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氧化鋯陶瓷材料在汽車上的應用

內容導讀:一、陶瓷在汽車發動機上的應用 新型陶瓷是氧化鋯等無機非金屬燒結而成。氧化鋯陶瓷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
一、陶瓷在汽車發動機上的應用         
新型陶瓷是氧化鋯等無機非金屬燒結而成。氧化鋯陶瓷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。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,用隔熱性能好的陶瓷材料圍住燃燒室進行隔熱,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%。 氧化鋯陶瓷零件 氧化鋯陶瓷零件 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等運動部件。由于重量的減輕,發動機效率可望得到提高。 
二、特種敏感陶瓷在汽車傳感器上應用        
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境(高溫、低溫、振動、加速、潮濕、噪聲、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CL55 AMG。  
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。這種技術的優點是隔熱效果好、能承受高溫和高壓、工藝成熟、質量穩定。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,如活塞頂噴的氧化鋯,缸套噴的氧化鋯。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。


氧化鋯陶瓷材料
六、智能陶瓷材料在汽車中應用  
    作為氧化鋯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境敏感且能對環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揮,可使汽車產品在行駛時感知與響應外界環境的變化,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。
  現在已經普及使用及正擬開發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,而且對造船、建筑、機械、家電、航天、國防等工業領域產生重要影響,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,氧化鋯陶瓷是一種正在不斷開發中的陶瓷材料產品,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,氧化鋯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;因氧化鋯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。不過,人們有充分理由相信,隨著科學技術的飛速發展,在未來的汽車制造業中將會有更多的氧化鋯陶瓷、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。

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