เรียบเรียงโดย Joh BURUT

จานเบรก คาร์บอน-เซรามิค (Carbon-ceramic Brakes) ถือเป็นจานเบรกระดับเทพที่สามารถพบเห็นได้ในรถซุปเปอร์คาร์สมรรถนะสูง-และ-รถแข่งระดับมืออาชีพเท่านั้น จานเบรกประเภทนี้ จึงถือเป็นอุปกรณ์ระดับพรีเมี่ยม ที่นอกจากจะหาซื้อได้ยากแล้ว ยังหาที่เซอร์วิสยากอีกด้วย โดยรถยนต์สายซิ่งที่ติดตั้งจานเบรกคาร์บอน-เซรามิค มาตั้งแต่โรงงานเลย ก็มีตั้งแต่ PORSCHE 911 Turbo S, Ferrari F12 รวมไปถึงก็อตซิลล่าจากเกาะญี่ปุ่นอย่าง Nissan GT-R Spec-V ก็ได้รับการติดตั้งอาวุธลับชิ้นนี้มาตั้งแต่กำเนิดเลยทีเดียว

จานเบรกคาร์บอน-เซรามิค ถือกำเนิดขึ้นโดยเวทมนต์จากเทคโนโลยีด้านวัสดุศาสตร์ ถึงแม้จะมีรูปร่างหน้าตาที่ไม่แตกต่างจากจานเบรกแบบปกติ (แบบเหล็กหล่อ) เท่าไหร่นัก ...แต่จานเบรกคาร์บอน-เซรามิคนั้น มีความแข็งแรง-และ-มีประสิทธิภาพสูงกว่าจานเบรกแบบปกติ หลายเท่าตัวเลยทีเดียวครับ มันจึงไม่แปลกเลยที่ จานเบรกประเภทนี้จะถือเป็น ‘แรร์ ไอเท็ม’ ของวงการยานยนต์ และนอกจากจะมีราคาที่สูงลิบลิ่วแล้ว ยังมีกระบวนการผลิตที่ซับซอน และใช้ระยะเวลายาวนานอีกด้วย

บทความแนะนำ – รู้เฟื่อง-เรื่องเบรก ตอนที่ 1 : จานเซาะ-จานเจาะ-จานเรียบ : จานเบรกแบบไหน...มีประสิทธิภาพสูงที่สุด

เบรกคาร์บอน-เซรามิค ของ Nissan GT-R Spec-V

เรียกได้ว่าเป็นเทคโนโลยีจากอากาศยาน ที่ถ่ายทอดมาสู่วงการรถยนต์อย่างแท้จริง นั่นก็เพราะว่า แรกเริ่มเดิมทีนั้น เบรกคาร์บอน-เซรามิคได้ถูกนำมาใช้กับเครื่องบินซึ่งมีน้ำหนักมากกว่ารถยนต์-รถแข่ง หลายเท่าตัว ว่าแต่ว่า...จานเบรกคาร์บอน-เซรามิค มีข้อได้เปรียบอย่างไรบ้าง มันถึงได้รับความไว้วางใจให้มาทำหน้าที่หยุด ‘เครื่องจักรบินได้’ ที่มีน้ำหนักมหาศาลเหล่านี้

จานเบรกคาร์บอน-เซอร์รามิค ติดตั้งในเครื่องบินพาณิชย์

สำหรับในบทความนี้ เราก็จะไปเจาะลึกจานเบรกคาร์บอน-เซรามิค ว่าโดยพื้นฐานแล้ว มันประกอบไปด้วยวัสดุอะไรบ้าง? มีกระบวนการผลิตอย่างไร?  นอกจากนั้นแล้ว เราจะวิเคราะห์ข้อได้เปรียบของจานเบรกประเภทนี้ เพื่อหาคำตอบว่า ทำไมมันจึงขึ้นชื่อว่าเป็นจานเบรกที่ดีที่สุดในโลก?

