KR20110095543A - Carbon-ceramic brake disc and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A carbon-ceramic brake disk and a manufacturing method are provided to improve the cooling performance by installing the strong part joint which is good at the braking torque, the friction heat, and the thermal stress. CONSTITUTION: A carbon-ceramic brake disk manufacturing method comprises the following steps. A first mixture, a second mixture, and a third mixture which are mixed with the different length of carbon fiber and phenol are manufactured(S101). A first pace and a second space are formed by inserting a separator to the molding frame in the inside of the separator(S102). A third mixture is laminated in the upper part of the second mixture(S103). The separator is taken out from a molding frame(S104). The first mixture, the second mixture, and the third mixture are heated and are pressurized and the molding product is manufactured(S105). The molding is taken out from the molding frame(S106). The molding is carbonized(S107). The silicon is melted and passed through the carbonized mold(S108). The mold passed through the silicon is grinding(S109).

Description

탄소-세라믹 브레이크 디스크 및 이를 제조하는 방법 {CARBON-CERAMIC BRAKE DISC AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}Carbon-ceramic brake discs and how to make them {CARBON-CERAMIC BRAKE DISC AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 탄소-세라믹 브레이크 디스크에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon-ceramic brake disc.

자동차 브레이크는 드럼식 브레이크와 디스크식 브레이크로 구분된다.Automobile brakes are divided into drum brakes and disc brakes.

디스크식 브레이크는 디스크와 패드로 구성된다.The disc brake consists of a disc and a pad.

디스크식 브레이크는 디스크의 표면과 패드의 마찰로 발생 되는 마찰력으로 디스크의 회전을 늦추거나 멈추게 함으로써, 자동차의 속도를 감속하거나 자동차를 정지시킨다.Disc brakes slow or stop the rotation of the disc by the frictional force generated by the friction between the surface of the disc and the pad, thereby slowing down or stopping the vehicle.

최근 고속도로가 많이 건설되어, 고속 주행할 기회가 많아지고 있다. 또한, 운전자의 편의와 안전을 위하여 필요한 차량의 부품 수가 증가함에 따라 차량의 무게가 계속적으로 증가하고 있다.Recently, many highways have been built, and opportunities for high-speed driving are increasing. In addition, as the number of parts of the vehicle required for driver's convenience and safety increases, the weight of the vehicle continues to increase.

이와 같이 고속으로 달리는 차체가 무거운 자동차를 정지시키기 위해서는, 이전보다 제동력이 우수한 디스크와 패드가 필요하다.In order to stop a vehicle that is running at a high speed in such a high speed, discs and pads with superior braking force are required.

제동력이 우수한 디스크와 패드는, 무게가 가볍고, 내열충격성, 내식성, 내마모성이 강하고, 고강도이고, 높은 마찰계수를 가져야 한다.Discs and pads with good braking force should be light in weight, have high thermal shock resistance, corrosion resistance, abrasion resistance, high strength, and high coefficient of friction.

이를 위해, 최근에는 경량이고, 내마모성 및 내열충격성을 가진 탄소 섬유 강화 세라믹 복합체로 디스크와 패드를 만든다.To this end, discs and pads are recently made from carbon fiber reinforced ceramic composites that are lightweight, wear resistant and thermally resistant.

탄소 섬유 강화 세라믹 복합체는, 기지(matrix)가 세라믹이고 탄소섬유로 강화된 소재이다.Carbon fiber reinforced ceramic composites are materials in which the matrix is ceramic and reinforced with carbon fibers.

이하, 탄소섬유 강화 세라믹 복합체로 만들어진 브레이크 디스크를 탄소-세라믹 브레이크 디스크라 칭한다.Hereinafter, a brake disc made of a carbon fiber reinforced ceramic composite will be referred to as a carbon-ceramic brake disc.

또한, 탄소-세라믹 브레이크 디스크에 햇파트(hat part)가 결합부재로 결합된 것을 탄소-세라믹 브레이크 디스크 조립체라 칭한다. 여기서, 햇파트는 금속부재로 만들어지며, 햇파트에 바퀴가 결합부재로 결합된다.Also, a hat part coupled to a carbon-ceramic brake disc as a coupling member is called a carbon-ceramic brake disc assembly. Here, the hat part is made of a metal member, the wheel is coupled to the hat part as a coupling member.

한편, 탄소-세라믹 브레이크 디스크와 패드의 마찰 시에는 강한 제동토크와 마찰열이 발생한다. 발생된 제동토크는, 탄소-세라믹 브레이크 디스크에 기계적 충격을 준다. 발생된 마찰열은, 탄소-세라믹 브레이크 디스크에 열적 충격을 준다.On the other hand, when the carbon-ceramic brake disc and the pad friction, strong braking torque and frictional heat are generated. The generated braking torque gives a mechanical impact to the carbon-ceramic brake discs. The generated frictional heat gives a thermal shock to the carbon-ceramic brake discs.

특히, 제동력을 발생시키기 위하여 탄소-세라믹 브레이크 디스크와 패드가 접촉할 때, 햇파트가 결합되는 탄소-세라믹 브레이크 디스크 부분(이하, '햇파트결합부'라 칭한다.)에 열.기계적 충격에 크게 가해진다. 왜냐하면, 햇파트결합부에서 가장 큰 마찰열과 제동토크가 발생되기 때문이다.In particular, when the carbon-ceramic brake disc and the pad come into contact with each other to generate a braking force, the carbon-ceramic brake disc portion (hereinafter referred to as 'hat part coupling portion') to which the hat part is coupled is greatly affected by thermal and mechanical shocks. Is applied. This is because the greatest heat of friction and braking torque are generated in the hat part coupling part.

