PENGGUNAAN REM CAKRAM KERAMIK DALAM BIDANG

OTOMOTIF

Oleh

Pipin Indah Lestari

1106052751

Departemen Teknik Metalurgi dan Material

Universitas Indonesia

Depok

2012

ABSTRAK

Keramik banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari.salah satunya digunakan dalam

bidang otomotif.

Komposit dengan bahan dasar keramik yaitu silikon digunakan dalam pemakaian rem cakram

keramik untuk mobil F1 dan mobil audi.

Hal ini dikarenakan rem cakram yang terbuat dari keramik mempunyai kelebihan antara lain

bobotnya yang lebih ringan ,umur pemakaiannya lebih lama,lebih pakem,lebih tahan aus, dan

lebih cepat melepas panas.

Oleh karena kelebihannya tersebut rem cakram keramik banyak digunakan oleh mobil-mobil

modern.

ISI

I. Pendahuluan

Rem cakram keramik dicetuskan pertama kali oleh insinyur Inggris yang bekerja di

industri kereta api untuk TGV aplikasi pada tahun 1988.Tujuannya pertama kali

adalah untuk mengurangi berat rem dan memberikan gesekan stabil dari kecepatan

yang sangat tinggi dari semua suhu. Hasilnya adalah serat karbon diperkuat proses

keramik yang sekarang digunakan dalam berbagai bentuk untuk otomotif, kereta api,

dan aplikasi rem.

Di dalam bidang otomotif,produk rem cakram digunakan pada mobil yang

membutukan kepakeman dalam pengereman yang tinggi seperti mobil F1 yang

digunakan untuk balapan dan membutuhkan rem yang sangat pakem dibandingkan

rem-rem yang digunakan oleh mobil biasa di jalan raya.

Hal ini disebabkan oleh mobil biasa menggunakan rem dari bahan besi cor yang

memiliki bahan-bahan dengan kemampuan mengusir panas yang disebabkan oleh

gesekan tidak optimal pada suhu cukup tinggi yaitu dapat menahan panas permukaan

400 oC sebelum kegagalan terjadi.Sedangkan pada mobil balap F1 tidak cukup 400o

C ,mereka membutuhkan suhu lebih tinggi untuk menahan panas sebelum terjadi

kegagalan.

Sehingga dibutuhkan material yang bisa menahan panas yang tinggi yaitu

keramik,walaupun dia rapuh,tetapi bisa dikomposisikan dengan bahan lain (komposit)

yang memebuatnya lebih sempurna.

Di paper ini akan dibahas mengenai seluk beluk rem cakram keramik diawali dengan

definisi rem cakram,penjelasan singkat mengenai rem cakram keramik, kekurangan

dan kelebihan dari rem cakram keramik dan aplikasi rem cakram keramik .

II. Pembahasan

1. Definisi Rem Cakram

Rem cakram sudah mulai dikembangkan pada tahun 1890-an di Inggris. Di tahun

1902, Frederick William Lanchester mematenkan rem cakram buatannya dan sukses

digunakan pada mobil Lanchester.

Rem cakram atau disebut juga disc brake adalah suatu sistem untuk memperlambat

atau menghentikan putaran roda kendaraan ketika sedang bergerak.

Rem cakram biasanya terbuat dari besi cor, tetapi dalam kasus ini rem cakram dibuat

dari komposit karbon yang diperkuat keramik.

Cara kerja dari rem cakram yaitu gesekan antara cakram dengan bantalan rem akan

memperlambat atau menghentikan roda. Namun rem harus dijaga agar tidak terlalu

panas, karena panas berlebih akan mengurangi efektivitas rem,jika efektivitasnya

berkurang maka kepakeman dari rem tersebut juga berkurang.

Cakram biasanya dipasang pada roda atau as. Untuk menghentikan roda, bantalan rem

(dipasang pada perangkat yang disebut caliper) harus mencengkeram cakram yang

dipicu oleh gaya mekanis, hidrolik, pneumatik atau elektromagnetik. 

