JPS62261724A - 耐火性複合材料を用いた摩擦装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は耐火性複合材料で製造された少なくとも２個の
摩擦係合した要素から成る摩擦装置に関する。

発明の応用分野にはブレーキ装置および摩擦クラッチ装
置がｔｂす、とシわけ航空機のブレーキがある。

〔従来の技術〕

航空機のブレーキは、一般的には固定ディスクと可動性
ディスクとを接触させて摩擦により減速力を発生させる
多ディスク装置である。ディスクまたはこれらのディス
ク上に配置された摩擦ノ母ツドを構成する摩擦材料は、
これらが暴露される熱的および機械的応力に耐える各種
特性７ｆｔ：まとめ直し、使用分野および各種使用条件
で再生可能で安定な摩擦係数並びに厳密に制御された摩
耗率を有することが必要である。

耐火性複合材料および詳細には炭素−炭素複合体材料は
、近年開発された摩擦材料と共に上記応用に最適な材料
である。

炭素−炭素複合体は比熱が極めて高く、約２０００℃ま
での温度では、温度と共に速やかに増加し、熱応力およ
び疲労に対して高い熱−機械的強度を有し、それら自体
の摩擦に良好に耐える。このことにより、炭素−炭素か
らのみ作られた単一ブロックの摩擦ディスクの多ディス
ク装置への導入が有利であると考えられてきた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、炭素−炭素複合体自体の摩擦係数に、約
１００℃程度の低温では小さｂままである。このような
温度では摩擦係数は、摂動が比較的高くても変動して、
１５００℃〜２０００℃の高温までは平均して保持して
いる値に到達する。

更に、炭素−炭素複合体自体の摩擦係数は、環境条件、
特に湿度の作用に敏感である。動摩擦係数より低い静摩
擦係数もあり、長期間停止する必要のある用途には障害
となることがある。

更に、炭素−炭素複合体は吸収したエネルギーに関して
容積摩耗率を有し、これは従来の材料に比較して広い操
作範囲内において比較的低いが、４００℃〜５００′Ｃ
’ｉｉ超える温度では、酸化に工ってこれらの摩耗率が
かなり増加する。酸化の影響は、温度が高く且つその温
度での滞留時間が長居場合に特に顕著である。

炭素繊維補強材と炭素および炭化ケイ素から成る混合マ
トリックスとを有する複合体を摩擦材料として使用する
ことが°提案されてきた。

本出願人が行った試験によると、炭化ケイ素を使用する
と、予想されたように１０００℃以上までの温度で酸化
によって生じる摩耗に対する抵抗力が実際に改良された
。しかしながら、これらの試験では上記の炭素／炭化ケ
イ素混合マトリックスを有する複合体同士を摩擦接触さ
せると、突然の不連続性なしに安定で再生可能な摩擦水
準に達し、それらは少なくとも動単擦係数と同等な静摩
擦係数を有することも明らかになった。これらの利点は
熱−機械的強度が極めて高いことと相俟って、これらの
材料を摩擦用途に使用するのに特に好適にしている。

しかしながら、炭化ケイ素は研麿特性を有することは周
知であり、摩耗による損耗を限定するには炭化ケイ素の
粒子をできるだけ小さくしなければならない。炭化ケイ
素の化学蒸着によって小さな粒度の粒子を得ることが可
能であるが、この技法は費用がかかる。

本発明の目的は、炭素−炭素複合体同士の摩擦によって
生じる不利益のない耐火性複合材料を用い且つ使用に余
り費用が掛からない摩擦装置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段および作用効果〕上記の
目的は、少なくとも２個の摩擦接触している要素から成
る摩擦装置を用いて達成され、本発明に工れば、摩擦要
素の一方は炭素−炭素複合材料から作られ、もう一方の
摩擦要素は炭素繊維および炭化ケイ素繊維から選択され
る繊維状補強材と主要相が炭化ケイ素である２相マトリ
ックスとを含む複合材料から作られている。

Ｃ−Ｃ（炭素−炭素）複合体をＣ−または５ｉＣ−補強
材および主にＳＩＣから成るマド１７ツクスを有する複
合体と摩擦供合するとＣ−Ｃ複合体同士を用いて摩擦さ
せた場合の不利益が防止され、これは５ｔｃ−ｓｔｃま
たはＣ−８ｉＣ複合体同士を摩擦係合する場合よりもず
っと費用が安くなることを見出した。更に、全く意外な
ことには、本発明による係合全行うと炭化ケイ素の研摩
性の観点から予想されたような炭素−炭素の損耗を生じ
ず、更に摩耗率は炭化ケイ素を含むマ）　ＩＪフックス
有する複合体、すなわち最も高価な摩擦要素では実質上
皆無であった。

