Frens ceràmics o carboceràmics: pros/contres, preus i tipus

Un dels millors discos de fre que ens podem trobar són els frens ceràmics. Les seves qualitats estan molt per sobre dels frens convencionals que porten la majoria dels cotxes.

Entre els seus avantatges estan: la seva resistència, un pes menor i una gran durabilitat. Encara que hi ha moltes altres virtuts que la majoria desconeix. Pel que fa als seus desavantatges, a part del seu elevat cost, que fa que només els veiem en alguns esportius, també hi ha algun contra que fa que més d'un es penedeixi d'haver-lo comprat.

Tipus de frens

Un fre de disc es compon essencialment de les pastilles de la pinça i del disc. Un disc de fre és un implement bastant simple. La seva funció és transformar lenergia cinètica del moviment lineal del cotxe en calor quan és subjectada per la pinça i les pastilles de fre (a través de la fricció). El material utilitzat per construir un disc ha de tenir la capacitat d'absorbir i dissipar la calor, alhora que ha de tenir suficient resistència mecànica per suportar la força de subjecció de la pinça i el parell de frenada. També ha de transmetre una quantitat adequada i controlable de fricció en interactuar amb les pastilles de fre.

En la fabricació de frens hi ha tres tipus, encara que en aquest article ens centrarem en dos:

• Metàl·lics, confeccionats en ferro massís.
• Carboceràmics o ceràmics (compostos per una matriu ceràmica)
• Carboni pur (utilitzats en competició)

Avantatges dels frens ceràmics

És ben conegut que el rendiment dels frens ceràmics és superior al dels d'acer. Tant se val si són perforats, ratllats o altres dissenys per millorar les seves capacitats, els ceràmics sempre estaran molt per sobre.

La seva principal qualitat és que tenen una major resistència a la temperatura, així que no mostren símptomes d'estar exhausts quan se'ls dóna un ús intensiu. Per això és pràcticament impossible que es lloïn per experimentar un xoc tèrmic molt brusc. Per això l'equipen els cotxes pensats per a circuit, superesportius o, com un extra, en cotxes d'alt rendiment. Pots veure uns frens ceràmics en acció a la prova de l'Audi RS3 Sedán:

Per aquest motiu, i per altres propietats del material, també són més duradors que els frens convencionals. Tant és així, que se sol dir que duren més de 300.000 quilòmetres. Tot i això, aquesta xifra és enganyosa perquè, segons l'ús que se li doni i el tipus de cotxe que sigui, la seva durada es pot reduir molt. A més, ni de bon tros estem parlant de 300.000 km en circuit, sinó més aviat amb una conducció normal.

Com a afegit, el pes és la meitat que el dels d'acer. Això aporta un altre avantatge extra als cotxes esportius que els porten, que precisament necessiten reduir el seu pes tot el possible. Aquest avantatge s'accentua fins i tot més en alguns casos perquè algunes marques utilitzen materials lleugers com l'alumini o el titani per reduir el pes d'altres parts del fre.

Els frens ceràmics també poden reduir les distàncies de frenada en alguns casos. Encara que això és així principalment perquè perden molta menys capacitat de frenada en escalfar-se.

L'avantatge que la majoria desconeix té a veure amb el medi ambient. Els frens ceràmics produeixen molt menys pols fins en funcionar. Unes partícules molt petites que es queden en suspensió a l'aire i que afecten la salut de les persones i fins i tot redueixen la seva esperança de vida.

Desavantatges dels frens ceràmics

Veuràs que aquesta llista és molt més curta que la dels avantatges, però cal no oblidar que els frens ceràmics també tenen les seves contrapartides. La primera i més òbvia és el preu, que és molt més gran que el dels discos de frens normals.

El desavantatge que alguns compradors desconeixen quan es decanta per muntar frens ceràmics és que grinyolen amb certa freqüència. Un so que pot ser una mica molest en cotxes que es facin servir per alguna cosa més que per córrer. Per exemple, a la línia RS d'Audi o els models M de BMW.

De què estan fets els frens ceràmics

Encara que se solen anomenar frens ceràmics per simplificar, és més correcte anomenar-los discos de compost ceràmic. La paraula compost fa al·lusió que el material ceràmic, el silici, es combina amb fibra de carboni per augmentar-ne la resistència. Per això es diuen també frens carboceràmics.

Per ser més exactes la fibra de carboni es compacta en gran mesura, però deixa uns porus pels quals entra el carbur de silici fos creant una matriu ceràmica a l'interior. El resultat és un compost extremadament dur i resistent a l'abrasió i la temperatura.

Com es fabriquen

Per crear linterior dels discos ceràmics es barreja fibra carboni amb una resina, es fica en uns motlles amb la forma del disc i es compacta amb una premsa amb una força de 20 tones mentre s'escalfa a 200ºC. Amb això s'aconsegueix que la fibra de carboni es compacte i que la resina es converteixi en plàstic.

Després de refredar els discos, s'eliminen les parts rugoses i se li fan uns forats de ventilació, per tot seguit escalfar-los de nou en un forn durant dos dies. Allí se n'elevarà la temperatura fins als 1.000 graus de manera progressiva per produir una alteració química que converteix el plàstic en carboni.

