中国粉体网讯  随着应用领域的不断拓宽，先进陶瓷材料作为一种结构/功能材料，在整个工业制造中越来越重要。尤其是随着科技的进步，以及陶瓷材料所具备的独特的良好综合性能，使陶瓷材料近年来在汽车行业逐渐得到了广泛的应用。从目前看，不论是汽车的关键功能器件，还是重要的结构部位，陶瓷材料在汽车上的应用已经相当普遍，今天我们就来了解一下陶瓷材料在汽车上的诸多应用。

（图片来源：pixabay）

1、陶瓷材料的性能

陶瓷的一般性能：

2、陶瓷材料的分类

（1）氧化物陶瓷

氧化物陶瓷是最早被使用的陶瓷材料，其种类也最多，应用最广泛。最常用的是Al₂O₃、SiO₂、MgO、ZrO₂、CeO₂、CaO及莫来石和尖晶石等，其中Al₂O₃和SiO₂就像金属材料中钢铁和铝一样广泛应用。除了上述单一氧化物外，还有大量氧化物的复合氧化物陶瓷。

（2）碳化物陶瓷

碳化物陶瓷具有比氧化物更高的熔点，但碳化物易氧化，因此在制造和使用时必须防止。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具有优良的综合力学性能和耐高温性能；TiN有高硬度；BN具有耐磨减摩性能；AlN具有热电性能，其应用正日趋广泛。

（4）其他化合物陶瓷

指除上述几类陶瓷和金属及向分子材料以外的无机化合物，包括常作为陶瓷添加剂的硼化物陶瓷以及具有光学、电学等特性的硫族化合物陶瓷等，其研究和应用也日益增多。

3、陶瓷绝热发动机

陶瓷材料具有耐热、耐磨、耐腐蚀、低密度、强隔热性多种优点，将陶瓷材料用在制备陶瓷绝热发动机上，会很好地防止气缸内部热能的损失。陶瓷的密度虽然没有铝材那么低，但比钢材要低不少，密度更低意味着发动机可以减轻重量，结合散热系统简化所减轻的重量，陶瓷发动机的重量可以做得比金属发动机更轻巧。其中主要的陶瓷零部件有以下几种。

（1）发动机心

为了提高发动机热效率、节约能源，可利用陶瓷材料的耐热、耐磨、耐腐蚀、高弹性模量(低膨胀系数）、低密度、隔热性好等特点制作陶瓷绝热发动机心，这样既可防止汽缸内热能损失，又简化了发动机的总体构造，降低了发动机重量。

（2）陶瓷活塞

一般情况下，陶瓷活塞是用在柴油机中的，之前都是使用贵重金属，现在用陶瓷材料进行代替，在涡流室式柴油机的制备中大大地节省了成本。

（3）陶瓷气缸套

陶瓷气缸套可以分成以下的形式：其中第一种是在汽缸套内表面全部由陶瓷材料覆盖，日本小松发动机便是一个典型的例子；第二种是仅在制备缸套上圈时用到陶瓷材料；而第三种是将金属同陶瓷材料进行复合制备，从而将一个全陶瓷缸套制作出来。

4、压电陶瓷

近年来随着我国汽车保有量急剧增加，人们对汽车安全性和舒适性要求也越来越高。利用压电陶瓷的压电效应，可以实现汽车领域中传感、驱动、隔振降噪等功能，可以满足汽车在安全性和舒适性方面的要求。

（1）在汽车传感领域中的应用

一辆普通家用轿车上大约安装几十到近百只传感器，而豪华轿车上的传感器数量可多达200余只。仅就压电陶瓷型传感器来说，常见的有压电陶瓷爆震传感器、超声波传感器、加速度传感器等。

（2）在汽车驱动领域中的应用

利用压电陶瓷的逆压电效应，可以制成压电驱动器，在汽车领域中用以驱动电动后视镜、电动门窗、电动座椅等。

（3）在汽车隔振降噪领域中的应用

Toshiyuki Shibayama等利用压电陶瓷设计了一种用于减少发动机怠速工况下大幅振动的主动悬置，其原理是利用压电陶瓷驱动悬置内的大活塞，与大活塞相连的小活塞的运动位移对压电陶瓷的位移进行了放大，从而获得怠速工况下减振所需的较大位移量，对怠速工况下发动机的振动起到了很好的抑制作用。

（4）在轮胎压力检测系统中的应用

压电陶瓷的发电特性为汽车轮胎压力监视系统的无源化方案提供了可能。利用轮胎转动中的不断挤压作用，对安装在轮胎中的压电陶瓷不断挤压，根据正压电效应，压电陶瓷可以源源不断地发电，不停地为压力监视系统提供能源动力。

