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特種陶瓷材料在汽車上的應用

發佈時間:2024-09-18點選:3
一、陶瓷在汽車引擎上的應用

新型陶瓷是碳化矽和氮化矽等無機非金屬燒結而成。與以往使用的氧化鋁陶瓷相比,強度是其三倍以上,能耐1000攝氏度以上高溫,新材料推進了汽車上新用途的開發。例如:要將柴油引擎的燃耗費降低30%以上,可以說新型陶瓷是不可或缺的材料。現在汽油引擎中,燃燒能量中的78%左右是在熱能和熱傳遞中損失掉的,柴油機熱效率為33%,與汽油機相比已十分優越,然而仍有60%以上的熱能量損失掉。因此,為減少這部分損失,用隔熱性能好的​​陶瓷材料圍住燃燒室進行隔熱,進而用廢氣渦輪增壓器和動力渦輪來回收排氣能量,有試驗證明,這樣可把熱效率提高到48%。同時,由於新型陶瓷的使用,柴油引擎瞬間快速啟動將變得可能。採用新型陶瓷的渦輪增壓器,它比當今超耐熱合金具有更優越的耐熱性,而比重只有金屬渦輪的約三分之一。因此,新型陶瓷渦輪可以補償金屬渦輪動態響應低的缺點。其他正在進行研究的有:採用新型陶瓷的活塞銷和活塞環等運動部件。由於重量的減輕,引擎效率可望提高。
 
二、特殊敏感陶瓷在汽車感光元件上塗抹
 
汽車用感測器的要求是能長久適用於汽車特有的惡劣環境(高溫、低溫、振動、加速、潮濕、噪音、廢氣),並應具有小型輕量,重複使用性好,輸出範圍廣等特點。陶瓷耐熱、耐蝕、耐磨及其潛在的優良的電磁、光學機能,近年來隨著製造技術的進步而充分利用,敏感陶瓷材料製成的感測器完全能夠滿足上述要求。
 
 
三、陶瓷在汽車煞車上的使用
 
陶瓷煞車是在碳纖維煞車的基礎上製造而成的。一塊碳纖維制動碟最初由碳纖維和樹脂構成,它被機器壓製成形,之後經過加熱、碳化、加熱、冷卻等幾道工序製成陶瓷製動器,陶瓷製動器的碳矽化合物表面的硬度接近鑽石,碟片內的碳纖維結構使它堅固耐衝擊,耐腐蝕,讓碟片極為耐磨。目前此類技術除了在F1賽車中應用,在超級民用跑車中也有涉及,例如賓士的CL55 AMG。
 
四、陶瓷在汽車減振器上的應用
 
高級轎車的減振裝置是綜合利用敏感陶瓷正壓電效應、逆壓電效應和電致伸縮效應開發成功的智慧減振器。由於採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節的功能,可以將轎車因粗糙路面引起的振動降到最低限度。
 
五、陶瓷材質在汽車噴塗技術上的應用
 
近年來,在航太技術中廣泛應用的陶瓷薄膜噴塗技術開始應用於汽車。這種技術的優點是隔熱效果好、能承受高溫和高壓、製程成熟、品質穩定。為達到低散熱的目標,可對引擎燃燒室部件進行陶瓷噴塗,如活塞頂噴的氧化鋯,缸套噴的氧化鋯。經過這種處理的引擎可以降低散熱損失、減輕引擎自身質量、減少引擎尺寸、減少燃油消耗量。
 
六、智慧陶瓷材質在汽車上應用
 
作為特種陶瓷產品分類的智慧陶瓷材料,其中包括在汽車製造中使用的對環境敏感且能對環境變化作出靈敏反應的材料,目前已成為材料科學及工程領域中研究的焦點。
 
汽車上使用的智慧陶瓷產品,包括功能性材料、驅動系統與回饋系統結合的智慧材料系統或結構。由於其綜合性功能的發揮,可使汽車產品在行駛時感知與響應外界環境的變化,使汽車產品具有自我檢測、自測、自我診斷、自我修復、自適應等諸多性能。目前有些功能陶瓷製品已具有智慧化的功能,如半導體鈦酸鋇正溫度係數熱能電阻及氧化鋅變阻器,它們對於溫度和電壓具備自身診斷、候補保護與自身修復的功能,可以使材料本身擁有抵抗環境突然變化的能力,並可重複多次使用。在智慧陶瓷系統中,壓電陶瓷是最重要的品類。現在已普及使用及正擬開發研發的壓電類智慧陶瓷製品及材料系統如下:
 
汽車減震器:利用智慧陶瓷產品的正壓電效應、逆壓電效應開發的智慧減震器,具有識別路面並自我調節的功能,可將粗糙路面對汽車形成的震動減到最低限度,整個感知與調節過程只需要20秒。另外,採用智慧陶瓷材料製成的避震裝置還可以推廣應用在汽車產品以外的領域,如使用到精密加工的穩固工作平台等。
 
汽車智慧雨刷:利用鈦酸鋇陶瓷的壓阻效應製成智慧陶瓷雨刷,可自動感知雨量,自動將雨刷調整至最佳速度。
 
汽車主動式消音陶瓷材料:由壓電陶瓷拾音器、諧振器、類比聲線圈和數位訊號處理積體電路組成的主動式消音陶瓷材料,可將汽車的震動頻率降低到500赫茲以下。
 
此外,還可以利用智慧陶瓷材料開發出智慧安全系統與智慧傳輸系統,如在安全氣囊中,也使用了智慧陶瓷元件。現代智慧陶瓷材料的開發研究與市場,已經處在方興未艾時期,同時它的應用已經不僅限於汽車工業,而且對造船、建築、機械、家電、航太、國防等工業領域產生重要影響,將大大提高各類機械與電子產品的智慧與自動化程度。
 
總之,特種陶瓷是一種正在不斷開發中的陶瓷材料產品,但原料的製取、材料的評估和利用技術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用並不廣泛,其中的主要原因有:製造流程複雜、要求高;因特種陶瓷對原料要求比較嚴格、製程難以掌握,使得各批製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,隨著科學技術的飛速發展,在未來的汽車製造業中將會有更多的特種陶瓷、智慧陶瓷製品被引入和採用到汽車上,而且一定會在汽車生產中得到廣泛的應用。
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