UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI LECCE Facoltà di Ingegneria Corso di laurea in ingegneria dei Materiali

1. UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI LECCE Facoltà di Ingegneria Corso di laurea in ingegneria dei Materiali A.A. 2001-02 DISPOSITIVI FRENANTI Roberto Bianco 9M 1374

2. Compositi per freni • Carbon-Carbon • PMC Polymer Matrix Composites • MMC Metal Matrix Composites • CMC Ceramic Matrix Composites

3. Polymer Matrix Composites (PMC)

4. Polymer Matrix Composites • I pad in PMC sono accoppiati in genere con rotori in ghisa. Classificazione • con fibre di asbesto • organici con altre fibre non asbestose • semimetallici o resin bonded metal • (semi-mets) PMC

5. PMC organici fibrorinforzati • Resine organichebinder al 30-40% Devono avere resistenza termica e meccanica. Le più usate sono le resine fenoliche • Fibre vetro metalliche ceramiche aramidiche cellulose

6. PMC organici fibrorinforzati • Filler abbassano il costo CaCO3, BaSO4 Cu, Fe, Al, Zn in polvere Abrasivi Al2O3, SiO2, MgO • Friction Modifiers Non abrasivi grafite, mica

7. Semi-mets 50 - 65 % lana metallica polvere di ferro Proprietà μcostante bassa usura buon assorbimento di energia

8. Proprietà dei PMC • Trial and error Insufficienza dati Sinergie Test tribologici su compositi fenolici con un solo tipo di fibra • Crosa e Baumvol

9. Proprietà dei PMC Insufficienza dati Sinergie • Trial and error Test tribologici su compositi fenolici con un solo tipo di fibra • Crosa e Baumvol

10. Meccanismi di frizione • Le fibre di vetro si spezzano generando polveri che determinano aumento di μ e dell’usura • Le fibre di acciaio non si spezzano ma vengono fuori dalla matrice aumentando l’usura per incisione • Le fibre aramidiche provocano bassa usura nei pad a causa delle loro proprietà meccaniche.

11. Metal Matrix Composites (MMC) • Matrice metallica con rinforzo in fibre o particelle • Rinforzare leghe leggere per ridurre l’usura • Le temperature di utilizzo sono più basse che nei metalli tradizionali

12. Metal Matrix Composites (MMC) • Applicazioni in cui serve risparmio di peso e le temperature sono basse Rotori per auto e moto da competizione Dischi per freni di treno

13. La matrice metallica conferisce la resistenza Le fibre conferiscono la rigidezza Metal Matrix Composites (MMC) ferro rame nickel titanio alluminio magnesio Leghe di Fibre di carbonio allumina carburo di silicio tungsteno

14. MMC per freni basso costo isotropia facilmente colabile (Si) buone proprietà specifiche leghe di Al Matrice alta conducibilità alta T di fusione densità superiore alla ghisa leghe di Cu Rinforzo particelle di Al2O3 o SiC (20%)

15. Proprietà fisiche degli MMC • Espansione termica stress termici hot spots cicli di fatica I metalli hanno α elevato I ceramici abbassano l’ α totale del MMC ma la differenza di espansione termica provoca tensioni all’interfaccia fibra-matrice con formazione di vuoti o cricche

16. Proprietà fisiche degli MMC • Conducibilità termica Gli MMC hanno conducibilità inferiore ai metalli di partenza L’alta conducibilità dell’alluminio assicura continuità di temperature

17. Proprietà fisiche degli MMC • Modulo elastico e resistenza • Gli MMC sono fino a 2 volte più rigidi della matrice • Il legame fibra-matrice più essere rinforzato • rivestendo le fibre (es. boro)

18. Proprietà fisiche degli MMC • Modulo elastico e resistenza Gli MMC sono fino a 2 volte più rigidi della matrice Il legame fibra-matrice più essere rinforzato rivestendo le fibre (es. boro)

19. Effetto della geometria del rotore • Gli MMC a base di Al sono stati usati a lungo come semplici sostituenti del materiale tradizionale. In realtà per sfruttare vantaggiosamente le loro proprietà è necessario un nuovo tipo di progettazione. Dissipazione del calore Dimensioni

20. Proprietà di frizione e di usura • Al non rinforzato – pad organico • Al MMC – pad organico • Al MMC – pad semimetallico per ghisa con alto contenuto in Fe eccessiva usura buone proprietà μ non costante – pad semimetallico con basso contenuto in Fe e Al2O3 • Al-SiC MMC μ cresce con il carico

21. Rivestimenti per dischi • Il punto debole degli MMC è la bassa T di fusione isolanti SiC-ZrO2 Rivestimenti conduttori Cu-SiC

22. Produzione • Mixed Casting High Pressure Die-Casting • Lavorazioni con utensili al diamante • Plasma Spray Deposition per i rivestimenti

23. Applicazioni • Automobili veicoli elettriciFord,Lotus • Motociclismo Honda, Suzuki, Ducati • Treni ad alta velocità ICE in Germania.

24. Ceramic Matrix Composites (CMC) • I ceramici avanzati hanno una serie di proprietà favorevoli quali • Durezza • Resistenza a compressione • Refrattarietà • Resistenza chimica • Bassa densità • Rigidezza • Resistenza ad usura Fragilità Fibre reinforced ceramic composites

25. Ceramic Matrix Composites • Problematiche • Temperatura • Espansione termica di fibra e matrice Rinforzi fibre di SiC e di C Matrici Al2O3, SiC, Si3N4

26. Applicazioni tribologiche • Industria ferroviaria • Carbon Fibre Reinforced Ceramic (CFRC) con pad ceramici T fino a 1300 °C Basso creep Bassa espansione Alta conducibilità Resistenza agli shock termici.