特種陶瓷具有優(yōu)良的綜合性能,是汽車工業(yè)領域中很重要的材料,在汽車上的應用也越來越廣泛.對于提高汽車的性能,降低油耗,減少排氣污染,陶瓷材料都有著極其重要價值。隨著科學技術的不斷發(fā)展，汽車的研發(fā)及生產階段越來越多地采用新材料及新工藝，這也使得人們對汽車輕質化、低成本、智能化、經濟性和可靠性的要求成為可能，而對于新材料的使用，特種陶瓷材料便是其中最好的功能材料之一。對于陶瓷的分類，按材料及燒制工藝的不同通常分為傳統陶瓷和特種陶瓷兩大類。傳統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、高技術陶瓷或精細陶瓷。特種陶瓷以精制高純的化工產品為原料，在化學組成、內部結構、性能和使用效能等各方面均不同于傳統陶瓷。特種陶瓷具有各種優(yōu)異、獨特的性能，應用在汽車上，對減輕車輛自身質量、提高發(fā)動機熱效率、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。
特種陶瓷材料的性能由兩種因素決定。首先是物質結構，主要是化學鍵的性質和晶體結構。它們決定陶瓷材料的性能，如耐高溫性、半導體性及絕緣性等。其次是顯微組織，包括分布、晶粒大小、形狀、氣孔大小和分布、雜質、缺陷等。普通陶瓷是用粘土、長石、石英為原料，經配制、燒結制成。這類陶瓷質地堅硬、不會氧化生銹、耐腐蝕、不導電、能耐一定高溫、加工成型性好、成本低，但強度較低。一般最高使用溫度不超過1200攝氏度，這類陶瓷產量大，種類多，廣泛用于電氣、化工等行業(yè)。
特種陶瓷種類中的氧化鋁陶瓷。又稱高鋁陶瓷，主要成分是氧化鋁和氧化硅。它強度大、硬度高、耐腐蝕、絕緣性好，耐熱溫度可達1600攝氏度，但缺點是脆性大，抗震性差，工藝復雜，成本高。氧化鋁陶瓷出色的高溫性能和介電性能，使其適宜制作發(fā)動機火花塞；好的耐磨性可保證制作的活塞能夠加工到相當高的精度和粗糙度。碳化硅陶瓷是用碳化硅粉，用粉末冶金法經反應燒結或熱壓燒結工藝制成。碳化硅陶瓷最大特點是高溫強度大、熱穩(wěn)定性好、耐磨抗蠕變性好。適用于澆注金屬用的喉嘴、熱電偶套管、燃氣輪機的葉片、軸承等零件。同時由于它的熱傳導能力高，還適用于高溫條件下的熱交換器材料，也可用于制作各種泵的密封圈。
氮化硅陶瓷原料豐富、加工性好，可以用低成本生產出各種尺寸精確的部件，特別是形狀復雜的部件，成品率比其他陶瓷材料高。氮化硅陶瓷抗溫度急變性好，硬度高，其硬度僅次于金剛石、氮化硼等物質，用氮化硅陶瓷材料制造發(fā)動機，由于工作溫度提高到1370攝氏度，發(fā)動機效率可提高30%。同時由于溫度提高，可使燃料充分燃燒，排出的廢氣中污染成分大幅度下降，不僅降低能耗，并且減少了環(huán)境污染。
其它一些特種陶瓷材料，種類還是非常繁多的，它們各有特色，可制成各種功能元件。氧化鋰陶瓷為高溫材料，滑石陶瓷為高頻絕緣材料，氧化釷陶瓷為介電材料，鈦酸鋇陶瓷為光電材料，硼化物、氮化物、硅化物等金屬陶瓷為超高溫材料。鐵氧體陶瓷為永久磁鐵、記憶磁鐵、磁頭等材料，稀土鈷瓷為存貯器材料，半導體瓷為亞敏元件、太陽電池等材料等。許多種類可以用于汽車的零部件或檢測器件。目前，特種陶瓷材料在汽車上的應用已經取得重要進展。它們主要有以下幾個方面。
一、陶瓷在汽車發(fā)動機上的應用
新型陶瓷是碳化硅和氮化硅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(fā)。例如：要將柴油機的燃耗費降低30%以上，可以說新型陶瓷是不可缺少的材料。現在汽油機中，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(yōu)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□熱性能好的陶瓷材料圍住燃燒室進行□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，由于新型陶瓷的使用，柴油機瞬間快速起動將變得可能。采用新型陶瓷的渦輪增壓器，它比當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償金屬渦輪動態(tài)響應低的缺點。其他正在進行研究的有：采用新型陶瓷的活塞銷和活塞環(huán)等運動部件。由于重量的減輕，發(fā)動機效率可望得到提高。
二、特種敏感陶瓷在汽車傳感器上的應用
