特種陶瓷具有優(yōu)良的綜合性能,是汽車工業(yè)領(lǐng)域中很重要的材料,在汽車上的應(yīng)用也越來越廣泛.對于提高汽車的性能,降低油耗,減少排氣污染,陶瓷材料都有著極其重要價(jià)值。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車的研發(fā)及生產(chǎn)階段越來越多地采用新材料及新工藝，這也使得人們對汽車輕質(zhì)化、低成本、智能化、經(jīng)濟(jì)性和可靠性的要求成為可能，而對于新材料的使用，特種陶瓷材料便是其中最好的功能材料之一。對于陶瓷的分類，按材料及燒制工藝的不同通常分為傳統(tǒng)陶瓷和特種陶瓷兩大類。傳統(tǒng)陶瓷以天然硅酸鹽礦物為原料燒制而成，也叫硅酸鹽陶瓷。與之相區(qū)別，人們將近代發(fā)展起來的各種陶瓷總稱為特種陶瓷，也稱為新型陶瓷、高技術(shù)陶瓷或精細(xì)陶瓷。特種陶瓷以精制高純的化工產(chǎn)品為原料，在化學(xué)組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、性能和使用效能等各方面均不同于傳統(tǒng)陶瓷。特種陶瓷具有各種優(yōu)異、獨(dú)特的性能，應(yīng)用在汽車上，對減輕車輛自身質(zhì)量、提高發(fā)動機(jī)熱效率、降低油耗、減少排氣污染、提高易損件壽命、完善汽車智能性功能都具有積極意義。
特種陶瓷材料的性能由兩種因素決定。首先是物質(zhì)結(jié)構(gòu)，主要是化學(xué)鍵的性質(zhì)和晶體結(jié)構(gòu)。它們決定陶瓷材料的性能，如耐高溫性、半導(dǎo)體性及絕緣性等。其次是顯微組織，包括分布、晶粒大小、形狀、氣孔大小和分布、雜質(zhì)、缺陷等。普通陶瓷是用粘土、長石、石英為原料，經(jīng)配制、燒結(jié)制成。這類陶瓷質(zhì)地堅(jiān)硬、不會氧化生銹、耐腐蝕、不導(dǎo)電、能耐一定高溫、加工成型性好、成本低，但強(qiáng)度較低。一般最高使用溫度不超過1200攝氏度，這類陶瓷產(chǎn)量大，種類多，廣泛用于電氣、化工等行業(yè)。
特種陶瓷種類中的氧化鋁陶瓷。又稱高鋁陶瓷，主要成分是氧化鋁和氧化硅。它強(qiáng)度大、硬度高、耐腐蝕、絕緣性好，耐熱溫度可達(dá)1600攝氏度，但缺點(diǎn)是脆性大，抗震性差，工藝復(fù)雜，成本高。氧化鋁陶瓷出色的高溫性能和介電性能，使其適宜制作發(fā)動機(jī)火花塞；好的耐磨性可保證制作的活塞能夠加工到相當(dāng)高的精度和粗糙度。碳化硅陶瓷是用碳化硅粉，用粉末冶金法經(jīng)反應(yīng)燒結(jié)或熱壓燒結(jié)工藝制成。碳化硅陶瓷最大特點(diǎn)是高溫強(qiáng)度大、熱穩(wěn)定性好、耐磨抗蠕變性好。適用于澆注金屬用的喉嘴、熱電偶套管、燃?xì)廨啓C(jī)的葉片、軸承等零件。同時(shí)由于它的熱傳導(dǎo)能力高，還適用于高溫條件下的熱交換器材料，也可用于制作各種泵的密封圈。
氮化硅陶瓷原料豐富、加工性好，可以用低成本生產(chǎn)出各種尺寸精確的部件，特別是形狀復(fù)雜的部件，成品率比其他陶瓷材料高。氮化硅陶瓷抗溫度急變性好，硬度高，其硬度僅次于金剛石、氮化硼等物質(zhì)，用氮化硅陶瓷材料制造發(fā)動機(jī)，由于工作溫度提高到1370攝氏度，發(fā)動機(jī)效率可提高30%。同時(shí)由于溫度提高，可使燃料充分燃燒，排出的廢氣中污染成分大幅度下降，不僅降低能耗，并且減少了環(huán)境污染。
