關於陶瓷煞車碟盤損耗

我有些車友改裝陶瓷碟盤,這些車友並非選用原廠品項,也非套裝品 (至少煞車蹄片/來令片另行搭配),其中有人的煞車皮消耗非常快,當時我不以為意,直至近日又有朋友提起有些人的陶瓷碟盤損耗特別快的狀況,才興起一探究竟的念頭。

不過我還是沒有找到我想知道的事情。以下是有關陶瓷煞車的介紹,整理自一些巳知的文件和資料。

何謂陶瓷煞車碟盤

雖然中文習慣稱之陶瓷碟盤,但實際上這東西裡面不只有「陶瓷」(Ceramic) 而巳,成份還包含碳和碳纖,因此常見的英文稱號是 Carbon Ceramic,而一整套煞車除了碟盤之外,其實煞車皮亦含有碳和碳纖成份,不過本次僅談論碟盤的部分,在後面將統一以 CC (Carbon Ceramic) 碟盤稱之。或許亦有人稱之碳纖碟盤,不過印象中好像沒有這麼聽說過。

陶瓷是數種材料的統稱,使用在煞車碟盤的陶瓷指的是矽和碳化矽 (silicon carbide / SiC),這種材料有極佳的硬度和耐熱能力,混入碳纖一同以 200°C 與每單位兩噸的壓力繞結,再以 900°C 燒上兩天的時間來改變內部外學結構,以便產生足夠的剛性和強度,方適合做為煞車碟盤。然後,有些類型的 CC 碟盤會再注入矽粉以 1,700°C 烤上 24 小時,讓熔解的矽滲入碟盤並形成碳化矽表層,再以一種特殊漆料隔絕空氣與碳的接觸 (減少氧化的機會)。

下方影片大致敘述了 Brembo SGL CC 碟盤的製作過程,影片略過了細節和等待的時間,實際上整個製程費時約 20 天,也因此 CC 碟盤之所以如此昂貴:

碳纖碳化矽複合材料的密度遠低於鋼鐵,因此做為煞車碟盤使用時,重量僅有鋼鐵的一半左右。玩車人皆知,減少簧下重量能提升車輛操控表現,當今車廠在價位高至一程度的產品上,由於輪圈一台比一台大,煞車的重量也跟著增加,因此必需提供 CC 碟盤為標配或選配項目來減輕簧下負擔,同時附加外觀所代表的價值。各車廠的陶瓷煞車有不同的名稱,最著名的是 PCCB (Porsche Ceramic Composite Brake)。

陶瓷碟盤壽命

由於碳化矽,CC 碟盤幾乎不會磨損 (還是會,但非常輕微),而耐磨正是 CC 碟盤的主要賣點。一般車主或許不因性能而選擇 CC 碟盤,卻也可能受到壽命長的特性吸引,畢竟大尺寸鐵盤也不便宜,加上煞停表現優的煞車皮特別吃碟盤,因此 CC 碟盤似是一勞永逸的選擇。Brembo SGL 宣稱 CC 碟盤的壽命是傳統碟盤的四倍,一般正常的道路使用狀況可以撐到三十萬公里;這些數字當然會因不同的使用方式而有所變化。

然而車廠文宣乃至汽車媒體的介紹裡,可能刻意忽略 CC 碟盤的使用條件以避免談及壽命驟減的問題。沒錯,在特定情況中,CC 碟盤的壽命極短,例如 Brembo 曾在談及 Ferrari Enzo 時表示,在極端的賽道使用場合中,CC 碟盤的壽命僅有 2,000 km 1

CC 碟盤幾不磨損,但是當碟盤溫度高過 600°C (不同廠牌可能有不同的溫度上限) 並維持一段時間,內部的碳成份會開始氧化 (變成二氧化碳) 然後變輕 2,輕到某程度後這塊碟盤就不能再用了,因此在辨視 CC 碟盤損耗方面,除了目視磨損記號之外,還有拆下磅重量的方式,而碟盤上會標記最低重量,低於指示便表示下課時間到了。