ขั้นตอนการผลิตจานเบรกคาร์บอน-เซรามิคเบรก

เริ่มแรกนั้น คาร์บอนไฟเบอร์และเรซิ่นแห้ง จะถูกผสมเข้าด้วยกัน หลังจากนั้น จะเทลงใส่แม่พิมพ์โดยมีอะลูมิเนียมเป็นโครงสร้างหลัก นอกจากนั้นแล้ว อะลูมิเนียมเหล่านี้ ยังทำหน้าเป็นรูระบายความร้อนอีกด้วย (อะลูมิเนียมจะถูกถอดออกหลังจากการกดด้วยแรงดันสูง)

หลังจากนั้น ส่วนผสมที่อยู่ในแม่พิมพ์จะถูกอัดด้วยแรงดันสูง (กดด้วยน้ำหนักประมาณ 20 ตัน) และนำเอาเข้าเตาตบเป็นเวลา 2 วันเต็ม โดยอุณหภูมิที่ใช้อบสูงราวๆ 1,000 องศาเซลเซียส

เมื่อการอบขั้นแรก เสร็จสิ้นแล้ว ผงซิลิคอนจะถูเทลงไปที่จานเบรกเพื่อแล้วทำการอบครั้งที่ 2 โดยจะกินเวลา 1 วันเต็ม หลังจากนั้น จานเบรกจะถูกเคลือบเพื่อป้องกันคาร์บอนสัมผัสกับออกซิเจนในอากาศ (อ็อกซิเจนสามารถเผาคาร์บอนได้ ในอุณหภูมิสูง จึงจำเป็นต้องเคลือบด้วยสารเคลือบทนความร้อนสูง) ขั้นตอนสุดท้ายคือการขัดปาดหน้าจาน ก็เป็นอันเสร็จเรียบร้อยครับ

วิดีโอ – กระบวนการผลิตจานเบรกคาร์บอน-เซรามิค

หลังจากที่ได้ทราบกระบวนการผลิตของจานเบรกคาร์บอน-เซรามิคแล้ว เราก็มาวิเคราะห์ข้อได้เปรียบกันต่อดีกว่า ไปเริ่มกันเลยที่ ข้อได้เปรียบข้อที่หนึ่ง...

ข้อได้เปรียบของจานเบรกคาร์บอน-เซรามิค

ประการที่ 1 – ทนความร้อนได้สูง : ไม่เกิดเบรก-เฟด

ความสามารถในการทนความร้อน คือข้อได้เปรียบที่เด่นชัดที่สุดของเบรกคาร์บอน-เซรามิค โดยพื้นฐานแล้ว คาร์บอน-เซรามิคเป็นวัสดุที่ ‘ไม่อม’ ความร้อน นั่นหมายความว่ามันจะส่งผ่านความร้อนออกสู่บรรยากาศโดยทันที เพื่อรักษาอุณหภูมิของตัวมันเองให้มีค่าต่ำอยู่ตลอดเวลา เบรกชนิดนี้จึงถูกนำมาใช้กับเครื่องบินเพื่อหลุดล้อระหว่างการแลนดิ่ง ซึ่งขณะที่ใช้เบรกอย่างเต็มที่นั้น จานเบรกอาจจะมีอุณหภูมิสูงถึง 1,600-องศาเซลเซียสเลยทีเดียว

โดยปกติแล้ว เมื่อเรามีการใช้เบรกอย่างหนักหน่วงเป็นเวลานานๆ ยกตัวอย่างเช่นการแข่งขันประเภทเซอร์กิต ที่ต้องใช้สมรรถนะของเบรกอย่างเต็มที่ในทุกๆ โค้ง การใช้งานเบรกอย่างต่อเนื่องในลักษณะนี้ จะทำให้จานเบรกและผ้าเบรกมีอุณหภูมิสูงมากๆ ถ้าหากว่าไม่มีการระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพแล้ว จะส่งผลให้เกิดอาการ ‘เบรก-เฟด’ เป็นผลให้แรงเบรกลดลงอย่างมากมหาศาล ...แต่ปัญหานี้ จะไม่เกิดขึ้นกับจานเบรกแบบคาร์บอน-เซรามิค ซึ่งสามารถทนความร้อนได้สูงกว่าจานเบรกแบบปกติเกือบเท่าตัว

ความรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับ เบรก-เฟด (Brake Fade)

ระบบเบรกนั้น เป็นระบบที่มีความร้อนอันดับสองรองจากเครื่องยนต์ ถึงแม้ว่าตัวจานเบรกเองจะสามารถสร้างแรงเสียดทานได้อย่างมากมาย แต่ถ้าไร้ซึ่งการระบายความร้อนที่ดีแล้ว ก็ไม่แคล้วต้องได้พบเจอเหตุการณ์ เบรก-เฟด (Brake Fade) อย่างแน่นอนครับ เพราะฉะนั้น ระบบเบรกที่ดีต้องมีความสมดุลระหว่างการสร้างแรงเสียดทาน (Friction Performance) และการระบายความร้อน (Cooling Efficiency)

ถ้าพูดถึง เบรก-เฟด แล้ว...มันเกิดขึ้นได้ 2 กรณีด้วยกันครับ กรณีแรกก็คือ เฟดด้วยแรงเสียดทาน (Friction Fade) หมายถึง การที่ผ้าเบรกได้รับความร้อนมากเกินไป จนกระทั่งไม่สามารถสร้างแรงเสียดทานได้อีกแล้ว (หรือสร้างได้น้อยลง) อีกกรณีหนึ่งก็คือ เฟดเพราะน้ำมันเบรกเดือด (Fluid Fade) ในกรณีที่สองนี้ เกิดจากการที่ระบบเบรกไม่สามารถระบายความร้อนได้ทัน ส่งผลให้น้ำมันเบรกมีอุณหภูมิสูงขึ้นจนกระทั่งเกิดการเดือด เราเรียกอาการนี้ว่า เบรกหาย หมายถึงเหยียบเท่าไหร่ รถก็ไม่ยอมหยุดนั่นเองครับ

บทความแนะนำ - รู้เฟื่อง-เรื่องเบรก ตอนที่ 2 – อาการ ‘เบรก-เฟด’ คืออะไร? สามารถแก้ไขได้อย่างไรบ้าง?

เบรกคาร์บอน-เซรามิค ของ FERRARI F12

ประการที่ 2 – จานเบรกคาร์บอน-เซรามิค มีน้ำหนักเบากว่า

เนื่องจากว่าคาร์บอน-เซรามิค ถูกสร้างขึ้นจากวัสดุประเภทคอมโพสิต มันจึงมีน้ำหนักเบากว่าจานเบรกแบบเหล็กหล่ออย่างมหาศาล โดยปกติแล้ว จานเบรกคาร์บอน-เซรามิค จะมีน้ำหนักเบากว่าถึง 50% เรียกได้ว่าเบากว่าแบบครึ่งๆ เลยครับ ยิ่งถ้าใส่จานเบรกคาร์บอน-เซรามิคทั้ง 4-ล้อ จะทำให้น้ำหนักโดยรวมลดลงถึง 15-20 กิโลกรัม

คำถามต่อมาก็คือว่า...เบากว่า แล้วดียังไง?

จานเบรกถือเป็นชิ้นส่วนที่ชิ้นส่วนที่ถูก ‘คั่น’ ด้วยสปริง (ห้อยลงมาจากตัวรถ) ซึ่งเราจะเรียกชิ้นส่วนพวกนี้ว่า ‘ชิ้นส่วนใต้สปริง’ (Unsprung Components) ซึ่งจะประกอบไปด้วย ล้อ, ยาง, ลูกปืน, จานเบรก+คาลิปเปอร์, ปีกนก (หรือ เอ-อาร์ม), เพลาขับ, ข้อต่อต่างๆ รวมไปถึงสปริงและช็อคอัพด้วยครับ