또한, 햇파트결합부에는 열응력이 크게 발생한다. 왜냐하면, 햇파트결합부와 햇파트가 서로 다른 재질로 만들어져 열팽창 계수의 차이가 있기 때문이다.In addition, the thermal stress is largely generated in the hat part coupling portion. This is because the hat part coupling part and the hat part are made of different materials, and there is a difference in coefficient of thermal expansion.

이와 같이, 종래의 탄소-세라믹 브레이크 디스크는, 햇파트결합부가 제동토크, 마찰열, 열응력에 특히 취약했다.Thus, in the conventional carbon-ceramic brake disc, the hat part coupling part is particularly vulnerable to braking torque, frictional heat and thermal stress.

본 발명의 목적은, 제동토크, 마찰열, 열응력에 강한 햇파트결합부를 구비한 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 제공하는 데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a carbon-ceramic brake disc having a hat part coupling portion resistant to braking torque, frictional heat, and thermal stress.

또한, 본 발명의 목적은, 제동토크, 마찰열, 열응력에 강한 햇파트결합부를 구비한 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 제조하는 방법을 제공하는 데 목적이 있다.It is also an object of the present invention to provide a method for manufacturing a carbon-ceramic brake disc having a hat part coupling portion resistant to braking torque, frictional heat and thermal stress.

상기 목적을 달성하기 위한 탄소-세라믹 브레이크 디스크는, 햇파트결합부; 상기 햇파트결합부의 외주면을 감싸는, 지지부 및 마찰부;를 포함하며, 상기 마찰부는, 상기 지지부의 상하면에 각각 적층된다.Carbon-ceramic brake disc for achieving the above object, Hat part coupling portion; And a support part and a friction part surrounding the outer circumferential surface of the hat part coupling part, wherein the friction parts are respectively stacked on upper and lower surfaces of the support part.

또한, 상기 목적은, 각각 길이가 다른 탄소섬유와 페놀수지가 혼합된 제1혼합물, 제2혼합물, 제3혼합물을 제조하는 제1단계; 성형틀에 분리판을 넣어서, 상기 분리판의 안쪽에 제1공간을 형성하고, 상기 분리판의 바깥쪽과 상기 성형틀의 내주면 사이에 제2공간을 형성하는 제2단계; 상기 제1혼합물을 상기 제1공간에 넣고, 상기 제3혼합물을 상기 제2공간에 넣고, 상기 제3혼합물의 위에 상기 제2혼합물을 적층하고, 상기 제2혼합물의 위에 상기 제3혼합물을 적층하는 제3단계; 상기 성형틀부터 상기 분리판을 꺼내는 제4단계; 상기 제1혼합물, 제2혼합물, 제3혼합물을 가열 및 가압하여 성형체를 제조하는 제5단계; 상기 성형틀부터 상기 성형체를 꺼내는 제6단계; 상기 성형체를 탄화시키는 제7단계; 상기 탄화된 성형체에 규소를 녹여 침투시키는 제8단계; 및 상기 규소가 침투된 성형체를 연마하는 제9단계;를 포함하는 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 제조하는 방법에 의해 달성된다.In addition, the above object, the first step of producing a first mixture, a second mixture, a third mixture of carbon fibers and phenol resins of different lengths, respectively; A second step of inserting a separator into a mold, forming a first space inside the separator, and forming a second space between an outer side of the separator and an inner circumferential surface of the mold; The first mixture is placed in the first space, the third mixture is placed in the second space, the second mixture is laminated on the third mixture, and the third mixture is laminated on the second mixture. The third step of doing; A fourth step of taking out the separating plate from the mold; A fifth step of manufacturing a molded body by heating and pressing the first mixture, the second mixture, and the third mixture; A sixth step of taking out the molded body from the mold; A seventh step of carbonizing the molded body; An eighth step of melting and infiltrating silicon into the carbonized molded body; And a ninth step of polishing the molded body impregnated with the silicon; and a method of manufacturing a carbon-ceramic brake disc.

본 발명인 탄소-세라믹 브레이크 디스크는,The carbon-ceramic brake disc of the present invention,

첫째, 햇파트결합부가, SiC 25~50 wt%, Si 0~25 wt% 그리고 C 30~60 wt%의 성분조성비율을 가진다. 이로 인해, 햇파트결합부는, 제동토크, 마찰열, 열응력에 강하다. 또한, 햇파트결합부는, 10~30 ㎜ 길이를 가진 제1탄소섬유를 포함한다. 상기 제1탄소섬유의 길이 방향은, 탄소-세라믹 브레이크 디스크의 반경 방향을 향한다. 이로 인해, 햇파트결합부는, 열.기계적 충격으로 발생된 균열의 전파를 막을 수 있다.First, the hat part bonding portion has a component composition ratio of 25 to 50 wt% of SiC, 0 to 25 wt% of Si and 30 to 60 wt% of C. For this reason, the hat part coupling part is strong in braking torque, frictional heat, and thermal stress. In addition, the hat part coupling portion includes a first carbon fiber having a length of 10 ~ 30 mm. The longitudinal direction of the first carbon fiber is directed in the radial direction of the carbon-ceramic brake disc. For this reason, the hat part coupling part can prevent the propagation of the crack which generate | occur | produced by a thermal and mechanical shock.

