Artículo compuesto.

Artículo compuesto (21) para su utilización en un paquete térmico de frenos de aeronaves,

comprendiendo el artículo (21) una capa de núcleo (22) que presenta una parte de cara y una capa de desgaste (23) fijada a la parte de cara, caracterizado porque la capa de desgaste (23) presenta una densidad inferior a la de la capa de núcleo (22).

Artículo compuesto.

La presente invención se refiere a un artículo compuesto que presenta un desgaste bajo y que presenta una capacidad calorífica elevada. Particularmente, pero no exclusivamente, la invención se refiere a un disco de fricción de carbono para su utilización en, por ejemplo, un freno de una aeronave.

Por razones de conveniencia económica, los programas actuales de las aeronaves están dirigidos de forma creciente por la necesidad de reducir el peso. Tales reducciones en el peso permiten por ejemplo un incremento de la carga útil que se puede transportar o una reducción en el combustible requerido para que vuele la aeronave, ambas consideraciones importantes en momentos de márgenes de beneficios reducidos o recortados y de una mayor preocupación por el medio ambiente.

Los discos de frenos de compuestos de carbono-carbono (C-C) se han establecido como el material de elección para los sistemas de frenos de múltiples discos de las aeronaves en los que su coste relativamente alto se justifica por su peso relativamente inferior comparado con la alternativa metálica. El alto calor específico del carbono permite que grandes cantidades de energía sean absorbidas por una masa baja del paquete térmico del freno durante el fre-nado.

Los recientes desarrollos en los discos de frenos de C-C han detectado que algunos materiales con bajas propiedades al desgaste carecen de la resistencia estructural necesaria para la transferencia del momento de torsión en el freno. Una solución a este problema se propone en las patentes US nº 3.712.427 y US nº 3.956.548 en las que se fijaron caras de desgaste a partir de carbono de bajo desgaste por medios mecánicos o se pegaron a un material del núcleo a partir de carbono.

El elevado coste del C-C que sigue a su introducción como un material de fricción para los frenos de aeronaves produjo la necesidad de discos que sean adecuados para el acondicionamiento y la reutilización sin la necesidad de una sustitución completa. Las patentes US nº 3.800.392 y US nº 5.558.186 proponen sistemas en los que caras de desgaste puede ser extraídas de un disco trasportador al final de sus vidas de servicio activo y ser sustituidas por material virgen. La patente US nº 4.982.818 expone un sistema en el que el núcleo de un disco desgastado es dividido en dos y cada mitad se adhieren a un núcleo virgen para proporcionar un nuevo disco de fricción.

La masa mínima del paquete térmico del freno, esto es la masa de rechazo a la cual el paquete térmico del freno se debe extraer (masa de rechazo del freno) está frecuentemente determinada por la energía que se va a absorber durante el caso de frenado de mayor demanda, el rechazo de retiro (RTO). La masa requerida de un nuevo paquete térmico se determina calculando la masa de rechazo requerida más una tolerancia para el material que se puede desgastar que es una función de la velocidad de desgaste por parada y por número de paradas que se requiere que el freno lleve a cabo durante su vida de servicio activo.

Aunque un paquete térmico de frenos de C-C ofrece una reducción significativa en el peso comparada con la alternativa metálica, la relativamente baja densidad del C-C (típicamente en el intervalo de 1,6-1,83 gcm^-3) significa que el paquete térmico del freno de C-C ocupa un gran volumen que debe estar sostenido y alojado en el chasis del freno y las estructuras de la rueda que los rodean.

En el pasado, los discos de freno de C-C han estado infiltrados con silicio fundido y tratados térmicamente para reaccionar por lo menos parte del silicio con el carbono de la matriz para formar carburo de silicio el cual mejora las propiedades de fricción del disco formado de ese modo. Tales materiales es conocido que presentan una densidad más elevada que el C-C del disco "base", la densidad del material al que se le ha añadido el silicio estando típicamente en el intervalo de 1,9-2,2 gcm^-3. Sin embargo, la velocidad del desgaste de los discos de freno con silicio añadido de este tipo típicamente es significativamente más elevada que la de los discoscorrespondientes de C-C, requiriendo por lo tanto un paquete térmico más largo de densidad más elevada y por lo tanto incrementando el peso global de la rueda y del freno.

La patente US nº 6.042.935 expone un elemento de fricción formado a partir de un cuerpo del núcleo y un cuerpo de fricción (cara de desgaste) unido al mismo. El cuerpo de fricción está constituido por carbono poroso reforzado con fibra de carbono, los poros del cual están rellenos por lo menos parcialmente con el carburo de silicio o el silicio. El cuerpo del núcleo de forma similar puede estar impregnado con silicio, el cuerpo de fricción por lo tanto estando provisto de una densidad la cual es mayor o igual que aquella del cuerpo del núcleo. Una capa de unión que contiene carburo de silicio puede ser utilizada para unir los dos juntos.

El documento US 2003/0057040 A1 de forma similar expone un elemento en el cual una capa de fricción está unida a un soporte, la pieza en bruto así formada siendo carbonizada y pirolizada y después infiltrada con silicio para proporcionar una capa de fricción con un exceso del 65% de carburo de silicio, estando la capa de fricción provista así de una densidad más elevada que la capa de núcleo o soporte.

La patente US nº 6.221.475 expone un elemento de fricción provisto de una cara de fricción. El elemento tiene, por lo menos en la zona de la cara de fricción, una primera fase que comprende carbono pirolítico, una segunda fase refractaria y una fase de carburo de silicio, para proporcionar una cara de fricción provista de una densidad más elevada que la del núcleo.

