陶瓷材料在汽车工业中应用

分类：工业设计论文发表 时间：2021-08-28 15:23 关注：(1)

　　经过研究发现，陶瓷材料因为其独特的良好综合性能，近年来在汽车行业逐渐得到了广泛的应用。因为科技的进步，纳米陶瓷材料的出现更是推动了汽车工业的发展，使得汽车工业走到了一个新的领域中。此文将对陶瓷材料在汽车上的应用情况进行详细的介绍和分析，从新兴科技方面对陶瓷材料在汽车工业上的应用及未来方向进行探讨和研究，并且指出陶瓷材料在汽车工业上应用依然存在的一些问题，并且就这些问题进行分析。

　　关键词：陶瓷材料；汽车工业；纳米

　　内燃机技术在时间的推移下，在不断的实验中得到了改进，并且时至今日已经趋于完善，传统用在内燃机上的材料已经不能适应新时代对高强度耐腐蚀等更加严格的需求。陶瓷材料因为其独有的特性，在综合性能上符合新时代汽车各方面的需求，因此，将其应用于汽车上不仅可以将车的整体重量降低，同时相对传统的汽车，材料耗费和成本也会得到降低，同时因为陶瓷材料具有的特性，发动机的热效率也会得到加强。本文对各种陶瓷材料在汽车上的应用，其所拥有的性能特点、汽车上的应用现状以及陶瓷材料在汽车工业的应用未来前景进行详细的介绍和分析。

　　1陶瓷材料的类别以及相应的特点

　　1.1氮化硅陶瓷

　　氮化硅陶瓷便是特种陶瓷材料的其中一种，制作它的原料十分的众多且类别丰富，可以运用在化工机械和现代尖端技术等多个领域。通常制备氮化硅使用的方法是反应烧结法和热压烧结法。同时，氮化硅具有强度高、化学稳定性好、抗温变性能好等多项优点，对于制造耐磨、耐蚀、耐高温的零部件十分的适合，而采用用氮化硅陶瓷材料作为发动机的原料，工作温度甚至可以高达1370℃而不出现任何问题。

　　1.2碳化硅陶瓷

　　碳化硅陶瓷的形成，是先需要通过石英、碳和木屑制备碳化硅粉，具体的方法是将这些材料装入电弧炉中，在近2000℃温度下进行反应，从而合成碳化硅粉，之后再通过反应烧结法和热压烧结法，利用粉末冶金便可以制成碳化硅陶瓷。碳化硅陶瓷最显著的特点是耐高温。即便是1400℃都难以发生形变且其拥有很好的热稳定性并且极为耐磨。

　　1.3氧化铝陶瓷

　　制备氧化铝陶瓷需要用到工业氧化铝，虽然其有着很好的性能，但是，制备的过程比较复杂，需要花费高昂的成本。制备氧化铝陶瓷的方法是首先在氧化铝中添加适当的添加剂，之后对其进行制坯处理，之后进行烧结。氧化铝陶瓷具有高强度、高硬度、耐磨、耐高温等诸多优点，且在绝缘上面还有着显著的效用。根据其所具有的特性，氧化铝陶瓷可以用在喷砂用的喷嘴、纺织用的导热器及火箭用倒流罩。

　　2特种陶瓷材料在汽车上的应用

　　2.1陶瓷绝热发动机

　　通过上述研究我们可以得知，陶瓷材料具有耐热、耐磨、耐腐蚀、低密度、强隔热性多种优点，将陶瓷材料用在制备陶瓷绝热发动机上，我们发现，很好地防止了气缸内部热能的损失。发动机的构造也一改传统模式下的复杂多变．发动机也不再如之前那般沉重，很用在其中主要的陶瓷零部件有以下几种。（1）陶瓷活塞。一般情况下，陶瓷活塞是用在柴油机中的，之前都是使用贵重金属，现在用陶瓷材料进行代替，在涡流室柴油机的制备中大大地节省了成本。通过利用陶瓷材料的耐高温性能，我们可以在直喷式柴油机的活塞顶部镶入一块陶瓷块，这样一来，将会有着更好的热效率，产生的噪音也会得到减少。而活塞当中的镶块大小以及形状，也需要与活塞的要求相符合，不能有着太大的差异，否则，会产生一种应力作用在活塞镶块，对于活塞的使用会产生极大的影响，另外，陶瓷纤维活塞的原材料便是氮化硅。它的耐磨能力也十分强，所以可以有效地防止由于热膨胀系数大，铝合金活塞中出现“冷敲热拉”现象。（2）陶瓷气缸套。①陶瓷汽缸套可以分成以下的形式，这是为了迎合不同的需要，其中第一种是在汽缸套内表面全部由陶瓷材料覆盖。日本小松发动机便是一个典型的例子；第二种是仅在制备缸套上圈时用到陶瓷材料：而第三种是将金属同陶瓷材料进行复合制备，从而将一个全陶瓷缸套制作出来。全陶瓷缸套相对传统的陶瓷缸套，对于气缸内热能损失有着很好的解决办法。发动机的内部结构也会得到简化，发动机的热效率也会得到相应的提升。②陶瓷传感器。随着汽车行业的发展和社会的不断进步，人们的生活质量也日益提高，因此，在汽车上，人们对汽车的要求也更高更严苛，而为了响应保护生态的世界共识，汽车的尾气和噪音也要得到限制。而为了降低成本，保证经济效益，将功能陶瓷材料制备成调控敏感元件运用在汽车上越来越广泛，品种和规格也同样逐渐完善。这些元件主要被人们需要的有温度传感器、空燃比传感器、稀薄空燃比传感器、废气传感器、爆震传感器等各种保证人们安全、舒适需求的传感器，这些通过研究发现，用陶瓷来制备各方面的传感器，不仅可以满足人们对于各方面的需求，还可以节省成本，减少污染（如图1）。

