氧化鋯陶瓷在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)
新型陶瓷是氧化鋯等無(wú)機(jī)非金屬燒結(jié)而成。氧化鋯陶瓷與以往使用的氧化鋁陶瓷相比,強(qiáng)度是其三倍以上,能耐1000攝氏度以上高溫,新材料推進(jìn)了汽車(chē)上新用途的開(kāi)發(fā)。
例如:要將柴油機(jī)的燃耗費(fèi)降低30%以上,可以說(shuō)新型陶瓷是不可缺少的材料。
氧化鋯陶瓷
現(xiàn)在汽油機(jī)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(jī)熱效率為33%,與汽油機(jī)相比已十分優(yōu)越,然而仍有60%以上的熱能量損失掉。
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(jìn)行隔熱,進(jìn)而用廢氣渦輪增壓器和動(dòng)力渦輪來(lái)回收排氣能量,有試驗(yàn)證明,這樣可把熱效率提高到48%。
由于新型陶瓷的使用,柴油機(jī)瞬間快速起動(dòng)將變得可能。采用新型陶瓷的渦輪增壓器,它比當(dāng)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(bǔ)償金屬渦輪動(dòng)態(tài)響應(yīng)低的缺點(diǎn)。
其他正在進(jìn)行研究的有:采用新型陶瓷的活塞銷(xiāo)和活塞環(huán)等運(yùn)動(dòng)部件。由于重量的減輕,發(fā)動(dòng)機(jī)效率可望得到提高。
二、特種敏感陶瓷在汽車(chē)傳感器上應(yīng)用
對(duì)汽車(chē)用傳感器的要求是能長(zhǎng)久適用于汽車(chē)的惡劣環(huán)境(高溫、低溫、振動(dòng)、加速、潮濕、噪聲、廢氣),并應(yīng)當(dāng)具有小型輕量,重復(fù)使用性好,輸出范圍廣等特點(diǎn)。陶瓷耐熱、耐蝕、耐磨及其潛在的優(yōu)良的電磁、光學(xué)機(jī)能,近年來(lái)隨著制造技術(shù)的進(jìn)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(chē)制動(dòng)器上的應(yīng)用
陶瓷制動(dòng)器是在碳纖維制動(dòng)器的基礎(chǔ)上制造而成的。一塊碳纖維制動(dòng)碟最初由碳纖維和樹(shù)脂構(gòu)成,它被機(jī)器壓制成形,之后經(jīng)過(guò)加熱、碳化、加熱、冷卻等幾道工序制成陶瓷制動(dòng)器,陶瓷制動(dòng)器的碳硅化合物表面的硬度接近鉆石,碟片內(nèi)的碳纖維結(jié)構(gòu)使它堅(jiān)固耐沖擊,耐腐蝕,讓碟片極為耐磨。目前此類(lèi)技術(shù)除了在F1賽車(chē)中應(yīng)用,在超級(jí)民用跑車(chē)中也有涉及,例如奔馳的CL55AMG。
四、陶瓷在汽車(chē)減振器上的應(yīng)用
轎車(chē)的減振裝置是綜合利用敏感陶瓷正壓電效應(yīng)、逆壓電效應(yīng)和電致伸縮效應(yīng)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(shí)別路面且能做自我調(diào)節(jié)的功能,可以將轎車(chē)因粗糙路面引起的振動(dòng)降到最低限度。
五、陶瓷材料在汽車(chē)噴涂技術(shù)上的應(yīng)用
近年來(lái),在航天技術(shù)中廣泛應(yīng)用的陶瓷薄膜噴涂技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于汽車(chē)上。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是隔熱效果好、能承受高溫和高壓、工藝成熟、質(zhì)量穩(wěn)定。為達(dá)到低散熱的目標(biāo),可對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室部件進(jìn)行陶瓷噴涂,如活塞頂噴的氧化鋯,缸套噴的氧化鋯。經(jīng)過(guò)這種處理的發(fā)動(dòng)機(jī)可以降低散熱損失、減輕發(fā)動(dòng)機(jī)自身質(zhì)量、減小發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸、減少燃油消耗量。
六、智能陶瓷材料在汽車(chē)中應(yīng)用
