Phenolharze, Furanharze,
Kohleteer, Petrolteer, Asphalt und Mischungen davon. Werden feste oder hochviskose Materialien, wie Petrolteer
oder Asphalt, verwendet, so werden sie durch das Erwärmen verflüssigt. Durch wiederholtes Evakuieren und Anwenden von
Druck in einem Gefäss wird die Imprägnierung durchgeführt.
Die Karbonisierung wird in der vorerwähnten Weise durchgeführt, sie kann auch bei einem hohen Druck zwischen etwa
10 und 1000 bar vorgenommen werden.
Die Dichte des Reibungsmaterials liegt im allgemeinen bei wenigstens 1,4 g/cm und vorzugsweise bei wenigstens 1,5 g/cm
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Um eine solche Dichte zu erhalten, wird die obige Stufe zur Erhöhung der Dichte im allgemeinen öfters als zweimal t
im allgemeinen fünf- bis zehnmal wiederholt. Dabei kann man die Dichte bis auf etwa 1,8 g/cm erhöhen.
Das Imprägnieren mit einer wässrigen, ein Antioxidans enthaltenden
Lösung wird im allgemeinen in irgendeiner Stufe nach der ersten Karbonisierungsstufe vorgenommen. Wenn keine
Wärmebehandlung bei einer Temperatur vorgenommen wird, bei welcher der R-Wert auf mehr als 2,3 oder darüber bis zur ;
Beendigung dieser Stufe ansteigt, dann wird die Wärmebehand- \
lung bei irgendeiner geeigneten Stufe vorgenommen, um den j
R-Wert auf 2,3 bis 5,0 einzustellen. j
Das Verfahren (2) kann in folgender Weise durchgeführt werden:
Die Verstärkungsfasern werden zwischen zwei Platten aus
beispielsweise Kohlenstoff gelegt und in einen Ofen eingebracht und anschliessend erhitzt man auf etwa 900 bis
1500 C und lässt dabei einen Kohlenwasserstoff, der pyrolytisch
gespalten wird und Kohlenstoff bildet, wie Methan, A'than, Propan, Acetylen, Benzol oder Methanol, in Kombination
mit einem nichtoxidierenden Gas, wie Stickstoff, Argon oder Wasserstoff, durchfliessen, wodurch sich der
pyrolytisch gebildete Kohlenstoff aus dem Kohlenwasserstoff auf der Verstärkungsfaser abscheidet. Die Abscheidung
wird durchgeführt, bis die Dichte von CFRC wenigstens 1,4 g/cm
beträgt. Wenn der abgeschiedene Kohlenstoff die Oberfläche bedeckt und die Dichte nicht zunimmt, wird die Oberfläche
abgerieben und die chemische Dampfabscheidung nochmals
durchgeführt, wodurch die Dichte dann weiter erhöht wird.
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Das Verfahren (3) ist eine Kombination der Verfahren (1) und (2) und diese Verfahren wurde vorher bereits beschrie-r
ben.
Das erfindungsgemässe Reibungsmaterial hat ausgezeichnete Bremscharakteristika und weist nur einen geringen Abrieb
bei hohen Temperaturen auf. Bei dem erfindungsgemässen Verifahren
wird die Wärmebehandlung nicht bei hohen Temperaturen !durchgeführt und das Verfahren ist deshalb wirtschaftlich
und energiesparend.
In den .nachfolgenden Beispielen wird die Erfindung ausführlich
beschrieben.
Obwohl die vorherstehende Beschreibung und die nachfolgenden Beispiele hauptsächlich auf die Verwendung von CFRC
für Flugzeugbremsen abstellen, kann man das erfindungsgemässe CFRC nicht nur für Flugzeugbremsen, d.h. als Reibungsmaterial
für ein Reibungselement, verwenden, sondern auch als ein Reibungselement, z.B. als ein Bremsmaterial, für
einen Zug, für ein Automobil, für Motoren oder als Stromabnehmer für Elektrotriebwagen und dergleichen, denn bei
der Verwendung an der Luft bei hohen Temperaturen ist der Oxidationsabrieb nur gering und daher die Eignung als Reibungsmaterial
sehr gut.
Beispiele 1 bis 3 und Vergleichsbeispiele 1 bis 9
2 41 Blätter eines Gewebes (290 g/m ) von Kohlenstoffasern
(Festigkeit 300 kg/mm2, Elastizitätsmodul 24 t/mm ) wurden
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mit einem Phenolharz imprägniert, laminiert und bei 15O°C
und einem Druck von 50 bar 1 Stunde komprimiert, wobei man einen Formkörper (40 χ 40 χ 1,7 cm) mit einem Fasergehalt
von 40 Vol.% und einer Dichte von 1,18 g/cm erhielt.