둘째, 지지부가, SiC 25~50 wt%, Si 0~25 wt% 그리고 C 30~60 wt%의 성분조성비율을 가진다. 이로 인해, 지지부는, 제동토크, 마찰열, 열응력에 강하다. 또한, 지지부는, 5~10 ㎜ 길이를 가진 제2탄소섬유를 포함한다. 상기 제2탄소섬유의 길이 방향은, 탄소-세라믹 브레이크 디스크의 반경 및 두께 방향을 향한다. 이로 인해, 지지부는, 우수한 냉각성능을 가진다.Second, the support has a component composition ratio of 25 to 50 wt% of SiC, 0 to 25 wt% of Si and 30 to 60 wt% of C. For this reason, the support part is strong in braking torque, frictional heat and thermal stress. The support portion also includes second carbon fibers having a length of 5 to 10 mm. The longitudinal direction of the second carbon fiber is directed in the radial and thickness directions of the carbon-ceramic brake discs. For this reason, the support part has excellent cooling performance.

셋째, 마찰부가, SiC 75 wt% 이상이고, C 0.5 wt% 이하인 성분조성비율을 가진다. 이로 인해, 우수한 열전도성 그리고 내 마모성을 가진다. 또한, 마찰부는, 1 ㎜ 이하의 길이를 가진 제3탄소섬유를 포함한다. 이로 인해, 마찰부는, 우수한 내산화성을 가진다.Third, the friction portion has a component composition ratio of SiC 75 wt% or more and C 0.5 wt% or less. Because of this, it has excellent thermal conductivity and wear resistance. The friction portion also includes third carbon fibers having a length of 1 mm or less. For this reason, the friction portion has excellent oxidation resistance.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 단면 Ⅱ-Ⅱ를 나타낸 도면이다.
도 3은, 도 2의 A부분을 확대한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는, 도 4의 제2단계 내지 제4단계를 실행한 후, 성형틀의 단면을 나타낸 도면이다.1 is a perspective view showing a carbon-ceramic brake disc according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view II-II of FIG. 1.
3 is an enlarged view of a portion A of FIG. 2.
4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a carbon-ceramic brake disc according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing a cross section of the mold after performing the second to fourth steps of FIG.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 상세히 설명한다.Hereinafter, a carbon-ceramic brake disc according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 나타낸 사시도이다. 도 2는 도 1의 단면 Ⅱ-Ⅱ를 나타낸 도면이다. 도 3은, 도 2의 A부분을 확대한 도면이다. 도 3에 도시된 실선화살표는, 탄소-세라믹 브레이크 디스크의 두께 방향을 나타낸다. 점선화살표는, 탄소-세라믹 브레이크 디스크의 반경 방향을 나타낸다.1 is a perspective view showing a carbon-ceramic brake disc according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view II-II of FIG. 1. 3 is an enlarged view of a portion A of FIG. 2. The solid arrow shown in FIG. 3 represents the thickness direction of the carbon-ceramic brake disc. The dashed arrows indicate the radial direction of the carbon-ceramic brake discs.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크(100)는, 햇파트결합부(110), 지지부(120), 마찰부(130)로 구성된다.As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the carbon-ceramic brake disc 100 according to the embodiment of the present invention includes a hat part coupling part 110, a support part 120, and a friction part 130. .

상기 햇파트결합부(110)는, 탄소-세라믹 브레이크 디스크(100)의 중심부에 위치한다.The hat part coupling unit 110 is located at the center of the carbon-ceramic brake disc 100.

상기 햇파트결합부(110)의 중심에는 축공(111)이 뚫려있다.A shaft hole 111 is drilled at the center of the hat part coupling unit 110.

상기 햇파트결합부(110)의 가장자리에는, 복수개의 구멍(112)들이 동일원상에 동일한 간격(P1)으로 뚫려 있다.At the edge of the hat part coupling portion 110, a plurality of holes 112 are drilled at the same interval P1 on the same circle.

햇파트(미도시)의 가장자리에도, 복수개의 구멍들이 동일원상에 동일한 간격(P1)으로 뚫려 있다.Even at the edge of the hat part (not shown), a plurality of holes are drilled at the same interval P1 on the same circle.

햇파트결합부(110)의 복수개의 구멍(112)들과, 햇파트의 복수개의 구멍들은, 서로 대응된다.The plurality of holes 112 of the hat part coupling part 110 and the plurality of holes of the hat part correspond to each other.

탄소-세라믹 브레이크 디스크(100)와 햇파트를 결합시키는 방법은 다음과 같다.The carbon-ceramic brake disc 100 and the hat part are combined as follows.

탄소-세라믹 브레이크 디스크(100) 위에 햇파트를 올려놓는다.Put the hat part on the carbon-ceramic brake disc 100.

햇파트결합부(110)의 구멍(112)들과 햇파트의 구멍들을 마주 보게 한다.The holes 112 of the hat part coupling part 110 and the holes of the hat part face each other.

결합부재로 탄소-세라믹 브레이크 디스크(100)와 햇파트를 결합시킨다.Coupling the carbon-ceramic brake disc 100 and the hat part as a coupling member.

