陶瓷材料在汽車上的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景

1、陶瓷材料在汽車上的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景 陶瓷材料在汽車上的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景王國峰 王國峰車輛 車輛 2 班 222012322220127摘要 摘要：陶瓷材料是一種新型材料，陶瓷材料的應(yīng)用， 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等都有積極意義。介紹了幾種常用特種陶瓷的主要性能及其在汽車發(fā)動機(jī)、制動器、 減振裝置、 軸承、 傳感器等方面的應(yīng)用。簡要分析了目前特種陶瓷在

2、汽車上應(yīng)用并不廣泛的主要原因。關(guān)鍵詞： 關(guān)鍵詞：陶瓷；汽車；應(yīng)用0 引言 引言陶瓷是古老而又新型的材料，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

3、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。1 汽車用特種陶瓷材料分類及特點(diǎn) 汽車用特種陶瓷材料分類及特點(diǎn)特種陶瓷不是傳統(tǒng)意義上的陶瓷,它屬于精細(xì)陶瓷的一個分支,也可稱為新型陶瓷 高技術(shù)陶瓷或工程陶瓷 汽車用特種陶瓷可分為功能陶瓷和結(jié)構(gòu)陶瓷兩大類.1.1 1.1 氮化硅陶瓷 氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷是新型特種陶瓷材料 ,它原料豐富加工性能好 在化

4、工機(jī)械和現(xiàn)代尖端技術(shù)等方面均有應(yīng)用 制備方法有反應(yīng)燒結(jié)法和熱壓燒結(jié)法 ,主要性能特點(diǎn)是強(qiáng)度高 化學(xué)穩(wěn)定性好 抗溫變性能好 耐磨 絕緣 制品精度高 可用于制造耐磨 耐蝕 耐高溫及絕緣零部件 用氮化硅陶瓷材料制造發(fā)動機(jī), 工作溫度從理論上可提高到 1370 度左右 ,溫度提高可使燃燒充分發(fā)動機(jī)熱效率提高 并降低排氣污染, 反應(yīng)燒結(jié)氮化硅可用于制造泵的機(jī)械密封環(huán) 高溫軸承 閥門等零件熱壓反應(yīng)燒結(jié)氮化硅可用于制造切削刀具。 1.2 1

5、.2 氧化鋁陶瓷 氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷的原料是工業(yè)氧化鋁 性能好但工藝復(fù)雜 成本高 制備方法是在工業(yè)氧化鋁中加入少量添加劑 然后經(jīng)制坯 燒結(jié)而成 對表面粗糙度和尺寸精度要求高的制品 還應(yīng)進(jìn)行研磨和拋光處理 主要性能特點(diǎn)是高強(qiáng)度 高硬度 耐磨 耐高溫和具有良好的絕緣性能 可用于噴砂用的噴嘴 紡織用的導(dǎo)熱器及火箭用倒流罩 也可作高溫實(shí)驗(yàn)儀器及化工零件 軸承 內(nèi)燃機(jī)火花塞 活塞和觸媒載體 運(yùn)動零件!活塞 活塞銷等“減小質(zhì)量后可使內(nèi)

6、燃機(jī)減少摩擦 節(jié)約能源 加快響應(yīng)和減小振動 表 # 為汽車用高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的主要性能參數(shù).1.3 1.3 碳化硅陶瓷 碳化硅陶瓷碳化硅陶瓷是用碳化硅粉把石英 碳和木屑裝入電弧爐中 在 1900－2000 度 的高溫下合成 利用粉末冶金經(jīng)反應(yīng)燒結(jié)和熱壓燒結(jié)工藝制成 碳化硅陶瓷的最大特點(diǎn)是高溫強(qiáng)度好（ 在 1400 度 時抗彎強(qiáng)度仍保持500－600MPA 傳熱能力強(qiáng) 熱穩(wěn)定性好并且耐磨 可用于制作火箭尾部噴嘴 澆注金屬用喉嘴 軸承 燃?xì)?/p>

7、輪機(jī)的葉片 高溫?zé)峤粨Q器材料及各種泵的密封圈等氮化硅和碳化硅屬于非氧族陶瓷.2 陶瓷材料在汽車上的應(yīng)用 陶瓷材料在汽車上的應(yīng)用從理論上分析 汽車上能用特種陶瓷材料制造的零件很多 但由于受到生產(chǎn)價格 制備工藝 可靠性等條件的限制 實(shí)際大批投入生產(chǎn) 應(yīng)用到汽車上的零部件并不多 大部分仍處于研究開發(fā)階段。 2.1 2.1 陶瓷絕熱發(fā)動機(jī) 陶瓷絕熱發(fā)動機(jī)2.1.1 2.1.1 陶瓷活塞 陶瓷活塞陶瓷活塞一般用于柴油機(jī) 在渦流室柴油機(jī)中用陶瓷材

