تاريخچه
ترمز سراميکي(به انگليسي: Ceramic Brake) براي اولين بار در اوايل 1990 ظهور پيدا کرد . بعضي از توليد کنندگانِ وسايل نقليه شروع به استفاده از لنت هايِ سراميک به جاي لنت هاي مرسومِ نيمه فلزي کردند تا پاسخگويِ شکاياتِ مشتريان خود درباره سرو صدايِ ترمز ، گرد وخاک و فرسودگي باشند. بسياري از اين لنت هاي سراميکي به وسيله Akebono توليد مي شدند. توليد کنندگان با دنبال کردنِ شيوه OED ، ترمزهايِ Raybestos و ديگرترمزهاي موجود دربازار مواد سراميک بنيادي خود را معرفي کردند . لنت هاي سراميکيِ موجود دربازار طراحي شده اند تا جايگزينِ لنت ترمزهايِ سراميکيِ OED شده و عملکردِ ترمز را روي وسايلي که از آغاز به لنت هاي سراميک بنيادي تجهيز شده بودند را بهبود بخشد.
ساختار
صفحات ديسک سراميکي قادر به انجام کار و وظايف خود تا دماي 800 درجه سانتيگراد براحتي هستند واين به لطف پروسه عمل آوري الياف کربن است که قبلاً در اتومبيل هاي فرمول يک با موفقيت انجام شده و حال وارد دنياي خودروهاي غيرمسابقه اي شده است و بدليل پايين بودن وزن مخصوص مواد بکار رفته ميزان حرارتي که ايجاد مي شود کمتر است . صفحات ديسک سراميکي تشکيل شده از الياف کربن و چند نوع رزين هستند که در سازه آن ها از مجاري مارپيچي براي خنک کردن استفاده شده است. بعد از فشرده شدن و مورد استفاده قرار گرفتن در دماي خيلي بالا ، صفحات ديسک در شرايط اتمسفر ووجود ازت در آن و قرار گرفتن در دماي نزديک 100 درجه سانتيگراد کربنيزه شده و تمام اجزاء غيرکربن موجود در ديسک تبديل به کربن مي شود. پروسه مختصري که ذکر شد مربوط به سيستم ترمز اتومبيل هاي فورمولا است و با تبديل شدن اجزاء غيرکربني به کربن خاتمه پيدا مي کند اما در خصوص سيستم ترمزهاي سراميکي خودروهاي اسپرت خياباني يک مرحله بيشتر انجام مي شود. صفحات ديسک به صورت مورب سوراخکاري مي شوند که عمل خنک شدن بهتر انجام گيرد که اين عمل به ديسک ساخته شده از کربن اين امکان را مي دهد که در دماي 1420 درجه سانتيگراد سيليکون مايع را جذب کند. با خنک شدن آن ، لايه اي از silicon carbide برروي صفحه ديسک بوجود مي آيد که از نظر سختي با الماس برابري مي کند. ساختمان کربني که در زير اين لايه سيليکوني قرار گرفته باعث سختي و استحکام صفحه ديسک شده و آن را در مقابل ضربات مقاوم مي نمايد و از آنجايي که چنين سازه اي در مقابل زنگ زدگي وفرسايش مقاوم بوده ، لذا ميزان عمل آن حداقل 300 هزار کيلومتر است . برروي ديسک هاي ترمز پورشه توربو شش پيستون قرار گرفته که در حدفاصل بين آن ها و لنت هاي ترمز يک سري عايق سراميکي جاسازي شده است تا مانع از انتقال حرارت بسيار بالاي ايجاد شده از ديسک ها به قطعات هيدروليکي و روغن ترمز شود. توده هايِ گردان(rotors)سراميکي بدون فنر در چرخ در مقايسه با ديسکهايِ ترمزِ متداول در حدود 20 کيلوگرم يا 50 درصد کاهش وزن مي يابند که نتيجه اين امر افزايش چشمگيرِ قابليتِ کنترل ماشين مي باشد. ديسکهاي ترمز سراميکي Audi از سراميک با جنس « فيبرِ تقويت شده کربن» ساخته شده اند . مواد اوليه بکار رفته در ساخت اين ترکيب که به عنوان سراميک کامپوزيت شناخته مي شود. کربوسيليکونِ بسيار سخت و مقاوم در برابر ساييدگي مي باشد. فيبرهاي کربن با دوام بالا داخل آن گنجانده شده اند که اين کار به نحو کارآمدي تنشهاي بوجود آمده در مواد را جذب مي کند . در مقايسه با صفحه ترمز مشابه از جنس استيل دوام اين ماده از لحاظ زماني چهار برابر مي باشد : مقاومت بالايِ ديسکهايِ سراميکي در برابر سايش به اين معناست که اين ديسکها تا 300?000 کيلومتر باقي خواهند ماند. نهايت سختيِ سطحِ اين سراميک کامپوزيت نيز بدين معناست که ديسکهاي ترمز نسبت به نمکهايِ جاده‌هاي آبي و خاکي و نيز زنگ زدگي و پوسيدگي آسيب پذير نمي باشند. لنت ترمزهاي سراميکي به جايِ فيبرهايِ استيلِ نيمه