在賽道上,600°C 並不算一個夠高的標準,所以許多鍾情 track day 的 Porsche 車主皆知,如果想要開得很用力,最好還是把昂貴的 PCCB 換下來 3,或者避免使用到防滑與 torque vectoring 這些會在駕駛意識之外自行煞車的機關。

Brembo SGL CCB & CCM

Brembo SGL 旗下有兩種陶瓷碟盤類型,分別為 CCB (Carbon Ceramic Brakes) 與 CCM (Ceramic Composite Material),CCB 就是本段落之前所談具碳化矽 (silicon carbide / SiC) 表層的 CC 碟盤,另一種 CCM 則無。

車友若未在新車上選配或標配各家專用的 CC 碟盤,事後購買它牌來改則需要特別注意是 CCB 還是 CCM。下方列出 Brembo SGL 供應各車廠 CC 碟盤的類型:

  • CCB — Volkswagen AG (Porsche, Audi, Bentley, Lamborghini, Bugatti) & AMG
  • CCM — Ferrari, Aston Martin, Chevrolet, Lexus, Nissan, Pagani, Maserati, Jaguar, Alfa Romeo & McLaren (MP4-12C / 650S)

Brembo SGL 的 CCB 與 CCM 特性不同,對應的煞車皮成份理論上也應該不同,若發生異常快速磨損的情況,除了煞車溫度沒控制好之外,另一個原因便有可能是選皮錯誤。

McLaren P1 Akebono

Akebono 把 CC 碟盤的技術推升到更高的境界,宣稱其產品所使用的材質比 MP4-12C (Brembo SGL) 能多吸收 50% 的熱量,使得溫度上限再提升 150°C。McLaren 12C GT3 與 P1 使用 Akebono CCB。

Carbon-carbon composite brake

有些店家會用 F1 科技來拉抬 CC 碟盤的地位,事實上 F1 使用的 Carbon-carbon composite brake 與市售車搭載的種類並不一樣,F1 完全不需要考慮耗材的耐久度,成份的設計針對超高溫不衰退並能撐完一場比賽即可,與市售版 CC 碟盤不同而能耐熱 1,000°C 以上 (F1 煞車溫度有可能上達 1,200°C),但最佳工作溫度仍在 300°C 與 800°C 之間,低於 300°C 時煞停效果很差 (不適合道路使用),超過 800°C 時則會加速氧化 4

以 Brembo 產品為例,最接近 F1 材質的市售碟版本號為 CCM-R (一整套含卡鉗的價格約三萬美金,是 Porsche 和 BMW 選配的近四倍價格),但它仍與 F1 使用的材質不同。

未解的問題

前面的段落巳說明過 CC 碟盤氧化的特性,不僅如此,有些人的 CC 碟盤有不耐磨的問題,這不禁使我懷疑 Brembo SGL CCB 和 CCM 的差異,後者缺少額外的碳化矽表層,例如 Ferrari 的 CCM 碟盤,是否正是不耐磨的原因? 如果 CCM 不耐磨,就算排除氧化,其壽命是否仍值得花那麼多錢選用? 如果 CCB 比較好,為何 Brembo 的客戶中除了 VAG 與 AMG 之外,其它皆選擇 CCM?

我沒有以上問題的答案,我的用車情境也沒有 CC 碟盤存在的必要,所以靠我自已永遠都找不到答案。若讀者知道答案,請不吝分享!

Notes:

  1. Monica Michelini from Brembo Media Relations: “This feature means that the wear resistance of Carbon Ceramic Material guarantees an approximate disc life of 150,000 km for road use and 2,000 km for extreme track use (e.g. Ferrari Challenge).”
  2. 依據 BMW M Power 的說法:the silicon carbide friction coating is virtually non-wearing. However, on the racetrack, the brake discs may be subject to oxidative wear. When the discs are repeatedly heated to temperatures of 600 degrees and over, the fibres within the brake disc burn up.
  3. 有關 PCCB 壽命的部分,網路上討論與抱怨相當多,除了開法是否太激烈之外,變數還有選用的煞車皮種類 (PCCB Porsche 原廠提供兩種不同的 Pagid 型號,其一屬競技導向),以及賽後 cool down 是否確實等,不在本文研究的範圍
  4. 參見 http://www.formula1-dictionary.net/brakes.html