تکنولوژی به‌نام ترمزهای دیسکی کربن _ سرامیکی

به گزارش خبرگزاری ایمنا، ترمز ابزاری برای بازداشتن یک وسیله از حرکت است و بدیهی است که هر وسیله نقلیه متحرکی باید یک سیستم ترمز کامل داشته باشد. البته در ابتدای ایجاد صنعت اتومبیل و وسایل نقلیه که این ادوات از سرعت بالایی برخوردار نبودند، شاید اهمیت این سیستم چندان حیاتی به نظر نمی‌رسید، اما در حالی که امروزه سرعت، حرف اول را در برتری وسایل نقلیه می‌زند، تمرکز بر سیستم ترمز اتومبیل‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است.

ترمزها مدل‌های مختلفی دارند که البته سال به سال و به واسطه پیشرفت‌هایی که در صنعت خودرو و دیگر صنایع اتفاق می‌افتد به‌روزتر می‌شود. لازم به ذکر است ترمزها گاهی به صورت ترکیبی نیز کار می‌کنند و از چند مدل ترمز در یک خودرو استفاده می‌شود.

با این حال همه سیستم‌های ترمز خودرو، متشکل از چند بخش اصلی است که شامل لنت (BrakePad)، کلیپر (Brake Caliper)، روغن ترمز، بوستر (Brake Booster) و دیسک (Disc) است که دارای انواع و اقسام گوناگونی هستند و با توجه به نیاز و نوع خودرو انتخاب شده و در خودرو به کار گرفته می‌شوند.

ترمزهای دیسکی کربن _سرامیکی (Carbon-Ceramic Braking Disks) یکی از ده‌ها نوع ترمز است که به واسطه استفاده از کربن و سرامیک در آن، مزایای قابل‌توجهی نسبت به سایر ترمزها دارد.

حتی تحت فشار کاری هم خنک می‌ماند

هادی طوقیان، کارشناس ارشد مکانیک در رابطه به تکنولوژی ترمزها به خبرنگار ایمنا می‌گوید: از گذشته تا به امروز استفاده از مواد مقاوم در برابر حرارت و بر پایه کربن- سرامیک از اقدامات بسیار پرهزینه پژوهش‌ها و اکتشافات فضایی بوده است.

وی می‌افزاید: جالب است بدانید در گذشته سطح زیرین شاتل‌های فضایی ناسا با کاشی‌های سرامیکی – سیلیسی پوشانده می‌شد که برای مقاومت در برابر گرمای اصطکاک ایجاد شده هنگام ورود مجدد شاتل فضایی به جوّ زمین طراحی و تولید شده بود. به طور کلی در مواقعی که دما در بالاترین حد خود قرار داشت، به ویژه در مخروط دماغه و لبه‌ی بال‌های پیشران شاتل‌های فضایی، از کربن تقویت‌شده استفاده می‌شد.

این کارشناس ارشد مکانیک در راستای سرآغاز ترمزهای مکانیکی تاکید می‌کند: شگفتی علم مهندسی کُنکوُرد (نوعی هواپیمای مافوق صوت) در آنست این بود که در سال ۱۹۷۶ (حدود ۵۰ سال پیش) اولین نمونه از سیستم ترمز با استفاده از اجزای کربن-کربن (الیاف کربن تقویت شده با گرافیت) در ساخت آن به کار رفت. درواقع نخستین ترمزهای کربن- کربن قبل از بهینه‌سازی و بهره‌مندی سیستم خودروهای F1 (فرمول یک) از این فناوری، در یک هواپیما مورد استفاده قرار گرفت چرا که این ترمزها حتی تحت فشار کاری نیز خنک می‌ماند و برای وسایل نقلیه سنگین بسیار مناسب‌اند.

فناوری نوین در ساخت ترمز کربن _کربن

طوقیان می‌گوید: علیرغم تمام مزایای استفاده از ترمزهای کربن-کربن، نقاط ضعفی نیز وجود داشت که منجر به بررسی سایر مواد به عنوان جایگزین شد.

