1. Chức năng cốt lõi và cơ chế
ổn định hệ số ma sát
Hiệu ứng cắt vi mô: Các hạt corundum nâu (độ cứng Mohs ≥ 9) được nhúng vào bề mặt của đĩa kép (đĩa phanh) trong quá trình phanh, hình thành các rãnh vi mô, tăng độ nhám bề mặt, tránh hiện tượng “trượt” do bề mặt nhẵn trong giai đoạn đầu phanh và làm cho hệ số ma sát ổn định hơn (duy trì trong khoảng 0,35-0,45).
Hiện tượng chống “dính-trượt”: các hạt góc cạnh phá hủy lớp bám dính giữa má phanh và đĩa phanh, triệt tiêu tiếng ồn phanh tần số thấp (như tiếng “kêu cót két”).
Cải thiện khả năng chống mài mòn và tuổi thọ
Chức năng hỗ trợ bộ xương: Là bộ xương cứng của lớp ma sát của má phanh, chịu hơn 60% lực cắt cơ học, giảm tốc độ mài mòn của các thành phần mềm như nhựa và than chì, đồng thời kéo dài tuổi thọ sử dụng khoảng 20-30%.
Khả năng chống mài mòn ở nhiệt độ cao: Duy trì độ ổn định của cấu trúc ở nhiệt độ phanh là 300-600℃ (điểm nóng chảy là 2050℃) và ngăn ngừa tình trạng mài mòn trầm trọng hơn do làm mềm ở nhiệt độ cao.
Tối ưu hóa hiệu suất quản lý nhiệt
Chức năng cầu nhiệt: Độ dẫn nhiệt (~30 W/m·K) cao hơn 10 lần so với ma trận nhựa, giúp tăng tốc độ dẫn nhiệt ma sát đến tấm sau, giảm nhiệt độ bề mặt xuống 100–150℃ và tránh hiện tượng phân rã nhiệt (ngăn ngừa hỏng phanh).
Phù hợp giãn nở nhiệt: Kết hợp với sợi kim loại và sợi gốm để ngăn chặn sự giãn nở thể tích ở nhiệt độ cao của má phanh và duy trì độ ổn định của khe hở phanh.
2. Chi tiết kỹ thuật trong ứng dụng thực tế
Các thông số Giá trị/yêu cầu điển hình Tác động đến hiệu suất
Tỷ lệ bổ sung 5–15 wt% Quá thấp → ma sát không ổn định; quá cao → làm hỏng đĩa phanh
Phân bố kích thước hạt 80–200 lưới (chiếm ưu thế) Các hạt thô (80 lưới) tăng cường khả năng cắt, các hạt mịn (200 lưới) giảm tiếng ồn
Hình dạng hạt Nhiều góc (không phải hình cầu) Tăng cường sự tương tác cơ học và cải thiện tốc độ phản ứng phanh
Độ bền dư ở nhiệt độ cao >90% (thử nghiệm 800℃) Đảm bảo tính toàn vẹn của cấu trúc khi phanh cực độ
3. So sánh hiệu suất với các vật liệu ma sát khác
Loại vật liệu Ưu điểm Hạn chế Các tình huống áp dụng
Corundum nâu Độ cứng cao, chi phí thấp, độ ổn định nhiệt tốt Có thể làm tăng độ mòn đĩa phanh Vật liệu chính cho xe hạng trung và hạng nặng, xe thương mại
Zirconium silicate Độ mài mòn thấp, giảm tiếng ồn tốt Đơn giá cao (gấp 2–3 lần corundum nâu) Xe cao cấp, những dịp có yêu cầu cao về độ yên tĩnh
Sợi gốm alumina Khả năng chống phân rã nhiệt tuyệt vời Độ giòn cao, dễ tạo ra các điểm cứng Xe đua, phanh thường xuyên ở nhiệt độ cao
IV. Xu hướng và thách thức ứng dụng trong ngành
Xu hướng phát triển:
Công thức hợp chất: kết hợp với sợi gốm và sợi titanat kali, có tính đến khả năng giảm tiếng ồn và khả năng chống phân rã nhiệt (như dòng Bosch ECO).
Cải tiến bề mặt: Lớp phủ silane bao phủ các hạt corundum màu nâu để giảm trầy xước trên đĩa phanh (giảm tỷ lệ mài mòn 15%).
Những thách thức hiện tại:
Cân bằng mài mòn: Cần kiểm soát sự mài mòn của đĩa phanh do độ cứng cao bằng cách tối ưu hóa tỷ lệ kích thước hạt (chẳng hạn như tăng tỷ lệ bột mịn 200 lưới).
Áp lực môi trường: tiêu thụ năng lượng cao trong quá trình sản xuất, thúc đẩy ứng dụng công nghệ thu hồi nhiệt thải lò hồ quang (như dự án “corundum nâu không carbon” của Saint-Gobain).
Tóm tắt: Giá trị cốt lõi của corundum nâu
Kinh tế: chi phí thấp để đạt được sự cân bằng giữa hiệu suất ma sát và tuổi thọ, chiếm 8-12% chi phí công thức má phanh;
Độ tin cậy: đảm bảo sự ổn định ở nhiệt độ cao của lực phanh, thích ứng với các tình huống phanh thường xuyên (như đường núi, xe tải hạng nặng);
Không thể thay thế: cơ chế cắt vi mô của các hạt cứng góc cạnh, không có vật liệu nào tốt hơn để thay thế hoàn toàn.
Lưu ý: Má phanh hiện đại cần phối hợp hơn 20 thành phần (nhựa, sợi thép, than chì, v.v.) và corundum nâu đóng vai trò quan trọng như một “bộ khung ma sát”.