Braunes Aluminiumoxid (auch bekannt als braunes geschmolzenes Aluminiumoxid, BFA) ist ein wichtiger abrasiver Zusatzstoff in vielen Reibmaterialformulierungen, insbesondere in asbestfreien organischen (NAO) und halbmetallischen Bremsbelägen.
1. Materialprofil: Braunes Aluminiumoxid
Zusammensetzung: Hergestellt durch Schmelzen von Bauxit (Aluminiumerz) mit Koks und Eisen in einem Elektrolichtbogenofen. Es besteht hauptsächlich aus α-Al₂O₃, enthält aber 2–4 % Titandioxid (TiO₂) und weitere Verunreinigungen (Siliciumdioxid, Eisenoxide).
Wichtigste Eigenschaften (im Vergleich zu weißem Aluminiumoxid):
Hohe Härte: Mohs-Härte ~8,9 (etwas niedriger als die von weißem Aluminiumoxid mit 9,0, aber immer noch extrem hart).
Hohe Zähigkeit: Ihr herausragendstes Merkmal. Das TiO₂ fördert eine robustere Kristallstruktur, wodurch es widerstandsfähiger gegen Quetschungen oder Brüche bei Stößen wird.
Selbstschärfend: Beim Bruch spaltet sich das Material entlang von Spaltflächen und legt so neue, scharfe Kanten frei. Dies trägt zu einer gleichmäßigen Schleifwirkung bei.
Kostengünstig: Im Allgemeinen günstiger als weißes Aluminiumoxid, da kostengünstigere Rohstoffe verwendet werden (Bauxit im Vergleich zu gereinigtem Aluminiumoxid).
2. Die Bedeutung von 325 Mesh
Partikelgröße: 325 Mesh entspricht einer durchschnittlichen Partikelgröße von ca. 44 Mikrometern (0,044 mm). Dies gilt als mittelfeines Pulver .
Warum diese Größe bei Bremsbelägen wichtig ist:
Kontrollierter Abrieb: Fein genug, um sich gleichmäßig in die Reibungsmatrix zu integrieren und eine gleichmäßige, vorhersehbare Reibung zu gewährleisten, ohne dabei den Rotor übermäßig zu belasten.
Oberflächenkontakt: Bietet eine große Anzahl von Kontaktpunkten für eine effektive Reibungsmodulation ohne das übermäßige „Eingraben“, das mit gröberen Körnungen verbunden ist.
Geräuschminderung: Feinere Partikel erzeugen im Vergleich zu sehr groben Körnungen seltener hochfrequente Quietschgeräusche, wobei die richtige Mischung aber weiterhin entscheidend ist.
Dispersion: Lässt sich gut mit anderen Pulvern (Harzen, Fasern, Schmierstoffen) zu einer homogenen Mischung vermischen.
3. Hauptfunktionen der Bremsbelagzusammensetzung
Braunes Aluminiumoxid mit einer Korngröße von 325 Mesh dient als leistungsmodifizierender Schleifmittelfüllstoff :
Reibungskoeffizienten-Stabilisator & -Modifikator:
Verhindert Verglasung: Seine harten, scharfen Partikel ritzen die Reibfläche sowohl des Bremsbelags als auch der Bremsscheibe mikrofein auf und verhindern so die Bildung einer glatten, reibungsarmen, glasartigen Schicht („Verglasung“).
Erhält die Reibung bei hohen Temperaturen: Wirkt dem Reibungsverlust bei erhöhten Temperaturen entgegen, indem die Reibfläche kontinuierlich erneuert wird. Seine Zähigkeit gewährleistet Langlebigkeit auch unter hohen Scherkräften.
Verschleißmanagement:
Erhöht die Verschleißfestigkeit der Bremsbeläge: Verbessert die Gesamthaltbarkeit des Bremsbelagmaterials.
Definierter Rotorverschleiß: Es handelt sich um ein kontrolliertes Abrasivmittel, das messbaren Rotorverschleiß verursacht. Dies ist ein kalkulierter Kompromiss. Der gleichmäßige, feine Abrieb von 325-Mesh-Partikeln ist dem unregelmäßigen, rissigen Verschleiß durch unkontrollierte oder grobe Abrasivmittel vorzuziehen.
Thermische und mechanische Funktion:
Wärmeleitung: Aluminiumoxid besitzt eine gute Wärmeleitfähigkeit, was die Wärmeableitung an der Reibungsfläche erleichtert.
Strukturelle Integrität: Die harten Partikel erhöhen die mechanische Festigkeit der Reibungsmatrix.
4. Typische Anwendungs- und Formulierungsüberlegungen
Anwendungsbereiche: Weit verbreitet bei OE-Ersatzbremsbelägen, Bremsbelägen für den mittleren bis hohen Leistungsbereich im Aftermarket und Bremsbelägen für Nutzfahrzeuge, bei denen ein robuster und kostengünstiger Reibungsmodifikator benötigt wird.
Typische Dosierung: Üblicherweise 3 bis 8 Gewichtsprozent der gesamten Reibmischung. Der genaue Prozentsatz ist eine kritische Balance, die durch umfangreiche Formulierungsversuche ermittelt wird.
Wichtigste Synergien und Ausgewogenheit:
Wirkt in Verbindung mit Schmierstoffen (z. B. Graphit, Koks), um den gewünschten Reibungswert und die gewünschte Reibungskurve (μ vs. Temperatur) zu erzeugen.
Muss mit Verstärkungsfasern (Aramid, Stahl, Glas) und dem Harzbindemittel im Gleichgewicht stehen .
Aufgrund seiner Härte eignet sich braunes Aluminiumoxid besonders für Formulierungen, die Beständigkeit unter hoher Belastung oder aggressiver Fahrweise erfordern.
5. Vorteile und Herausforderungen
Vorteile:
Kostengünstige Leistung: Bietet eine ausgezeichnete Abrasivwirkung und Reibungsstabilität zu geringeren Kosten als Premium-Alternativen.
Langlebig und widerstandsfähig: Hält hohen Scherkräften besser stand als sprödere Schleifmittel.
Zuverlässige Reibung: Sorgt für stabile und vorhersehbare Reibungseigenschaften über einen weiten Temperaturbereich.