兰博基尼陶瓷刹车盘「兰博基尼碳陶瓷制动盘工艺解读」

之前去试驾兰博基尼Urus老王注意到这台车上非常著名的CCB碳陶制动盘，由布雷博制动公司出品的非常出色的产品，本期借着这个车型的热点给大家介绍一下碳陶瓷制动盘的细分种类以及制造工艺，感兴趣记得关注老王！

制动系统广义上是一个能量转换的过程工具，要将汽车行驶的动能转换为热能。全油门加速很费油这个大家都知道，那反过来制动过程等于把大多数动能又注入回刹车系统用来减速，所以能量转换足够快的同时散热也不能拖沓。

制动盘主流材料有三种，普通的金属盘，耐热性差，过了熔点性能直线下降出现热衰减。另外两种分别是碳碳和碳陶制动盘。

F1上使用的Carbon-Carbon制动盘

这两种材料都是高性能，基础材料都是碳。区别在于，碳陶是在碳的基础上加入硅，高温高压下跟碳元素发生化学反应产生耐磨的碳化硅，注意啊并不是加入陶瓷。

而所谓的碳碳，区别就在于不添加硅，而是碳纤维再融入碳元素进行高温烧制。你可以粗略认为，碳碳偏向赛用，碳陶偏向性能民用。比如法拉利F1上用的是碳碳，普通458和这辆Urus用的就是碳陶，因为碳陶刹车在多数时候，对极限控制、失效衰减，都要比碳碳更加线性，保证性能的同时，失效先兆比较明显，脾气更好拿捏。

这里确实难理解，难理解的点在于调整窗口这个概念。我想到动力总成一个类似例子，为什么双离合湿式比干式靠谱？明明摩擦片是想增大摩擦力进行动力衔接，为什么还要加油液让摩擦系数下降变得更滑呢？ 因为摩擦力是摩擦系数与正压力的乘积，对于同样的摩擦力需求，如果摩擦系数过大，正压力的调节窗口就会变小，导致对正压力进行线性调节的难度就会变高。

干式双离合摩擦片从静摩擦到滑动摩擦再到动力衔接，这个调整窗口是非常小的，而湿式双离合一方面确实摩擦片本身和干式的相比耐久度优化了，但更重要的是有了油液的润滑和散热，摩擦系数显著下降了，给到摩擦片正压力值也可以更大了，调节范围也更宽了，变相提升了摩擦片的耐久。

制动盘道理类似，高载荷下两种材料使用门槛不同，碳碳相对碳陶来说，确实是载荷越大时摩擦系数就越高，制动能力也强，但因为材料相对较软，寿命一般很短，而且碳碳的盘子如果温度上不来刹车距离有时候还不如普通金属盘，这也是为什么赛车的热身圈那么重要的原因，这一点开过赛车的人应该有体会。

那么对于考虑到普通道路的Urus来说，显然碳陶刹车片更为合适，摩擦系数和碳碳相比都比较平均，载荷的变化影响是不大的，更适合作为民用跑车。而且碳陶材料也很耐高温，一千七甚至两千摄氏度都不是事儿，密度还不到钢的1/4非常轻，寿命还长。

那么有的人问，有的车碳陶刹车上带有一些裂纹是怎么回事？

在碳陶制动盘这个范围内，这种盘子叫CCB，Carbon ceramic Brake 带裂纹是因为这种刹车盘表面覆盖了一层和基体膨胀系数不一样的陶瓷涂层，做成裂纹能提前释放应力。

另外，有的车CCB碟片上每隔120度就有的一个小圆孔，里面是没有陶瓷摩擦层覆盖的，可以直接看到碟身的颜色，配合厂家给的色卡，就可以判断氧化程度。

这辆车我猜测是这一个内圈不参与制动一圈起到这个同样的功效，urus这种CCB碳陶工艺被称为短纤维压制工艺，据说和STO上面的CCM-R的长纤维依然有差距。

碳纤维制动盘其实还有两种细分

短纤维制动盘Chopped Fiber和长纤盘Continuous Fiber。前者是预先压制成型的，生产速度快成本低，但韧性不如后者。为什么呢？因为长纤维盘有一个重要工序，这道工序会用0度和90度的碳纤无纬布中间插入胎网层进行堆叠，然后用类似钩针的东西将纤维从各个面先刺破再翻出来，形成一种微观毛面。

这道工艺英文叫Needling，我起初以为翻译错了，应该算一种广义的编织，后来发现这里面除了钩针以外还有注射针，形成交叉纤维的同时，将含有硅元素的浆料注入盘体形成湿胚，所以确实叫做针刺更合适。

这个工艺中碳纤维当然会有断裂，但纤维达到一定针刺数量和规模后，自身的断裂变得不再重要，被微观拉出来的纤维束在层与层之间勾连，反而扩大了能量耗散的路径和面积，增加了各方向的热负荷能力，提高了整体冲击损伤容限，起到了和普通短纤维同样耐磨效果的同时最大程度避免了断裂。

这是只有长纤维制动盘才有的工艺。我们之前在测试的时候，制动盘遇到掉块或者崩边的，多半都是短纤盘。因为这种工艺韧性差，所以很容易因为碰撞造成损坏。

在针刺这个工艺之后两者就相差不大了，都要用传统的气相渗透把碳元素融进多孔结构中，再放到高温炉中去渗入硅元素，这两个步骤的学名叫做 CVI增碳工艺和反应熔渗陶瓷化工艺。经过一段时间的等待，最终形成这种优秀的复合材料。

算上最后的机加工，制备周期非常长，所以说成本高，高在这种地方。与前面说的碳碳材料相比，性能更稳定，和短纤压制的碳陶制动盘相比，强度和韧性都更均衡。所以相比之下长纤维盘子工艺会更难，但每个品牌其实侧重点不一样，不能完全判断谁好谁坏，不同品牌不一样。

好了，知识扩展结束，无论如何今天这辆Urus配的Brembo碳陶材料都可以说是数一数二的。之前接触过航天方面的朋友跟老王说，碳陶航天也有而且需要考虑更多，比如要求抗等离子冲刷和强辐射的特殊要求，不过你可以认为除了这两项，车用碳陶的科技含量和复杂度一点不弱于航天水平。

很多看了我节目的学生不是在纠结以后选什么专业吗？本期里面的关键词如果引发了大家的兴趣，报专业的时候，可以考虑一下材料学里面的碳纤维领域。Urus这套制动系统除了材料本身以外，还运用 CFD计算流体动力建模，重新定义了散热边界，确保高效。仿真这一块目前数据不多，等我有了给大家分享出来。