여기서, 결합부재는, 볼트와 너트라고 가정한다.Here, it is assumed that the coupling member is a bolt and a nut.

햇파트결합부(110)의 구멍(112)들과 햇파트의 구멍들로 볼트들을 삽입시킨 후, 햇파트결합부(110)의 구멍(112)들 바깥으로 돌출된 볼트들의 끝부분에 너트들을 결합한다. 물론, 탄소-세라믹 브레이크 디스크(100)와 햇파트를 결합하는 방법은 다양할 수 있다.After inserting the bolts into the holes 112 of the hat part coupling part 110 and the holes of the hat part, nuts are inserted into the ends of the bolts protruding out of the holes 112 of the hat part coupling part 110. To combine. Of course, the method of combining the carbon-ceramic brake disc 100 and the hat part may vary.

상기 햇파트결합부(110)는, SiC 25~50 wt%, Si 0~25 wt% 그리고 C 30~60 wt%의 성분조성비율을 가진다. 이러한 성분조성비율로 인해, 햇파트결합부(110)는, 어두운 회색 또는 검은색을 띈다. 또한, 제동토크, 마찰열, 열응력에 강하다.The hat part coupling unit 110 has a component composition ratio of SiC 25-50 wt%, Si 0-25 wt% and C 30-60 wt%. Due to the component composition ratio, the hat part coupling part 110 is dark gray or black. It is also resistant to braking torque, frictional heat and thermal stress.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 햇파트결합부(110)는, 10~30 ㎜ 길이를 가진 탄소섬유를 포함한다. 10~30 ㎜ 길이를 가진 탄소섬유를 제1탄소섬유(110a)라 칭한다. 제1탄소섬유(110a)는, 6~8 ㎛의 직경을 가진다.As shown in FIG. 3, the hat part coupling unit 110 includes carbon fibers having a length of 10 to 30 mm. Carbon fibers having a length of 10 to 30 mm are called first carbon fibers 110a. The first carbon fiber 110a has a diameter of 6 to 8 μm.

상기 제1탄소섬유(110a)의 길이 방향은, 탄소-세라믹 브레이크 디스크(100)의 반경 방향을 향한다.The longitudinal direction of the first carbon fiber 110a is in the radial direction of the carbon-ceramic brake disc 100.

이렇게 제1탄소섬유(110a)의 길이 방향이, 탄소-세라믹 브레이크 디스크(100)의 반경 방향으로 향함으로써, 열 기계적 충격으로 발생된 균열이 반경 방향으로 더 이상 전파되지 못한다.In this way, the longitudinal direction of the first carbon fiber 110a is directed in the radial direction of the carbon-ceramic brake disc 100, so that the crack generated by the thermal mechanical shock is no longer propagated in the radial direction.

상기 지지부(120)와 마찰부(130)는, 햇파트결합부(110)의 외주면을 감싼다.The support part 120 and the friction part 130 surround the outer circumferential surface of the hat part coupling part 110.

상기 지지부(120)는, 마찰부(130)를 지지한다.The support part 120 supports the friction part 130.

상기 지지부(120)는, SiC 25~50 wt%, Si 0~25 wt% 그리고 C 30~60 wt%의 성분조성비율을 가진다. 이러한 성분조성비율로 인해, 지지부(120)는, 어두운 회색 또는 검은색을 띈다. 또한, 제동토크, 마찰열, 열응력에 강하다.The support 120 has a component composition ratio of SiC 25-50 wt%, Si 0-25 wt% and C 30-60 wt%. Due to this component composition ratio, the support 120 is dark gray or black. It is also resistant to braking torque, frictional heat and thermal stress.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 지지부(120)는, 5~10 ㎜ 길이를 가진 탄소섬유를 포함한다. 5~10 ㎜ 길이를 가진 탄소섬유를 제2탄소섬유(120a)라 칭한다.As shown in FIG. 3, the support part 120 includes carbon fibers having a length of 5 to 10 mm. Carbon fibers having a length of 5 to 10 mm are called second carbon fibers 120a.

제2탄소섬유(120a)는, 6~8 ㎛의 직경을 가진다.The second carbon fiber 120a has a diameter of 6 to 8 µm.

일반적으로 탄소섬유는, 두께 방향보다 길이 방향으로 열을 더 잘 전달한다.In general, carbon fiber transfers heat better in the longitudinal direction than in the thickness direction.

상기 제2탄소섬유(120a)의 길이 방향은, 탄소-세라믹 브레이크 디스크(100)의 반경 및 두께 방향을 향한다.The longitudinal direction of the second carbon fiber 120a is in the radial and thickness directions of the carbon-ceramic brake disc 100.

제2탄소섬유(120a)의 길이 방향이, 탄소-세라믹 브레이크 디스크(100)의 반경 방향으로 향하면, 마찰열은 탄소-세라믹 브레이크 디스크(100)의 반경 방향으로 신속하게 전달되어 외부로 빠져나간다.When the longitudinal direction of the second carbon fiber 120a is directed in the radial direction of the carbon-ceramic brake disc 100, the frictional heat is quickly transmitted in the radial direction of the carbon-ceramic brake disc 100 and exits to the outside.