作為氧化鋯陶瓷軸產(chǎn)品分類(lèi)的智能陶瓷材料,其中包括在汽車(chē)制造中使用的對(duì)環(huán)境敏感且能對(duì)環(huán)境變化作出靈敏反應(yīng)的材料,目前已成為材料科學(xué)及工程領(lǐng)域中研究的焦點(diǎn)。
汽車(chē)上使用的智能絕緣陶瓷產(chǎn)品,包括功能材料、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與反饋系統(tǒng)相結(jié)合的智能材料系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)。由于其綜合性功能的發(fā)揮,可使汽車(chē)產(chǎn)品在行駛時(shí)感知與響應(yīng)外界環(huán)境的變化,使汽車(chē)產(chǎn)品擁有自檢、自測(cè)、自診斷、自修復(fù)、自適應(yīng)等諸多性能。
當(dāng)前有些功能日本陶瓷制品已具有智能化的功能,如半導(dǎo)體鈦酸鋇正溫度系數(shù)熱能電阻及氧化鋅變阻器,它們對(duì)于溫度和電壓具備自身診斷、候補(bǔ)保護(hù)與自身修復(fù)的功能,可以使材料本身?yè)碛械挚弓h(huán)境突然變化的能力,并可重復(fù)多次使用。
在智能陶瓷系統(tǒng)中,壓電陶瓷是最重要的品類(lèi)。現(xiàn)在已經(jīng)普及使用及正擬開(kāi)發(fā)研制的壓電類(lèi)智能陶瓷制品及材料系統(tǒng)如下:
汽車(chē)減震裝置:
利用智能陶瓷產(chǎn)品的正壓電效應(yīng)、逆壓電效應(yīng)研制出的智能減震器,具有識(shí)別路面并自我調(diào)節(jié)的功能,可將粗糙路面對(duì)汽車(chē)形成的震動(dòng)減到最低限度,整個(gè)感知與調(diào)節(jié)過(guò)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(yīng)用在汽車(chē)產(chǎn)品之外的領(lǐng)域,如使用到精密加工的穩(wěn)固工作平臺(tái)等。
汽車(chē)智能雨刷:
利用鈦酸鋇陶瓷的壓阻效應(yīng)制成智能陶瓷雨刷,可以自動(dòng)感知雨量,自動(dòng)將雨刷調(diào)節(jié)到最佳速度。
汽車(chē)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(shù)字信號(hào)處理集成電路組成的有源消聲陶瓷材料,可把汽車(chē)的震動(dòng)頻率降低到500赫茲以下。此外,還可以利用智能陶瓷材料開(kāi)發(fā)出智能安全系統(tǒng)與智能傳輸系統(tǒng),如在安全氣囊中,也使用了智能陶瓷元件。
現(xiàn)代智能陶瓷材料的開(kāi)發(fā)研究與市場(chǎng),已經(jīng)處在方興未艾時(shí)期,同時(shí)它的應(yīng)用已經(jīng)不僅限于汽車(chē)工業(yè),而且對(duì)造船、建筑、機(jī)械、家電、航天、國(guó)防等工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響,將大大提高各類(lèi)機(jī)械與電子產(chǎn)品的智能與自動(dòng)化水平。
目前,氧化鋯陶瓷在汽車(chē)的應(yīng)用并不廣泛,其中的主要原因有:制造工藝復(fù)雜、要求高;因氧化鋯陶瓷對(duì)原材料要求比較嚴(yán)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。
不過(guò),人們有充分理由相信,隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,在未來(lái)的汽車(chē)制造業(yè)中將會(huì)有更多的氧化鋯陶瓷、智能陶瓷制品被引入和采用到汽車(chē)上,而且一定會(huì)在汽車(chē)生·產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。
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本文“氧化鋯陶瓷在汽車(chē)領(lǐng)域的新應(yīng)用(圖)”由科眾陶瓷編輯整理,修訂時(shí)間:2022-12-17 13:49:54
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