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河北邯郸陶瓷研究院 张树云
特种陶瓷具有优良的综合性能,是汽车工业领域中很重要的材料,在汽车上的应用也越来越广泛.对于提高汽车的性能,降低油耗,减少排气污染,陶瓷材料都有着极其重要价值。随着科学技术的不断发展，汽车的研发及生产阶段越来越多地采用新材料及新工艺，这也使得人们对汽车轻质化、低成本、智能化、经济性和可靠性的要求成为可能，而对于新材料的使用，特种陶瓷材料便是其中最好的功能材料之一。对于陶瓷的分类，按材料及烧制工艺的不同通常分为传统陶瓷和特种陶瓷两大类。传统陶瓷以天然硅酸盐矿物为原料烧制而成，也叫硅酸盐陶瓷。与之相区别，人们将近代发展起来的各种陶瓷总称为特种陶瓷，也称为新型陶瓷、高技术陶瓷或精细陶瓷。特种陶瓷以精制高纯的化工产品为原料，在化学组成、内部结构、性能和使用效能等各方面均不同于传统陶瓷。特种陶瓷具有各种优异、独特的性能，应用在汽车上，对减轻车辆自身质量、提高发动机热效率、降低油耗、减少排气污染、提高易损件寿命、完善汽车智能性功能都具有积极意义。
特种陶瓷材料的性能由两种因素决定。首先是物质结构，主要是化学键的性质和晶体结构。它们决定陶瓷材料的性能，如耐高温性、半导体性及绝缘性等。其次是显微组织，包括分布、晶粒大小、形状、气孔大小和分布、杂质、缺陷等。普通陶瓷是用粘土、长石、石英为原料，经配制、烧结制成。这类陶瓷质地坚硬、不会氧化生锈、耐腐蚀、不导电、能耐一定高温、加工成型性好、成本低，但强度较低。一般最高使用温度不超过1200摄氏度，这类陶瓷产量大，种类多，广泛用于电气、化工等行业。
特种陶瓷种类中的氧化铝陶瓷。又称高铝陶瓷，主要成分是氧化铝和氧化硅。它强度大、硬度高、耐腐蚀、绝缘性好，耐热温度可达1600摄氏度，但缺点是脆性大，抗震性差，工艺复杂，成本高。氧化铝陶瓷出色的高温性能和介电性能，使其适宜制作发动机火花塞;好的耐磨性可保证制作的活塞能够加工到相当高的精度和粗糙度。碳化硅陶瓷是用碳化硅粉，用粉末冶金法经反应烧结或热压烧结工艺制成。碳化硅陶瓷最大特点是高温强度大、热稳定性好、耐磨抗蠕变性好。适用于浇注金属用的喉嘴、热电偶套管、燃气轮机的叶片、轴承等零件。同时由于它的热传导能力高，还适用于高温条件下的热交换器材料，也可用于制作各种泵的密封圈。
氮化硅陶瓷原料丰富、加工性好，可以用低成本生产出各种尺寸精确的部件，特别是形状复杂的部件，成品率比其他陶瓷材料高。氮化硅陶瓷抗温度急变性好，硬度高，其硬度仅次于金刚石、氮化硼等物质，用氮化硅陶瓷材料制造发动机，由于工作温度提高到1370摄氏度，发动机效率可提高30%。同时由于温度提高，可使燃料充分燃烧，排出的废气中污染成分大幅度下降，不仅降低能耗，并且减少了环境污染。
其它一些特种陶瓷材料，种类还是非常繁多的，它们各有特色，可制成各种功能元件。氧化锂陶瓷为高温材料，滑石陶瓷为高频绝缘材料，氧化钍陶瓷为介电材料，钛酸钡陶瓷为光电材料，硼化物、氮化物、硅化物等金属陶瓷为超高温材料。铁氧体陶瓷为永久磁铁、记忆磁铁、磁头等材料，稀土钴瓷为存贮器材料，半导体瓷为亚敏元件、太阳电池等材料等。许多种类可以用于汽车的零部件或检测器件。目前，特种陶瓷材料在汽车上的应用已经取得重要进展。它们主要有以下几个方面。
一、陶瓷在汽车发动机上的应用
新型陶瓷是碳化硅和氮化硅等无机非金属烧结而成。与以往使用的氧化铝陶瓷相比，强度是其三倍以上，能耐1000摄氏度以上高温，新材料推进了汽车上新用途的开发。例如：要将柴油机的燃耗费降低30%以上，可以说新型陶瓷是不可缺少的材料。现在汽油机中，燃烧能量中的78%左右是在热能和热传递中损失掉的，柴油机热效率为33%，与汽油机相比已十分优越，然而仍有60%以上的热能量损失掉。因此，为减少这部分损失，用隔热性能好的陶瓷材料围住燃烧室进行隔热，进而用废气涡轮增压器和动力涡轮来回收排气能量，有试验证明，这样可把热效率提高到48%。同时，由于新型陶瓷的使用，柴油机瞬间快速起动将变得可能。采用新型陶瓷的涡轮增压器，它比当今超耐热合金具有更优越的耐热性，而比重却只有金属涡轮的约三分之一。因此，新型陶瓷涡轮可以补偿金属涡轮动态响应低的缺点。其他正在进行研究的有：采用新型陶瓷的活塞销和活塞环等运动部件。由于重量的减轻，发动机效率可望得到提高。
