DE10117394A1 - Metal-ceramic brake disk used for brakes comprises a matrix made from column and/or crystal-like silicon nitride infiltrated with an aluminum alloy in a squeeze-casting method - Google Patents
Metal-ceramic brake disk used for brakes comprises a matrix made from column and/or crystal-like silicon nitride infiltrated with an aluminum alloy in a squeeze-casting methodInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von metallkeramischen Bremsscheiben, insbesondere für Achs- oder Wellenscheibenbremsen, wobei ein poröser Si3N4-Vorkörper mit einer Al-Legierung im Druck- oder Pressgussverfahren druckinfiltriert wird.The invention relates to a method for producing metal-ceramic brake discs, in particular for axle or shaft disc brakes, a porous Si 3 N 4 pre-body being pressure-infiltrated with an Al alloy using the pressure or die-casting method.
Bremsscheiben, z. B. für Achs- oder Wellenscheibenbremsen werden üblicherweise aus Gusseisen hergestellt. Das hohe Gewicht der bewegten Massen hat in den letzten Jahren jedoch zu einer Reihe neuer Entwicklungen geführt, die im Wesentlichen das Ziel hatten, das Gewicht zu reduzieren, aber auch eine bessere Hochtemperaturfestigkeit zu erreichen. Für ausgefallene High-Tech-Anwendungen werden bereits CFC- oder andere keramikfaserverstärkte Keramikmatrixbremsscheiben eingesetzt (z. B. Formel I), diese sind aber aus Kostengründen für den Masseneinsatz einschließlich für Hochgeschwindigkeitszüge ungeeignet. Aluminiumbasis-Verbundwerdstoffe mit 20 keramischen Zusätzen (z. B. SiC, Al2O3, etc.), die nach sehr unterschiedlichen Verfahren hergestellt werden, werden zur Zeit getestet. Beispiele hierfür sind die drucklose Infiltration von Aluminiumlegierungen in keramische Vorformen (Primex, Primex-Cast, z. B. US-PS 5,535,857), gerichteter Schmelzoxidation (DIMOX, z. B. US-PS 5,268,339 und US-PS 5,633,213), konventionelle Al-Gießverfahren, bei denen die Schmelze keramische Teilchen enthält (DurAlcan) oder die Infiltration von Faservorformen (auf DE 41 12 693 A1; EP 0 496 935 A1, EP 0 335 692 oder US-PS 4,842,044). Auch werden verschleißfeste, oft gehärtete oder keramikhaltige Schichten, die auf Bremsscheiben aufgebracht werden, untersucht (z. B. US-PS 5,503,874 oder WO 91/10840), wobei allerdings eine Gewichtseinsparung nicht erzielt wird. Brake discs, e.g. B. for axle or shaft disc brakes are usually made of cast iron. However, the high weight of the moving masses has led to a number of new developments in the past few years, the main aim of which was to reduce the weight but also to achieve better high-temperature strength. CFC or other ceramic fiber-reinforced ceramic matrix brake discs are already used for unusual high-tech applications (e.g. Formula I), but these are unsuitable for mass use, including high-speed trains, for cost reasons. Aluminum-based composite materials with 20 ceramic additives (e.g. SiC, Al 2 O 3 , etc.), which are manufactured using very different processes, are currently being tested. Examples of this are the pressure-free infiltration of aluminum alloys into ceramic preforms (Primex, Primex-Cast, e.g. US Pat. No. 5,535,857), directed melt oxidation (DIMOX, e.g. US Pat. No. 5,268,339 and US Pat. No. 5,633,213), conventional Al Casting processes in which the melt contains ceramic particles (DurAlcan) or the infiltration of fiber preforms (on DE 41 12 693 A1; EP 0 496 935 A1, EP 0 335 692 or US Pat. No. 4,842,044). Wear-resistant, often hardened or ceramic-containing layers which are applied to brake disks are also examined (for example US Pat. No. 5,503,874 or WO 91/10840), but no weight saving is achieved.