Prinsip Kerja rem cakram yaitu brake pad (gambar 2) mencengkeram disc atau rotor

yang berputar dengan kekuatan hidrolik yang disalurkan kaliper rem .Sehingga Rem

cakram menghasilkan kinerja yang lebih baik dan stabil saat menghentikan kendaraan.

Gambar rem cakram dapat dilihat pada gambar 1.

2. Mengapa harus rem cakram keramik?

Rem cakram biasanya terbuat dari besi cor kelabu perlit (Gambar 3).

Diagunakan karena harga materialnya yang murah dan memiliki sifat antiwear cukup

baik. Namun pemakaian rem cakram besi ini dalam kasus-kasus tertentu misalnya

dalam balap mobil kepakemannya masih kurang dikarenakan besi memberikan

koefisien gesekan lebih tinggi dan tidak seragam.Lalu bahan lain yang digunakan

dalam pembuatan rem cakram adalah aluminium ,karbon dan keramik.

Jelas, dibandingkan besi,aluminium lebih ringan, rem yang terbuat dari besi

mempunyai berat yaitu sekitar 8 kg atau 32 kg per mobil. Aluminium paduan cakram

pernah digunakan dalam Lotus Elise (Gambar 4). Meskipun ringan, mereka kurang

tahan terhadap panas, sehingga Lotus Elise lebih kuat menggunakan rem cakram besi

daripada rem cakram paduan aluminium.

Berbeda dengan alumunium,rem cakram karbon memiliki keunggulan yang hampir

mendekati sempurna dan memiliki sifat yang hampir mirip dengan rem cakram

keramik,antara lain nilai gesekannya sama dengan rem cakram keramik,tetapi

memiliki berat yang lebih dibandingkan rem cakram keramik,dan memiliki harga

lebih tinggi,kekurangan dari rem cakram karbon ini selain harganya yang tinggi ia

kalah unggul dengan rem cakram keramik yang tahan terhadap kondisi basah.

3. Apa itu keramik ?Mengapa ia lebih unggul?

Keramik adalah bahan non-logam yang diproses dan digunakan pada suhu

tinggi. Mereka umumnya material rapuh tetapi mampu menahan kompresi dengan

sangat baik, tidak tahan di bawah tekanan dibandingkan dengan logam, tahan

terhadap panas (refraktori) dan dapat mempertahankan beban tekan yang besar

bahkan pada suhu tinggi. Sifat dari ikatan kimia dalam keramik umumnya ionik di

mana anion ikatan tersebut memainkan peran penting dalam penentuan sifat-sifat

material keramik. Anion dari keramik antara lain karbida, borida, nitrida dan oksida.

Karakteristik dari keramik tersebut yang membuat unggul keramik dari bahan

lain,kekurangan-kekurangan keramik dapat ditutupi dengan mencampurkan dengan

bahan-bahan lain yaitu komposit.

Kelebihan dari cakram rem keramik salah satunya yang paling menonjol adalah

perbandingan berat mereka dengan berat mereka rem cakram lain.rem cakram

keramik lebih dari 61% lebih ringan dari rem cakram besi. Dalam prakteknya ini

mengurangi berat mobil, tergantung pada ukuran cakram rem, hingga 20 kg per

mobil.Selain itu dari segi biaya,harga dari rem cakram ini lebih murah ketimbang rem

cakram karbon yang sangat mahal harganya dan segi penghematan bahan bakar, ia

menghasilkan emisi yang lebih baik dan lebih rendah untuk jarak tempuh yang sama.

Produsen membuat rem cakram dari keramik dengan memperhatikan keselamatan

tanpa menambah berat dari kendaraan itu sendiri dan harga yang relatif terjangkau.

4. Sejarah pembuatan rem cakram dari bahan keramik

Pada hari-hari sebelumnya, rem cakram dibuat dari bahan-bahan konvensional

keramik rapuh yang akan hancur menjadi ribuan keping di bawah sedikit

tekanan.Kemudian divisi penelitian Daimler Chrysler telah mengembangkan teknik

untuk membuat serat karbon rem cakram bertulang yang menghindari masalah

kerapuhan. Dimulai dengan serat karbon panjang,kemudian digantikan dengan

penggunaan serat karbon pendek karena erat karbon pendek terbukti meningkatkan

efisiensi. 

