中國粉體網(wǎng)訊 隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，先進(jìn)陶瓷材料作為一種結(jié)構(gòu)/功能材料，在整個(gè)工業(yè)制造中越來越重要。尤其是隨著科技的進(jìn)步，以及陶瓷材料所具備的獨(dú)特的良好綜合性能，使陶瓷材料近年來在汽車行業(yè)逐漸得到了廣泛的應(yīng)用。從目前看，不論是汽車的關(guān)鍵功能器件，還是重要的結(jié)構(gòu)部位，陶瓷材料在汽車上的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普遍，今天我們就來了解一下陶瓷材料在汽車上的諸多應(yīng)用。
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1、陶瓷材料的性能
陶瓷的一般性能：
2、陶瓷材料的分類
（1）氧化物陶瓷
氧化物陶瓷是最早被使用的陶瓷材料，其種類也最多，應(yīng)用最廣泛。最常用的是Al2O3、SiO2、MgO、ZrO2、CeO2、CaO及莫來石和尖晶石等，其中Al2O3和SiO2就像金屬材料中鋼鐵和鋁一樣廣泛應(yīng)用。除了上述單一氧化物外，還有大量氧化物的復(fù)合氧化物陶瓷。
（2）碳化物陶瓷
碳化物陶瓷具有比氧化物更高的熔點(diǎn)，但碳化物易氧化，因此在制造和使用時(shí)必須防止。最常用的有SiC、WC、B4C、TiC等。
（3）氮化物陶瓷
包括Si3N4、TiN、BN、AlN等。其中Si3N4具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能和耐高溫性能；TiN有高硬度；BN具有耐磨減摩性能；AlN具有熱電性能，其應(yīng)用正日趨廣泛。
（4）其他化合物陶瓷
指除上述幾類陶瓷和金屬及向分子材料以外的無機(jī)化合物，包括常作為陶瓷添加劑的硼化物陶瓷以及具有光學(xué)、電學(xué)等特性的硫族化合物陶瓷等，其研究和應(yīng)用也日益增多。
3、陶瓷絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)
陶瓷材料具有耐熱、耐磨、耐腐蝕、低密度、強(qiáng)隔熱性多種優(yōu)點(diǎn)，將陶瓷材料用在制備陶瓷絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)上，會(huì)很好地防止氣缸內(nèi)部熱能的損失。陶瓷的密度雖然沒有鋁材那么低，但比鋼材要低不少，密度更低意味著發(fā)動(dòng)機(jī)可以減輕重量，結(jié)合散熱系統(tǒng)簡(jiǎn)化所減輕的重量，陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)的重量可以做得比金屬發(fā)動(dòng)機(jī)更輕巧。其中主要的陶瓷零部件有以下幾種。
（1）發(fā)動(dòng)機(jī)心
為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率、節(jié)約能源，可利用陶瓷材料的耐熱、耐磨、耐腐蝕、高彈性模量(低膨脹系數(shù)）、低密度、隔熱性好等特點(diǎn)制作陶瓷絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)心，這樣既可防止汽缸內(nèi)熱能損失，又簡(jiǎn)化了發(fā)動(dòng)機(jī)的總體構(gòu)造，降低了發(fā)動(dòng)機(jī)重量。
（2）陶瓷活塞
一般情況下，陶瓷活塞是用在柴油機(jī)中的，之前都是使用貴重金屬，現(xiàn)在用陶瓷材料進(jìn)行代替，在渦流室式柴油機(jī)的制備中大大地節(jié)省了成本。
（3）陶瓷氣缸套
陶瓷氣缸套可以分成以下的形式：其中第一種是在汽缸套內(nèi)表面全部由陶瓷材料覆蓋，日本小松發(fā)動(dòng)機(jī)便是一個(gè)典型的例子；第二種是僅在制備缸套上圈時(shí)用到陶瓷材料；而第三種是將金屬同陶瓷材料進(jìn)行復(fù)合制備，從而將一個(gè)全陶瓷缸套制作出來。
4、壓電陶瓷
近年來隨著我國汽車保有量急劇增加，人們對(duì)汽車安全性和舒適性要求也越來越高。利用壓電陶瓷的壓電效應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)汽車領(lǐng)域中傳感、驅(qū)動(dòng)、隔振降噪等功能，可以滿足汽車在安全性和舒適性方面的要求。
