中國(guó)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(lái)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(lái)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(lái)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(lái)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(wú)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(méi)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(lái),。

4、壓電陶瓷

近年來(lái)隨著我國(guó)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(lái)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(lái)說(shuō),，常見(jiàn)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(mén)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(wú)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(lái)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(guò)濾器等汽車尾氣凈化領(lǐng)域,。隨著國(guó)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(lái)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(wú)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(guó)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(guò)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(wàn)美元,，約合人民幣12.78萬(wàn)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(lái)越重要的作用，其技術(shù)的開(kāi)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(lái)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(lái)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(guò)加強(qiáng)對(duì)陶瓷隔膜的研究來(lái)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(shuō),，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(lái)源：

[1]張國(guó)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(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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