氧化鋯陶瓷在汽車領(lǐng)域的新應(yīng)用（圖）

氧化鋯陶瓷在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

新型陶瓷是氧化鋯等無機(jī)非金屬燒結(jié)而成。氧化鋯陶瓷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。
 

氧化鋯陶瓷

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。

為減少這部分損失，用隔熱性能好的陶瓷材料圍住燃燒室進(jìn)行隔熱，進(jìn)而用廢氣渦輪增壓器和動(dòng)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%。

由于新型陶瓷的使用，柴油機(jī)瞬間快速起動(dòng)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(dòng)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(dòng)部件。由于重量的減輕，發(fā)動(dòng)機(jī)效率可望得到提高。

二、特種敏感陶瓷在汽車傳感器上應(yīng)用

對(duì)汽車用傳感器的要求是能長久適用于汽車的惡劣環(huán)境(高溫、低溫、振動(dòng)、加速、潮濕、噪聲、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(dòng)器上的應(yīng)用

陶瓷制動(dòng)器是在碳纖維制動(dòng)器的基礎(chǔ)上制造而成的。一塊碳纖維制動(dòng)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(dòng)器，陶瓷制動(dòng)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(jí)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

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(shí)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(dòng)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)是隔熱效果好、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(duì)發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)可以降低散熱損失、減輕發(fā)動(dòng)機(jī)自身質(zhì)量、減小發(fā)動(dòng)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

作為氧化鋯陶瓷軸產(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(duì)環(huán)境敏感且能對(duì)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)。

汽車上使用的智能絕緣陶瓷產(chǎn)品，包括功能材料、驅(qū)動(dòng)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(cè)、自診斷、自修復(fù)、自適應(yīng)等諸多性能。

當(dāng)前有些功能日本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(duì)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(shí)別路面并自我調(diào)節(jié)的功能，可將粗糙路面對(duì)汽車形成的震動(dòng)減到最低限度，整個(gè)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(tái)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(dòng)感知雨量，自動(dòng)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(hào)處理集成電路組成的有源消聲陶瓷材料，可把汽車的震動(dòng)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(chǎng)，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(duì)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(dòng)化水平。

目前，氧化鋯陶瓷在汽車的應(yīng)用并不廣泛，其中的主要原因有：制造工藝復(fù)雜、要求高;因氧化鋯陶瓷對(duì)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。

不過，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(huì)有更多的氧化鋯陶瓷、智能陶瓷制品被引入和采用到汽車上，而且一定會(huì)在汽車生·產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。