（1）在汽車傳感領(lǐng)域中的應(yīng)用
一輛普通家用轎車上大約安裝幾十到近百只傳感器，而豪華轎車上的傳感器數(shù)量可多達(dá)200余只。僅就壓電陶瓷型傳感器來說，常見的有壓電陶瓷爆震傳感器、超聲波傳感器、加速度傳感器等。
（2）在汽車驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域中的應(yīng)用
利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，可以制成壓電驅(qū)動(dòng)器，在汽車領(lǐng)域中用以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)后視鏡、電動(dòng)門窗、電動(dòng)座椅等。
（3）在汽車隔振降噪領(lǐng)域中的應(yīng)用
Toshiyuki Shibayama等利用壓電陶瓷設(shè)計(jì)了一種用于減少發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況下大幅振動(dòng)的主動(dòng)懸置，其原理是利用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)懸置內(nèi)的大活塞，與大活塞相連的小活塞的運(yùn)動(dòng)位移對(duì)壓電陶瓷的位移進(jìn)行了放大，從而獲得怠速工況下減振所需的較大位移量，對(duì)怠速工況下發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)起到了很好的抑制作用。
（4）在輪胎壓力檢測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用
壓電陶瓷的發(fā)電特性為汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)的無源化方案提供了可能。利用輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)中的不斷擠壓作用，對(duì)安裝在輪胎中的壓電陶瓷不斷擠壓，根據(jù)正壓電效應(yīng)，壓電陶瓷可以源源不斷地發(fā)電，不停地為壓力監(jiān)視系統(tǒng)提供能源動(dòng)力。
5、尾氣處理—蜂窩陶瓷/多孔陶瓷
蜂窩陶瓷是以蜂窩孔狀為主要結(jié)構(gòu)的工業(yè)用陶瓷，其內(nèi)部為許多貫通的蜂窩形狀平行孔道。蜂窩陶瓷按材質(zhì)可分為堇青石、莫來石、鈦酸鋁、碳化硅、氧化鋯、氧化鋁及其復(fù)合材質(zhì)等。根據(jù)不同的使用條件，選取不同性能的原料。蜂窩陶瓷是具有吸附能力強(qiáng)、氣孔結(jié)構(gòu)優(yōu)、熱穩(wěn)定性好、密度低、耐磨性好等特點(diǎn)的環(huán)保材料，可廣泛應(yīng)用于尾氣催化載體、尾氣微粒過濾器等汽車尾氣凈化領(lǐng)域。隨著國六標(biāo)準(zhǔn)要求汽車尾氣處理系統(tǒng)升級(jí)，蜂窩陶瓷市場(chǎng)將迎來大幅擴(kuò)容階段。
6、MLCC在汽車電子中應(yīng)用廣泛
MLCC在汽車中的應(yīng)用包括衛(wèi)星定位系統(tǒng)、中央控制系統(tǒng)、無線電導(dǎo)航系統(tǒng)、車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)、ADAS系統(tǒng)，各類系統(tǒng)對(duì)MLCC的需求都很大。電動(dòng)化程度不同的車型，對(duì)MLCC的需求量也有所不同，其中一輛純電動(dòng)汽車需要MLCC數(shù)量可達(dá)到18000顆。
汽車多個(gè)系統(tǒng)都需要用到MLCC
不同車型MLCC需求量
7、陶瓷剎車片
新型陶瓷基摩擦材料作為一種新的材料，可以有效地提升汽車制動(dòng)的安全性與穩(wěn)定性，逐漸被應(yīng)用到汽車的剎車片上。目前，國內(nèi)外關(guān)于陶瓷摩擦學(xué)的研究主要集中在SiC，Si3N4，Al2O3，BN及ZrO2等少數(shù)幾種陶瓷材料上。其中，以C/C－SiC復(fù)合材料和Al2O3陶瓷摩擦材料應(yīng)用最為廣泛。陶瓷基剎車片因具有很多的優(yōu)良性質(zhì)而受到了人們的歡迎，特別是其具有良好的耐腐蝕性以及耐用性，是清潔環(huán)保型各項(xiàng)性能穩(wěn)定的產(chǎn)品，而且在使用的過程中不會(huì)產(chǎn)生大量的噪音，所以能夠保證人們的行車舒適性。