本発明にＬるＣ−Ｃ複合体と係合した耐火性複合材料で
は、補強材は炭素または炭化ケイ素繊維で作られている
。

繊維の性状がどの様なものであれ、補強材はフェルト、
生地、トムのウェブまたはその他のニードル状になった
あるいはなっていない布状の無秩序な層が堆積した形状
を取ることができ、三次元構造またはその他の同様な機
械的補強材を空間的に配置する構造を取ることもできる
。繊維状補強材はこのように多孔性基材を構成し、その
容積含有率は１０〜４０％の範囲で変化して所望な機械
的補強性を得て、一方マトリックスの材料による含浸圧
縮のために十分な多孔度を残しておくことができる、 上記マ）　ＩＪフックス主要部分は本質相を形成する炭
化ケイ素によって構成されている。

上記マ）　ＩＪフックス残りの部分は二次的耐火性相に
よって構成されており、繊維とマトリックスの本質相と
の間の機械的負荷の転移を調節する機能を有する。炭素
繊維補強材の場合には、二次的相は繊維を酸化から保饅
するようにもなっている。

二次的相を構成するのに好適な拐料には、チタン、ジル
コニウム、メンタル、炭化ホウ素、元素状ホウ素、窒化
ケイ素、窒化ホウ素および熱分解炭素がある。熱分解炭
素または窒化ホウ素を用いるのが好ましい。

工業的には、化学蒸着法による熱分解炭素の蒸着は完全
に管理されており、繊維と炭化ケイ素との間で良好な機
械的調節を行うことができる。

窒化ホウ素の化学蒸着も同様に良好に調節される。それ
を用いると均一な蒸着を行うことができ、良好な機械適
性に加えて約８００℃〜９００℃までは良好な耐酸化性
を示し、炭素補強材の保護の点で優れている。

ピロ炭素または窒化ホウ素の中間相の蒸着に関しては、
フランス国特許出願第２，５６７，８７４号明細書を参
照されたい。

蒸着した中間相の容積含有率は、最終的な材料の相容積
の５〜２５％の間で変化することができる。中間相を蒸
着したら、続いて炭化ケイ素の本質相全浸透させてマト
リックスの調製を行う。

上記の炭化ケイ素の浸透は、自体公知の方法で化学蒸着
によって行う。フランス国特許第２．４０１，８８８号
および第２，５２０，３５２号明細書を参照されたい。

調製した複合体中の炭化ケイ素の容積含有率は４０〜８
０％の間で変化させて、生成する複合材料中に残ってい
る多孔度の容積含有率を１０係以下にすることができる
。この残存多孔度含有率を出来る限り低くして研摩性を
有する損耗粒子の保持することを回避し、上記補強材が
炭素繊維である場合には補強材の酸化を制限することが
有利である。

本発明によれば、上記のＣまたはＳＩＣ繊維状補強材と
主としてＳＩＣマトリックスとの複合材料は炭素−炭素
複合材料上での摩擦に使用される。

後者の材料は、材料同士を摩擦させて使用する用途では
周知であるので、それらの構造および調製法を本明細書
で詳細に記載する必要はない。炭素繊維補強材はフェル
ト、生地、トウのウェブまたはその他のニードル状にな
ったあるいはなっていない布状の無秩序な層が堆積した
形状を取ることができ、または三次元構造の形状である
こともできる。炭素繊維は、好ましくはピロ炭素の化学
蒸着によって繊維状補強材中に浸透させる。

上述のように、ＣまたはＳＩＣ補強材と主としてＳＩＣ
マトリックスとを有する複合材料６ｃｍｃ複合材料と摩
擦係合させると、Ｃ−〇複合材料同士全摩擦させて使用
する場合の不利益が除かれる。

かかる摩擦係合の性能の中で、本出願人等汀下記のこと
を見出した。

摩擦係数の再現性および安定性が優れている。

環境条件、特に湿度に対する摩擦の感受性／ｆｉある程
度鈍い。

１２００℃を超える温度まで摩擦特性が保存される。

比圧（ｓｐ＊ｃｉｆｌｃ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　）に対す
る摩擦係数の増加傾向が小さい。