Die entscheidenden Nachteile dieser Entwicklungen liegen in der Tatsache, dass in allen Fällen, bei denen ein Gewicht gegenüber Graugussscheiben eingespart wird, niedrigschmelzende Aluminiumlegierungen die Matrix bilden, ohne dass die keramische Phase eine ausreichende Eigenfestigkeit besitzt. Aus diesem Grunde zielen die neuesten Entwicklungen von Bremsscheiben dahin, Aluminium durch ähnlich leichte aluminiumhaltige intermetallische Phasen zu ersetzen. Dies wird beispielsweise in der EP 0 800 495 beschrieben, in der reaktive Oxide, wie beispielsweise TiO2, mit Al-Pulver mechanisch so legiert werden, dass in den entsprechenden Pulverpresskörpern schon bei Temperaturen um 450°C Reaktionen auftreten, die zu einer Al2O3-Aluminid-Zusammensetzung führen. Diese Pulvermischungen sind allerdings aufgrund des benötigten sehr feinteiligen Al-Pulvers (Teilchengröße meist < 1 µm) so reaktiv, dass sie aufgrund einer sehr leichten Selbstentzündlichkeit kaum zu handhaben sind. Ähnliches gilt für Entwicklungen, bei denen reaktive Pulvermischungen mit flüssigem Aluminium infiltriert werden, sodass eine SHS-Reaktion (SHS- Self-Propagating High Temperature Synthesis) ausgelöst wird, bei der jedoch weder die Temperaturführung noch die Gefügeeinstellung genau kontrolliert werden können, sodass derartige Körper eine hohe Porosität und Mikrorisse aufweisen (z. B. US-PS 4,033,400; US-PS 4,585,618 oder US-PS 4,988,645). Die neuesten Entwicklungen sind auf die Druckinfiltration, beispielsweise durch Press- oder Druckguss, von Aluminiumlegierungen in reaktive Vorform in Al2O3 und Aluminide angestrebt wird (z. B. JP 06192767, JP 08143990, EP 0 951 574, DE 197 06 925 A1, DE 197 10 671 A1, DE 197 52 776 C1). In all diesen Fällen wurde jedoch das angestrebte Ziel, nämlich in einem Pressvorgang die vollständige oder auch nur teilweise Reaktion zu erzielen, nicht erreicht. Dadurch wird ein zweiter Wärmebehandlungsschritt notwendig, bei dem die anschließende Durchreaktion der nur infiltrierten Bremsscheibe erfolgt, was aber zu einer Porenbildung und damit zu einer entscheidenden Schwächung des Konstruktionsteils führt. Alle aluminothermischen Reaktionen, bei denen während der Reaktion kein zusätzliches Aluminium zugeführt wird, sind mit einer negativen Volumenbilanz verbunden, d. h. der Volumen schwund und damit die Porenbildung liegt oft in der Größenordnung von über 20%. Nur eine Gasdruckinfiltration von Aluminium in derartige Vor körper ermöglicht eine Reaktion während der Infiltration, sodass der Volu menschwund nicht auftritt (z. B. DE 196 05 858). Die Gasdruckinfiltration hat allerdings den großen Nachteil, dass sie nicht zur Herstellung von Bremsscheiben geeignet ist, da der Infiltrationsvorgang zu lange dauert und auch die technischen Voraussetzungen für die Massenproduktion nicht vorliegen. Ein weiterer entscheidender Nachteil der Herstellung von Brems scheiben durch Druckinfiltration in reaktive Vorkörper liegt darin, dass auch bei einer Teilreaktion die Gesamtfestigkeit der Bremsscheiben für einen kritischen Einsatz zu niedrig ist.The decisive disadvantages of these developments lie in the fact that in all cases in which a weight is saved compared to gray cast iron disks, low-melting aluminum alloys form the matrix without the ceramic phase having sufficient inherent strength. For this reason, the latest developments in brake