Уникальные свойства керамических тормозов

Стандартные дисковые тормоза состоят из чугунных или стальных дисков и колодок, где наполнитель армируется металлической стружкой. Когда основой фрикционных накладок был асбест, особых вопросов по составу не возникало, но затем выявилось, что асбестовые волокна и пыль, выделяющаяся при торможении, обладают сильными канцерогенными свойствами. Использование асбеста было запрещено, а в колодках стали применять различные органические компаунды. Свойств их оказалось недостаточно при экстремальных условиях.

Что такое керамика и почему именно она

Керамикой можно считать всё то, что не является органикой или металлами. Именно её свойства оказались тем, что нужно для работающих в тяжёлых условиях фрикционных накладок автомобильных тормозов.

Дисковый тормоз обладает большими преимуществами перед прочими, но его особенностью является малая площадь колодок. А высокая тормозная мощность подразумевает быстрое выделение огромного количества тепловой энергии. Как известно, энергия пропорциональна мощности и времени, за которое она выделяется. А и то, и другое определяет эффективность торможения автомобиля.

Выделение значительной энергии в ограниченном объёме за малое время, то есть когда тепло не успевает рассеиваться в окружающее пространство, в соответствии с той же физикой ведёт к росту температуры. И вот тут традиционные материалы, из которых производятся тормозные накладки, уже не справляются. Применение вентилируемых дисков может стабилизировать тепловой режим в долговременной перспективе, но от локального перегрева в зоне контакта не спасает. Материал колодок буквально испаряется, а образующиеся фракции создают скользкую среду, коэффициент трения резко падает, тормоза отказывают.

Керамика на основе различных неорганических веществ, обычно это карбид кремния, способна выдерживать гораздо большую температуру. Более того, при прогреве они только входят в оптимальный режим, обеспечивая наивысший коэффициент трения.

Без армирования накладки не смогут обладать достаточной прочностью, для этого в состав вводятся различные волокна. Чаще всего это медная стружка, для спортивных тормозов применяется углеволокно. Армирующий материал смешивается с керамикой и запекается при высокой температуре.

В зависимости от характера применения рецептура колодок может быть различной. Это определяется назначением тормозов, выделяются колодки уличного, спортивного или экстремального типа. Они имеют разную рабочую температуру и предельные возможности. Но общим будет повышение эффективности работы в тяжёлых условиях:

• стабильность коэффициента трения;
• минимизация износа диска;
• снижение шумности работы и вибронагруженности;
• высокая стойкость и сохранность материала при больших рабочих температурах.

С применением керамики изготавливаются не только колодки, но и диски. При этом не наблюдается повышенного износа в случае смешанного использования, керамические колодки не ведут к ускоренному стиранию стальных и чугунных дисков. Керамические же роторы (диски) отличаются высокой прочностью в условиях термонагруженности, что позволяет не делать их неприемлемо большого размера, а также не оставляют остаточных деформаций при резком охлаждении. А при подобных нагревах даже естественное охлаждение ведёт к значительным перепадам температуры за ограниченное время.

Плюсы и минусы керамических тормозов

О достоинствах керамики уже было сказано, можно дополнить не настолько очевидными факторами:

• такие механизмы обладают меньшей массой и габаритами при равной эффективности, что снижает такой важнейший показатель подвесочной динамики, как неподрессоренная масса;
• отсутствует выделение вредных веществ в окружающую среду;
• при росте температуры эффективность тормозов не снижается, а наоборот, растёт, что иногда требует предварительного прогрева;
• армирующий материал не подвержен высокотемпературной коррозии;
• свойства керамики хорошо прогнозируются и программируются при подборе рецептуры, что позволяет производить подобные детали для самых разных областей применения;
• возможны сочетания ферросодержащих деталей с керамическими, не обязательно под керамические колодки использовать такие же диски;
• керамические детали очень долговечны при работе в щадящих условиях.

Без минусов не обошлось, но их не так много на фоне преимуществ:

• керамические тормоза пока ещё обладают более высокой стоимостью;
• особо эффективные составы требуют предварительного прогрева, поскольку при снижении температуры падает коэффициент трения;
• при определённом сочетании условий могут создавать трудноустранимый скрип.

Очевидно, что керамические детали тормозов не имеют альтернативы при энергичном вождении и в спорте. В остальных случаях их высокая цена заставляет задуматься о целесообразности их использования.