摩擦係数は、低速では約０．４０から約２０ｍ／秒では
約０．３０と連続的に減少し、約２０ｍ／秒を超える速
度では他の条件が等しい場合にはほぼ一定である。

摩擦温度が５００℃未満の範囲では主としてＳＩＣマト
リックスを有する耐火性複合体の損耗率はほぼ零であり
、Ｃ−Ｃ複合体での損耗率は約１０．１０　　■／Ｊで
ある。

上記の特徴を用いると、ディスクブレーキやクラッチお
よび摩擦クラッチ装置のような摩擦装置を製造すること
が可能である。

多ディスクブレーキでは、ローターディスクをＣ−Ｃ複
合体で製造して、耐火性複合体中の静止ディスクを主と
してＳＩＣマトリックスで製造することができ、または
その反対も可能である。

ディスクブレーキは、Ｃ−Ｃ複合体でのカリパーツ譬ツ
ドと１個のディスクでありて少なくとも摩擦部分が主と
してＳｉＣマトリックスを有する耐火性複合体であるも
のとから製造することができ、これＫよってディスクの
損耗が有利に防止される。

〔実施例〕

まず、ＩＩＩ図について説明する。この図は、以下のも
のから構成されている耐火性複合体で製造された単一ブ
ロックのディスクを示している＠繊維の容積含有率が１
８１である炭素繊維のニードル状のフェルトから成る三
次元補強材、容積含有率が５憾の熱分解炭素の芯貫通蒸
着物、および 容積含有率が６９係の炭化ケイ素の浸透物。

ディスク１は、内側付属リング２′ｅ有し、その内側周
縁部には底が丸くなったノツチ３が備えられている。デ
ィスクは、金属製ボウル４であってノツチ３に収容され
た四分円片５によってディスクが軸方向（移動するよう
に配設されているボウルと締め付は手段６とによって車
輪のハブに取り付けられている。

ディスク１は、単一ブロックのカリパーツ譬ツド７に摩
擦係合してかり、上記）４ツドの一般的形状は第２図に
示してｈる。・９ツド７／ｆｉ炭素−炭素複合体から製
造され、この複合体は、炭素繊維でニードル状にしたフ
ェルトで作られた補強材で構成され、その繊維の容積含
有率は２５＃Ｉであり、また６０憾の容積含有率がピロ
炭素の化学蒸着によって浸透されている。

かかるディスクブレーキの使用は、頻繁にブレーキ操作
を行うことができ、所定のブレーキ保持用負荷のブレー
キトルクが極めて安定であると同時に、そのプレー中の
熱的条件および環境の湿度条件が如何なるものであって
も良好な効率を示し、実質上ディスクの損耗（少なくと
も測定可能な損耗）はなく、急ブレーキによるノ４ツド
の損耗は１、５　ｕｍであることを特徴とする。ディス
クの非損耗性は、従来の装置におけるようなディスクの
交換が回避されるのでこの特定の装置の特に有利な因子
である。

因みに、炭素−炭素だけから製造したディスクとノ４ツ
ドとの組立体では、上記のような急ブレーキの再現性お
よび累進性は明確ではない。更に、同様な操作条件で観
測した平均損耗はノクツドについては１回の急ブレーキ
当り２Ｉ＃ｎであり、ディスクの各面については１回の
急ブレーキ当り０．５１１ｍである。

第３図および第４図は、航空機用多ディスクブレーキの
要素金示す。

単一ブロックのローターディスク１０は、炭素−炭素で
製造され、それらの外側周縁上に付属ノツチ１１ｆ：有
する。

単一ブロックの静止ディスク１２は、以下の組成を有す
る複合材料で製造される。

繊維容積含有率が２８％の炭素製布の膚によって形成さ
れた二方向補強材、 容積含有率が５．１の化学蒸着によって浸透させた熱分
解炭素の中間マトリックス相および、容積含有率が６０
係の化学蒸着によって浸透させた熱分解炭素の主要なマ
トリックス相。