제2탄소섬유(120a)의 길이 방향이, 탄소-세라믹 브레이크 디스크(100)의 두께 방향으로 향하면, 마찰열은 탄소-세라믹 브레이크 디스크(100)의 두께 방향으로 신속하게 전달되어 외부로 빠져나간다.When the longitudinal direction of the second carbon fiber 120a is directed in the thickness direction of the carbon-ceramic brake disc 100, the frictional heat is quickly transmitted in the thickness direction of the carbon-ceramic brake disc 100 and exits to the outside.

이렇게 제2탄소섬유(120a)의 길이 방향이, 탄소-세라믹 브레이크 디스크(100)의 반경 및 두께 방향을 향함으로써, 마찰열은 탄소-세라믹 브레이크 디스크(100)의 반경 및 두께 방향으로 골고루 퍼져나가 외부로 빠져나간다. 이로 인해, 지지부(110)는 우수한 냉각성능 및 제동성능을 가진다.In this way, the longitudinal direction of the second carbon fiber 120a is in the radial and thickness directions of the carbon-ceramic brake disc 100, so that the frictional heat spreads evenly in the radial and thickness directions of the carbon-ceramic brake disc 100. Exit to As a result, the support 110 has excellent cooling performance and braking performance.

또한, 우수한 냉각성능을 가진 지지부(110)는, 햇파트와, 탄소-세라믹 브레이크 디스크(100)와 햇파트를 결합시키는 결합부재를 고온으로부터 보호한다.In addition, the support 110 having excellent cooling performance protects the hat part and the coupling member for coupling the carbon-ceramic brake disc 100 and the hat part from high temperature.

왜냐하면, 지지부(110)는, 마찰부(130)에서 발생되는 열 대부분을 신속하게 외부로 빠져나가게 하여, 마찰부(130)에서 발생되는 열이 햇파트와 결합부재까지 전달되지 못하게 하기 때문이다.This is because the support 110 allows most of the heat generated by the friction part 130 to quickly escape to the outside, thereby preventing heat generated from the friction part 130 from being transmitted to the hat part and the coupling member.

상기 마찰부(130)는, 지지부(130)의 상하면에 각각 적층된다.The friction part 130 is laminated on the upper and lower surfaces of the support part 130, respectively.

상기 마찰부(130)의 상하면과, 햇파트결합부(110)의 상하면은, 동일평면상에 위치한다.The upper and lower surfaces of the friction part 130 and the upper and lower surfaces of the hat part coupling part 110 are located on the same plane.

상기 마찰부(130)는, SiC 75 wt% 이상이고, C 0.5 wt% 이하인 성분조성비율을 가진다. 이러한 성분조성비율로 인해, 마찰부(130)는 밝은 은색을 띈다. 또한, 우수한 열전도성 그리고 내 마모성을 가진다.The friction part 130 is SiC 75 wt% or more, and has a component composition ratio of C 0.5 wt% or less. Due to this component composition ratio, the friction part 130 has a bright silver color. It also has excellent thermal conductivity and wear resistance.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 마찰부(130)는, 1 ㎜ 이하의 길이를 가진 탄소섬유를 포함한다. 1 ㎜ 이하의 길이를 가진 탄소섬유를 제3탄소섬유(130a)라 칭한다. 제3탄소섬유(130a)는, 6~8 ㎛의 직경을 가진다.As shown in FIG. 3, the friction part 130 includes carbon fibers having a length of 1 mm or less. Carbon fibers having a length of 1 mm or less are called third carbon fibers 130a. The third carbon fiber 130a has a diameter of 6 to 8 µm.

제3탄소섬유(130a)는 길이가 짧기 때문에 규소가 녹아서 침투되는 동안에 대부분 “SiC” 성분으로 전환된다.Since the third carbon fiber 130a has a short length, most of the third carbon fiber 130a is converted into a “SiC” component while the silicon is dissolved and penetrated.

이로 인해, 마찰부(130)에는 탄소성분이 0.5 wt% 이하만 남게 된다. 따라서, 마찰부(130)에는 대기 중의 산소와 반응하는 탄소 성분이 거의 남아있지 않기 때문에, 마찰부(130)는 우수한 내산화성을 가진다.For this reason, only 0.5 wt% or less of carbon components remain in the friction part 130. Therefore, the friction part 130 has almost no carbon component reacting with oxygen in the atmosphere, so the friction part 130 has excellent oxidation resistance.

이하, 상술한 구조를 가진 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 제조하는 방법을설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a carbon-ceramic brake disc having the above-described structure will be described.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다. 도 5는, 도 4의 제2단계 내지 제4단계를 실행한 후, 성형틀의 단면을 나타낸 도면이다.4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a carbon-ceramic brake disc according to an embodiment of the present invention. 5 is a view showing a cross section of the mold after performing the second to fourth steps of FIG.

