陶瓷材料在汽车上的应用现状及前景
王国峰
车辆2班222012322220127
摘要：陶瓷材料是一种新型材料，陶瓷材料的应用，对减轻车辆自身质量、提高发动机热效率、降低油耗、减少排气污染、提高易损件寿命、完善汽车智能性功能等都有积极意义。介绍了几种常用特种陶瓷的主要性能及其在汽车发动机、制动器、减振装置、轴承、传感器等方面的应用。简要分析了目前特种陶瓷在汽车上应用并不广泛的主要原因。
关键词：陶瓷；汽车；应用
0引言
陶瓷是古老而又新型的材料，通常分为传统陶瓷和特种陶瓷两大类。传统陶瓷以天然硅酸盐矿物为原料烧制而成，也叫硅酸盐陶瓷。与之相区别，人们将近代发展起来的各种陶瓷总称为特种陶瓷，也称为新型陶瓷、高技术陶瓷或精细陶瓷。特种陶瓷以精制高纯的化工产品为原料，在化学组成、内部结构、性能和使用效能等各方面均不同于传统陶瓷。
特种陶瓷具有各种优异、独特的性能，应用在汽车上，对减轻车辆自身质量、提高发动机热效率、降低油耗、减少排气污染、提高易损件寿命、完善汽车智能性功能都具有积极意义。
1汽车用特种陶瓷材料分类及特点
特种陶瓷不是传统意义上的陶瓷,它属于精细陶瓷的一个分支,也可称为新型陶瓷高技术陶瓷或工程陶瓷汽车用特种陶瓷可分为功能陶瓷和结构陶瓷两大类.
1.1氮化硅陶瓷
氮化硅陶瓷是新型特种陶瓷材料 ,它原料丰富加工性能好在化工机械和现代尖端技术等方面均有应用制备方法有反应烧结法和热压烧结法 ,主要性能特点是强度
高化学稳定性好抗温变性能好耐磨绝
缘制品精度高可用于制造耐磨耐蚀耐
高温及绝缘零部件用氮化硅陶瓷材料制造发动机, 工作温度从理论上可提高到1370度左右 ,温度提高可使燃烧充分发动机热
效率提高并降低排气污染, 反应烧结氮化硅可用于制造泵的机械密封环高温轴承
阀门等零件热压反应烧结氮化硅可用于制
造切削刀具。
1.2氧化铝陶瓷
氧化铝陶瓷的原料是工业氧化铝性能好但工艺复杂成本高制备方法是在工业氧化铝中加入少量添加剂然后经制坯烧结而成对表面粗糙度和尺寸精度要求高的制品还应进行研磨和抛光处理主要性能特点是高强度高硬度耐磨耐高温和具有良好的绝缘性能可用于喷砂用的喷嘴纺织用的导热器及火箭用倒流罩也可作高温实验仪器及化工零件轴承内燃机火花塞活塞和触媒载体运动零件!活塞活塞销等"减小质量后可使内燃机减少摩擦节约能源加快响应和减小振动表 # 为汽车用高温结构陶瓷的主要性能参数.
1.3碳化硅陶瓷
碳化硅陶瓷是用碳化硅粉把石英碳和木屑装入电弧炉中在1900－2000度的高温下合成利用粉末冶金经反应烧结和热压烧结工艺制成碳化硅陶瓷的最大特点是高温强度好（在1400度时抗弯强度仍保持500－600MPA传热能力强热稳定性好并且耐磨可用于制作火箭尾部喷嘴浇注金属用喉嘴轴承燃气轮机的叶片高温热交换器材料及各种泵的密封圈等氮化硅和碳化硅属于非氧族陶瓷.
2陶瓷材料在汽车上的应用
从理论上分析汽车上能用特种陶瓷材料制造的零件很多但由于受到生产价格
制备工艺可靠性等条件的限制实际大批投入生产应用到汽车上的零部件并不多
大部分仍处于研究开发阶段。
2.1陶瓷绝热发动机
2.1.1陶瓷活塞
陶瓷活塞一般用于柴油机在涡流室柴油机中用陶瓷材料代替贵重金属可进一步减少冷却装置因此整体成本有望降低直
喷式柴油机中利用陶瓷材料的耐高温性能在活塞顶部镶入陶瓷块热效率噪声与排放情况均有所改善.
