特种陶瓷的应用
| 特种陶瓷在汽车上的应用 近年来，对于汽车陶瓷发动机的开发研制即将进入正式使用阶段。特种陶瓷在汽车上的大量运用，将大大改良汽车自身的质量与功能效率，显示出明显的经济价值与社会价值。 1、优越的机械性能与材料性能 由于汽车行驶的速度越来越快，使用的范围越来越广泛，其使用环境将来越来越苛刻。在许多情况下以传统的金属材料制成的零件与部件已不能满足汽车工业的发展，而将陶瓷制品用于汽车将具备很多优良的功能与机械性能。如可以长期耐20G的振动功能；用于燃烧、排气 零件可以长期忍耐50—60℃急热急冷；机械性能的可靠性高，故障率仅在10ˉ5以下；特种陶瓷可与金属或其它材质接合性良好；可以大批量生产且价格低廉等等。 从事汽车材料的研究人员，经过长年的开发、研制、试验与工业化应用证明：许多部位改用陶瓷材料后，其机械特性远远优于金属材料或其它材料制成的零、部件。 2、丰富多样的特种陶瓷零、部件 2.1 氧化锆氧传感器 氧化锆陶瓷质氧传感器可靠性很高。作为净化排气的部件，用它测定排气中的O2浓度，再将该测定值反馈给发动机给气及燃料供给系统，以促进内燃机的燃烧经常保持在充分燃烧状态。这样可以达到显著的节能效果。由于采用的陶瓷材料全部的相位是完全立方晶型的稳定氧化锆、四方晶型和单斜晶型混合的部分稳定氧化锆，在使用过程中机械性能优良，而且可以减少许多由于摩擦产生的热，延长部件的使用时间。 2.2 陶瓷气门加热器 为使发动机起动时完全燃烧，在其吸气侧装备有加热装置，亦称气门加热器，以促进加热吸气，使燃料的蒸发混合完全。在吸气加热时，为控制好温度、提高装置的可靠性，将钛酸钡陶瓷系列的PTC(热敏电阻)用作气门加热器。采用陶瓷气门加热器后，发动机一经发动即处于完全燃烧状态，从而达到净气排放与提高燃烧，效率的功效。陶瓷气门加热器即由陶瓷材质的零件构成。 2.3 陶瓷爆燃传感器 为提高汽车燃烧系统燃料效率，人们希望发动机内部的爆燃经常调整在活塞的上止点发生。采用压电陶瓷爆燃传感器即可在反复应用的条件仍然能抗疲劳，延长使用寿命。现在汽车上已经采用装置有PZT陶瓷元件的爆燃传感器。这种陶瓷爆燃传感器使用性能好，使用数千个小时仍保持稳定不变。 2.4 陶瓷发动机方面 陶瓷在汽车中的应用，得到普及发展的有陶瓷活塞型发动机。将来会出现副燃烧室、活塞头、汽缸衬套、汽缸头、增压转子等陶瓷部件与零件。这些部位可以采用氮化硅结合碳化硅或部分稳定氧化锆等特种陶瓷材料。在燃气涡轮发动机方面，家用轿车为实现与柴油机同量的燃料费用，涡轮进口温度要高达1350℃，而可以忍耐这一高温的只有碳化硅及氮化硅陶瓷材料。目前，汽车与材料专家们都对碳化硅与氮化硅材料寄以厚望，并确认将来汽车涡轮的转子、定子使用上述特种陶瓷材料最为理想。 2.5 汽车减震装置 尤其是高级轿车的减震装置，近年颇受关注。如果利用正压电效应，逆压电效应和电致伸缩效应等智能陶瓷材料研制成智能减震器。这样就可以将轿车因粗糙路面形成的震动降到最低限度，而使乘车人员免受颠波这苦。这类汽车减震装置由于采用高灵敏度陶瓷元件，在轿车行驶中的感知与调节过程仅需20秒即可完成。 3、结 论 迄今为止，国际陶瓷界已确认有数10种陶瓷材料应用在汽车制造方面。由于大量采用性能优越的陶瓷零、部件及元件，汽车实现了如下的优点：①节能、节耗、提速；②杜绝废气排放，净化城市环境；③降低噪声污染；④降低机械摩擦产生的废热；⑤抗震与抗磁化，使司乘人员更舒适；⑥为实现智能化汽车奠定了基础。展望21世纪的新型汽车陶瓷，必然会形成更大更广阔的市场需求，也为陶瓷工业进一步的发展提供了巨大的空间。我国汽车工业正在迈人快速发展增长的阶段，汽车产品中虽然也采用了部分陶瓷元件、部件，但是数量与质量方面远远不够，与国际同行存在巨大差距，许多汽车用特种陶瓷产品尚需国外进口。但也给我国陶瓷工业提供一巨大的市场，因此在未来20年时间中存在很大的发展空间。 |