静止ディスクの取り付けは、それらの外側周縁に設けら
れ九ノツチ１３によって行われる。

かかる多ディスクブレーキの使用は、摩擦に関する限り
ディスクおよびノ９ツドブレーキと同じ品質を有するこ
とを特徴とする。

下表は本発明の説明の一部分を形成するものであシ、摩
擦接触している下記の材料の各種係合の特徴管層めたも
のである。

炭素−炭素同士（Ｃ−Ｃ／Ｃ−Ｃ）、 炭化ケイ素補強材と炭化ケイ素の主要相と容積含有率が
５憾〜２５優の範囲にある二次的相とを有するマ）　＋
７ツクスとの複合体同士が摩擦（ＳｉＣ−８ｉＣ／　５
ＩＣ−８ｉＣ）、 炭素補強材と炭化ケイ素の主要相と容積含有率が５％〜
２５憾の範囲にある二次的相とを有するマトリックスと
の複合体同士が摩擦（Ｃ−８ＩＣ／Ｃ−ＳＩＣ）および 炭素−炭素複合体が炭素補強材と腫瘍相が炭化ケイ素で
容積含有率が５％〜２５％の範囲である二次的相とを有
するマトリックスとの複合体上で係合（Ｃ−Ｃ／Ｃ−８
ｉＣ）。

この表に示された値は試験から得られた代表的値であり
、摩擦係合を分類するだけのために示したものであるこ
とが分かるであろう。

スｌ゛駅ｅ （１７）　　　　　　　　　　　　　　　　　　’ハ１

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、ディスクブレーキおよびカリバ
ーとをそれぞれ１片ずつ示した部分模式第３図および第
４図は、多ディスクブレーキの要素を示す斜視図である
。 １：ディスク、２：付属リング、３：ノツチ、４：ボウ
ル、５：四分円片、６：締め付は手段、７：カリノ譬−
ノ譬ツド、１０：単一プロツクローターディスク、１１
：ノツチ、１２：静止ディスク、１３：ノツチ。 以下奈白 〔Ｎ 手続補正書（方式） ％式％ 発明の名称 耐火性複合材料を用いた摩擦装置 １正をする者 事件との関係　　　　特゛許出願人 名称　　ソシェテ　ヨーロベンヌ　ドゥプロピュルショ
ン、ソシェテ　アノニムー理人 住所　〒１０５東京都港区虎ノ門−丁目８番１０号静光
虎ノ門ビル　電話５０４−０７２１−正命令の日付 昭和６２年４月２８日（発送日） ６、補正の対象 （１１願書の「出願人の代表者」の欄 （２）委任状 （３）明細書 （４）図　面 ７、補正の内容 （ｚ）　＋２１　　別紙の通り （３）明細書の浄書（内容に変更なし）（４）　　図面
の浄書（内容に変更なし）８、添付書類の目録 （１１訂正願書　　　　１通 （２）委任状及び訳文　　　　　　　　各１通（３）浄
書明細書　　　　　　１通 （４）浄書図面　　　　１通

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、耐火性複合材料において製造された少なくとも２個
   の摩擦係合した要素から成る摩擦装置であって、摩擦要
   素の一つが炭素−炭素複合材料であり、第二の摩擦要素
   が繊維状補強材で構成され、上記繊維が炭素繊維および
   炭化ケイ素繊維から選択され、上記繊維の２相マトリッ
   クスの中の主要相が炭化ケイ素から構成されていること
   を特徴とする摩擦装置。 ２、第二の摩擦要素を構成する耐火性複合材料がピロ炭
   素および窒化ホウ素から選択される材料中の中間の二次
   相を有する、特許請求の範囲第１項記載の摩擦装置。 ３、上記中間の二次的相が耐火性複合材料の５％〜２５
   ％を占める、特許請求の範囲第２項記載の摩擦装置。 ４、２相マトリックスの炭化ケイ素中の主要相を化学的
   蒸気浸透によって製造する、特許請求の範囲第１項記載
   の摩擦装置。 ５、二次的摩擦要素を構成する複合材料において、繊維
   状補強材が容積の１０％〜４０％を占め、マトリックス
   の炭化ケイ素中の主要相が容積の４０％〜８０％を占め
   る、特許請求の範囲第１項記載の摩擦装置。 ６、ディスクおよびパッドブレーキを構成する摩擦装置
   において、該ブレーキが第二の摩擦要素を構成し、炭素
   −炭素でのパッドと協働する、特許請求の範囲第１項記
   載の摩擦装置。 ７、多ディスクブレーキを構成する摩擦装置において、
   該ブレーキが、炭素−炭素複合体の第一の摩擦要素を構
   成し且つ第二の摩擦要素を構成する静止ディスクと協働
   するローターディスクから成る、特許請求の範囲第１項
   記載の摩擦装置。