Die Form wurde während eines Zeitraums von etwa Stunden in einer Stickstoffatmosphäre auf 10000C erhitzt
und 1 Stunde bei 10000C belassen, wobei das Phenolharz karbonisierte.
Anschliessend kühlte man ab und erhielt auf diese Weise CFRC.
Da die Dichte dieses CFRC auf 1,02 g/cm abgenommen hatte,
wurde es mit in einem Gefäss befindlichen Kohleteer imprägniert, indem man ein Vakuum von 740 mmHg während 1
Stunde anlegte und dann einen Druck von 5 kg/cm einwirken liess. Die Karbonisierung wurde dann in der vorerwähnten
Weise durchgeführt. Das Verdichtungsverfahren (d.h. die Erhöhung der Dichte durch Imprägnierung und Karbonisierung)
wurde zehnmal durchgeführt, bis die Dichte 1,5 g/cm betrug.
Das so erhaltene Material wurde bei den in Tabelle 1 angegebenen Temperaturen in einer Stickstoffatmosphäre (die 1 Stunde
bei den in Tabelle 1 gezeigten Temperaturen aufrechterhalten wurde) wärmebehandelt und anschliessend zu einem pfannkuchenähnlichen
Teil mit einer Dicke von 1,5 cm, einem Aussendurchmesser von 390 mm und einem Innendurchmesser von 200 mm
verarbeitet. Dieses Teil wurde dann mit einer wässrigen Lösung von Phosphorsäure der in der Tabelle 1 angegebenen
Konzentration imprägniert, bei 150°C getrocknet und 60 Minuten bei 7000C in Stickstoff gehalten.
Von dem so erhaltenen CFRC wurde der Kristallinitätsindex R,
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die Oxidationstemperatur TQ, die Biegefetigkeit und die
Reibungscharakteristika gemessen. Die Ergebnisse werden in
Tabelle 1 gezeigt.
Bedingungeni_unter_denen_die^Bremseharakteristika_2emessen
wurden
Der durchschnittliche Reibungskoeffizient und der Abriebverlust pro Bremsung (Verringerung der Dicke der Bremsscheibe)
mit einer Trägheitskraft von 300 kg/m/cm der
Reibungsoberfläche wird bei einem Oberflächenbremsdruck
2
von 20 kg/cm gemessen. Die Temperatur des Reibungsmaterials erhöhte sich dabei durch die Reibungswärme auf etwa 1000°C.
von 20 kg/cm gemessen. Die Temperatur des Reibungsmaterials erhöhte sich dabei durch die Reibungswärme auf etwa 1000°C.
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ο
ω
ο
ο
ω
ο
ο
ca
ca
1 | Wärmebe handlungs- temperatur (OC) ** |
Konzentra tion an Phosphor säure (%)* |
Phosphor- gefiait(%) |
R | To | Biege-fe-«- stigkeit (kg/mm2) |
Reibungs koeffi zient |
Abriebver lust (10-4 mm/Bremsung) |
|
Bsp. | 2 | 1 .600 | 1,0 | 0,061 | 2,8 | 820 | 18,6 | 0,36 | 50 |
Il | 3 | 1.600 | 5,0 | 0,082 | 2,8 | 860 | 18,5 | 0,34 | '16 |
Il | 1 | 2.000 | 5,0 | 0,080 | 4,5 | 870 | 18,0 | 0,37 | 20 |
Vergl bsp. |
2 | keine** | keine | 0 | 2,1 | 640 | 14,3 | 0,34 | yi.ooo |
Il | 3 | keine | 5,0 | 0,084 . | 2,1 | 780 | 14,5 | 0,32 | >1 .000 |
Il | 4 | 1.600 | keine | 0 | 2,8 | 710 | 18,5 | 0,35 | >1 .000 |
Il | 5 | 1 .600 | 0,5 | 0,0081 | 2,8 | 760 | 18,3 | 0,37 | 800 |
■1 | 6 | 2.000 | keine | 0 | 4,5 | 740 | 17,8 | 0,35 | 300 |
Il | 7 | 2.400 | keine | 0 | 7,2 | 770 | 16,5 | 0,33 | 210 |
Il | 8 | 2.400 | 5,0 | 0,082 | 7,2 | 890 | 16,3 | 0,31 | 85 |
Il | 9 | 3.000 | keine | 0 | 28,8 | 830 | 12,5 | 0,26 | 150 |
Il | 3.000 | 5,0 | 0,083 | 28,8 | 920 | 12,8 | 0,28 | 124 | |
O ι
"keine" bedeutet, dass keine Antioxidationsbehe.ndlung vorgenommen wurde
"keine" bedeutet, dass die maximale Wärmebehandlungstemperatur 1000°C (Karbonisierunostemperatur)
betrug. TZ
ro —α co co co
Aus Tabelle 1 geht deutlich hervor, dass die Beispiele geringe
Abriebverluste im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen zeigen, und dass man deshalb erfindungsgemäss ein gutes
Bremsmaterial erhält. Es ist somit ersichtlich, dass durch
eine Wärmebehandlung zur Einstellung von R auf 2,3 bis 5,0 und durch eine Oxidationsbehandlung, um TQ auf.wenigstens 800°C
einzustellen, ein ausgezeichnetes Reibungsmaterial gebildet wird.
