Унікальні властивості керамічних гальм
Стандартні дискові гальма складаються з чавунних чи сталевих дисків та колодок, де наповнювач армується металевою стружкою. Коли основою фрикційних накладок був азбест, особливих питань за складом не виникало, але потім виявилося, що азбестові волокна і пил, що виділяється при гальмуванні, мають сильні канцерогенні властивості. Використання азбесту було заборонено, а в колодках почали застосовувати різні органічні компаунди. Властивостей їх виявилося замало за екстремальних умов.
Що таке кераміка та чому саме вона
Керамікою можна вважати все те, що не є органікою чи металами. Саме її властивості виявилися тим, що потрібно для фрикційних накладок автомобільних гальм, що працюють у важких умовах.
Дискове гальмо має великі переваги перед іншими, але його особливістю є мала площа колодок. А висока гальмівна потужність має на увазі швидке виділення величезної кількості теплової енергії. Як відомо, енергія пропорційна потужності та часу, за який вона виділяється. А й те, й те визначає ефективність гальмування автомобіля.
Виділення значної енергії в обмеженому обсязі за короткий час, тобто коли тепло не встигає розсіюватися в навколишній простір, відповідно до тієї ж фізики веде до зростання температури. І ось тут традиційні матеріали, з яких виробляються гальмівні накладки, не справляються. Застосування вентильованих дисків може стабілізувати тепловий режим у довгостроковій перспективі, але від локального перегріву у зоні контакту не рятує. Матеріал колодок буквально випаровується, а фракції, що утворюються, створюють слизьке середовище, коефіцієнт тертя різко падає, гальма відмовляють.
Кераміка на основі різних неорганічних речовин, зазвичай це карбід кремнію, здатна витримувати набагато більшу температуру. Понад те, при прогріві вони лише входять у оптимальний режим, забезпечуючи найвищий коефіцієнт тертя.
Без армування накладки не зможуть мати достатньої міцності, для цього до складу вводяться різні волокна. Найчастіше це мідна стружка, для спортивних гальм застосовується вуглеволокно. Армуючий матеріал поєднується з керамікою і запікається при високій температурі.
Залежно від характеру застосування рецептури колодок може бути різною. Це визначається призначенням гальм, виділяються колодки вуличного, спортивного чи екстремального типу. Вони мають різну робочу температуру та граничні можливості. Але загальним буде підвищення ефективності роботи у важких умовах:
- стабільність коефіцієнта тертя;
- мінімізація зношування диска;
- зниження шумності роботи та вібронавантаженості;
- висока стійкість і збереження матеріалу при високих робочих температурах.
Із застосуванням кераміки виготовляються не лише колодки, а й диски. При цьому не спостерігається підвищеного зношування у разі змішаного використання, керамічні колодки не ведуть до прискореного стирання сталевих та чавунних дисків. Керамічні ротори (диски) відрізняються високою міцністю в умовах термонавантаженості, що дозволяє не робити їх неприйнятно великого розміру, а також не залишають залишкових деформацій при різкому охолодженні. А при подібних нагріваннях навіть природне охолодження веде до значних перепадів температури за обмежений час.
Плюси і мінуси керамічних гальм
Про переваги кераміки вже було сказано, можна доповнити не настільки очевидними факторами:
- такі механізми мають меншу масу і габарити при рівній ефективності, що знижує такий найважливіший показник підвісної динаміки, як безпружинна маса;
- відсутнє виділення шкідливих речовин у довкілля;
- при зростанні температури ефективність гальм не знижується, а навпаки, зростає, що іноді потребує попереднього прогріву;
- армуючий матеріал не схильний до високотемпературної корозії;
- властивості кераміки добре прогнозуються і програмуються при підборі рецептури, що дозволяє виробляти подібні деталі для різних областей застосування;
- можливі поєднання ферросодержащих деталей з керамічними, не обов'язково під керамічні колодки використовувати такі ж диски;
- керамічні деталі дуже довговічні під час роботи в щадних умовах.
Без мінусів не обійшлося, але їх не так багато на тлі переваг:
- керамічні гальма поки ще мають більш високу вартість;
- особливо ефективні склади вимагають попереднього прогріву, оскільки при зниженні температури падає коефіцієнт тертя;
- при певному поєднанні умов можуть створювати скрип, що важко усувається.
Очевидно, що керамічні деталі гальм не мають альтернативи при енергійному водінні та у спорті. В інших випадках їхня висока ціна змушує задуматися про доцільність їх використання.