Komposit yang digunakan untuk memproduksi serat cakram rem keramik diperkuat

serat karbon pendek, serbuk karbon, dan campuran resin. Proses ini melibatkan

pengkompresian serat karbon(Gambar 5), bubuk karbon dan campuran resin bersama

dalam suhu 1000 C di dalam tungku karbon ,dalam proses pemanasan ini terciptalah

dari serat karbon dalam matriks karbon. Setelah itu didinginkan sehingga terciptalah

bentuk rangka rem cakram .

Bersama dengan silikon ,rangka rem cakram ini kemudian dimasukkan ke dalam

tungku untuk kedua kalinya. Pori-pori dalam rangka cakram menyerap karbon silikon

yang telah meleleh seperti spons,tetapi serat itu sendiri tetap tidak terpengaruh oleh

proses ini. 

Bahan keramik ini terbentuk ketika karbon matriks menggabungkan diri dengan

silikon cair. Serat ini diperkuat dengan bahan keramik. 

Bahan selanjutnya adalah campuran resin.Resin adalah bahan polimer yang masih

murni.

Resin terdiri dari dua jenis:

1.Resin Thermosetting 

2. Resin termoplastik. 

Resin termoplastik adalah resin yang dapat melunak pada pemanasan mengeras pada

pendinginan. Pemanasan dan pendinginan berulang tidak mempengaruhi sifat kimia

bahan dari bahan resin itu sendiri. Resin ini terbentuk oleh polimerisasi penambahan

dan memiliki struktur rantai panjang molekul. 

Selama proses pencetakan (dengan memanaskan) resin thermosetting mendapatkan

mengeras dan sekali mereka telah dipadatkan, mereka tidak dapat melunak karena

resin tersebut diatur permanen. Resin tersebut selama cetakan, memperoleh tiga

dimensi struktur terkait silang dengan ikatan kovalen yang kuat dominan. Mereka

dibentuk oleh polimerisasi kondensasi dan lebih kuat dan lebih keras dari resin

termoplastik. Mereka keras, kaku, tahan air dan tahan gores. 

Coating (Pelapisan) pada rem cakram keramik

Teknologi baru yang dikembangkan oleh Freno Ltd menggunakan logam matriks

komposit untuk disk (rem) pada dasarnya merupakan paduan dari aluminium untuk

sifat ringan dan silikon karbida untuk kekuatan. Namun ia menemukan bahwa, aditif

keramik terbuat disk yang sangat abrasif dan memberi koefisien rendah dan tidak

stabil gesekan. Jadi disadari bahwa permukaannya harus direkayasa dalam beberapa

cara untuk mengatasi masalah ini. Setelah percobaan, Sulzer Metco Ltd menemukan

jawaban dalam bentuk lapisan keramik khusus. Mereka mengembangkan teknologi

spray termal serta manufaktur plasma yang digunakan untuk bahan pelapisan.

Dalam penggunaannya, permukaan keramik membutuhkan logam karbon gesekan

pad khusus untuk digunakan lapisan bahan pada rem cakram. Kopling ini

menyediakan kondisi yang diperlukan dari ketahanan aus yang luar biasa, koefisien

tinggi dan stabil gesekan. 

Cakram matriks dilapisi komposit pertama kali digunakan pada sepeda motor

performa tinggi, di mana efek gyroscopic berkuramg sehingga memiliki keuntungan

tambahan yaitu membuat siklus lebih mudah untuk diubah. 

Perusahaan lain menggunakannya sebagai bahan Lanxide disk. Untuk memberikan

ketahanan abrasi yang diperlukan, cakram aluminium harus diperkuat dengan bahan

keramik, maka terbentuklah logam komposit. Mereka menggunakan silikon karbida

juga untuk meningkatkan kekuatan. 

