Con el desarrollo continuo de la sociedad, las personas tienen requisitos cada vez más altos para que los automóviles sean livianos, inteligentes, confiables, respetuosos con el medio ambiente, cómodos y económicos. Para cumplir con estos requisitos, con el desarrollo continuo de la ciencia y la tecnología, la investigación y el desarrollo del automóvil. Cada vez se utilizan más nuevos materiales y nuevos procesos en la producción y la producción, y la cerámica es uno de ellos para el uso de nuevos materiales. Las cerámicas especiales se diferencian de las tradicionales en términos de composición química, estructura interna, rendimiento y eficiencia. Tienen varias propiedades excelentes y únicas. Los investigadores dedicados a los materiales automotrices han demostrado después de años de desarrollo, investigación, pruebas y aplicaciones industriales que después de que muchas piezas y componentes automotrices se convierten en materiales cerámicos, sus propiedades mecánicas son muy superiores a las de los materiales metálicos u otros materiales. Precisamente por estas excelentes propiedades de las cerámicas especiales tienen una importancia positiva a la hora de reducir el peso del propio vehículo, mejorar la eficiencia térmica del motor, reducir el consumo de combustible, reducir la contaminación de los gases de escape, aumentar la vida útil de las piezas de desgaste y mejorar las funciones inteligentes. de automóviles.
1. Características de las cerámicas especiales
Las cerámicas especiales para automóviles de uso común son las siguientes:
1. Cerámica de alúmina. Las principales características de rendimiento de las cerámicas de alúmina son alta resistencia, alta dureza, resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión, resistencia a altas temperaturas y buenas propiedades de aislamiento, con una temperatura de resistencia al calor de hasta 1600 °C. Pero las desventajas son la alta fragilidad, la poca resistencia a los terremotos, el proceso complejo y el alto costo. El excelente rendimiento a altas temperaturas y las propiedades dieléctricas de las cerámicas de alúmina se pueden utilizar para fabricar bujías de motor, y su buena resistencia al desgaste se puede utilizar para fabricar cojinetes y pistones.
2. Cerámicas de carburo de silicio. Las características más importantes de las cerámicas de carburo de silicio son su alta resistencia a altas temperaturas (la resistencia a la flexión permanece entre 500 y 600 MPa a 1400 °C), una gran capacidad de transferencia de calor, buena estabilidad térmica y resistencia al desgaste, y un pequeño coeficiente de expansión térmica. Adecuado para fabricar álabes, cojinetes y otras piezas de turbinas de gas.Debido a su alta conductividad térmica, también es adecuado como material intercambiador de calor en condiciones de alta temperatura y también puede usarse para fabricar anillos de sellado para diversas bombas.
3. Cerámicas de nitruro de silicio. Las cerámicas de nitruro de silicio pueden producir una variedad de componentes con dimensiones precisas y formas complejas a bajo costo, con un rendimiento mayor que otros materiales cerámicos. Las principales características de rendimiento son alta resistencia y alta dureza. Su dureza es superada solo por el diamante, el nitruro de boro y otras sustancias. Tiene buena estabilidad química, resistencia al desgaste, aislamiento y alta precisión del producto. Se puede utilizar para fabricar piezas aislantes y resistentes al desgaste, a la corrosión, a las altas temperaturas. El nitruro de silicio sinterizado por reacción se puede utilizar para fabricar anillos de sello mecánico de bombas, cojinetes de alta temperatura, válvulas y otras piezas.
4. Cerámicas de nitruro de boro. Las cerámicas de nitruro de boro tienen buena resistencia al calor, estabilidad térmica, conductividad térmica y rigidez dieléctrica a altas temperaturas. Son materiales ideales para disipar el calor y materiales aislantes para altas temperaturas. Las cerámicas de nitruro de boro tienen buena estabilidad química y pueden resistir la erosión de la mayoría de los metales fundidos. También tienen buenas propiedades autolubricantes. Sus productos tienen baja dureza y pueden mecanizarse.
5. Cerámica de circonio. El punto de fusión de la cerámica de circonio es de 2715 ℃ y la temperatura de servicio puede alcanzar los 2300 ℃. No se puede usar circonio puro, se puede usar después de agregar estabilizadores. Su alta resistencia y tenacidad, alta dureza y resistencia al desgaste, alta resistencia a la corrosión química y baja conductividad térmica se pueden usar como herramientas de corte, materiales de aislamiento térmico y piezas deslizantes.