discs aim to replace aluminum with similarly light aluminum-containing intermetallic phases. This is described, for example, in EP 0 800 495, in which reactive oxides, such as TiO 2 , are mechanically alloyed with Al powder in such a way that reactions which lead to Al 2 occur in the corresponding powder compacts even at temperatures around 450 ° C. Lead O 3 aluminide composition. However, due to the very fine-particle Al powder (particle size usually <1 µm) required, these powder mixtures are so reactive that they are hardly manageable due to their very easy self-ignition. The same applies to developments in which reactive powder mixtures are infiltrated with liquid aluminum, so that an SHS reaction (SHS - Self-Propagating High Temperature Synthesis) is triggered, in which, however, neither the temperature control nor the microstructure can be precisely controlled, so that such bodies have high porosity and microcracks (e.g. U.S. Patent 4,033,400; U.S. Patent 4,585,618 or U.S. Patent 4,988,645). The latest developments are aimed at pressure infiltration, for example by die casting or die casting, of aluminum alloys in reactive preform in Al 2 O 3 and aluminides (e.g. JP 06192767, JP 08143990, EP 0 951 574, DE 197 06 925 A1 , DE 197 10 671 A1, DE 197 52 776 C1). In all of these cases, however, the desired goal, namely to achieve the complete or even partial reaction in one pressing operation, was not achieved. This makes a second heat treatment step necessary, in which the subsequent reaction of the only infiltrated brake disc takes place, but this leads to pore formation and thus to a decisive weakening of the structural part. All aluminothermic reactions in which no additional aluminum is added during the reaction are associated with a negative volume balance, ie the volume shrinks and the pore formation is often of the order of magnitude of more than 20%. Only gas pressure infiltration of aluminum into such pre-bodies enables a reaction during the infiltration, so that the wound does not appear in the human body (e.g. DE 196 05 858). However, gas pressure infiltration has the major disadvantage that it is not suitable for the production of brake discs, since the infiltration process takes too long and the technical requirements for mass production are not met. Another decisive disadvantage of the manufacture of brake discs by pressure infiltration into reactive preforms is that the overall strength of the brake discs is too low for critical use even in the case of a partial reaction.
Lösungsansätze für dieses Problem sind in der DE 43 22 113 A1 beschrie ben, bei der auf einen gusseisernen Tragkörper ein Metallkeramikkörper entweder durch Aufsintern bzw. durch drucklosen Einguss in einem Gieß werkzeug aufgebracht wird. Aber auch hier wird wiederum das Gewichts problem nicht gelöst. Wenn man den Tragkörper aus Aluminium machen würde, würde wiederum bei Hochleistungsscheibenbremsen die obere Einsatztemperatur zu niedrig liegen.Approaches to this problem are described in DE 43 22 113 A1 ben, on a cast iron support body a metal ceramic body either by sintering or by pressure-free pouring in a casting tool is applied. But here again the weight is problem not solved. If you make the support body from aluminum would, in turn, be the upper one for high-performance disc brakes Operating temperature is too low.