ในทางทฤษฎีนั้น น้ำหนักใต้สปริง (Unsprung Weight)...ควรมี ‘ค่าน้อยที่สุด’ พูดอีกอย่างได้ว่า ยิ่งเบา...ก็ยิ่งดี ครับ เพราะน้ำหนักใต้สปริงนั้น จะส่งผลกระทบโดยตรงต่อ การตอบสนอง ของช่วงล่าง

เบรกคาร์บอน-เซรามิคของ BMW M3

ยิ่งน้ำหนักใต้สปริงน้อย (น้ำหนักเบา = ใส่ปีกนกอะลูมิเนียม, ใส่ล้อฟอร์จ,ใส่จานเบรกคาร์บอน ) จะทำให้ชิ้นส่วนช่วงล่าง ‘หยุดสั่น’ ได้เร็วกว่า ...ในทางตรงกันข้าม ถ้าหากว่า มีน้ำหนักใต้สปริงมากๆ (ใส่ล้อใหญ่เกินพอดี, จานเบรกหนักเกินไป) ก็จะทำให้ชิ้นส่วนช่วงล่างเกิดการ สั่น มากกว่าปกติ เป็นผลให้ช่วงล่างไม่สามารถตอบสนองได้อย่างทันท่วงที

อ่านความสำคัญและหลักการของ ‘น้ำหนักใต้สปริง’ ได้ในบทความเรื่อง - PUSH ROD SUSPENSION : เจาะลึกหลักการทำงาน และวิเคราะห์ข้อได้เปรียบ

ประการที่ 3 – จานเบรกคาร์บอน-เซรามิค มีอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่า

เนื่องจากจานเบรกคาร์บอน-เซรามิคมีความแข็งแรงมากกว่า ทำให้มีอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่า โดยจานเบรกคาร์บอน-เซรามิคที่ใช้สำหรับรถยนต์สมรรถนะสูงที่ใช้ขับในชีวิตประจำนั้น (พวก PORSCHE และ FERRARI) มีอายุการใช้งานมากถึง 300,000-350,000 กิโลเมตร

เบรกคาร์บอน-เซรามิค ของ PORSCHE 911 Turbo S

แต่สำหรับจานเบรกคาร์บอน-เซรามิค ที่ใช้ในการแข่งขันนั้น มีอายุการใช้งานเพียงแค่ 50,000 กิโลเมตรเท่านั้น (ก็ถือว่าเยอะพอสมควรเลยครับ สำหรับรถแข่งที่วิ่งแค่เดือนละครั้ง น่าจะใช้ได้ราวๆ 10 ปี หรือตลอดอายุไขของรถแข่งเลยทีเดียว)

ประการที่ 4 – จานเบรกคาร์บอน-เซรามิค เกิดฝุ่นน้อยกว่า

เมื่อใช้จานเบรกคาร์บอน-เซรามิค ร่วมกับผ้าเบรกคาร์บอน-เซรามิคแล้ว จะส่งผลให้เกิดฝุ่น หรือที่เรียกว่า ‘Brake Dust’ ในปริมาณที่น้อยกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับจานเบรกแบบเหล็กหล่อ ช่วยลดความสกปรกที่จะเกิดขึ้นบริเวณซุ้มล้อ ทำให้ล้อแม็กมีความใหม่อยู่ตลอดเวลา

สำหรับบทความนี้ ก็ขอจบลงแต่เพียงเท่านี้นะครับ หวังว่าท่านผู้อ่านจะได้รับความรู้ไม่มากก็น้อย แล้วพบกันใหม่ในบทความชุด ‘รู้เฟื่อง-เรื่องเบรก’ โดยท่านผู้อ่านสามารถติดตามบทความใหม่ๆ ได้โดยตรงที่ แฟนเพจ Joh’s Autolife ได้เลยครับผม

เรียบเรียงโดย Joh BURUT