2. Aplicación de la cerámica en el automóvil
(1) Aplicación de la cerámica en motores de automóviles
1. Motor adiabático cerámico. Utilice las características de los materiales cerámicos (como las cerámicas de nitruro de silicio), como resistencia al calor, resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión, bajo coeficiente de expansión, baja densidad y buen aislamiento térmico para fabricar motores con aislamiento cerámico. La temperatura de funcionamiento puede alcanzar 1300 ℃ -1500. ℃, y puede reducir la pérdida de energía térmica en el cilindro, permitir la combustión completa del combustible y reducir el impacto de los gases de escape en el medio ambiente.de la contaminación. Además, los motores cerámicos no requieren un sistema de refrigeración por agua y su densidad es solo aproximadamente la mitad que la del acero, lo que puede simplificar la estructura general del motor, reducir el peso y el consumo de energía del motor y aumentar la potencia de trabajo en más del 45%. en comparación con los motores de acero.
2. Pistón cerámico. El pistón de fibra cerámica hecho de material cerámico de nitruro de silicio tiene buena resistencia al desgaste y puede prevenir el fenómeno de "golpe en frío y estirado en caliente" causado por el gran coeficiente de expansión térmica del pistón de aleación de aluminio.
3. Camisa de cilindro de cerámica. El uso de materiales cerámicos para fabricar el anillo superior de la camisa del cilindro o el uso de materiales metálicos y cerámicos para hacer una camisa de cilindro completamente cerámica en lugar de la camisa de cilindro tradicional puede evitar la pérdida de energía térmica en el cilindro, simplificar la estructura del motor y mejorar así la temperatura. eficiencia y reducción de la calidad del motor.
4. Piezas del mecanismo de válvula cerámica. La utilización de las características de baja densidad, resistencia al calor y resistencia al desgaste de los materiales cerámicos para fabricar válvulas, asientos de válvula, taqués, resortes de válvula y balancines puede reducir la deformación y el rebote del asiento de la válvula cuando está asentado, reducir el ruido y la vibración y extender la vida útil. . Mitsubishi usa cerámica para fabricar los balancines del motor; las válvulas cerámicas de Isuzu hechas de nitruro de silicio son más livianas que las válvulas de acero, tienen un cierto efecto de ahorro de combustible y pueden reducir las emisiones nocivas. Ford usa elevadores de válvulas cerámicos formados por inyección. han logrado buenos resultados.
5. Calentador de válvula cerámica. El calentador de válvula es un dispositivo de calentamiento equipado en el lado de succión y es un termistor cerámico de titanato de bario. Al calentar el aire de succión, puede controlar la temperatura y mejorar la confiabilidad del dispositivo, promover el calentamiento del aire de succión, completar la evaporación y mezcla del combustible y completar la combustión cuando se arranca el motor, mejorando así la combustión. eficiencia y emisiones netas de gases.
(2) Aplicación de cerámica en frenos de automóviles
El disco de freno de los frenos cerámicos puede estar hecho de cerámica reforzada, es decir, se utiliza polvo cerámico y fibra de carbono para reemplazar el metal en la tecnología existente. La dureza de su superficie compuesta de carbono y silicio es cercana a la del diamante, y su estructura de fibra de carbono lo hace fuerte, resistente a los impactos, a la corrosión y extremadamente resistente al desgaste. En comparación con los discos de freno de acero, los discos de freno cerámicos reducen el peso de todo el vehículo, reducen el consumo de combustible, extienden la vida útil y mejoran en gran medida la resistencia al desgaste, la resistencia a altas temperaturas, la resistencia a la corrosión y el rendimiento de frenado del disco de freno.El efecto de disipación de calor es bueno.
(3) Aplicación de cerámica en amortiguadores de automóviles
Los amortiguadores de automóviles que utilizan componentes cerámicos de alta sensibilidad tienen la función de identificar la superficie de la carretera y realizar autoajustes. El proceso de detección y ajuste mientras el automóvil está en marcha solo toma 20 segundos, por lo que se puede reducir la vibración causada por la superficie rugosa de la carretera. al mínimo, para proteger a los pasajeros del dolor de los golpes.