Ein weiterer Ansatz zur Lösung des Problems ist in den deutschen Anmeldungen DE 199 57 786 und DE 100 54 049 (oder PCT/EP 00/11965) gezeigt. Hier wird ein Keramik-Aluminid-Körper durch reaktives Heißpressen einer Al-pulverhaltigen Metalloxid-Mischung auf einen Tragkörper aus Stahl oder Titanlegierung aufgebracht. Dieser Vorgang ist jedoch Zeit- und kostenintensiv. Another approach to solving the problem is in the German Applications DE 199 57 786 and DE 100 54 049 (or PCT / EP 00/11965) shown. Here is a ceramic aluminide body by reactive Hot pressing an Al powder-containing metal oxide mixture onto one Support body made of steel or titanium alloy applied. This process is however, time and cost intensive.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung, besonders einer ungekühlten Bremsscheibe, bereitzustellen, welches die Nachteile der bekanntlich besonders tribologisch beanspruchten bisherigen metallkeramischen Scheibenelemente nicht oder nur in wesentlich verringertem Maße aufweist. Insbesondere soll ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Bremsscheibe geschaffen werden, die wesentlich leichter als Grauguss-Bremsscheiben ist, die geichzeitig die geforderte Festigkeit bei sehr guter Wärmeleitfähigkeit aufweist, die höheren Temperaturen widerstehen kann, als dies übliche Keramikpartikel enthaltende Aluminiumlegierungen können, und die durch ein zur Massenproduktion geeignetes Verfahren erhältlich ist.The invention is therefore based on the object of a method for To provide manufacture, especially an uncooled brake disc, which has the disadvantages of being known to be particularly tribological did not claim previous metal-ceramic disc elements or only has to a significantly reduced extent. In particular, a Methods for producing such a brake disc are created which is much lighter than cast iron brake discs, which at the same time required strength with very good thermal conductivity, the can withstand higher temperatures than conventional ceramic particles containing aluminum alloys, and by a to Mass production process is available.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung einer metallkeramischen Bremsscheibe, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man eine Aluminiumlegierung in einen porösen, stengelförmig aufgebauten Vorkörper aus Si3N4-Keramik oder SiAlON druck- oder pressinfiltriert.This object is achieved according to the invention by a method for producing a metal-ceramic brake disc, which is characterized in that an aluminum alloy is pressure or press infiltrated into a porous, stalk-shaped preform made of Si 3 N 4 ceramic or SiAlON.
Der keramische poröse Vorkörper kann nach an sich bekannten Verfahren hergestellt sein. Bevorzugt verwendet wird ein Si3N4-Keramik-Vorkörper, der dadurch gewonnen wird, dass ein α-Si3N4-Pulver mit geringen Mengen von seltenen Erdoxiden und Kohlenstoff versetzt wird. Nach dem Pressen und Sintern eines solchen Pulvergemisches wachsen bevorzugt β-Si3N4- Nadeln, ohne dass die beim ursprünglichen Pressen vorgegebene Porosität wesentlich reduziert wird. Solche porösen Si3N4-Körper werden bisher zur Filterung von Metallschmelzen bzw. auch Schmutzwasser eingesetzt [siehe z. B. SEI Technical Review 49 (2000) 172; J. Mat. Sci. 34 (1999) 893; J. Ceram. Soc. Japan 106 (1998) 1135; Prospekt Sumitomo Electric "Porous Silicon Nitride Filter PORECERAM™ Modul" (1999)]. The ceramic porous preform can be produced by methods known per se. An Si 3 N 4 ceramic preform is preferably used, which is obtained by adding a small amount of rare earth oxides and carbon to an α-Si 3 N 4 powder. After pressing and sintering such a powder mixture, β-Si 3 N 4 needles preferably grow without substantially reducing the porosity specified in the original pressing. Such porous Si 3 N 4 bodies have hitherto been used for filtering molten metals and also dirty water [see, for example, B. SEI Technical Review 49 (2000) 172; J. Mat. Sci. 34 (1999) 893; J. Ceram. Soc. Japan 106 (1998) 1135; Brochure Sumitomo Electric "Porous Silicon Nitride Filter PORECERAM ™ Module" (1999)].