5、尾气处理—蜂窝陶瓷/多孔陶瓷

蜂窝陶瓷是以蜂窝孔状为主要结构的工业用陶瓷，其内部为许多贯通的蜂窝形状平行孔道。蜂窝陶瓷按材质可分为堇青石、莫来石、钛酸铝、碳化硅、氧化锆、氧化铝及其复合材质等。根据不同的使用条件，选取不同性能的原料。蜂窝陶瓷是具有吸附能力强、气孔结构优、热稳定性好、密度低、耐磨性好等特点的环保材料，可广泛应用于尾气催化载体、尾气微粒过滤器等汽车尾气净化领域。随着国六标准要求汽车尾气处理系统升级，蜂窝陶瓷市场将迎来大幅扩容阶段。

6、MLCC在汽车电子中应用广泛

MLCC在汽车中的应用包括卫星定位系统、中央控制系统、无线电导航系统、车身稳定控制系统、ADAS系统，各类系统对MLCC的需求都很大。电动化程度不同的车型，对MLCC的需求量也有所不同，其中一辆纯电动汽车需要MLCC数量可达到18000颗。

汽车多个系统都需要用到MLCC

不同车型MLCC需求量

7、陶瓷刹车片

新型陶瓷基摩擦材料作为一种新的材料，可以有效地提升汽车制动的安全性与稳定性，逐渐被应用到汽车的刹车片上。目前，国内外关于陶瓷摩擦学的研究主要集中在SiC，Si₃N₄，Al₂O₃，BN及ZrO₂等少数几种陶瓷材料上。其中，以C/C－SiC复合材料和Al₂O₃陶瓷摩擦材料应用最为广泛。陶瓷基刹车片因具有很多的优良性质而受到了人们的欢迎，特别是其具有良好的耐腐蚀性以及耐用性，是清洁环保型各项性能稳定的产品，而且在使用的过程中不会产生大量的噪音，所以能够保证人们的行车舒适性。

（图片来源：pixabay）

前段时间特斯拉宣布将在2022年中期，为旗下最速量产车ModelSPlaid车型提供碳陶瓷刹车套件，该套装的成本已达2万美元，约合人民币12.78万元。

8、陶瓷涂层

目前陶瓷涂层技术已在汽车及其他许多领域中成功应用，发挥越来越重要的作用，其技术的开发有着非常广阔的前景。例如热喷涂纳米结构陶瓷涂层具有十分优异的强韧性能、耐磨抗蚀性能和抗热震性能，可应用于汽车的各种机械零部件。诸如活塞、活塞环、汽缸体、阀杆、液压支柱、轴瓦、销子、凸轮、凸杆、涡轮机部件等。

9、碳化硅功率器件

在电动汽车领域，碳化硅可作为电动汽车中充电模块和电动模块中的重要材料，具有简化供电网络系统、提高供电频率、降低器件升温、缩小器件体积，提高效率等优良作用。

10、电池隔膜

锂离子电池是电动汽车的动力来源，随着科技的进步，锂离子电池技术和相关材料也得到迅速发展，提高了锂离子电池的性能，扩大了锂离子电池的应用范围，特别是在混合动力公交车、电动汽车、航空航天、人造卫星和储能等领域得到应用。随着对锂离子电池需求量日益增大，对其核心组成部分之一的隔膜的要求也越来越高，高性能的陶瓷隔膜是主要的研究方向，目前研究较多的陶瓷隔膜材料有高纯氧化铝及勃姆石。尽管锂电池的发展方向是固态电池，彼时锂电池隔膜便不再被需要，但据业内人士估计，要想实现全固态电池，还得至少十年的时间。在安全事故不断，固态电池技术又极不成熟的情况下，通过加强对陶瓷隔膜的研究来改善锂电池的安全性还是非常有必要的。

11、碳化硅颗粒增强铝基复合材料

碳化硅颗粒增强铝基复合材料特别适用于制作抗磨材料，如活塞、轴瓦等，丰田汽车公司已经在汽车上使用了碳化硅颗粒增强铝基复合材料制造活塞环和发动机连杆。此外，还可以用碳化硅颗粒增强铝基复合材料制造油缸的内衬，驱动轴等汽车零件。目前汽车工业的大环境是追求节能、绿色、环保，所以当涉及到汽车零部件的时候，其发展趋势就是“以铝代钢”，这样可以整体降低车的重量，节省能源。所以说，铝基复合材料在交通运输领域有广泛的应用前景。

参考来源：

[1]张国政等.碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备及应用的研究

[2]苏丹等.锂离子电池陶瓷隔膜研究进展

[3]刘奇元等.压电陶瓷在汽车领域中的应用研究

[4]吴玉宏.陶瓷材料在汽车上的应用

[5]周锡文.陶瓷材料在汽车工业中的应用探究

（中国粉体网编辑整理/山川）

注：图片非商业用途，存在侵权告知删除