본 발명의 일 실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 제조하는 방법은,Method for manufacturing a carbon-ceramic brake disc according to an embodiment of the present invention,

각각 길이가 다른 탄소섬유와 페놀수지가 혼합된 제1혼합물(X1), 제2혼합물(X2), 제3혼합물(X3)을 제조하는 제1단계(S101); 성형틀(M)에 분리판(D)을 넣어서, 분리판(D)의 안쪽에 제1공간(S1)을 형성하고, 분리판(D)의 바깥쪽과 성형틀(M)의 내주면 사이에 제2공간(S2)을 형성하는 제2단계(S102); 제1혼합물(X1)을 제1공간(S1)에 넣고, 제3혼합물(X3)을 제2공간(S2)에 넣고, 제3혼합물(X3)의 위에 제2혼합물(X2)을 적층하고, 제2혼합물(X2)의 위에 제3혼합물(X3)을 적층하는 제3단계(S103); 성형틀(M)로부터 분리판(D)을 꺼내는 제4단계(S104); 제1혼합물(X1), 제2혼합물(X2), 제3혼합물(X3)을 가열 및 가압하여 성형체를 제조하는 제5단계(S105); 성형틀(M)로부터 성형체를 꺼내는 제6단계(S106); 성형체를 탄화시키는 제7단계(S107); 탄화된 성형체에 규소를 녹여 침투시키는 제8단계(S108); 규소가 침투된 성형체를 연마하는 제9단계(S109);를 포함한다.A first step (S101) of preparing a first mixture (X1), a second mixture (X2), and a third mixture (X3) in which carbon fibers and phenol resins having different lengths are mixed; The separator plate D is put into the mold M to form the first space S1 inside the separator plate D, and between the outer side of the separator plate D and the inner circumferential surface of the mold M. A second step S102 of forming a second space S2; The first mixture X1 is placed in the first space S1, the third mixture X3 is placed in the second space S2, and the second mixture X2 is laminated on the third mixture X3. A third step S103 of stacking the third mixture X3 on the second mixture X2; A fourth step S104 of removing the separating plate D from the forming mold M; A fifth step (S105) of manufacturing a molded body by heating and pressing the first mixture (X1), the second mixture (X2), and the third mixture (X3); A sixth step (S106) of removing the molded body from the molding die (M); A seventh step (S107) of carbonizing the molded body; An eighth step (S108) of melting silicon and infiltrating the carbonized molded body; And a ninth step (S109) of polishing the molded body in which the silicon has penetrated.

이하, 제1단계(S101)를 설명한다.Hereinafter, the first step S101 will be described.

제1혼합물(X1)은, 50 vol%인 탄소섬유, 20 wt%인 페놀 수지가 혼합되어 만들어진다. 여기서, 탄소섬유의 직경은 6~8 ㎛이다. 탄소 섬유의 길이는 10~30 mm이다.The first mixture (X1) is made by mixing 50 vol% of carbon fiber and 20 wt% of phenol resin. Here, the diameter of carbon fiber is 6-8 micrometers. The length of the carbon fiber is 10-30 mm.

제2혼합물(X2)은, 50 vol%인 탄소섬유, 20 wt%인 페놀 수지가 혼합되어 만들어진다. 여기서, 탄소섬유의 직경은 6~8 ㎛이다. 탄소섬유의 길이는 5~10 mm이다.The second mixture (X2) is made by mixing 50 vol% of carbon fiber and 20 wt% of phenol resin. Here, the diameter of carbon fiber is 6-8 micrometers. Carbon fibers are 5 to 10 mm long.

제3혼합물(X3)은, 40 vol%인 탄소섬유, 25 wt%인 페놀 수지가 혼합되어 만들어진다. 탄소섬유의 직경은 6~8 ㎛이다. 탄소섬유의 길이는 1 mm 이하이다.The third mixture (X3) is made by mixing 40 vol% carbon fiber and 25 wt% phenol resin. The diameter of carbon fiber is 6-8 micrometers. The length of the carbon fiber is 1 mm or less.

이하, 제2단계(S102)를 설명한다.Hereinafter, the second step S102 will be described.

분리판(D)은 링형(RING TYPE)이다. 성형틀(M)의 중심부에는 환봉(R)이 구비된다. 성형틀(M), 환봉(R), 분리판(D)은, 원통형이다.The separating plate D is a ring type. Round bar (R) is provided in the center of the mold (M). The molding die M, the round bar R, and the separating plate D are cylindrical.

환봉(R)의 중심과 분리판(D)의 중심을 일치시킨 상태에서, 환봉(R)이 분리판(D)의 안쪽에 위치하도록 분리판(D)을 성형틀(M)에 삽입한다.In a state where the center of the round bar R coincides with the center of the separating plate D, the separating plate D is inserted into the forming mold M such that the round bar R is positioned inside the separating plate D.

환봉(R)에 분리판(D)이 삽입되면, 환봉(R)의 외주면과 분리판(D)의 내주면 사이에 제1공간(S1)이 형성된다. 동시에, 분리판(D)의 외주면과 성형틀(M)의 내주면 사이에 제2공간(S2)이 형성된다.When the separating plate D is inserted into the round bar R, the first space S1 is formed between the outer circumferential surface of the round bar R and the inner circumferential surface of the separating plate D. At the same time, a second space S2 is formed between the outer circumferential surface of the separating plate D and the inner circumferential surface of the forming mold M.

제1공간(S1)에 햇파트결합부(110, 도 1참조)가 형성된다.The hat part coupling part 110 (refer to FIG. 1) is formed in the first space S1.

환봉(R)은 축공(111)을 형성한다. 물론, 환봉(R)이 없는 성형틀(M)에서 성형체를 먼저 형성하고, 나중에 펀치(punch)로 성형체의 중심을 뚫어서, 축공(111)을 형성할 수도 있을 것이다.Round bar (R) forms a shaft hole (111). Of course, the molded body (M) without the round bar (R) is formed first, and later the punch (punch) to form a shaft hole 111, by punching the center of the molded body.