Verfahren zur Herstellung solcher poröser Vorkörper sind in zahlreichen Veröffentlichungen dokumentiert [z. B. Ceramic Transactions 115 (2000) 481; J. Am. Ceram. Soc. 80 (1997) 2705; Ceramic Transactions (2001)]. In ähnlicher Weise kann auch ein hochporöses RBSN-Material (Reaction Bonded Si3N4) verwendet werden, bei dessen Herstellung ebenfalls seltene Erdoxide (z. B. Y2O3, Yb2O3 etc.) und evtl. Kohlenstoff in feinpulvriger Form zum Si-Pulver vor dem Pressen und der Nitridierung zugegeben werden. Es wurde bereits gezeigt, dass RBSN mit einer offenen Porosität von 15 eine um mehr als 50% bessere Festigkeit und Bruchzähigkeit aufweist, wenn es mit Al vollständig infiltriert wurde (J. Eur. Ceram. Soc. 9 (1992) 61). Auch könnten Sialone [(Si, Al)3 (O, N)4] mit Porositäten < 35% eingesetzt werden.Methods for producing such porous preforms have been documented in numerous publications [e.g. B. Ceramic Transactions 115 (2000) 481; J. Am. Ceram. Soc. 80 (1997) 2705; Ceramic Transactions (2001)]. Similarly, a highly porous RBSN material (Reaction Bonded Si 3 N 4 ) can be used, in the production of which also rare earth oxides (e.g. Y 2 O 3 , Yb 2 O 3 etc.) and possibly carbon in fine powder Form to be added to the Si powder before pressing and nitriding. It has already been shown that RBSN with an open porosity of 15 has more than 50% better strength and fracture toughness when it has been completely infiltrated with Al (J. Eur. Ceram. Soc. 9 (1992) 61). Sialones [(Si, Al) 3 (O, N) 4 ] with porosities <35% could also be used.
Damit der erfindungsgemäß verwendete keramische Vorkörper einen großen Teil der Last, die auf eine erfindungsgemäße Al/Si3N4- Bremsscheibe aufgebracht wird, auch bei erhöhter Temperatur aushält, muss ein solcher Vorkörper selbst eine Druck- und 4-Punkt-Biegefestigkeit von < 150 MPa aufweisen. Solche Festigkeiten werden von bisher eingesetzten Al2O3-Faser-Gelegen bei Porositäten von < 25% nicht erzielt.In order for the ceramic preform used according to the invention to withstand a large part of the load that is applied to an Al / Si 3 N 4 brake disc according to the invention, even at elevated temperature, such a preform itself must have a compressive and 4-point bending strength of <150 MPa. Such strengths are not achieved by Al 2 O 3 fiber scrims previously used with porosities of <25%.
Der netzwerkartige Vorkörper wird dann in eine Bremsscheiben- Druckgussform eingelegt und mit der Al-Legierung infiltriert. Die Aluminiumlegierung sollte bevorzugt Si enthalten, wodurch eine mögliche Reaktion des Al mit Si3N4 unterdrückt wird. Aber in den kommerziellen Squeeze-Casting-Verfahren ist die Aufenthaltsdauer der heißen Al- Legierungsschmelzem so kurz (< 1 s), dass auch bei Si-freien Legierungen keine AlN-Reaktionen zu erwarten sind.The network-like preform is then placed in a brake disc die-casting mold and infiltrated with the Al alloy. The aluminum alloy should preferably contain Si, whereby a possible reaction of the Al with Si 3 N 4 is suppressed. But in the commercial squeeze casting process, the duration of the hot Al alloy melts is so short (<1 s) that no AlN reactions can be expected even with Si-free alloys.
Die druckgegossene metallkeramische Bremsscheibe kann entweder im gesamten Scheibenbereich das poröse Si3N4-Netzwerk enthalten oder das Netzwerk kann auch nur im Bremsbereich vorhanden sein. Außerdem ist es möglich, den Si3N4-Netzwerkskörper auch segmentiert in die Druckgussform einzulegen. Dies ist dann vorteilhaft, wenn es sich um Scheiben mit Durchmessern über 300 mm handelt. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Al/Si3N4-Verbundbremsscheibe auch im Inneren einen möglichst perforierten Tragkörper aus einer temperaturfesteren Metalllegierung enthalten, beispielsweise aus Stahl, Gusseisen oder Titanlegierung. Dieser Tragkörper sollte aber nicht mehr als 40% des Gesamtgewichts der Bremsscheibe ausmachen. Zur Herstellung dieser Ausführungsform wird zweckmäßig zunächst eine Hälfte des Keramiknetzwerks in die Druckgussform gelegt. Anschließend wird der Tragkörper daraufgesetzt, worauf schließlich die zweite Hälfte aufgelegt wird. Bei der Druckinfiltration wird dann alles miteinander mit der Aluminiumlegierung verbunden. Ein solcher Tragkörper ist in der PCT/EP 00/11965 beschrieben.The die-cast metal-ceramic brake disk can either contain the porous Si 3 N 4 network in the entire disk area or the network can also only be present in the brake area. It is also possible to insert the Si 3 N 4 network body into the die casting mold in segments. This is advantageous when it comes to disks with diameters over 300 mm. In a preferred embodiment, the Al / Si 3 N 4 composite brake disc can also contain a support body made of a temperature-resistant metal alloy, for example made of steel, cast iron or titanium alloy, which is as perforated as possible. However, this support body should not make up more than 40% of the total weight of the brake disc. To produce this embodiment, one half of the ceramic network is expediently first placed in the die-casting mold. The support body is then placed on top of which the second half is finally placed. During the pressure infiltration, everything is then connected to one another with the aluminum alloy. Such a support body is described in PCT / EP 00/11965.