Beispiel 4 bis 5 und Vergleichsbeispiele 10 bis 13 Wie in Beispiel 1 wurde die Verformung, Imprägnierung
und Verdichtung durchgeführt, jedoch unter Verwendung eines
2
Endlosfaserstoffes (370 g/m ) aus einem hochfesten Kohlen-
Endlosfaserstoffes (370 g/m ) aus einem hochfesten Kohlen-
2 2
stoffendlosgarn (Festigkeit 330 kg/mm ; Modul: 44 t/mm ;
Anzahl der Fäden: etwa 6000) oder einer Hochmodulkohlen-
2 2
stoffaser (Festigkeit: 250 kg/mm ; Modul: 35 t/mm ; Anzahl
der Fäden: etwa 6000) als Verstärkungsfaser. Anschliessend wurden die Temperaturen wie in Tabelle 2 angegeben bei der
gleichen Wärmebehandlung wie in Beispiel 1 angewendet. Die Antioxidationsbehandlung unter Verwendung einer 5 %-igen
wässrigen Lösung von Phosphorsäure wurde wie in Beispiel 1 durchgeführt und in einigen Fällen wie in Beispiel 2 angegeben
.
Zur Bestimmung des R-Wertes der Kohleristoffmatrix wurde
ein Teil der Matrix aus der erhaltenen CFRC abrasiert und
gemessen. Zum Vergleich wurden die R-Werte der gesamten CFRC einschliesslich der Verstärkungsfasern ebenfalls gemessen
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und dies wird in Tabelle 2 gezeigt. Der R-Wert der hochfesten Kohlenstoffaser und der Kohlenstoffaser mit hohem Modul
waren 2,6 bzw. 16,5.
Mit dem so erhaltenen CFRC wurde der Bremsentest unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 durchgeführt und
die Bremscharakteristika gemessen. Die Ergebnisse werden in Tasbelle 2 gezeigt.
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ο ω ο ο 0> <π
O CD CO
4 | Faser * ; |
Wärmebe- handlungs- tempera- tur (°C) |
Phosphor-* säurebe handlung |
Oxida- .t ion stem— peratur (P.C.) |
.... R | Ma trix |
•Reibungs koeffi zient |
Grad c riebs Bremsi |
ies Ab- (10"4 mm/ mg) |
|
Bsp. | 5 | HTC | 2,8 | 48 | ||||||
It | 10 | HMC | 1.600 | ja | 860 | Ge-^ samt. . |
2,9 | 0,35 | 25 | |
Vgl. bsp. |
11 | HTC | 1.600 | ja | 875 | 3,0 | 2,8 | 0,33 | .000 | |
Il | 12 | HMC | 1.600 | nein | 710 | 8,9 | 2,9 | 0,34 | > 1 | .000 |
η | 13 | HTC | 1.600 | nein | 730 | 3,0 | 27,9 | 0,33 | > 1 | 450 |
If | HMC | 3,000 | nein | 830 | 8,i> | 28,5 | 0,29 | 380 | ||
3.000 | nein | 830 | 30,5 | 0,27 | ||||||
31,8 | ||||||||||
HTC: Kohlenstoffasergewebe mit hoher Reissfestigkeit HMC: Kohlenstoffasergewebe mit hohem Elastizitätsmodul
OJ
to
ro -j co
<τ> co
Ein Vergleich der Beispiele und der Vergleichsbeispiele zeigt, wie wichtig es ist, dass gemäss der Erfindung der R-Wert
der Kohlenstoffmatrix 5 oder weniger ist und dass selbst bei Verwendung einer Kohlenstoffaser mit hohem Modul als
Verstärkungsfaser (in diesem Fall ist R der gesamten CFRC hoch) die erfindungsgemässe Wirkung erzielt werden kann, indem
man die Wärmebehandlung derart durchführt, dass der R-Wert der Matrix 5 oder weniger ist und die Antioxidationsbehandlung
derart, dass die Oxidationstemperatur 8OO°C oder mehr ist.