제2공간(S2)에 지지부(120, 도 1참조)와 마찰부(130, 도 1참조)가 형성된다.The support part 120 (see FIG. 1) and the friction part 130 (see FIG. 1) are formed in the second space S2.

햇파트결합부(110)의 반경의 크기는, 분리판(D)의 내경과, 환봉(R)의 외경 차이다. 지지부(120) 및 마찰부(130)의 반경의 크기는, 성형틀(M)의 내경과, 분리판(D)의 외경 차이다.The size of the radius of the hat part coupler 110 is the difference between the inner diameter of the separating plate D and the outer diameter of the round bar R. The magnitude | size of the radius of the support part 120 and the friction part 130 is a difference of the inner diameter of the shaping | molding die M, and the outer diameter of the separator D. FIG.

이하, 제5단계(S105)를 자세히 설명한다.Hereinafter, the fifth step S105 will be described in detail.

히터(미도시)가 설치된 프레스(미도시)로 제1혼합물(X1), 제2혼합물(X2), 제3혼합물(X3)을 가압한다. 가압하는 압력은 4MPa이다.The first mixture X1, the second mixture X2, and the third mixture X3 are pressurized by a press (not shown) provided with a heater (not shown). The pressure to apply is 4 MPa.

프레스에 설치된 히터로 제1혼합물(X1), 제2혼합물(X2), 제3혼합물(X3)을 가열한다. 가열하는 온도는 120 ℃이다.The first mixture X1, the second mixture X2, and the third mixture X3 are heated by a heater provided in the press. The temperature to heat is 120 degreeC.

이하, 제7단계(S107)를 자세히 설명한다.Hereinafter, the seventh step S107 will be described in detail.

상기 제5단계(S105)에서 제조된 성형체에는, 고분자 상태로 경화된 페놀수지가 탄소섬유 주위에 분포되어 있다.In the molded article produced in the fifth step (S105), the phenol resin cured in a polymer state is distributed around the carbon fiber.

페놀수지는 600 ℃ 이상에서 열분해 된다. 열분해된 후에는 잔류 탄소량이 45 % 이상인 것이 바람직하다.Phenol resins are pyrolyzed at temperatures above 600 ° C. After pyrolysis, the amount of residual carbon is preferably 45% or more.

이를 위해, 불활성가스 분위기 또는 진공 분위기에서, 성형체를 900 ℃ 이상의 온도로 가열한다. 페놀수지가 열분해되면, 탄소성분이 생성되고, 탄소섬유가 남는다. 그리고, 불순물은 연소된다.To this end, the molded body is heated to a temperature of 900 ° C. or higher in an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere. When the phenol resin is pyrolyzed, carbon components are produced and carbon fibers remain. And impurities are burned.

탄화된 성형체에, 햇파트와 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 결합시키는 볼트가 삽입되는 구멍(112, 도 1참조)들을 뚫는다.In the carbonized molded body, holes 112 (see Fig. 1) into which bolts joining the hat part and the carbon-ceramic brake disc are inserted are drilled.

이하, 제8단계(S108)를 자세히 설명한다.Hereinafter, an eighth step S108 will be described in detail.

탄화된 성형체를 규소 분말 위에 놓는다.The carbonized shaped body is placed on silicon powder.

불활성가스 분위기 또는 진공 분위기에서, 규소의 녹는 점인 1410℃ 이상으로 탄화된 성형체를 가열한다.In an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere, the carbonized molded body is heated to 1410 ° C. or more, which is the melting point of silicon.

규소가 탄화된 성형체(B)에 녹아 침투한다.Silicon melts and penetrates into the carbonized molded body (B).

탄화된 성형체(B)에 침투한 규소는 탄화된 성형체(B)에 잔류하는 탄소성분과 반응하여 탄화규소(SiC)가 된다.Silicon penetrated into the carbonized compact (B) reacts with the carbon component remaining in the carbonized compact (B) to form silicon carbide (SiC).

그러면, 햇파트결합부(110, 도 1참조)는, SiC 25~50 wt%, Si 0~25 wt%, C 30~60 wt%의 성분조성비율을 가진다. Then, the hat part coupling portion 110 (see FIG. 1) has a component composition ratio of 25 to 50 wt% of SiC, 0 to 25 wt% of Si, and 30 to 60 wt% of C.

지지부(120, 도 1참조)는, SiC 25~50 wt%, Si 0~25 wt%, C 30~60 wt%의 성분조성비율을 가진다. The support part 120 (refer FIG. 1) has a component composition ratio of 25-50 wt% of SiC, 0-25 wt% of Si, and 30-30 wt% of C.

마찰부(130, 도 1참조)는, SiC 75 wt% 이상이고, C 0.5 wt% 이하인 성분조성비율을 가진다.The friction part 130 (refer FIG. 1) has a component composition ratio of 75 wt% or more of SiC and 0.5 wt% or less of C.

이하, 제9단계(S109)를 설명한다.The ninth step S109 will be described below.

연마기(grinder)로, 규소가 침투된 성형체를 연마한다.With a grinder, the molded body in which silicon has penetrated is polished.

