Углеродный фрикционный диск

(71) Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита(73) Государственн ый научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита(56) Авторское свидетельство СССР М 635711, кл, С 01 В 31/04, 1976.Авторское свидетельство СССР йг 1208367, кл, Г 16 О 69/00, 1983,Изобретение относится к машиностроению, в частности, к фрикционным материалам на основе углеродных волокнистых наполнителей и пекового связующего, используемых в тяжелонагруженных узлах трения машин и механизмов,Целью изобретения является исключение возгорания окиси углерода в тормозном устройстве и повышение выхода годных изделий в процессе производства.Поставленная цель достигается тем, что в углеродном фрикционном диске, состоящем из связанных коксом каменноугольно-. го пека, чередующихся слоев непрерывных углеродных волокон в виде тканых или нетканых структур и слоев постоянной толщиГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТГНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(54) УГЛЕРОДНЫЙ ФРИКЦИОННЫЙ ДИСК (57) Использование: в качестве фрикционного материала в тяжелонагруженных узлах трения машин и механизмов, Сущность изобретения: в углеродном фрикционном диске по меньшей мере два слоя выполнены термостабилизирующими, Они расположены в непосредственной близости от поверхности трения и имеют толщину, в 2-5 раз превышающую толщину остальных слоев волокон в диске. Использование в диске как минимум двух термостабилизирующих слоев и расположение их в непосредственной близости от прверхности трения позволяют исключить возгорание окиси углерода в процессе эксплуатации в тормозном устройстве при высоких нагрузках и повысить выход годных иэделий при проведении высокотемпературных обработок в процеспроизводства, 1 з.п, ф-лы, 2 ил,ны из измельченных углеродных волокон, в том числе и поверхностных фрикционных слоев, насыщенных пиролитическим углеродом, по меньшей мере два симметричных относительно плоскости симметрии слоя из измельченных углеродных волокон выполнены термостабилизирующими - толщиной в 2 - 5 раз превышающей толщину остальных слоев измельченных.или непрерывных углеродных волокон.Цель достигается также расположением термостабилиэирующих слоев непосредственно под фрикционными слоями диска,Известно, что возникающие при работе тяжелонагруженных узлов трения машин и механизмов на трущихся поверхностяхфрикционных углеродных материалов температуры в точках контакта имеют значения порядка 2000-3000 С,Высокие температуры на фрикционныхповерхностях приводят к возгоранию окисиуглерода, а неравномерность передачи теплового потока в объем диска приводит квозникновению термических напряжений,Исключение возгорания окиси углеродапутем снижения температуры на фрикционных поверхностях, согласно замыслу, обеспечивается за счет термостабилизирующегослоя, состоящего из дискретных волокон,который обладает во всех направленияхблизкими значениями теплопроводности,что позволяет осуществить отвод тепла изобласти трения в обьем диска, В отличии отслоев измельченных волокон, непрерывныеволокна обеспечивают теплоотвод только вплоскости их расположения, из-за чего недостигается снижение температуры на поверхности трения, не осуществляется отводтепла в объем диска и появляются термические напряжения,Нахождение термостабилизирующегослоя непосредственно под фрикционнымиповерхностями позволяет максимально реализовать его теплораспределяющие свойства.Такое выполнение диска позволяет также снизить термические напряжения привысокотемпературных обработках (составляющих 1500-2000 С) при его изготовлениии повысить выход годных изделий.Толщина термостабилизирующего слоявыбирается иэ условий эксплуатации изделия, при этом, если толщина слоя менее, чемв 2 раза отличается от толщины других слоевдискретных или непрерывных волокон выравнивание теплового потока не происходит и отвод тепла от поверхностных слоевзамедляется.Выполнение термостабилизирующегослоя с толщиной более, чем 5 раз превышающей толщину остальных слоев нецелесообразно с позиции достаточности ее длявыполнения возложенных функций; но кроме того ведет к снижению прочности изделия,Необходимость выполнения более двухтермостабилизирующих слоев возникаетпри конструировании узлов. трения повыщенной энергонагруженности. В этом случае между слоями измельченных волоконрасполагается слой непрерывных волокон,На фиг,1 показан углеродный фрикционный диск с двумя термостабилизирующими слоями; на фиг.2 - сечение А-А на фиг,1.