فلزي از ترکيب هاي سراميکي و فيبرهاي مسي استفاده مي کند . اين امر به لنت هاي سراميکي اجازه مي دهد تا در دماهاي بالاي ترمزگيري اتلافِ گرمايي کمتري داشته باشد و نيز بعد از ايستادن سريعتر به حالت اول خود باز گردند و نيز گرد وخاکِ کمتري رويِ لنت ها و گردنده (rotors) ايجاد کند. به علاوه ترکيب هايِ سراميکي در لنت ترمزهاي سراميکي سرو صداي کمتري را در ترمزگيري بدنبال دارند. علت آنست که ترکيب هاي سراميکي صدايي را با فرکانسِ خارج از گستره شنوايي انسان توليد مي کند. اين لنت ها رفتار حرارتيِ خيلي بهتري از بيشترِ موادِ ارگانيکِ غيرآزبست (NAO) دارند. براي داشتن اين سازگاري در طي چندين سال مواد ضدِ اصطکاک براي ترمز به تدريج شکل گرفته اند ، آنها از آزبستها به فرمولهاي ارگانيک و نيمه فلزي پيشرفت کردند. ويژگي ديگري که مواد سراميکيِ را جذاب مي سازند اين است که از گرد و خاک خبري نيست . تمام لنت ها هنگام ترمز، گردوخاک توليد مي کنند. محتوياتِ داخلِ ترکيب هاي سراميکي گردِ رنگي کمي ايجاد مي کنند که احتمال چسبيدنش به تاير بسيار کم است در نتيجه چرخها و تايرها ظاهر تميزي را براي مدّت طولاني تري خواهند داشت.
تحقيقات و آزمايشات
ديسک هاي ترمز سراميکي براي اطلمينان از استحکام و پايداري تحت سخت ترين و دقيق ترين آزمايشات قرار گرفته اند، در يکي از اين آزمايشات متخصصين کارخانه پورشه مجموعاً 25 بار سرعت پورشه 911 توربو را از 275 کيلومتر بر ساعت به 100 کيلومتر در ساعت رساندند . در مرتبه يازدهم از ميزان اصطکاکي که اندازه گيري شد، مشخص شد که تا 90 درصد اصطکاک اوليه است که بايد گفت چنين رويدادي درحد معجزه در دنياي ترمز بوده چرا که در ديسک هاي ترمز معمولي در چنين شرايطي کارايي آن ها حداقل تا بيش از 50 درصد از بين مي رود. همچنين ميزان متراژ مورد نياز براي توقف در مرتبه يازدهم از سرعت 96 کيلومتر تا توقف کامل با ديسک هاي فلزي 57 است درحالي که اين مسافت با ديسک هاي سراميکي تنها 40متر است . البته لازم به ذکر است که اين متراژ ترمز بدون استفاده از هيچگونه سيستم کمکي ترمز همچون A.B.S انجام شده است که اين يکي از سنت هاي رايج را در کارخانه پورشه است . شرکت Surface Transforms )ST)، چند سال اخير فعاليت خود را در توليد مواد درجه يک سراميک با فيبر کربن و توليد نسل جديد ديسک هاي ترمز با عملکرد بالا ، سپري کرده است . ST به منظور توليد صادقانه روي آزمايش ماشينها هم در جاده و هم در مسيرهاي سخت ، سرمايه گذاري کرده است . تست دينامومتر براي بررسي خصوصيات ديسک و نيز استفاده در اتومبيل در مسابقات سخت، بکار مي رود. اين امر با نقشه برداري از شتاب ها و شتاب هاي منفي از حرکت هاي واقعي، حاصل شده است . ST همچنين آزمايشاتي در Brake testing International انجام داد که شرکت آزمايش گيري مستقلي است که نتايج عادلانه آزمايش را فراهم مي کند. آنها در BTI آزمايش هاي پاشيدن نمک و يخ زدگي را انجام داديم در جايي که قبل از آزمايش به ديسک آب نمک پاشده مي شد و قبل از انجام آزمايش ديسکها تا منفي 20 درجه سانتيگراد سرد شده آزمايش پاشيدن نمک در دماهاي متفاوت و سرعتهاي مختلف انجام شد . سپس همان ديسک در معرض آزمايش نابودي قرار مي گيرد که در آن 40 ترمز پشت سرهم گرفته شود. اين ديسک کاملاً بدون عيب حتي بعد از شوکهاي سنگين در دماي 1000درجه سانتيگراد باقي ماند. ديسک هاي استيل در اين آزمايش دوبار شکسته شدند. ماده بکار رفته در اين آزمايش، لنت هايي از جنس سراميک غني شده با فيبر کربن(CFRC) است که توسط پروسه‌هاي انحصاري ST توليد مي شود. در اين پروسه‌ها پيوند کربن - کربن تبديل به پيوند کربن - سيليکون کربيد (C Si C) مي شود از موفقيت هاي اين شرکت مي توان به توليد مرغوبترين فيبرهاي غني سازي شده به منظور توليد ديسک هاي يکپارچه تا نمونه‌هاي سراميکي تکه تکه را نام برد.