對汽車用傳感器的要求是能長久適用于汽車特有的惡劣環(huán)境(高溫、低溫、振動、加速、潮濕、. 聲、廢氣)，并應當具有小型輕量，重復使用性好，輸出范圍廣等特點。陶瓷耐熱、耐蝕、耐磨及其潛在的優(yōu)良的電磁、光學機能，近年來隨著制造技術的進步而得到充分利用，敏感陶瓷材料制成的傳感器完全能夠滿足上述要求。
三、陶瓷在汽車制動器上的應用
陶瓷制動器是在碳纖維制動器的基礎上制造而成的。一塊碳纖維制動碟最初由碳纖維和樹脂構成，它被機器壓制成形，之后經過加熱、碳化、加熱、冷卻等幾道工序制成陶瓷制動器，陶瓷制動器的碳硅化合物表面的硬度接近鉆石，碟片內的碳纖維結構使它堅固耐沖擊，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，例如奔馳的CL55AMG。
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，這種減振器具有識別路面且能做自我調節(jié)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、陶瓷材料在汽車噴涂技術上的應用
近年來，在航天技術中廣泛應用的陶瓷薄膜噴涂技術開始應用于汽車上。這種技術的優(yōu)點是□熱效果好、能承受高溫和高壓、工藝成熟、質量穩(wěn)定。為達到低散熱的目標，可對發(fā)動機燃燒室部件進行陶瓷噴涂，如活塞頂噴的氧化鋯，缸套噴的氧化鋯。經過這種處理的發(fā)動機可以降低散熱損失、減輕發(fā)動機自身質量、減小發(fā)動機尺寸、減少燃油消耗量。
六、智能陶瓷材料在汽車中應用
作為特種陶瓷產品分類的智能陶瓷材料，其中包括在汽車制造中使用的對環(huán)境敏感且能對環(huán)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。
汽車上使用的智能陶瓷產品，包括功能材料、驅動系統與反饋系統相結合的智能材料系統或結構。由于其綜合性功能的發(fā)揮，可使汽車產品在行駛時感知與響應外界環(huán)境的變化，使汽車產品擁有自檢、自測、自診斷、自修復、自適應等諸多性能。當前有些功能陶瓷制品已具有智能化的功能，如半導體鈦酸鋇正溫度系數熱能電阻及氧化鋅變阻器，它們對于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(huán)境突然變化的能力，并可重復多次使用。在智能陶瓷系統中，壓電陶瓷是最重要的品類�，F在已經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如下：
汽車減震裝置：利用智能陶瓷產品的正壓電效應、逆壓電效應研制出的智能減震器，具有識別路面并自我調節(jié)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(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用在汽車產品之外的領域，如使用到精密加工的穩(wěn)固工作平臺等。
汽車智能雨刷：利用鈦酸鋇陶瓷的壓阻效應制成智能陶瓷雨刷，可以自動感知雨量，自動將雨刷調節(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、模擬聲線圈和數字信號處理集成電路組成的有源消聲陶瓷材料，可把汽車的震動頻率降低到500赫茲以下。
此外，還可以利用智能陶瓷材料開發(fā)出智能安全系統與智能傳輸系統，如在安全氣囊中，也使用了智能陶瓷元件�，F代智能陶瓷材料的開發(fā)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于汽車工業(yè)，而且對造船、建筑、機械、家電、航天、國防等工業(yè)領域產生重要影響，將大大提高各類機械與電子產品的智能與自動化水平。
總之，特種陶瓷是一種正在不斷開發(fā)中的陶瓷材料產品，但原料的制取、材料的評價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并不廣泛，其中的主要原因有：制造工藝復雜、要求高；因特種陶瓷對原材料要求比較嚴格、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。
人們有充分理由相信，隨著科學技術的飛速發(fā)展，在未來的汽車制造業(yè)中將會有更多的特種陶瓷、智能陶瓷制品被引入和采用到汽車上，而且一定會在汽車生產中得到廣泛的應用。
本文保存于中國碳化硅陶瓷信息網 詳細出處參考：http://www.chinarbsc.com/News_ceramics.asp?rrt=949&sisic-ceramics.html