其它一些特種陶瓷材料，種類還是非常繁多的，它們各有特色，可制成各種功能元件。氧化鋰陶瓷為高溫材料，滑石陶瓷為高頻絕緣材料，氧化釷陶瓷為介電材料，鈦酸鋇陶瓷為光電材料，硼化物、氮化物、硅化物等金屬陶瓷為超高溫材料。鐵氧體陶瓷為永久磁鐵、記憶磁鐵、磁頭等材料，稀土鈷瓷為存貯器材料，半導(dǎo)體瓷為亞敏元件、太陽電池等材料等。許多種類可以用于汽車的零部件或檢測器件。目前，特種陶瓷材料在汽車上的應(yīng)用已經(jīng)取得重要進(jìn)展。它們主要有以下幾個方面。
一、陶瓷在汽車發(fā)動機(jī)上的應(yīng)用
新型陶瓷是碳化硅和氮化硅等無機(jī)非金屬燒結(jié)而成。與以往使用的氧化鋁陶瓷相比，強(qiáng)度是其三倍以上，能耐1000攝氏度以上高溫，新材料推進(jìn)了汽車上新用途的開發(fā)。例如：要將柴油機(jī)的燃耗費(fèi)降低30%以上，可以說新型陶瓷是不可缺少的材料。現(xiàn)在汽油機(jī)中，燃燒能量中的78%左右是在熱能和熱傳遞中損失掉的，柴油機(jī)熱效率為33%，與汽油機(jī)相比已十分優(yōu)越，然而仍有60%以上的熱能量損失掉。因此，為減少這部分損失，用□熱性能好的陶瓷材料圍住燃燒室進(jìn)行□熱，進(jìn)而用廢氣渦輪增壓器和動力渦輪來回收排氣能量，有試驗(yàn)證明，這樣可把熱效率提高到48%。同時(shí)，由于新型陶瓷的使用，柴油機(jī)瞬間快速起動將變得可能。采用新型陶瓷的渦輪增壓器，它比當(dāng)今超耐熱合金具有更優(yōu)越的耐熱性，而比重卻只有金屬渦輪的約三分之一。因此，新型陶瓷渦輪可以補(bǔ)償金屬渦輪動態(tài)響應(yīng)低的缺點(diǎn)。其他正在進(jìn)行研究的有：采用新型陶瓷的活塞銷和活塞環(huán)等運(yùn)動部件。由于重量的減輕，發(fā)動機(jī)效率可望得到提高。
二、特種敏感陶瓷在汽車傳感器上的應(yīng)用
對汽車用傳感器的要求是能長久適用于汽車特有的惡劣環(huán)境(高溫、低溫、振動、加速、潮濕、. 聲、廢氣)，并應(yīng)當(dāng)具有小型輕量，重復(fù)使用性好，輸出范圍廣等特點(diǎn)。陶瓷耐熱、耐蝕、耐磨及其潛在的優(yōu)良的電磁、光學(xué)機(jī)能，近年來隨著制造技術(shù)的進(jìn)步而得到充分利用，敏感陶瓷材料制成的傳感器完全能夠滿足上述要求。
三、陶瓷在汽車制動器上的應(yīng)用
陶瓷制動器是在碳纖維制動器的基礎(chǔ)上制造而成的。一塊碳纖維制動碟最初由碳纖維和樹脂構(gòu)成，它被機(jī)器壓制成形，之后經(jīng)過加熱、碳化、加熱、冷卻等幾道工序制成陶瓷制動器，陶瓷制動器的碳硅化合物表面的硬度接近鉆石，碟片內(nèi)的碳纖維結(jié)構(gòu)使它堅(jiān)固耐沖擊，耐腐蝕，讓碟片極為耐磨。目前此類技術(shù)除了在 F1賽車中應(yīng)用，在超級民用跑車中也有涉及，例如奔馳的CL55AMG。
四、陶瓷在汽車減振器上的應(yīng)用
高級轎車的減振裝置是綜合利用敏感陶瓷正壓電效應(yīng)、逆壓電效應(yīng)和電致伸縮效應(yīng)研制成功的智能減振器。由于采用高靈敏度陶瓷元件，這種減振器具有識別路面且能做自我調(diào)節(jié)的功能，可以將轎車因粗糙路面引起的振動降到最低限度。
五、陶瓷材料在汽車噴涂技術(shù)上的應(yīng)用
近年來，在航天技術(shù)中廣泛應(yīng)用的陶瓷薄膜噴涂技術(shù)開始應(yīng)用于汽車上。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是□熱效果好、能承受高溫和高壓、工藝成熟、質(zhì)量穩(wěn)定。為達(dá)到低散熱的目標(biāo)，可對發(fā)動機(jī)燃燒室部件進(jìn)行陶瓷噴涂，如活塞頂噴的氧化鋯，缸套噴的氧化鋯。經(jīng)過這種處理的發(fā)動機(jī)可以降低散熱損失、減輕發(fā)動機(jī)自身質(zhì)量、減小發(fā)動機(jī)尺寸、減少燃油消耗量。