100: 탄소-세라믹 브레이크 디스크 110: 햇파트결합부
110a: 제1탄소섬유 120: 지지부
120a: 제2탄소섬유 130: 마찰부
130a: 제3탄소섬유100: carbon-ceramic brake disc 110: hat part joint
110a: first carbon fiber 120: support
120a: second carbon fiber 130: friction portion
130a: third carbon fiber

Claims (8)

햇파트결합부;
상기 햇파트결합부의 외주면을 감싸는, 지지부 및 마찰부;를 포함하며,
상기 마찰부는, 상기 지지부의 상하면에 각각 적층된 탄소-세라믹 브레이크 디스크.Hat part coupling portion;
And a support part and a friction part surrounding the outer circumferential surface of the hat part coupling part.
The friction portion is a carbon-ceramic brake disc laminated on the upper and lower surfaces, respectively. 제1항에 있어서, 상기 햇파트결합부의 상하면은, 상기 마찰부의 상하면과 동일평면상에 위치한 탄소-세라믹 브레이크 디스크.The carbon-ceramic brake disc of claim 1, wherein the upper and lower surfaces of the hat part coupling part are disposed on the same plane as the upper and lower surfaces of the friction part. 제1항에 있어서, 상기 햇파트결합부는,
SiC 25~50 wt%, Si 0~25 wt% 그리고 C 30~60 wt%의 성분조성비율을 가지며, 10~30 ㎜ 길이를 가진 제1탄소섬유를 포함하는 탄소-세라믹 브레이크 디스크.According to claim 1, wherein the hat part coupling portion,
A carbon-ceramic brake disc comprising a first carbon fiber having a composition ratio of SiC 25-50 wt%, Si 0-25 wt% and C 30-60 wt% and having a length of 10-30 mm. 제3항에 있어서, 상기 제1탄소섬유의 길이 방향은, 탄소-세라믹 브레이크 디스크의 반경 방향을 향하는 탄소-세라믹 브레이크 디스크.The carbon-ceramic brake disc of claim 3, wherein the length direction of the first carbon fiber is in a radial direction of the carbon-ceramic brake disc. 제1항에 있어서, 상기 지지부는,
SiC 25~50 wt%, Si 0~25 wt% 그리고 C 30~60 wt%의 성분조성비율을 가지며, 5~10 ㎜ 길이를 가진 제2탄소섬유를 포함하는 탄소-세라믹 브레이크 디스크.The method of claim 1, wherein the support portion,
A carbon-ceramic brake disc comprising a second carbon fiber having a composition ratio of SiC 25-50 wt%, Si 0-25 wt% and C 30-60 wt% and having a length of 5-10 mm. 제5항에 있어서, 상기 제2탄소섬유의 길이 방향은, 탄소-세라믹 브레이크 디스크의 반경 및 두께 방향을 향하는 탄소-세라믹 브레이크 디스크.The carbon-ceramic brake disc of claim 5, wherein the length direction of the second carbon fiber is in a radial and thickness direction of the carbon-ceramic brake disc. 제1항에 있어서, 상기 마찰부는, SiC 75 wt% 이상이고, C 0.5 wt% 이하인 성분조성비율을 가지며, 1 ㎜ 이하의 길이를 가진 제3탄소섬유를 포함하는 탄소-세라믹 브레이크 디스크.The carbon-ceramic brake disc of claim 1, wherein the friction part comprises a third carbon fiber having a component composition ratio of 75 wt% or more, Si 0.5 wt% or less, and having a length of 1 mm or less. 각각 길이가 다른 탄소섬유와 페놀수지가 혼합된 제1혼합물, 제2혼합물, 제3혼합물을 제조하는 제1단계;
성형틀에 분리판을 넣어서, 상기 분리판의 안쪽에 제1공간을 형성하고, 상기 분리판의 바깥쪽과 상기 성형틀의 내주면 사이에 제2공간을 형성하는 제2단계;
상기 제1혼합물을 상기 제1공간에 넣고, 상기 제3혼합물을 상기 제2공간에 넣고, 상기 제3혼합물의 위에 상기 제2혼합물을 적층하고, 상기 제2혼합물의 위에 상기 제3혼합물을 적층하는 제3단계;
상기 성형틀부터 상기 분리판을 꺼내는 제4단계;
상기 제1혼합물, 제2혼합물, 제3혼합물을 가열 및 가압하여 성형체를 제조하는 제5단계;
상기 성형틀부터 상기 성형체를 꺼내는 제6단계;
상기 성형체를 탄화시키는 제7단계;
상기 탄화된 성형체에 규소를 녹여 침투시키는 제8단계; 및
상기 규소가 침투된 성형체를 연마하는 제9단계;를 포함하는 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 제조하는 방법.A first step of preparing a first mixture, a second mixture, and a third mixture of carbon fibers and phenol resins having different lengths;
A second step of inserting a separator into a mold, forming a first space inside the separator, and forming a second space between an outer side of the separator and an inner circumferential surface of the mold;
The first mixture is placed in the first space, the third mixture is placed in the second space, the second mixture is laminated on the third mixture, and the third mixture is laminated on the second mixture. A third step of doing;
A fourth step of taking out the separating plate from the mold;
A fifth step of manufacturing a molded body by heating and pressing the first mixture, the second mixture, and the third mixture;
A sixth step of taking out the molded body from the mold;
A seventh step of carbonizing the molded body;
An eighth step of melting and infiltrating silicon into the carbonized molded body; And
And a ninth step of grinding the molded body in which the silicon is infiltrated.
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