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陶瓷材料与汽车工业

特种陶瓷属于精细陶瓷的一个分支,通常以精制高纯的化工产品为原料,在化学组成、内部结构和使用性能等各方面均不同于传统陶瓷。汽车用特种陶瓷分为功能陶瓷和结构陶瓷两大类。其主要品种有氧化铝,氮化硅,碳化硅,氧化锆等。

功能陶瓷利用其绝缘性、介电性、半导电性和磁性等功能来控制各种传感器,以满足汽车电子化的迅猛发展;结构陶瓷具有高温工况下强度高、耐磨性好、低密和低膨胀系数等性能,广泛用于发动机和热交换零件的制造,有利于提高发动机热效率及受热件的使用寿命。

陶瓷材料主要应用于汽车上一些有较高耐热性、良好摩擦性(甚至无润滑剂时)或惯性较小的部件中。

陶瓷在汽车发动机上的应用

汽车发动机发展了近百年,热效率始终在一个学渣的水平上徘徊。目前应用于汽车发动机主要有柴油机(热效率一般在35%-45%)及汽油机(热效率一般在25%-35%之间)这两种。所以说,燃油发动机的研发之路还有很远,还需要工程师们不屑的努力开发。为了提高发动机效率,减少能量损耗,这就需要取消或部分取消冷却系统,使用耐高温隔热材料以减少燃烧室热量的损失,使发动机可在更高的工作温度下工作,使发动机的燃油效率更高。而特种陶瓷材料耐热、耐磨、耐腐蚀、热膨胀系数小,非常适合用于制造陶瓷绝热发动机。


下表为一些汽车工业较为发达的国家在绝热发动机上采用的结构陶瓷材料。


                                                 汽车陶瓷刹车盘-反应快,耐热

      陶瓷刹车盘并非普通陶瓷,而是在1700℃高温下碳纤维与碳化硅合成的增强型复合陶瓷,其重量只有普通铸铁盘的一半不到。更轻的刹车盘就意味着悬挂下重量的减轻,这令悬挂系统的反应更快,因而能够提升车辆整体的操控水平。另外,普通的刹车碟容易在全力制动下因高热产生热衰退,而陶瓷刹车碟能有效而稳定的抵抗热衰退,陶瓷复合材料能承受1000摄氏度以上温度,因此陶瓷复合材料刹车盘的使用寿命是普通铸铁盘6倍。陶瓷刹车盘造价昂贵,例如一套Brembo的碳陶瓷刹车系统,售价在十几万,一般应用于跑车或赛车上。

                                                 汽车减振器上的陶瓷-高灵敏度

      轿车的减振装置是综合利用敏感陶瓷正压电效应、逆压电效应和电致伸缩效应研制成功的智能减振器。由于采用高灵敏度陶瓷元件,这种减振器具有识别路面且能做自我调节的功能,可以将轿车因粗糙路面引起的振动降到至低限度。


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