六、智能陶瓷材料在汽車中應(yīng)用
作為特種陶瓷產(chǎn)品分類的智能陶瓷材料，其中包括在汽車制造中使用的對環(huán)境敏感且能對環(huán)境變化作出靈敏反應(yīng)的材料，目前已成為材料科學(xué)及工程領(lǐng)域中研究的焦點(diǎn)。
汽車上使用的智能陶瓷產(chǎn)品，包括功能材料、驅(qū)動系統(tǒng)與反饋系統(tǒng)相結(jié)合的智能材料系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)。由于其綜合性功能的發(fā)揮，可使汽車產(chǎn)品在行駛時(shí)感知與響應(yīng)外界環(huán)境的變化，使汽車產(chǎn)品擁有自檢、自測、自診斷、自修復(fù)、自適應(yīng)等諸多性能。當(dāng)前有些功能陶瓷制品已具有智能化的功能，如半導(dǎo)體鈦酸鋇正溫度系數(shù)熱能電阻及氧化鋅變阻器，它們對于溫度和電壓具備自身診斷、候補(bǔ)保護(hù)與自身修復(fù)的功能，可以使材料本身擁有抵抗環(huán)境突然變化的能力，并可重復(fù)多次使用。在智能陶瓷系統(tǒng)中，壓電陶瓷是最重要的品類�，F(xiàn)在已經(jīng)普及使用及正擬開發(fā)研制的壓電類智能陶瓷制品及材料系統(tǒng)如下：
汽車減震裝置：利用智能陶瓷產(chǎn)品的正壓電效應(yīng)、逆壓電效應(yīng)研制出的智能減震器，具有識別路面并自我調(diào)節(jié)的功能，可將粗糙路面對汽車形成的震動減到最低限度，整個感知與調(diào)節(jié)過程只需要20秒。另外，采用智能陶瓷材料制成的減震裝置還可以推廣應(yīng)用在汽車產(chǎn)品之外的領(lǐng)域，如使用到精密加工的穩(wěn)固工作平臺等。
汽車智能雨刷：利用鈦酸鋇陶瓷的壓阻效應(yīng)制成智能陶瓷雨刷，可以自動感知雨量，自動將雨刷調(diào)節(jié)到最佳速度。
汽車有源消聲陶瓷材料：由壓電陶瓷拾音器、諧振器、模擬聲線圈和數(shù)字信號處理集成電路組成的有源消聲陶瓷材料，可把汽車的震動頻率降低到500赫茲以下。
此外，還可以利用智能陶瓷材料開發(fā)出智能安全系統(tǒng)與智能傳輸系統(tǒng)，如在安全氣囊中，也使用了智能陶瓷元件。現(xiàn)代智能陶瓷材料的開發(fā)研究與市場，已經(jīng)處在方興未艾時(shí)期，同時(shí)它的應(yīng)用已經(jīng)不僅限于汽車工業(yè)，而且對造船、建筑、機(jī)械、家電、航天、國防等工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響，將大大提高各類機(jī)械與電子產(chǎn)品的智能與自動化水平。
總之，特種陶瓷是一種正在不斷開發(fā)中的陶瓷材料產(chǎn)品，但原料的制取、材料的評價(jià)和利用技術(shù)等許多方面都有尚待解決的課題。目前，特種陶瓷在汽車的應(yīng)用并不廣泛，其中的主要原因有：制造工藝復(fù)雜、要求高；因特種陶瓷對原材料要求比較嚴(yán)格、工藝難以掌握，使得各批制品的性能難以保持均勻一致；成本較高，可加工性差、脆性大、使用可靠性差。
人們有充分理由相信，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，在未來的汽車制造業(yè)中將會有更多的特種陶瓷、智能陶瓷制品被引入和采用到汽車上，而且一定會在汽車生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。
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