Un objetivo de la presente invención consiste en proporcionar un artículo compuesto que presente una capacidad mejorada para la absorción de energía o una velocidad de desgaste inferior en utilización cuando está en acoplamiento por fricción con otro artículo compuesto de la invención o bien otro artículo.

Un objetivo particular pero no limitativo de la invención consiste en proporcionar un artículo compuesto que sea adecuado para utilizarlo como disco de fricción en un freno de aeronave, estando el disco provisto de una o más de una capacidad mejorada para la absorción de energía y una velocidad de desgaste baja para hacer mínimo el peso de un paquete térmico o reducir la longitud de un paquete térmico formado de ese modo. Se postula que reduciendo la longitud del paquete térmico se reducirá la longitud del chasis del freno o de otros componentes de la rueda que los rodean, reduciendo de forma concomitante el peso de la aeronave.

En un primer aspecto la invención proporciona un artículo compuesto, por ejemplo un disco de frenos para un paquete térmico de frenos de aeronaves comprendiendo el disco una capa de núcleo provista de una parte de cara y una capa de desgaste fijada a la parte de cara, en el que la capa de desgaste tiene una densidad inferior a la de la capa de núcleo.

Un segundo aspecto de la invención proporciona un artículo compuesto, por ejemplo un disco de freno para un paquete térmico de frenos de aeronaves, comprendiendo el artículo compuesto una capa de núcleo formada a partir de un compuesto de C-C impregnado con un carburo refractario, la capa de núcleo estando provista de una parte de cara a la cual se fija una capa de desgaste de C-C.

Adicionalmente se proporciona un procedimiento para la formación de un artículo compuesto, por ejemplo un disco de frenos para un paquete térmico de frenos de aeronaves, comprendiendo el procedimiento la formación de una capa de núcleo a partir de un material de una densidad relativamente más elevada, la capa de núcleo estando provista de una parte de cara y la formación de una capa de desgaste a partir de un material de una densidad relativamente más baja y fijando la capa de desgaste a la parte de cara de la capa de núcleo.

Un cuarto aspecto de la invención proporciona un procedimiento para la formación de un artículo compuesto, por ejemplo un disco de frenos para un paquete térmico de frenos de aeronaves, comprendiendo el procedimiento la formación de una capa de núcleo de C-C con una parte de cara, densificando la capa de núcleo mediante impregnación líquida, formando una capa de desgaste de C-C y fijando la cara de desgaste a la parte de cara de la capa de núcleo.

Preferentemente, la capa de desgaste presenta una densidad desde 1,55 hasta 1,85 gcm^-3. Preferentemente, la capa... [Seguir leyendo]

1. Artículo compuesto (21) para su utilización en un paquete térmico de frenos de aeronaves, comprendiendo el artículo (21) una capa de núcleo (22) que presenta una parte de cara y una capa de desgaste (23) fijada a la parte de cara, caracterizado porque la capa de desgaste (23) presenta una densidad inferior a la de la capa de núcleo (22).

2. Artículo compuesto (21) según la reivindicación 1, en el que la capa de desgaste (23) está formada a partir de un compuesto de C-C.

3. Artículo compuesto (21) según la reivindicación 1 ó 2, en el que la capa de núcleo (22) es un artículo compuesto de C-C impregnado con un carburo refractario.

4. Artículo compuesto (21) para su utilización en un paquete térmico de frenos de aeronaves, comprendiendo el artículo (21) una capa de núcleo (22) formada a partir de un compuesto de C-C impregnado con un carburo refractario, caracterizado porque la capa de núcleo (22) presenta una parte de cara a la que está fijada una capa de desgaste de C-C (23).

5. Artículo compuesto (21) según la reivindicación 3 ó 4, en el que el carburo refractario es el carburo de silicio o el carburo de boro.

6. Artículo compuesto (21) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la densidad de la capa de núcleo (22) es superior a 1,85 gcm^-3.

7. Artículo compuesto (21) según la reivindicación 6, en el que la densidad de la capa de núcleo (22) está en el intervalo superior a 1,85 gcm^-3 hasta 2,95 gcm^-3.

8. Procedimiento de formación de un artículo compuesto para su utilización en un paquete térmico de frenos de aeronaves, comprendiendo el procedimiento la formación de una capa de núcleo a partir de un primer material, presentando la capa de núcleo una parte de cara, y la formación de una capa de desgaste a partir de un segundo material y la fijación de la capa de desgaste a la parte de cara de la capa de núcleo, caracterizado porque primer material presenta una densidad más elevada que el segundo.

9. Procedimiento de formación de un artículo compuesto para su utilización en un paquete térmico de frenos de aeronaves, comprendiendo el procedimiento la formación de una capa de núcleo de C-C con una parte de cara, densificar la capa de núcleo mediante la impregnación líquida con silicio y/o boro, la formación de una capa de desgaste de C-C y la fijación de la capa de desgaste a la parte de cara de la capa de núcleo.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, que comprende además la conversión del silicio y/o el boro en el carburo refractario respectivo mediante la reacción con la matriz de C-C.

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, que comprende además la formación de la capa de desgaste a partir de fibras de carbono que se extienden radialmente desde una periferia interior de la capa de desgaste hacia o hasta una periferia exterior de la misma.

12. Conjunto de rueda y freno de aeronave que comprende discos de freno (21), caracterizado porque uno o más de los discos de freno (21) presentan una capa de núcleo (22) de una densidad superior a 1,85 gcm^-3 y por lo menos una capa de desgaste (23) fijada al núcleo (22) de una densidad de 1,85 gcm^-3 o inferior.