Les propietats úniques dels frens ceràmics

Els frens de disc estàndard consisteixen en discos i pastilles de ferro colat o acer on el farciment està reforçat amb encenalls de metall. Quan l'amiant era la base dels revestiments de fricció, no hi havia preguntes especials sobre la composició, però després va resultar que les fibres d'amiant i la pols alliberada durant la frenada tenen fortes propietats cancerígenes. Es va prohibir l'ús de l'amiant i es van començar a utilitzar diversos compostos orgànics en compreses. Les seves propietats van resultar ser insuficients en condicions extremes.

Què és la ceràmica i per què ho és

La ceràmica es pot considerar qualsevol cosa que no sigui orgànica o metàl·lica. Van ser les seves propietats les que van resultar ser les necessàries perquè els revestiments de fricció dels frens d'automòbil funcionin en condicions difícils.

El fre de disc té grans avantatges sobre els altres, però la seva característica és la petita zona de pastilles. I una gran potència de frenada implica l'alliberament ràpid d'una gran quantitat d'energia tèrmica. Com sabeu, l'energia és proporcional a la potència i al temps durant el qual s'allibera. I tots dos determinen l'eficiència de frenada del cotxe.

L'alliberament d'energia significativa en un volum limitat en poc temps, és a dir, quan la calor no té temps de dissipar-se a l'espai circumdant, d'acord amb la mateixa física, provoca un augment de la temperatura. I aquí els materials tradicionals dels quals estan fets els folres de fre ja no poden fer front. L'ús de discos ventilats pot estabilitzar el règim tèrmic a llarg termini, però no estalvia el sobreescalfament local a la zona de contacte. El material de la pastilla s'evapora literalment i les fraccions resultants creen un entorn relliscós, el coeficient de fricció cau bruscament i els frens fallen.

Les ceràmiques a base de diverses substàncies inorgàniques, normalment carbur de silici, poden suportar temperatures molt més altes. A més, quan s'escalfen, només entren en el mode òptim, proporcionant el coeficient de fricció més alt.

Sense reforç, el revestiment no podrà tenir prou resistència; per això, s'introdueixen diverses fibres a la composició. Molt sovint es tracta d'encenalls de coure, la fibra de carboni s'utilitza per als frens esportius. El material de reforç es barreja amb ceràmica i es cou a alta temperatura.

Depenent de la naturalesa de l'aplicació, la formulació dels coixinets pot ser diferent. Això ve determinat per la finalitat de les pastilles de frens, de carrer, esportives o extremes. Tenen diferents temperatures de funcionament i capacitats limitadores. Però el general serà augmentar l'eficiència del treball en condicions difícils:

• estabilitat del coeficient de fricció;
• minimitzar el desgast del disc;
• reducció del soroll de funcionament i la càrrega de vibració;
• alta resistència i seguretat del material a altes temperatures de funcionament.

Amb l'ús de ceràmica, no només es fan pastilles, sinó també discos. Al mateix temps, no s'observa un augment del desgast en cas d'ús mixt, els coixinets de ceràmica no condueixen a l'esborrat accelerat dels discos d'acer i ferro colat. Els rotors de ceràmica (discs) es distingeixen per una gran resistència en condicions de càrrega tèrmica, cosa que permet no fer-los inacceptablement grans i tampoc deixen deformacions residuals durant el refredament sobtat. I amb aquest escalfament, fins i tot el refredament natural provoca canvis significatius de temperatura en un temps limitat.

Pros i contres dels frens ceràmics

Ja s'ha dit sobre els avantatges de la ceràmica, es pot complementar amb factors no tan evidents:

• aquests mecanismes tenen menys pes i dimensions amb la mateixa eficiència, la qual cosa redueix un indicador tan important de la dinàmica de la suspensió com la massa no suspendida;
• no hi ha alliberament de substàncies nocives al medi ambient;
• amb l'augment de la temperatura, l'eficiència dels frens no disminueix, sinó que augmenta, cosa que de vegades requereix un preescalfament;
• el material de reforç no està subjecte a corrosió a alta temperatura;
• les propietats de la ceràmica estan ben predites i programades a l'hora de seleccionar una recepta, cosa que permet produir peces similars per a una gran varietat d'aplicacions;
• són possibles combinacions de peces que contenen ferro amb les ceràmiques, no és necessari utilitzar els mateixos discs per a pastilles ceràmiques;
• Les peces de ceràmica són molt duradores quan es treballen en condicions suaus.

No podria prescindir d'inconvenients, però no n'hi ha tants en el context dels avantatges:

• els frens de ceràmica són encara més cars;
• les composicions especialment efectives requereixen un preescalfament, ja que el coeficient de fricció disminueix amb la disminució de la temperatura;
• sota una determinada combinació de condicions, poden crear un cruixent difícil d'eliminar.

Està clar que les peces de frens de ceràmica no tenen alternativa en la conducció animada i en l'esport. En altres casos, el seu preu elevat fa pensar en l'adequació del seu ús.