مقايسه ترمز سراميکي و فلزي
يکي ازتفاوتهاي اصلي بينِ موادِ سراميکي و ترمز نيمه فلزي اين است که لنت هاي سراميکي اليافِ استيل ندارند . استيل ايجاد مقاومت کرده و گرما را از گردنده(rotors) منتقل مي کند ولي اين لنت در عين حال سروصدا ايجاد مي کند . همچنين استيل مانند سمباده عمل کرده و باعث خوردگي گردنده مي شود. جايگزيني موادِ سراميکي و فيبرهاي مسي به جاي استيل اجازه مي دهدکه لنت هاي سراميکي، دماهاي بالايي را با اتلافِ حرارتيِ کمتر را تحمّل کنند، سريعتر به حالت اول خود باز گردند، خردگيِ کمتري ايجاد کنند و سر وصداي کمتري ايجاد کنند. لنت ترمزها ديگر قيژقيژ نمي کنند زيرا ترکيب سراميکي صدايي را که خارج از گستره شنوايي انسان است ، ايجاد مي کند . خصوصياتِ ديگري که کمک مي کند لنت هاي سراميکي کاملاً بي سرو صدا باشد وجودِ چَمفِرها ، روزنه‌ها و لايي هايِ عايق است. لايه‌هاي عايق قشر نمناکي ايجاد مي کنند تا لرزشها را قبل از اينکه ايجادِ سروصدا کنند. جذب يا محو گردانند. چمفرها لبه‌هاي زاويه داري هستند که روي انتهاهاي ِ اصلي قرار دارند و هنگام استفاده از ترمز صداي اوليه را کاهش مي دهد . چمفرها سطحِ ترمز را تا حدّي کاهش داده که اين امر باعث افزايش نيرويِ فشار بکار رفته در لنت ها مي گردد. اين امر به کاهش صداي لرزشها نيز کمک مي کند. اسلاتها(slots)، شيارهايي هستند که به صورت عمودي، قطري يا افقي در لنت ها برش داده شده اند تا با تغيير فرکانسِ لرزش از سطح قابل شنيدن به سطح بالاتري که خارج از گستره شنوايي انسان است ، سرو صدا را کاهش دهند.همچنين اين اسلاتها با ايجاد مسيري براي خروج گازها و گرد و خاک در دماهاي بالاي ترمزگيري به کاهشِ خردگيِ ترمز کمک مي کنند.
نقش ترمزهاي سراميکي
لنت هاي سراميکي را مي توان روي هر وسيله نقليه که از ابتدا با لنت هاي سراميکي OEM تجهيز شده اند يا وسايلي که با NAO بهره شده اند، نصب شوند لنت هاي سراميکي براي جايگزيني با لنت هاي نيمه فلزيِ وسايل نقليه سنگين پيشنهاد نمي گردند . در وانت ها و SUV هاي بزرگ براي بارگذاري بالا و دماهاي ترمز گيري بالا نوعاً لنت هايِ نيمه فلزي لازم است. ديسک ترمز سراميکي در پوشه توربو عليرغم آنکه قطر آن ها افزايش پيدا کرده و از mm330 به mm350 رسيده است ، منتهي وزن آن ، به نصف کاهش پيدا کرده است و اين موضوع نظر مهندسين و متخصصان را بسيار جلب کرده است چون مجموعاً باعث کاهش وزن معادل 16?5 کيلوگرم درخودرو شده و اين درحالي است که سازندگان و طراحان همواره در تلاش هستند تا از هر قسمتي از خودرو حتّي چنانچه امکان داشته باشد چندگرم از وزن آن بکاهند. يکي از خصوصيات و ويژگي هاي منحصر به فرد ديسک هاي سراميکي نوع ساختار سطح آن است که ميزان اصطکاک آن 25 درصد بيش از ميزان اصطکاک برروي صفحات ديسک فولادي رايج است که اين موضوع در لحظات آغازين ترمزگيري از اهميت زيادي برخوردار است ، بنابراين در شرايط توقف گيري هاي اضطراري حداکثر توان ترمز در همان لحظات اوليه در دسترس راننده قرار دارد و ديگر نيازي به استفاده از تکنولوژي هاي کمکي ترمز همچون E.B.C و E.S.P نيست.
منابع
http://www.audi.co.uk/audi/uk/en2/tools/glossary/safety/ceramic_brake.html
http://www.systemst.com/products/research-development-testing
http://www.systemst.com/products/product-overview
http://www.car-stuff.com/brakes.htm
http://www.brakeworld.com/ceramic-brake-pads.asp

ارسال توسط کاربر محترم سايت : crystal6