30 Blätter aus der gleichen Art eines aus Kohlenstoffaserendlosgarn
hergestellten Gewebes wie in Beispiel 1, wurden mit einem Furanharz (Hitafuran 502 der Hitachi Chemical
Co., Ltd.) laminiert und druckverformt durch 30-minütiges Erhitzen bei einem Druck von 35 bar auf eine Temperatur von
1200C und dann 1-stündigem Erhitzen bei einer Temperatur
von 2000C und einem Druck von 35 bar, wobei man ein 40 χ 40 χ
1,7 cm Formstück erhielt mit einer Fasergehalt von etwa
30 Vol.% und einer Dichte von 0,98g/cm .
Die so erhaltene Form wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 1 karbonisiert, wobei man CFRC mit einer Dichte von
0,80 g/cm erhielt.
Die Imprägnierungs-Verdichtung wurde elfmal in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise wiederholt mit der Ausnahme,
- 34 -
030065/0939
dass bei der elften Imprägnierungs-Verdichtung die Wärmebehandlungstemperatur
180O0C betrug. Der CFRC wurde dann in eine 8 %-ige wässrige.. Lösung von Borsäure getaucht.
Nach Evakuieren auf 650 mmHg Hess man den Druck wieder auf Atmosphärendruck ansteigen. Auf diese Weise
wurde CFRC mit der wässrigen Lösung von Borsäure imprägniert, dann bei 24O°C getrocknet und anschliessend 20 Minuten
in Stickstoff bei 5000C behandelt.
Die Dichte des so erhaltenen CFRC war 1,53, der Borgehalt
0,048 Gew.%, T 85O°C und der Krxstallinitätsindex R der Matrix betrug 3,3, Unter gleicher Messung wie in Beispiel
1 betrug der Reibungskoeffizient 0,34 und der Reibungs-
—4
verlust 28 χ 10 mm/Bremsung).
verlust 28 χ 10 mm/Bremsung).
Die Erfindung wurde ausführlich im Hinblick auf die spezifischen Ausführungsformen beschrieben, aber für den Fachmann
ist ersichtlich, dass zahlreiche Veränderungen und Modifizierungen möglich sind, ohne vom Geist und Umfang
der Erfindung abzuweichen.
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Claims (28)
- HOFFMANN · ISITl'JS <& PARTNER 3027363PAT E N TAN WALTEDR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) -DIP L. -I NG. VV. EITLE · DR. RE R. NAT. K. HOFFMANN · DIPL. -IN G. W. LEHNDIPL.-ING. K.FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 · D-8000 MO NCH EN 81 ■ TELE FON (089) 911087 · TELEX 05-296)9 (PATH H)33 731 o/waTOHO BESLON CO., LTD., TOKYO / JAPANReibungsmaterial, Verfahren zu dessen Herstellung und Reibungselemente aus diesem MaterialPATENTANSPRÜCHE1i Ein kohlenstoffaserverstärktes Kohlenstoffreibungs- J material, dadurch gekennzeichnet , dass es eine Kohlenstoffmatrix und als Verstärkungsfaser wenigstens eine Kohlenstoffaser mit einem Kristallinitätsindex R der Kohlenstoffmatrix von etwa 2,3 bis 5,0 und ein Antioxidans in einer solchen Menge enthält, dass die Oxidationstemperatur T wenigstens etwa 800°C beträgt.
- 2. Kohlenstoffaserverstärktes KohlenstcffreibungsmaterialG3QÖSS/0939gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Verstärkungsfaser zwischen etwa 20 und 65 Vol.%, bezogen auf das Gesamtvolumen des Materials, ausmacht.
- 3. Kohlenstoffaserverstärktes Kohlenstoffreibungsmaterial gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antioxidans wenigstens aus Phosphor oder Bor oder einer Verbindung von Phosphor urid Bor besteht.
