氧化锆陶瓷材料在汽车上的应用

氧化锆陶瓷材料在汽车上的应用

一、陶瓷在汽车发动机上的应用

新型陶瓷是氧化锆等无机非金属烧结而成。氧化锆陶瓷与以往使用的氧化铝陶瓷相比，强度是其三倍以上，能耐1000摄氏度以上高温，新材料推进了汽车上新用途的开发。例如：要将柴油机的燃耗费降低30%以上，可以说新型陶瓷是不可缺少的材料。

现在汽油机中，燃烧能量中的78%左右是在热能和热传递中损失掉的，柴油机热效率为33%，与汽油机相比已十分优越，然而仍有60%以上的热能量损失掉。因此，为减少这部分损失，用隔热性能好的陶瓷材料围住燃烧室进行隔热，进而用废气涡轮增压器和动力涡轮来回收排气能量，有试验证明，这样可把热效率提高到48%。

氧化锆陶瓷零件

氧化锆陶瓷零件

同时，由于新型陶瓷的使用，柴油机瞬间快速起动将变得可能。采用新型陶瓷的涡轮增压器，它比当今超耐热合金具有更优越的耐热性，而比重却只有金属涡轮的约三分之一。因此，新型陶瓷涡轮可以补偿金属涡轮动态响应低的缺点。

其他正在进行研究的有：采用新型陶瓷的活塞销和活塞环等运动部件。由于重量的减轻，发动机效率可望得到提高。

二、特种敏感陶瓷在汽车传感器上应用

对汽车用传感器的要求是能长久适用于汽车特有的恶劣环境(高温、低温、振动、加速、潮湿、噪声、废气)，并应当具有小型轻量，重复使用性好，输出范围广等特点。陶瓷耐热、耐蚀、耐磨及其潜在的优良的电磁、光学机能，近年来随着制造技术的进步而得到充分利用，敏感陶瓷材料制成的传感器完全能够满

足上述要求。

三、陶瓷在汽车制动器上的应用

陶瓷制动器是在碳纤维制动器的基础上制造而成的。一块碳纤维制动碟最初由碳纤维和树脂构成，它被机器压制成形，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的硬度接近钻石，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。目前此类技术除了在F1赛车中应用，在超级民用跑车中也有涉及，例如奔驰的CL55 AMG。

四、陶瓷在汽车减振器上的应用高级

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。

五、陶瓷材料在汽车喷涂技术上的应用

近年来，在航天技术中广泛应用的陶瓷薄膜喷涂技术开始应用于汽车上。这种技术的优点是隔热效果好、能承受高温和高压、工艺成熟、质量稳定。为达到低散热的目标，可对发动机燃烧室部件进行陶瓷喷涂，如活塞顶喷的氧化锆，缸套喷的氧化锆。经过这种处理的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。

六、智能陶瓷材料在汽车中应用

作为氧化锆陶瓷产品分类的智能陶瓷材料，其中包括在汽车制造中使用的对环境敏感且能对环境变化作出灵敏反应的材料，目前已成为材料科学及工程领域中研究的焦点。 汽车上使用的智能陶瓷产品，包括功能材料、驱动系统与反馈系统相结合的智能材料系统或结构。由于其综合性功能的发挥，可使汽车产品在行驶时感知与响应外界环境的变化，

使汽车产品拥有自检、自测、自诊断、自修复、自适应等诸多性能。当前有些功能陶瓷制品已具有智能化的功能，如半导体钛酸钡正温度系数热能电阻及氧化锌变阻器，它们对于温度和电压具备自身诊断、候补保护与自身修复的功能，可以使材料本身拥有抵抗环境突然变化的能力，并可重复多次使用。在智能陶瓷系统中，压电陶瓷是最重要的品类。现在已经普及使用及正拟开发研制的压电类智能陶瓷制品及材料系统如下：

汽车减震装置：利用智能陶瓷产品的正压电效应、逆压电效应研制出的智能减震器，具有识别路面并自我调节的功能，可将粗糙路面对汽车形成的震动减到最低限度，整个感知与调节过程只需要20秒。另外，采用智能陶瓷材料制成的减震装置还可以推广应用在汽车产品之外的领域，如使用到精密加工的稳固工作平台等。

汽车智能雨刷：利用钛酸钡陶瓷的压阻效应制成智能陶瓷雨刷，可以自动感知雨量，自动将雨刷调节到最佳速度。

汽车有源消声陶瓷材料：由压电陶瓷拾音器、谐振器、模拟声线圈和数字信号处理集成电路组成的有源消声陶瓷材料，可把汽车的震动频率降低到500赫兹以下。此外，还可以利用智能陶瓷材料开发出智能安全系统与智能传输系统，如在安全气囊中，也使用了智能陶瓷元件。现代智能陶瓷材料的开发研究与市场，已经处在方兴未艾时期，同时它的应用已经不仅限于汽车工业，而且对造船、建筑、机械、家电、航天、国防等工业领域产生重要影响，将大大提高各类机械与电子产品的智能与自动化水平。

总之，氧化锆陶瓷是一种正在不断开发中的陶瓷材料产品，但原料的制取、材料的评价和利用技术等许多方面都有尚待解决的课题。目前，氧化锆陶瓷在汽车的应用并不广泛，其中的主要原因有：制造工艺复杂、要求高;因氧化锆陶瓷对原材料要求比较严格、工艺难以掌握，使得各批制品的性能难以保持均匀一致;成本较高，可加工性差、脆性大、使用可靠性差。不过，人们有充分理由相信，随着科学技术的飞速发展，在未来的汽车制造业中将会有更多的氧化锆陶瓷、智能陶瓷制品被引入和采用到汽车上，而且一定会在汽车生·产中得到广泛的应用。