8、料代替貴重金屬 可進(jìn)一步減少冷卻裝置 因此整體成本有望降低 直噴式柴油機(jī)中利用陶瓷材料的耐高溫性能在4.制造工藝復(fù)雜 要求高 陶瓷的制造工藝原料粉末的制取形 燒結(jié) 加工 接合 涂覆等 對成品的可靠性影響很大 因此對制造工藝要求很高3.2 車用陶瓷材料的結(jié)構(gòu)性能和應(yīng)用前景 車用陶瓷材料的結(jié)構(gòu)性能和應(yīng)用前景汽車的陶瓷材料是采用高純超細(xì)的氧化物、氮化物、硼化物等原料，經(jīng)過預(yù)處理、破碎、磨粉、混合、成行、干燥、燒結(jié)等特殊工藝而得到的結(jié)構(gòu)精細(xì)的無

9、機(jī)非金屬材料。 它具有高強(qiáng)度、高耐熱性、抗蝕性、高硬度、高耐磨性、密度小、變形小、抗熱沖擊等一系列優(yōu)點(diǎn)，特別是抗拉強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度可與金屬相比。陶瓷大體上可以分為結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷， 用結(jié)構(gòu)陶瓷代替高強(qiáng)度合金制造渦輪增壓發(fā)動機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、絕熱發(fā)動機(jī)，可以將現(xiàn)在發(fā)動機(jī)的燃燒溫度從 700 - 800℃提高到 1000℃以上，熱效率提高 1 倍以上。結(jié)構(gòu)陶瓷的質(zhì)量為鐵的一半，節(jié)能效果非常顯著，同時還能減少環(huán)境污染，節(jié)約鋼材等金屬材料。但由于陶

10、瓷材料性能再現(xiàn)性和可靠性差不能確保大量生產(chǎn)的穩(wěn)定性， 同時陶瓷加工困難、質(zhì)脆、稍有缺陷就容易破裂，以及成本高等缺點(diǎn)，所以目前還沒廣泛使用。據(jù)報道，奧迪公司的新型陶瓷制動剎車盤將成為奧迪 A8 W12 及其加長型奧迪 A8 LWl2 等車型的選配裝置。陶瓷剎車盤直徑為 380mm，與19in(1in=25.4mm)的前輪完美匹配;后輪剎車盤直徑為 356 mm。陶瓷剎車盤由10 個可變形的連接裝置固定在與輪轂相連的不銹俐制動底板上，安裝在

11、內(nèi)部通風(fēng)剎車盤上的冷卻管確保了剎車盤的最佳冷卻性能。前輪剎車盤采用了 Brembo公司的 6 活塞全鋁卡鉗輪圈，后輪則采用了側(cè)卡鉗剎車盤，這一技術(shù)裝備確保了牢固的剎車盤具有如同老虎鉗式的夾緊性能。 ’最新的剎車盤由在航空及宇宙工程領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的增強(qiáng)型陶瓷制成。該陶瓷混合了如鉆石般堅硬耐磨的金剛砂，并將高強(qiáng)度的碳纖維加入基底材料之中，從而有效地吸收了內(nèi)在產(chǎn)生的壓力。高科技材料的應(yīng)用帶來了整體的優(yōu)越性，其中陶瓷剎車盤的抗銹蝕性能最為顯著，

12、剎車盤上絕對不會有任何生銹的跡象。此外，動感的外觀、獨(dú)特的散熱孔式樣以及紅色的制動卡鉗，都增添了諸多引人注目的時尚情趣。陶瓷剎車盤的卓越技術(shù)使每個車輪平均減輕了 5kg 的重量，即原來的50%。同時，駕駛舒適度也得到了顯著的提高，更輕的制動系統(tǒng)使車輛的操控性大幅提升。陶瓷制動剎車盤的高耐磨損性意味著在日常標(biāo)準(zhǔn)使用情況下，其使用壽命可達(dá) 30 萬公里，是鋼制剎車盤平均壽命的 4 倍。同時，陶瓷制動剎車盤的使用磨損度僅為 0.5mm。陶瓷制

13、動系統(tǒng)的應(yīng)用還大大提高了汽車的制動性能，即使車輛達(dá)到了最高時速，陶瓷剎車盤仍可提供強(qiáng)大的制動力。一般來說，在長途越野旅途中反復(fù)使用制動裝置后，將導(dǎo)致制動力明顯損失，而陶瓷制動盤則能有效防止制動力衰減情況的發(fā)生，制動性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的剎車盤。對于高性能轎車奧迪 A8 W12 而言，這為其在行駛過程中提供了比以往更加強(qiáng)大的安全儲備性能。在任何駕駛條件下，高品質(zhì)的剎車盤都不會受到急速剎車的影響，駕駛者也能切身體會到強(qiáng)勁而明確的制動功效，更真切