El següent pas és afegir pols fina de silici al disc i ficar-ho de nou al forn durant 24 hores més. Allí s'escalfarà gradualment fins a arribar als 1.700ºC, per fondre la pols fina de silici i convertir-lo en carbur de silici. Un material extremadament dur que es filtra pels microporus del disc.

Ara arriba el moment de fer-ne uns forats extra a la part interior, que és on s'inserirà la copa necessària per poder muntar-los. Després, se'ls afegeix una capa de pintura protectora per aïllar el carboni de l'oxigen de l'atmosfera. Un pas crucial que evita que l'oxigen permeti el cremat del carboni a altes temperatures. La pintura es cura en un altre forn, deixant darrere seu una polsina blanca.

Finalment, un robot poleix la superfície dels discos i una càmera analitza el disc a nivell microscòpic per assegurar-se que no hi hagi imperfeccions. Un cop finalitzada aquesta comprovació de qualitat, se li afegeix la copa per poder-lo muntar al cotxe. Com podeu veure, és un procés llarg en què tots els passos sumats superen una setmana per fabricar un lot de discos.

Aquest tipus de material es diu Carbon Fibre-reinforced Silicon Carbide (C-SiC), la traducció del qual a l'espanyol és Fibra de carboni reforçada amb Carbur de Silici.

Tipus de frens ceràmics

Com passa amb molts sistemes i invents del món del motor, cada marca li dóna un nom diferent com a part de la seva campanya de màrqueting. No obstant això, en molts casos les diferències essencials entre els uns i els altres són mínimes o inexistents quant al seu funcionament i construcció.

Aquest és el cas dels frens ceràmics, que reben noms com Ceramic Composite Material (CCM), Ceramic Matrix Composite (CMC) o Carbon Ceramic Brakes (CCB). Fins i tot noms més específics que inclouen la marca com Porsche Ceramic Composite Brakes (PCCB). Però, en essència, estem davant del mateix tipus de frens basats en la tecnologia abans descrita: Carbon Fibre-reinforced Silicon Carbide (C-SiC).

El tipus de frens amb què no s'ha de confondre són els frens Carbon-Carbon (C/C). S'usen en aeronàutica, transport ferroviari i la fórmula 1, perquè són fins i tot més resistents. No obstant, la seva temperatura de funcionament òptima és massa alta per posar-la als frens de cotxes de carrer. Com el seu nom indica, no són frens ceràmics perquè només tenen carboni tractat de manera molt específica, que es triguen encara més a fabricar.

Val la pena posar frens ceràmics?

Els frens són un dels elements més importants del nostre cotxe que pertanyen a la seguretat activa. Uns bons frens ens permeten aturar abans el cotxe i, en segons quins casos, evitar un possible accident. Per això, segons aquest raonament, uns frens ceràmics seran una bona decisió si es disposa de pressupost. No obstant això, això no ha de ser així.

Donades les seves qualitats, només té sentit posar uns frens ceràmics a un cotxe si se li donarà un ús molt intensiu. És a dir, córrer en un circuit i practicar una conducció que amb un altre material més feble provocaria el sobreescalfament dels discos. Una situació extrema que només se sol donar en competició o en tandes de circuit molt exigents.

Preu dels frens ceràmics

El més assequible en cotxes de producció són els models que poden equipar-los com a extra prop de 10.000 euros. Encara que aquest desemborsament sol incloure peces de més pistons, modificacions al xassís per millorar el seu comportament dinàmic i alguns detalls estètics.

Si marxem a l'altre extrem, del més car que hi ha en cotxes de carrer són els discos de frens carboceràmics del Bugatti Chiron. Substituir-los juntament amb les pastilles i les pinces de titani impreses en 3D costa més de 50.000 euros.

En resum

Els frens ceràmics estan fabricats de ceràmica reforçada amb fibra de carboni. Aquest composite ceràmic, juntament amb el carbur de silici, ofereix una gran resistència a l'abrasió, a més de proporcionar una gran duresa.

Els orígens dels frens ceràmics vénen dels avions i també de la competició, oferint uns resultats molt bons. Aquest tipus de frens es caracteritzen per tenir una molt bona resistència al fading i, a més, poden arribar a durar quatre vegades més que uns frens convencionals d'acer.

La temperatura que poden arribar a assolir els frens quan els utilitzem és de 700 º C, reduint la seva eficàcia. Afortunadament, els frens ceràmics no tenen aquest problema i són capaços de repartir la calor per tota la superfície del disc.

Pel que fa al pes dels frens ceràmics es pot dir que són molt més lleugers que els convencionals. Aquest tipus de frens poden arribar a pesar la meitat, cosa que ens proporciona un estalvi de pes important.

Tot i això, no tot són avantatges en els frens ceràmics. Aquests frens tenen un preu molt elevat, fent-los molt exclusius i només els vehicles esportius de marques com Ferrari o Porsche equipen aquest tipus de frens als seus vehicles. El cost daquest tipus de frens pot arribar a superar els 9.000 euros.

La fabricació d'un disc de fre ceràmic és molt més lenta que la d'un de normal, podent trigar gairebé un dia complet a fabricar un únic disc.

La vida útil dels discos de fre ceràmics pot arribar als 300.000 quilòmetres. Per tant, en molts casos, aquest tipus de frens no caldrà substituir-los durant tota la vida del vehicle.

Imatges – twin-loc, Andy Durst, Travis Isaacs, Yahya S., The359, Ben Ramirez, Bill Abbott, Razvan Orendovici