2.1.2陶瓷气缸套
根据不同的需要陶瓷气缸套可有以下三种形式:
一:缸套内表面全部喷涂陶瓷材料日本小松发动机即采用此结构 .
二:仅用陶瓷材料做成缸套上圈 .
三:用金属和陶瓷材料复合制成全陶瓷缸套采用全陶瓷缸套代替传统的气缸套可防止汽缸内热能损失简化发动机结构进而提高热效率和降低发动机质量.
2.1.3陶瓷配气机构
利用陶瓷材料低密度耐热和耐磨的特点用陶材料制造气门气门座挺柱气门弹簧和摇臂可以少气门座的变形和落座时的弹跳降低噪声与振动长使用寿命我国1;.H? 型发动机在采用陶瓷配气构后各种工况下可节油三菱公司采用陶瓷成发动机摇臂五十铃公司用氮化硅制成的陶瓷气门在使用中也取得了较好的效果
2.1.4陶瓷传感器
随着汽车工业的发展人们对汽车的安全性节能性舒适性智能化要求越来越高而国家对噪声排气污染的限制也有了更高的要求这就使具有绝缘性介电性半导体性压电性和导磁性等特异性能的功能陶瓷材料在汽车上作为诸多调控敏感元件的应用范围越来越大品种和规格日趋完善这些元件主要有温度传感器热敏电阻和感温铁氧体空燃比传感器氧化铝氧传感器氧化钛氧传感器稀薄空燃比传感器废气传感器浓差电池式氧化锆传感器临界电流式氧化锆传感器半导体型氧化锆传感器与传感器爆震传感器利用压电性传感器和硅压力传感器等。
2.2陶瓷汽车制动器
陶瓷制动器是在碳纤维制动器上制造二成的。一块碳纤维制动碟最初由碳纤维和树脂构成，它被机器压制成型，之后经过加热、碳化、加热、冷却等几道工序制成陶瓷制动器，陶瓷制动器的碳硅化合物表面硬度接近钻石，碟片内的碳纤维结构使它坚固耐冲击，耐腐蚀，让碟片极为耐磨。目前此类技术在F1赛车上应用，在超级民用跑车上也有涉入，例如奔驰的CL55AMG。
2.3陶瓷汽车减震器
高级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最低限度。
2.4陶瓷轴承
陶瓷轴承工作温度高且耐磨，可提高转速，轴承部件对润滑和冷却的要求较低，而且陶瓷轴承无磁性、耐腐蚀、绝缘性好。
陶瓷轴承主要材质为氮化硅陶瓷，其维氏硬度为 BC.GBE 5 !HDD . ，弹性工模数大于 .CBGBE 7 !HDD . ，抗弯强度小于FEE !HDD . ，工作温度达 IEE J 。滚动体采用这种陶瓷的混合轴承的使用寿命可
延长 .KL倍，耐磨性提高 L 倍以上，工作温度可达 MEE J 。将这种轴承装在发动机上试验，在 /L EEE 1HD$( 及无润滑条件下可工作 7E D$( 。有些公司（如德国 N2<公司），已批量生产全陶瓷轴承。
2.5陶瓷材料汽车喷涂技术上应用
近年来，航天技术广泛应用陶瓷薄膜喷涂技术开始应用于汽车上。这种技术优点□热效果好、能承受高温高压、工艺成熟、质量稳定。为达到低散热目标，可对发动机燃烧室部件进行陶瓷喷涂，如活塞顶喷氧化锆，缸套喷氧化锆。经过这种处理发动机可以降低散热损失、减轻发动机自身质量、减小发动机尺寸、减少燃油消耗量。
3陶瓷材料在汽车上应用存在的问题和发展前景
3.1存在的问题
目前阻碍特种陶瓷在汽车上应用的原因有以下几个方面:
1.成本长期居高不下远远高于金属零件的价格
2.可加工性差脆性强使用可靠性差
3.再现性困难由于特种陶瓷对其原料要求比较严格工艺难以掌握使得每批制品
的性能难以同前一批一致
4.制造工艺复杂要求高陶瓷的制造工艺