وی ادامه می‌دهد: ترمزهای کربن _کربن در شرایط سرد یا مرطوب اصلاً خوب کار نمی‌کردند که در نتیجه برای استفاده در جاده‌ها نامناسب بودند. آنها همچنین دوام زیادی نداشتند زیرا کربن در دماهای بالا اکسید می‌شود (در هنگام ترمز کردن دما بالا می‌رود)، این امر باعث می‌شود هزینه نگهداری و تعمیرات در یک وسیله نقلیه افزایش یابد.

این کارشناس مکانیک عنوان می‌کند: مشکلات ترمزهای کربن _کربن منجر به توسعه ترمزهای کربن- سرامیکی شد که بیشتر مزایای ترمزهای کربن-کربن را حتی با استحکام و دوام اضافی ناشی از به کارگیری سرامیک‌ها دارا بودند.

وی می‌افزاید: با پیشرفت علم، ترکیب «کاربید سیلیس» ارائه شد که باعث افزایش مقاومت در برابر اکسیداسیون و شوک حرارتی شده و در نتیجه باعث شد تا دیسک‌های ترمز بیشتر دوام بیاورند و طیف وسیع‌تری از تغییرات دمایی را تحمل کنند.

طوقیان اذعان می‌کند: با وجود قیمت بالای ترمزهای نسل جدید کربنی، خودروسازان پیشرو و ممتاز جهان به استفاده از این ترمزهای جدید روی آوردند، چرا که کیفیت حرف اول را در بازار فروش خودرو می‌زند. جالب است بدانید اولین کاربرد خودرویی از فناوری ترمز سرامیکی در قطارهای پرسرعت بود (اصلاً جای تعجب نیست که کاهش سرعت اجسامی که بسیار پرقدرت در حال حرکت هستند، به ویژه هنگامی که وزن آنها به صدها تن می‌رسد، امری حساس و کاملاً فناورانه خواهد بود.)

وی تشریح می‎‌کند: دلیل گران بودن ترمز سرامیکی به فرآیند تولید آن برمی‌گردد. ساخت آنها به زمان طولانی و تلاش زیادی نیاز دارد، به نحوی که ساخت هر دیسک ترمز نزدیک به یک ماه زمان می‌برد، اما روز به روز این مدت زمان در حال کاهش و بهینه‌شدن است.

این کارشناس ارشد مکانیک ادامه می‌دهد: یک ترکیب فیبرکربن و رزین سیلیکونی در قالب‌ها قرار داده می‌شود و قبل از سرد شدن، تحت فشار ۲۰ هزار کیلوگرم در ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد قرار می‌گیرد.

وی می‌افزاید: این قالب قبل از اینکه پودر سیلیکون بیشتری به آن اضافه شود، مجدداً طی دو روز در دمای ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد گرم می‌شود و نهایتاً برای بار سوم تا ۱۷۰۰ درجه برای ۲۴ ساعت دیگر -این بار در خلاء- گرم می‌شود. فرآیندی که مواد خام اطراف الیاف کربن را به سرامیک کاربید سیلیس تبدیل می‌کند و دوام و طول عمر را افزایش می‌دهد.

طوقیان تصریح می‌کند: لازم به ذکر است ترکیب دو ماده سرامیک و کربن، طیف گسترده‌ای از مزیت‌ها را نسبت به دیسک‌های فلزی ارائه می‌دهد که شامل کاهش وزن قابل توجه، عمر بسیار طولانی‌تر، تحمل دمای بیشتر و افزایش قدرت توقف یا همان قدرت ترمزگیری است.

وی در پایان می‌گوید: با این حال، برای بهره‌مندی از این مزایا، هزینه گزافی باید پرداخت کرد به طوری که قیمت دیسک‌های ترمز کربن-سرامیکی، اگر نگوییم بیشتر از دیسک‌های ترمز کربن-کربنی است، قطعاً به همان اندازه خواهد بود.