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前段時(shí)間特斯拉宣布將在2022年中期，為旗下最速量產(chǎn)車ModelSPlaid車型提供碳陶瓷剎車套件，該套裝的成本已達(dá)2萬美元，約合人民幣12.78萬元。
8、陶瓷涂層
目前陶瓷涂層技術(shù)已在汽車及其他許多領(lǐng)域中成功應(yīng)用，發(fā)揮越來越重要的作用，其技術(shù)的開發(fā)有著非常廣闊的前景。例如熱噴涂納米結(jié)構(gòu)陶瓷涂層具有十分優(yōu)異的強(qiáng)韌性能、耐磨抗蝕性能和抗熱震性能，可應(yīng)用于汽車的各種機(jī)械零部件。諸如活塞、活塞環(huán)、汽缸體、閥桿、液壓支柱、軸瓦、銷子、凸輪、凸桿、渦輪機(jī)部件等。
9、碳化硅功率器件
在電動(dòng)汽車領(lǐng)域，碳化硅可作為電動(dòng)汽車中充電模塊和電動(dòng)模塊中的重要材料，具有簡(jiǎn)化供電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、提高供電頻率、降低器件升溫、縮小器件體積，提高效率等優(yōu)良作用。
10、電池隔膜
鋰離子電池是電動(dòng)汽車的動(dòng)力來源，隨著科技的進(jìn)步，鋰離子電池技術(shù)和相關(guān)材料也得到迅速發(fā)展，提高了鋰離子電池的性能，擴(kuò)大了鋰離子電池的應(yīng)用范圍，特別是在混合動(dòng)力公交車、電動(dòng)汽車、航空航天、人造衛(wèi)星和儲(chǔ)能等領(lǐng)域得到應(yīng)用。隨著對(duì)鋰離子電池需求量日益增大，對(duì)其核心組成部分之一的隔膜的要求也越來越高，高性能的陶瓷隔膜是主要的研究方向，目前研究較多的陶瓷隔膜材料有高純氧化鋁及勃姆石。盡管鋰電池的發(fā)展方向是固態(tài)電池，彼時(shí)鋰電池隔膜便不再被需要，但據(jù)業(yè)內(nèi)人士估計(jì)，要想實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池，還得至少十年的時(shí)間。在安全事故不斷，固態(tài)電池技術(shù)又極不成熟的情況下，通過加強(qiáng)對(duì)陶瓷隔膜的研究來改善鋰電池的安全性還是非常有必要的。
11、碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料
碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料特別適用于制作抗磨材料，如活塞、軸瓦等，豐田汽車公司已經(jīng)在汽車上使用了碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制造活塞環(huán)和發(fā)動(dòng)機(jī)連桿。此外，還可以用碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制造油缸的內(nèi)襯，驅(qū)動(dòng)軸等汽車零件。目前汽車工業(yè)的大環(huán)境是追求節(jié)能、綠色、環(huán)保，所以當(dāng)涉及到汽車零部件的時(shí)候，其發(fā)展趨勢(shì)就是“以鋁代鋼”，這樣可以整體降低車的重量，節(jié)省能源。所以說，鋁基復(fù)合材料在交通運(yùn)輸領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。
參考來源：
[1]張國政等.碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備及應(yīng)用的研究
[2]蘇丹等.鋰離子電池陶瓷隔膜研究進(jìn)展
[3]劉奇元等.壓電陶瓷在汽車領(lǐng)域中的應(yīng)用研究
[4]吳玉宏.陶瓷材料在汽車上的應(yīng)用
[5]周錫文.陶瓷材料在汽車工業(yè)中的應(yīng)用探究
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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