DISC BRAKES PORSCHE KERAMIK (PCCB) 

Setelah periode panjang penelitian dan tes Porsche telah mengembangkan rem cakram

kinerja baru tinggi, PCCB (Porsche Rem Komposit Keramik). Porsche telah berhasil

sebagai produsen mobil pertama di dunia untuk mengembangkan rem cakram keramik

dengan pendingin efisien. 

Sistem rem baru ini menawarkan sebuah peningkatan yang substansial dalam

teknologi pengereman mobil dan menetapkan standar baru dalam hal kriteria yang

menentukan seperti respon pengereman, stabilitas, dan berat dari rem itu dan

pelayanan yang lebih baik. 

PORSCHE KERAMIK KOMPOSIT BRAKE 

Sistem rem baru Porsche juga menawarkan keuntungan jelas dalam keadaan darurat

pada kecepatan rendah.Dalam aplikasi darurat kasus rem dengan teknologi PCCB

tidak memerlukan kekuatan pedal substansial atau bantuan teknis yang melayani

pembangunan kekuatan rem maksimum dalam sepersekian detik. Sebaliknya, Rem

Komposit Keramik Porsche memastikan perlambatan maksimum dari awal tanpa

memerlukan tekanan khusus pada pedal rem.Dan pelapisan rem ini memungkinkan ia

masih unggul walaupun dalam kondisi yang basah dengan mengubah proses yang

melibatkan pemanasan serat bubuk karbon, resin dan karbon dalam tungku sampai

sekitar 1700 derajat Celcius ( proses vakum tinggi )

PCCB dipasang di PORSCHE 911 TURBO (Gambar 6)

5. Kelebihan dan kekurangan rem cakram keramik

1. Rem cakram keramik 50% lebih ringan dari rem cakram logam. Akibatnya, mereka

dapat mengurangi berat mobil hingga 20kg. Dalam kasus kereta api berkecepatan

tinggi seperti kereta api dengan 36 cakram rem, jumlah ini penghematan sampai 6

ton. Selain itu rem cakram keramik juga hemat bahan bakar.

2. Piringan rem keramik memiliki nilai-nilai gesekan yang konsisten selama proses

keseluruhan perlambatan. Dengan cakram rem keramik Porsche, mobil mampu

mengurangi kecepatan dari 100 km untuk 0 km dalam waktu kurang dari 3 detik.

 

3.Pengereman berdasarkan suhu lingkungan menjadi faktor yang sangat penting pada

rem cakram logam,tetapi tidak di rek cakram keramik,baik pada lapisan rem maupun

pada rem cakramnya itu sendiri mempertahankan gesekan yang tinggi tanpa

memperdulikan apakah suhu sedang panas ataupun dingin. 

4. Keramik mempertahankan perlawanan mereka sampai dengan 2000 derajat

celcius.Hanya jika suhu perlawanan lebih dari ini, mereka kehilangan stabilitas

mereka. 

5. Penelitian lapangan awal telah menunjukkan bahwa rem cakram keramik masih

bisa diandalkan membawa mobil untuk berhenti bahkan setelah 300.000 kilometer. 

6. Mereka tidak tergantung pada berapa lama waktu pemakaian, bebas perawatan dan

tahan panas dan karat. 

7. Kendaraan berat komersial dapat mengerem dengan aman jarak jauh tanpa harus

menjalani perawatan rem. 

8. Rem cakram keramik tidak karat di bawah konsentrasi oksigen yang tinggi. 

9. Tahan terhadap keadaan kering dan basah dengan sangat baik. Keramik adalah

bahan dan bantalan rem yang selalu tetap kering. 

Kerugian utama dari rem cakram keramik adalah tingginya biaya awal

mereka. Awalnya matriks keramik komposit rem cakram akan lebih mahal daripada

yang logam teknologi saat ini karena jumlah produksi rendah dan biaya produksi yang

tinggi. Tapi, karena keuntungan yang banyak di atas, rem keramik pasti menjadi lebih

murah dalam jangka panjang karena dibuat dalam jumlah produksi yang banyak.