　　2.2材料取代后带来的好处

　　事实证明，将陶瓷材料应用在汽车上后，经过对10辆汽车的实验，在其性能经济性上，汽车行驶了12.5～35万千米之间不等，陶瓷气门可降低发动机内部摩擦力约30%，氮氧化物排放量降低约80%，燃油消耗降低约3%～4%，传统材料下的气门能用5年之久，而陶瓷材料的却是这个时间的2～3倍，从性能上更加的优等，避免了对气门的屡次更换，而以往，2017年，全国机动车污染物排放总量4359.7万吨，这是一个庞大的数据，对环境的危害也是巨大的，但是经过粗略的统计，如果将陶瓷材料运用在汽车上，可以减少污染物的排放，由此可见，将陶瓷材料普遍应用到汽车上很有必要，对于环境的保护有着重大的意义。

　　3纳米陶瓷材料技术在汽车工业上的应用

　　纳米陶瓷材料是新兴的一种材料，经过研究发现，这种新材料在硬度、韧性上均具有非常好的效用，并且它的可塑性也很强，还可以抵抗腐蚀、抵抗磨损，即便是高温高压也可以轻易地进行抵抗，因为其可塑性很好，结合其他的特性，所以使得汽车工业中的应用得到了拓展。并且将纳米陶瓷材料用来制造用于燃料电池汽车中的高温燃料电池也可以起到很好的效果。而当我们使用纳米陶瓷为气缸内衬时，其耐高温的特点能够加快燃料燃烧；将其涂在汽车玻璃上面，可以防雾防尘，并且还可以起到很好的隔热效果，还具有保洁杀菌功能。

　　4陶瓷材料在汽车工业中的未来前景和存在的问题

　　4.1应用前景

　　陶瓷材料在汽车工业的应用，可以通过加快化学反应从而大幅度提高发动机的热效率，并且降低了耗油的成本，同时还减轻了传统汽车对环境造成的污染。因为陶瓷材料的广泛应用，对陶瓷零部件应用在汽车上这一项目非常值得开发。

　　4.2存在的主要问题

　　目前，陶瓷材料在汽车上应用出现的问题有以下这些。（1）陶瓷材料的成本过于高昂，甚至金属价格都远远不及。（2）陶瓷材料具有很强的脆性，所以难以进行后续的加工。（3）特种陶瓷材料除了方法，对原料的选用也十分的严苛，对其中具有的工艺方法进行掌握是困难的，因此，在量产上会出现一些问题。

　　4.3针对问题需要采取的措施

　　要解决以上问题，就要考虑到陶瓷是脆性材料，在对陶瓷材料进行设计时应使零件承受的载荷尽量只受到压力而不受到拉力，应力集中的情况必须得到减少，零件体积要小，形状也必须简单，这也是为了避免零件受到机械的冲撞，加工和装配精度要高。此外，应对生产工艺过程进行改进和完善，防止出现能够导致断裂的空洞和切口出现。

　　5结语

　　由上文分析得知，随着时代的变革，虽然陶瓷材料还存在着各种问题，但是，已经可以用在汽车上，但是存在不足的是，由于笔者的自身学识尚浅，对于研究的内容和研究的图1陶瓷材料运用在传感器上方法存在一定误差，对于探讨陶瓷材料在汽车工业中的应用方面没有一定的深入研究，在方法与措施中，没有对于相关问题和相关措施提出一定方法，而研究的陶瓷材料在汽车工业中的应用也仅仅是根据自身的研究作为基础，在领域上不能够广义地包含每种情况和设计，在本文中，可能存在着纰漏，学者在后续的研究中，应该了解自身的研究内容，谨慎参考意见，但是，笔者相信陶瓷材料在汽车工业中的应用可以有更大的发展，拥有更好的发展前景。

　　参考文献：

　　[1]郑衡,宋宜诺,王建明,朱宗奎.纳米陶瓷技术的应用研究及发展趋势[会议论文全文]2007年8月22日-2007齐鲁研究生学术论坛——化学工程与技术分论坛.

　　[2]邢世凯,吕世君,闻德生,潘景昇.应用于汽车工业的特种陶瓷材料及其研究进展[期刊论文全文]-《中国陶瓷》-2003年3期.

　　[3]刘元梅.陶瓷材料在汽车工业中的应用[会议论文]1988-中国汽车工程学会汽车电器学术报告会.

　　作者:周锡文