- 4. Kohlenstoffverstärktes Kohlenstoffreibungsmateriai gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Antioxidans darin in einer Menge von etwa 0,02 bis 0,5 Gew.%, ausgedrückt in bezug auf den Gehalt an elementarem Phosphor oder Bor, bezogen auf das Gesamtgewicht des kohlenstoffaserverstärkten Kohlenstoffreibungsmaterials, enthalten ist.
- 5. Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffaserverstärkten Kohlenstoffreibungsmaterials aus einer Kohlenstoff ma tr ix und, als Verstärkungsfaser, wenigstens einer Kohlenstoffaser, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffmatrix bei einer solchen Temperatur wärmebehandelt wird, dass der Kristallinitätsindex R der Kohlenstoffmatrix zwischen etwa 2,3 bis 5,0 beträgt und dass die Antioxidationsbehandlung während der Herstellung des kohlenstoffaserverstärkten Kohlenstoffs nach der Bildung der Kohlenstoffmatrix oder nach Beendigung der Herstellung des kohlenstoff aserver stärkten Kohlenstoffs vorgenommen wird,030065/0939indem man ein Antioxidans in einer zur Erhöhung der Oxidationstemperatur T des kohlenstoffaserverstärkten Kohlenstoffs auf etwa 8OO°C oder mehr wirksamen Menge einverleibt.
- 6. Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffaserverstärkten Kohlenstoffreibungsmaterials gemäss Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass wenigstens Phosphor oder Bor oder eine Verbindung davon als Antioxidans in den kohlenstoffaserverstärkten Kohlenstoff einverleibt wird.
- 7. Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffaserverstärkten Kohlenstoffreibungsmaterials gemäss Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass das Antioxidans in einer solchen Menge einverleibt wird, dass dessen Gehalt in dem Reibungsmaterial zwischen etwa 0,02 bis 0,5 Gew.% beträgt, ausgedrückt unter Bezug auf den Gehalt an elementarem Bor oder elementarem Phosphor, bezogen auf das Gesamtgewicht des kohlenstoffaserverstärkten Kohlenstoffreibungsmaterials.
- 8. Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffaserverstärkten Kohlenstoffreibungsmaterials gemäss Ansprüchen 5, 6 oder 7, dadurch gekenn ζ e ichnet , dass die Herstellung des kohlenstoffaserverstärkten Kohlenstoffs folgende Stufen umfasst: die Imprägnierungsstufe der Verstärkungsfaser mit einem carbonisierbaren wärmehärtbaren Harz, Kalzinierungsverformung, um das wärmehärtbare Harz zu karbonisieren und Imprägnieren des so erhaltenen kohlenstoffverstärkten Kohlenstoffs mit einem karbonisierbaren Harz und030065/0939Karbonisierung durch Kalzinierung, wodurch die Dichte des kohlenstoffaserverstärkten Kohlenstoffs erhöht wird.
- 9. Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffaserverstärkten Kohlenstof freibungsmaterials gemäss Anspruch 8/ dadurch gekennzeichnet , dass das karbonisierbare wärmehärtbare Harz wenigstens ein Phenol harz oder ein Furanharz ist.
- 10. Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffaserverstärkten Kohlenstoffreibungsmaterials gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , dass das zur Erhöhung der Dichte verwendete karbonisierbare Harz wenigstens ein Harz aus der Gruppe Phenolharz, Furanharz, Petrolteer, Kohleteer und Asphalt ist.
- 11. Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffaserverstärkten Kohlenstoffreibungsmaterials gemäss Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass die Herstellung des kohlenstoffaserverstärkten Kohlenstoffs eine Wärmebehandlungsstufe zwischen etwa 1300 und 2100°C in einernichtoxidierenden Atmosphäre einschliesst.
- 12. Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffaserverstärkten Kohlenstoffreibungsmaterials gemäss Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , dass das karbonisierbare Harz wenigstens ein Harz aus der Gruppe Phenolharz, Furanharz oder Kohleteer ist und dass die Herstellung des kohlenstoffaserverstärkten030065/0939Kohlenstoffs eine Wärmebehandlungsstufe zwischen etwa 1300 und 24OO°C in einernichtoxidierenden Atmosphäre einschliesst.
- 13. Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffaserverstärkten Kohlenstoffreibungsmaterials gemäss Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , dass dasj karbonisierbare Harz Petroleum, Teer oder Asphalt ist ! und dass die Herstellung des kohlenstoffaserverstärkten Kohlenstoffs eine Wärmebehandlungsstufe zwischen etwa 12000C und 2100°C in einer nichtoxidierenden Atmosphäre einschliesst.
