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鄒小姐：13326633089 -
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特種陶瓷屬于精細陶瓷的一個分支，通常以精制高純的化工產品為原料，在化學組成、內部結構和使用性能等各方面均不同于傳統陶瓷。汽車用特種陶瓷分為功能陶瓷和結構陶瓷兩大類。其主要品種有氧化鋁，氮化硅，碳化硅，氧化鋯等。
功能陶瓷利用其絕緣性、介電性、半導電性和磁性等功能來控制各種傳感器，以滿足汽車電子化的迅猛發展；結構陶瓷具有高溫工況下強度高、耐磨性好、低密度和低膨脹系數等性能，廣泛用于發動機和熱交換零件的制造，有利于提高發動機熱效率及受熱件的使用壽命。
陶瓷材料主要應用于汽車上一些有較高耐熱性、良好摩擦性（甚至無潤滑劑時）或慣性較小的部件中。本文將為大家“挖掘”一下特種陶瓷在汽車上的應用具體都有哪一些。
一、陶瓷在汽車發動機上的應用
汽車發動機發展了近百年，熱效率始終在一個學渣的水平上徘徊。目前應用于汽車發動機主要有柴油機（熱效率一般在35%-45%）及汽油機（熱效率一般在25%-35%之間）這兩種。所以說，燃油發動機的研發之路還有很遠，還需要工程師們不屑的努力開發。
如果算汽車行駛時的效率來算，部分汽油發動機效率只有20%以下，甚至更少。那為啥效率這么低？那些損失的能量到底變成了啥？請見下圖。
▲圖 1發動機能耗分布簡圖
為了提高發動機效率，減少能量損耗，這就需要取消或部分取消冷卻系統，使用耐高溫隔熱材料以減少燃燒室熱量的損失，使發動機可在更高的工作溫度下工作，使發動機的燃油效率更高。而特種陶瓷材料耐熱、耐磨、耐腐蝕、熱膨脹系數小，非常適合用于制造陶瓷絕熱發動機。
下表為一些汽車工業較為發達的國家在絕熱發動機上采用的結構陶瓷材料。
備注：表格數據來源于網絡，僅供參考。
表1 絕熱發動機上采用的結構陶瓷材料
★舉例：日本日野汽車公司開發了陶瓷發動機，該機氣缸套、活塞、氣門等40%的燃燒室零件用陶瓷材料制成，取消了散熱器和冷卻裝置，提高功率10%降低油耗30%。
其氣門及氣門挺桿上采用或部分采用了比重較低的氮化硅陶瓷；氣門加熱器則采用了鈦酸鋇瓷系PTC（熱敏電阻）；活塞采用了氮化硅陶瓷制備的陶瓷纖維活塞，耐磨性好，可以有效防止鋁合金活塞由于熱膨脹系數大而產生的“冷敲熱拉”現象。
二、汽車陶瓷剎車盤-反應快，耐熱
陶瓷剎車盤并非普通陶瓷，而是在1700℃高溫下碳纖維與碳化硅合成的增強型復合陶瓷，其重量只有普通鑄鐵盤的一半不到。更輕的剎車盤就意味著懸掛下重量的減輕，這令懸掛系統的反應更快，因而能夠提升車輛整體的操控水平。
另外，普通的剎車碟容易在全力制動下因高熱產生熱衰退，而陶瓷剎車碟能有效而穩定的抵抗熱衰退，陶瓷復合材料能承受1000攝氏度以上溫度，因此陶瓷復合材料剎車盤的使用壽命是普通鑄鐵盤6倍。
▲圖2 碳化硅陶瓷剎車盤
陶瓷剎車盤造價昂貴，例如一套Brembo的碳陶瓷剎車系統，售價在十幾萬，一般應用于高級跑車或賽車上。
三、汽車減振器上的陶瓷-高靈敏度
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的功能，可以將轎車因粗糙路面引起的振動降到最低限度。
四、陶瓷在汽車傳感器上的應用
車用傳感器需滿足小型輕量，重復性使用性好，能適應汽車特有惡劣環境的要求。陶瓷傳感器實現的功能是多樣的，見下表2.
▼表2 部分功能 陶瓷傳感器舉例
★舉例：氧化鋯陶瓷氧傳感器在汽車上的應用
汽車尾氣中所含有污染氣體是危害大氣環境的主要因素之一。現雖有新能源汽車在推廣，但基于成本、適用性等等各種原因，新能源汽車普及率還是極低，因此汽車尾氣對環境的污染還是一個重大的問題。
汽車氧傳感器是測量汽車排氣系統中氧氣的含量，進而修正發動機的噴油，以此達到最佳的空燃比，從而節省燃油，降低排氣中(CO)一氧化碳、(HC)碳氫化合物和(NOx)氮氧化合物成份排量。
▲圖3汽車傳感器
因為氧傳感器的目的在于側得排氣系統中的氧含量，所以氧傳感器安裝在汽車的排氣系統中。具體來講，安裝在排氣管上。因為需要測得氧在經過三元催化劑兩端的含量，所以氧傳感器一般安裝在三元催化劑的前端和后端各一個。
▲圖4 汽車氧傳感器安裝位置示意圖
五、汽車用氮化硅陶瓷軸承
氮化硅具有良好的自潤滑性，耐磨損，對潤滑要求低；高溫力學性能好，工作溫度可達800℃，對冷卻要求低，可用作陶瓷軸承，有些公司（如德國N2<公司），已批量生產全陶瓷軸承。
滾動體采用這種陶瓷的混合軸承的使用壽命可延長2-9倍，耐磨性提高9倍以上，工作溫度可達600℃。
▲圖5 滾動體為氮化硅陶瓷的混合軸承
六、陶瓷薄膜噴涂技術
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。這種技術的優點是隔熱效果好、能承受高溫和高壓、工藝成熟、質量穩定。薄膜噴涂使用的材料大多為氧化鋯（PSZ），噴涂厚度小于1.5mm。
為達到低散熱的目標，可對發動機燃燒室部件進行陶瓷噴涂，如活塞頂噴1.25mm厚的氧化鋯，缸套噴0.75mm厚的氧化鋯。經過這種處理的發動機可以降低散熱損失、減輕發動機自身質量、減小發動機尺寸、減少燃油消耗量。
七、其他陶瓷材料在汽車上的應用
陶瓷可用于柴油機微粒過濾器中，材料是鎂鋁硅酸鹽，與作為汽油機催化反應器載體的材料相似。加工時妥善地選擇材料的多孔度，可使濾清效率高達90%以上。過濾器再生溫度高達1300℃，如果用金屬過濾器，需要用耐熱鋼。陶瓷過濾器還可以降低成本。
在汽車催化轉化器中，采用堇青石質蜂窩陶瓷作為催化劑載體，蜂窩型陶瓷載體呈多孔、質薄型結構，材料強度為100/mm2。堇青石耐高溫、強度高、熱膨脹系數低、體積質量小，適宜催化劑載體的環境。
結語
特種陶瓷是正在不斷開發的材料，原料的制取，材料的評估和利用技術等許多方面尚待解決。受加工工藝復雜、制備成本高等原因限制，部分陶瓷在車上配件的應用并不是很成熟及普遍。
參考資料:張金迎等：陶瓷材料在汽車上的應用
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