6. Aplikasi rem cakram keramik

Rem cakram keramik pertama dipakai oleh mobil Formula 1 dan digunakan untuk

balapan di lintas balap karena mobil tersebut membutuhkan kepakeman yang lebih

sempurna dibandingkan dengan mobil-mobil lain,kemudian dilanjutkan dengan mobil

Audi ,mobil mahal yang digunakan di jalanan biasa .

Pada pertengahan 90-an rem cakram keramik juga digunakan oleh mobil sport

Perancis Venturi dan diterapkan di jalan.

Tersedia juga sistem rem baru Porsche Keramik Komposit dengan produk dan model

PORSCHE 911 TURBO dengan kecepatan puncak 305 km / h (189 mph) dan

akselerasi dari diam ke 100 km / jam (62 mph) dalam 4,2 s. 

PORSCHE 911 GT2 

911 GT2 baru dilengkapi dengan sistem pengereman paling efektif yang pernah

ditampilkan pada produksi Porsche: Rem Komposit pada Porsche Ceramic (PCCB) -

sebuah teknologi baru yang dirancang untuk mengatasi bahkan dengan kondisi yang

paling ekstrim di pacuan kuda dan di jalan .

Mercedes Benz SLR juga tersedia dengan rem cakram keramik. Dan masih banyak

lagi mobil modern yang sudah menggunakan rem cakram keramik.

III. Kesimpulan

1.Rem cakram keramik adalah rem cakram yang terbuat dari komposit yaitu

campuran dari serat cakram rem keramik yang diperkuat oleh serat karbon pendek,

serbuk karbon, dan campuran resin.

2.Rem cakram keramik mempunyai keunggulan lebih banyak daripada rem cakram

yang terbuat dari besi cor antara lain dari segi berat ,kehematan bahan

bakar,kepakeman pada saat pengereman sehingga sekarang dipakai untuk mobil-

mobil modern seperti F1 dan mobil audi.

3.Aplikasi rem cakram keramik di bidang otomotif antara lain selain digunakan pada

mobil F1 dan mobil audi juga digunakan pada mobil PORSCHE 911

TURBO ,PORSCHE 911 GT2,Mercedes Benz SLR dan jenis mobil lainnya.

Lampiran

Gambar 1

Diadaptasi dari http://www.2carpros.com/articles/how-to-replace-front-brake-pads-and-rotors-fwd

Gambar 2

Diadaptasi dari http://autorepairanswers.com/troubleshooting/brakes-problems/a-10-step-troubleshooting-brake-problems-guide-part-1/

Gambar 3

Diadaptasi dari http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-industri/bahan-baku-dan-produk-industri/besi-tuang-cast-iron/

Gambar 4Diadaptasi dari http://www.autonews-insight.info/2011-lotus-elise-price.html

Gambar 5

Diadaptasi dari http://eka-zulkarnain.blogspot.com/2010/07/mobil-f1-mobil-paling-aman-sedunia.html

Gambar 6

Diadaptasi dari http://mobil-dijual.bosmobil.com/spesifikasi-773/summary-Porsche_911_Turbo_Tiptronic.html

DAFTAR PUSTAKA

Data:

1.  http://www.hinduonnet.com/thehindu/2000/05/25/ceramic disc brake

2. Teknik Otomotif Global Internasional Viewpoints Online, Nov_ 1999 

3. http://www.porsche.com 

4. http://www.daimlerchrysler.com 

5. http://www.mercedesbenz.com

6. http://www.howstuffworks.com 

Gambar-gambar:

7. http://www.2carpros.com/articles/how-to-replace-front-brake-pads-and-rotors-fwd

8. http://autorepairanswers.com/troubleshooting/brakes-problems/a-10-step-troubleshooting-

brake-problems-guide-part-1/

9. http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-industri/bahan-baku-dan-produk-industri/besi-

tuang-cast-iron/

10. http://www.autonews-insight.info/2011-lotus-elise-price.html

11. http://eka-zulkarnain.blogspot.com/2010/07/mobil-f1-mobil-paling-aman-sedunia.html

12. http://mobil-dijual.bosmobil.com/spesifikasi-773/summary-Porsche_911_Turbo_Tiptronic.html