Углеродный фрикционный диск состоиз поверхностных фрикционных слоев1, насыщенных пиролитическим углеродом,эти слои могут состоять как из измельченных углеродных волокон.2, так ииз непре 5 рывных углеродных волокон 3 и коксакаменноугольного пека(на фиг, не показан);из слоев 4 постоянной величины измельченных углеродных волокон и кокса каменноугольного пека;10 из слоев непрерывных углеродных волокон 3;из термостабилизирующих слоев 5, состоящих из измельченных углеродных волокон и кокса каменноугольного пека,.15 Фрикционный углеродный диск можетбыть изготовлен следующим образом,Углеродную ткань, пропитанную каменноугольным пеком, раскраивают на кольцевые раскрои необходимого размера, затем20 раскрой опускают в формовочную гильзу, наповерхность каждого раскроя дозируютпорции смеси отрезков углеродного волок на с добавками молотого пека, при этомформирование термостабилизирующих сло 25 ев производится путем увеличения количества порций измельченных углеродныхволокони пека в 2-5 раз,Полученные таким образом заготовкипрессуются в пресс-формах при температу 30 рах текучести пека. Полученные заготовкипроходят процессы карбонизации и уплот. нений каменноугольным пеком, высокотемпературной обработки, После механическойобработки заготовки уплотняют пиролити 35 ческим углеродом и покрывают антиокислительным покрытием,Для подтверждения эффективностипредлагаемого изобретения по вышеописанной технологии были изготовлены40 фрикционные диски с толщиной термостабилизирующих слоев в 1,5-6,0 раз превы- шающей толщину других слоев диска, атакже диски с соотношением толщины термостабилизирующих слоев и других слоев45 диска 1;1(по прототипу),Фрикционный диск работает следующим образом, При включении фрикционного устройства (не показано), в которомиспользуется предлагаемый фрикционный50 диск, на фрикционные поверхности 1 последнего воздействуют фрикционные поверхности 1 сопрягаемого с ним фрикционногодиска, образуя пару трения, при этом нафрикционных поверхностях дисков возни 55 кают температуры порядка 2000-3000 С вточках контакта. Наличие термостабилизирующих слоев в дисках позволяет исключить случаи возгорания окиси углеродапри работе тормозного устройсгва, Испытания дисков проводились при удельнойзнергонагруженности 75000 к с м/к, Объем испытаний составлял 30 торможений, Результаты эксперимента приведены в таблице.Испытания дисков с разным соотношением толщины термостабилиэирующих слоев и других слоев углеродных волокнистых наполнителей показали преимущество заявленного соотношения слоев для достижения поставленной цепи, Толщина термостабилизирующего слоя в 2-5 раз превышающая толщину остальных слоев в диске обеспечивает отвод тепла от поверхности трения и отсутствие при испытаниях случаев возгорания окиси углерода (примеры 3 - б), выход годных изделий в процессе производства в этом случае составляет 7570.При соотношении толщин слоев менее 2 наблюдаются случае возгорания окиси углерода . при толщинах 1;1 (пс прототипу) при 30 торможениях - 13 возгораний, выход годных изделий 55 (пример 1); при толщинах 1,5:1 количество возгораний снизилось до 5, выход годных изделий составил 65 ф (пример 2).При соотношениях толщины термостабилизирующего слоя и остальных слоев в ,циске более 5 наблюдается снижение механической прочности, при испытании дисков с соотношением б:1 случаев возгорания окиси углерода не наблюдалось, однако после 25 тооможений наблюдалось разрушение шипов диска в виде трещин и выкрашиваний, снижение выхода годных иэделий вызвано не термическими напряжениями в 5 процессе температурной обработки, а механическими повреждениями дисков токарная, фрезерная обработка) за счет снижения прочностных свойств материала (пример 7).10 Формула изобретения1, Углеродный фрикционный диск, состоящий из связанных каменноугольным пеком" чередующихся слоев непрерывчых 15 углеродных волокон в виде тканых или нетканых структур и слоев постоянной толщины иэ измельченных углеродных волокон, в том числе и поверхностных фрикционных слоев, насыщенных пиролитическим угле родом, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в немпо меньшей мере два симметричных относительно плоскости симметрии слоя из измельченных углеродных волокон выпол-нены термостабилизирующими с толщиной, 25 в 2-5 раз превышающей толщину остальныхслоев измельченных или непрерывных углеродн ых волокон.2, Диск.по п,1, о тл и ч а ю щ и й с я тем,что термостабилизирующие слои расположены непосредственно под фрикционными 30 слоями диска(разруше.ниешипов иска Выход годных изделий, Ж.Составитель И,ПоповРедактор Т,Иванова Техред М.Моргентал Корректор С.Шекма3 аказ 1464 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035. Москва. Ж, Раушская наб 4/5