Unikalne właściwości hamulców ceramicznych

Standardowe hamulce tarczowe składają się z tarcz i klocków żeliwnych lub stalowych, w których wypełniacz jest wzmocniony wiórami metalowymi. Gdy azbest był podstawą okładzin ciernych, nie było specjalnych pytań dotyczących składu, ale wtedy okazało się, że włókna azbestowe i pył uwalniany podczas hamowania mają silne właściwości rakotwórcze. Zakazano stosowania azbestu, a w podpaskach zaczęto stosować różne związki organiczne. Ich właściwości okazały się niewystarczające w ekstremalnych warunkach.

Czym jest ceramika i dlaczego?

Ceramikę można uznać za wszystko, co nie jest organiczne ani metalowe. To właśnie jego właściwości okazały się potrzebne do okładzin ciernych hamulców samochodowych pracujących w trudnych warunkach.

Hamulec tarczowy ma wielką przewagę nad innymi, ale jego cechą jest mała powierzchnia klocka. A wysoka siła hamowania oznacza szybkie uwolnienie ogromnej ilości energii cieplnej. Jak wiecie, energia jest proporcjonalna do mocy i czasu na jaki jest uwalniana. I oba określają skuteczność hamowania samochodu.

Uwolnienie znacznej energii w ograniczonej objętości w krótkim czasie, to znaczy, gdy ciepło nie ma czasu na rozproszenie się w otaczającej przestrzeni, zgodnie z tą samą fizyką, prowadzi do wzrostu temperatury. I tutaj tradycyjne materiały, z których wykonane są okładziny hamulcowe, już nie radzą sobie. Zastosowanie wentylowanych dysków może w dłuższej perspektywie ustabilizować reżim termiczny, ale nie chroni przed miejscowym przegrzaniem w strefie kontaktu. Materiał klocka dosłownie odparowuje, a powstałe frakcje tworzą śliskie środowisko, współczynnik tarcia gwałtownie spada, a hamulce zawodzą.

Ceramika na bazie różnych substancji nieorganicznych, zwykle węglika krzemu, może wytrzymać znacznie wyższe temperatury. Co więcej, po rozgrzaniu wchodzą tylko w tryb optymalny, zapewniając najwyższy współczynnik tarcia.

Bez wzmocnienia podszewka nie będzie w stanie mieć wystarczającej wytrzymałości, w tym celu do kompozycji wprowadza się różne włókna. Najczęściej są to wióry miedziane, do hamulców sportowych wykorzystuje się włókno węglowe. Materiał wzmacniający jest mieszany z ceramiką i wypalany w wysokiej temperaturze.

W zależności od charakteru aplikacji, formuła płatków może być różna. Decyduje o tym przeznaczenie hamulców, wyróżniają się klocki uliczne, sportowe lub ekstremalne. Mają różne temperatury pracy i możliwości ograniczenia. Ale generalnie będzie wzrost wydajności pracy w trudnych warunkach:

• stabilność współczynnika tarcia;
• minimalizacja zużycia tarcz;
• redukcja hałasu roboczego i obciążenia wibracyjnego;
• wysoka odporność i bezpieczeństwo materiału w wysokich temperaturach pracy.

Przy użyciu ceramiki powstają nie tylko klocki, ale również krążki. Jednocześnie nie obserwuje się zwiększonego zużycia w przypadku użytkowania mieszanego, podkładki ceramiczne nie prowadzą do przyspieszonego ścierania tarcz stalowych i żeliwnych. Wirniki (tarcze) ceramiczne wyróżniają się dużą wytrzymałością w warunkach obciążenia termicznego, co pozwala nie robić ich niedopuszczalnie dużych, a także nie pozostawiają szczątkowych odkształceń podczas gwałtownego chłodzenia. A przy takim ogrzewaniu nawet naturalne chłodzenie prowadzi do znacznych zmian temperatury w ograniczonym czasie.

Plusy i minusy hamulców ceramicznych

O zaletach ceramiki zostało już powiedziane, można ją uzupełnić nie tak oczywistymi czynnikami:

• takie mechanizmy mają mniejszą masę i wymiary przy jednakowej wydajności, co zmniejsza tak ważny wskaźnik dynamiki zawieszenia, jak masa nieresorowana;
• nie ma uwalniania szkodliwych substancji do środowiska;
• wraz ze wzrostem temperatury sprawność hamulców nie maleje, a raczej wzrasta, co czasami wymaga wstępnego podgrzania;
• materiał wzmacniający nie podlega korozji wysokotemperaturowej;
• właściwości ceramiki są dobrze przewidywane i programowane przy doborze receptury, co pozwala na produkcję podobnych części do szerokiej gamy zastosowań;
• możliwe są kombinacje części zawierających żelazo z ceramicznymi, nie ma konieczności stosowania tych samych tarcz do podkładek ceramicznych;
• części ceramiczne są bardzo trwałe podczas pracy w łagodnych warunkach.

Nie mogło obejść się bez minusów, ale na tle zalet nie ma ich tak wiele:

• hamulce ceramiczne są nadal droższe;
• szczególnie skuteczne kompozycje wymagają wstępnego podgrzania, ponieważ współczynnik tarcia spada wraz ze spadkiem temperatury;
• w określonej kombinacji warunków mogą tworzyć trudne do usunięcia skrzypienie.

Oczywiście ceramiczne części hamulcowe nie mają alternatywy w dynamicznej jeździe i sporcie. W innych przypadkach ich wysoka cena skłania do zastanowienia się nad zasadnością ich wykorzystania.