Um eine Staubentwicklung bei der Handhabung der porösen Vorkörper zu verhindern, kann das scheibenförmige Netzwert vor dem Einlegen in die Druckgussform mit einer im Druckguss leicht zu durchbrechenden und zu verflüchtigenden Folie umhüllt werden. Diese Folie kann beispielsweise aus Gelatine oder einem ähnlichen Stoff bestehen.In order to generate dust when handling the porous preforms can prevent the disc-shaped network value before insertion into the Die casting mold with a die that is easy to break and close in die casting volatilizing film are wrapped. This film can for example consist of gelatin or a similar substance.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen metallkeramischen Bremsscheibe liegt einmal darin, dass sie in einem Vorgang, meist in weniger als 1 Minute, im Druck- oder Pressguss hergestellt werden kann. Andererseits weist diese Aluminium-Matrix-Verbund-Bremsscheibe eine bessere Temperatur festigkeit auf als andere Aluminium-Basis-Bremsscheiben (wie z. B. solche aus PRIMEX oder Duralcan), weil das Si3N4-Keramik-Netzwerk zusammenhängend und trotz der hohen Porosität sehr fest ist. Damit wird sowohl die Steifigkeit wie auch Biege- und Druckfestigkeit bei erhöhter Temperatur gegenüber den bisherigen Aluminium-Keramik-Verbund- Bremsscheiben verbessert. Gegnüber solchen Verbundbremsscheiben, die Aluminide enthalten, weisen die erfindungsgemäßen Verbundbremsscheiben eine höhere Wärmeleitfähigkeit auf, sodass beim Bremsvorgang insgesamt eine geringere Temperatur bei gleicher Energievernichtung auftritt. Ein weiterer Vorteil gegenüber den Al2O3/Aluminid-Bremsscheiben liegt darin, dass entsprechende Bremsbeläge für Aluminium-Keramik-Verbund-Bremsscheiben entwickelt und positiv getestet wurden. Das stengel- bzw kristalliförmig ausgebildete Si3N4-Netzwerk kann auch durch entsprechende SiC bzw. auch Al2O3- Netzwerke ersetzt werden, die einfache Herstellungsweise als auch die hohe Festigkeit, die auch bei großen Porositäten vorhanden ist, bevorzugt das Si3N4-Keramik-Netzwerk. Alternativ zu einem Si3N4-Keramik-Netzwerk kann auch ein solches aus SiAlON oder RBSN verwendet werden.The advantage of the metal-ceramic brake disc according to the invention lies in the fact that it can be produced in one process, usually in less than 1 minute, by die casting or die casting. On the other hand, this aluminum matrix composite brake disc has a better temperature resistance than other aluminum-based brake discs (such as those made of PRIMEX or Duralcan) because the Si 3 N 4 ceramic network is coherent and despite the high Porosity is very firm. This improves both the rigidity and the bending and compressive strength at elevated temperatures compared to the previous aluminum-ceramic composite brake discs. Compared to composite brake discs of this type which contain aluminides, the composite brake discs according to the invention have a higher thermal conductivity, so that a lower temperature overall occurs with the same energy dissipation during the braking process. Another advantage over the Al 2 O 3 / aluminide brake discs is that the corresponding brake pads for aluminum-ceramic composite brake discs have been developed and tested positively. The stem-shaped or crystalline Si 3 N 4 network can also be replaced by corresponding SiC or Al 2 O 3 networks, the simple production method and the high strength, which is also present with large porosities, preferably Si 3 N 4 ceramic network. As an alternative to an Si 3 N 4 ceramic network, one made of SiAlON or RBSN can also be used.
Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Bremsscheibe sind in Bild 1 dargestellt. Die nach rechts oben schraffierten Bereiche enthalten das eingegossene Si3N4-Keramik-Netzwerk und sind mit A gekennzeichnet, die nach links oben schraffierten Bereiche bestehen aus der Al-Legierung ohne Keramikeinlage (B). 1 ist ein Beispiel für eine Bremssscheibe mit Bremstopf aus Al-Legierung, d. h. nur der Bremsbereich enthält das Keramik-Netzwerk; 2 repräsentiert eine einfache Scheibe, die ebenfalls nur im Bremsbereich das Keramik-Netzwerk enthält und 3 eine einfache Scheibe, die vollständig aus dem mit Al-Legierung gefüllten Netzwerk besteht.Embodiments of the brake disc according to the invention are shown in Figure 1. The areas hatched to the top right contain the cast-in Si 3 N 4 ceramic network and are marked with A, the areas hatched to the top left consist of the Al alloy without ceramic insert (B). 1 is an example of a brake disk with brake pot made of Al alloy, ie only the braking area contains the ceramic network; 2 represents a simple disc, which also contains the ceramic network only in the braking area, and 3 a simple disc, which consists entirely of the network filled with Al alloy.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch das folgende Beispiel in Verbindung mit der Zeichnung erläutert:The method according to the invention is illustrated by the following example in Connection explained with the drawing:
Poröse Si3N4-Vorkörper mit Porositäten zwischen 43 und 62% und ungefähren Abmessungen 40 × 40 × 10 mm, die von der Firma Sumitomo Electric, Itami (Poreceram) und dem Forschungsinstitut NIRIN in Nagoya (Dr. Yang) nach dem zuvor zitierten Sinterverfahren hergestellt waren und alle eine 4-Punktbiegefestigkeit von < 150 Mpa aufwiesen, wurden mit einer Si-haltigen Al-Legierung [German Standard No. 231, Al Sil2(Cu)] bei einer Schmelztemperatur von 750°C und einem Druck von 39 MPa innerhalb von etwa 1 s im Squeeze-Casting-Verfahren druckinfiltriert. Alle daraus hergestellten Proben waren vollständig mit Aluminium infiltriert, und es konnte keine AlN-Bildung festgestellt werden. Aus solchen Platten hergestellte Proben wiesen 4-Punkt-Biegefestigkeiten von über 600 MPa und Bruchzähigkeiten von über 10 MPa √m (gemessen im ICL-Verfahren) auf. Maximale Biegefestigkeiten von < 800 MPa wurden gemessen.Porous Si 3 N 4 preforms with porosities between 43 and 62% and approximate dimensions 40 × 40 × 10 mm, by Sumitomo Electric, Itami (Poreceram) and the NIRIN research institute in Nagoya (Dr. Yang) according to the previously cited Sintering processes were produced and all had a 4-point bending strength of <150 Mpa, were with a Si-containing Al alloy [German Standard No. 231, Al Sil2 (Cu)] at a melting temperature of 750 ° C and a pressure of 39 MPa within about 1 s in the squeeze casting process. All samples made therefrom were completely infiltrated with aluminum and no AlN formation was found. Samples made from such plates had 4-point bending strengths of over 600 MPa and fracture toughness of over 10 MPa √m (measured in the ICL method). Maximum bending strengths of <800 MPa were measured.
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