- 14. Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffaserverstärk ten Kohlenstoffreibungsmaterials gemäss Ansprüchen 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , dass der kohlenstoffaserverstärkte Kohlenstoff eine Verstärkungsfaser, auf welcher Kohlenstoff mittels chemischer Dampfabscheidung abgeschieden wurde, einschliesst.
- 15. Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffaserverstärkten Kohlenstoffreibungsmaterials gemäss Anspruch Ί4, dadurch gekennzeichnet , dass die Abscheidung von Kohlenstoff auf der Verstärkungsfaser eine Wärmebehandlungsstufe, die zwischen etwa 1200 und 21000C in einer nichtoxidierenden Atmosphäre durchgeführt wird, e.-inschliesst.
- 16. Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffaserverstärkten Kohlenstoffreibungsmaterials gemäss Ansprüchen030065/0933— ο —5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , dass die Herstellungsstufe die Imprägnierung der Faser mit einer karbonisierbaren wärmehärtbaren Harz, eine Kalzinierungsverformung unter Karbonisierung des Harzes und eine Erhöhung der Dichte des kalzinierten Produktes mittels einer chemischen Dampfabscheidungsmethode einschliesst.
- 17. Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffaserverstärkten Kohlenstoffreibungsmaterials gemäss Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , dass die Herstellung des kohlenstoffaserverstärkten Kohlenstoffs eine Wärmebehandlung zwischen etwa 1200 und 21000C in einer nichtoxidierenden Atmosphäre einschliesst.
- 18. Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffaserverstärkten Kohlenstoffreibungsmaterials gemäss Ansprüchen 8, 14 oder 16, dadurch gekennzeichnet , dass die Herstellung des kohlenstoffaserverstärkten Kohlenstoffs eine Wärmebehandlungsstufe einschliesst, bei welcher R auf einen Wert von 2/3 bis 5,0 nach der Karbonisierungsstufe eingestellt wird.
- 19. Reibungselement aus einem kohlenstoffaserverstärkten Kohlenstoff, bei dem der Kristallinitätsindex R der Kohlenstoffmatrix zwischen etwa 2,3 und 5,0 beträgtund ein Antioxidans in einer solchen Menge enthalten ist, dass die OxidaLionstemperatur wenigstens etwa 8000C beträgt und das Kohlenstoffasern als Verstärkungsfasern enthält.
- 20. Reibungselement gemäss Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , dass das Reibungselement030066/0939f 7 **eine Bremse für ein Flugzeug, ein Automobil, einen Zug oder einen Motor ist.
- 21. Reibungselement gemäss Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , dass das Reibungselement der Stromabnehmerbügel eines elektrischen Triebwagens ist.
- 22. Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffaserverstärkten Kohlenstoffreibungsmaterials gemäss Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , dass die Stufe der Dichteerhöhung durchgeführt wird vor der Wärmebehandlung und der Antioxidationsverfahrensstufe.
- 23. Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffaserverstärkten Kohlenstoffreibungsmateria.ls gemäss Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , dass die Stufe der Erhöhung der Dichte zwischen der Wärmebehandlung und der Antioxidationsbehandlungsstufe durchgeführt wird.
- 24. Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffaserverstärkten Kohlenstoffreibungsmaterials gemäss Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , dass die Stufe der Dichteerhöhung nach der Wärmebehandlung und der Antioxidationsbehandlungsstufe vorgenommen wird.
- 25. Kohlenstoffaserverstärktes Kohlenstoffreibungsmaterial gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Verstärkungsfasern 25 bis 50 Vol%, bezogen auf das Gesamtvolumen des Materials, ausmacht.030065/0939
- 26. Kohlenstoffaserverstärktes Kohlenstoffreibungsmaterial gemäss Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Antioxidans, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ZnO, CuSO., AlCl3, Al(NOo)3, Ca(OH)2, CaCl2 und CaCO3 vorhanden ist.
- ;27. Kohlenstoffaserverstärktes Kohlenstoffreibungsmaterial ( gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kristallinitätsindex R zwischen etwa 2,5 und 4,5 liegt.
- 28. Kohlenstoffaserverstärktes Kohlenstoffreibungsmaterial gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidationstemperatur T wenigstens etwa 85O°C beträgt.030065/0939 ORIGINAL INSPECTED
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