Author / EJ
“Keep me in your memory, leave out all the rest”
# 制动篇 #
从90年代末开始，陶碳复合刹车盘就开始小批量应用于高端性能车型中了。
目前陶碳刹车也是高组别赛车的必备部件。在这篇文章中，来自考文垂赛车工程学院的EJ同学找来了一些这方面的资料。
这篇文章偏重学术研究，让我们耐下心来读读吧，说不准你就成为这方面的专家了呢。
—— 蟹爪朝天
现在的民用街车使用环境下，常规钢制刹车系统对比陶瓷复合材料刹车系统更加适合大部分人，毕竟不是大家都不会把回家的路当成BTCC的比赛赛道来开吧，并且钢制刹车系统依然有非常大的发展潜力。
现有的陶瓷刹车对工作温度要求比较高，而且同尺寸陶瓷复合刹车系统的消耗速度更快而且维护费用会比钢制刹车盘高出一大截，而且在比较寒冷的地区使用陶瓷复合材料刹车在到达工作温度前都会发出令人难受的刺耳的滋滋滋的声音，并且在没有到达最佳工作温度前，制动力可以说是一点都不线性。（纯属个人观点，如有错误还望大神们指点）
—— EJ
在不同车型中，虽然铸铁盘和刹车片的尺寸和几何形状各不相同。
但这些盘片系统都有一个共同的问题，就是重量。
非簧载质量的大小对整车性能有着很大的影响。所以如何给刹车盘片减重这个问题是大家一直都在探讨的。与铸铁盘相比，相同尺寸的碳陶盘在非簧载质量上可减轻约30%至50%。
另外，刹车盘这个部件也是有着NVH、寿命和环保等诸多限制因素的。在常规的铸铁盘和陶瓷片的组合中，盘吸收的热量会更多些。
制盘的陶瓷材料对损伤的容忍度较好。
通过微裂纹等吸能机制，可以避免一些整体的脆性断裂。因此，过于集中的应力也不容易导致灾难性的破坏，进而提高盘整体的强度水平。
碳陶盘在使用寿命内的厚度磨损接近于零。
与铸铁盘相比，碳陶盘具有更小的热膨胀系数。
摩擦活性层或者说摩擦界面，对整个系统的性能起着至关重要的作用。与灰色铸铁盘片相比，热力学特性导致碳陶系统中盘片接触层的温度总体更高。
接触层的尺寸取决于化学、压力、温度等因素，其厚度可能从几纳米到几微米不等。预处理的问题也可能会导致性能不足、磨损率增加、NVH恶化等问题。
图中是铸铁盘(蓝色)和碳陶盘(红色)在600°C内的刹车测试结果对比。
起始制动速度100kp/h，减速为0.4g。可以看出：碳陶盘比铸铁盘整体摩擦系数更高，摩擦系数随温度的变化更稳定。
图中可以看出碳陶盘相比铸铁盘的一个缺点：随着刹车压力的升高，碳陶盘的摩擦系数会逐渐下降。
在碳陶系统的开发中，一些厂家考虑到了：
- 导热系数和蓄热能力不高、在高温下的摩擦稳定性较高、整体工作温度较高。这就需要将碳陶系统设计成较高的温度下工作的。
- 水敏感度和压力敏感度要求摩擦材料中有机成分的含量更低，结构强度更高。
- 碳陶片的结构一般有：摩擦材料、衬层、锁止钉、粘合剂、背板、夹铁。其中的抗噪垫片、衬底和摩擦材料会对NVH产生较大的影响。随着整体工作温度的提高，摩擦材料、衬底的固有频率和阻尼特性就变得更重要了。
- 通过试验可以看出，碳陶片中的有机成分在温度在影响下已经出现了降解现象。这种降解产生的空隙会恶化NVH性能。
- 如果可以在性能、寿命、NVH都可接受的情况下，增加刹车片单位面积上的载荷，那么就可以将系统设计得更小，从而减重。
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