(4) Aplicación de cerámica en tecnología de pulverización de automóviles
En los últimos años, la tecnología de pulverización de películas cerámicas, que se utiliza ampliamente en la tecnología aeroespacial, ha comenzado a aplicarse a los automóviles. Esta tecnología utiliza tecnología de pulverización de plasma para recubrir cerámicas como trióxido de circonio, carburo de titanio y dióxido de titanio para obtener un recubrimiento duradero dentro de 1 mm. Recubrir las partes del motor resistentes a altas temperaturas con una capa de cerámica de alta temperatura no solo puede mantener la resistencia y tenacidad inherentes del material metálico, sino que también tiene resistencia a altas temperaturas. Por ejemplo, rociar circonio en la parte superior del pistón y rociar revestimiento cerámico en las superficies de trabajo de la camisa del cilindro y el anillo del pistón pueden mejorar la resistencia al desgaste y la vida útil. El uso de esta tecnología también puede aumentar la resistencia al calor de la superficie del conducto de entrada de aire del motor de 1200°C a 1700°C. El motor después de este tratamiento puede reducir la pérdida de calor, reducir el peso del motor, reducir el tamaño del motor y reducir el consumo de combustible.
(5) Aplicación de cerámica en sensores automotrices
Como fuente de información del sistema de control electrónico del automóvil, los sensores automotrices son componentes clave del sistema de control electrónico del automóvil. Cuanto mayor es el grado de electrónica y automatización del automóvil, mayor es la dependencia de los sensores. Algunos materiales cerámicos funcionales pueden adaptarse a largo plazo a los entornos hostiles exclusivos de los automóviles (alta temperatura, baja temperatura, vibración, aceleración, humedad, ruido, gases de escape) y se utilizan en sensores de automóviles.
1. Sensor de temperatura cerámico. El sistema de inyección electrónica del motor puede utilizar sensores de temperatura cerámicos para medir de forma continua y precisa la temperatura del agua de refrigeración, la temperatura del aire de admisión y la temperatura de escape, a fin de corregir o compensar la cantidad de inyección de combustible de acuerdo con los cambios de temperatura, cambiar el valor objetivo del control de velocidad de ralentí, etc., y obtener la mejor relación aire-combustible.
&nortebsp; 2. Sensor cerámico de gases de escape. El sensor de circonio utilizado para el control de los gases de escape de los automóviles se instala en el colector o en el tubo de escape delantero. Utiliza materiales cerámicos sensibles a los gases con electrolitos sólidos para medir la concentración de O2 en las emisiones de escape y luego envía el valor medido a la entrada de aire del motor. Sistema de suministro de combustible, detecta la relación aire-combustible del motor y promueve la combustión del combustible para mantener siempre un estado de combustión completo. Además de ahorrar combustible, también puede reducir las emisiones de gases nocivos como CO y NO2. Tiene alta sensibilidad, buena confiabilidad y larga vida útil.
3. Sensor de detonación cerámico. El sensor cerámico de detonación permite que el motor funcione en el momento de encendido cercano al detonación, con la mayor eficiencia térmica y el menor consumo de combustible, logrando un estado de trabajo libre de detonación y asegurando que opere con la máxima potencia e indicadores económicos posibles.
4. Sensor ultrasónico. Los sensores ultrasónicos generalmente se componen de carcasas de aleación de aluminio, transductores cerámicos piezoeléctricos, materiales absorbentes de sonido y electrodos de plomo. Se utilizan como dispositivos de alarma anticolisión de marcha atrás para guiar la conducción segura de los automóviles. y camiones pesados, camiones mineros y otros vehículos de gran tamaño. Los sensores ultrasónicos también se utilizan en medidores de flujo de aire para detectar la cantidad de aire que ingresa al motor.
5. Sensor de aceleración cerámico. Los sensores de aceleración cerámicos se utilizan en los sistemas de bolsas de aire de automóviles. Pueden usarse para detectar la intensidad de colisión instantánea a baja o alta velocidad del automóvil y convertirla en una salida de señal eléctrica para garantizar que cuando la intensidad de la colisión sea alta, la bolsa de aire esté activa. Se abre de forma precisa y oportuna, mejorando así el rendimiento de seguridad del coche. Tiene alta precisión y confiabilidad y puede distinguir rápidamente la situación real de colisión.
6. Sensor de humedad cerámico. El interior del sensor de humedad del automóvil está equipado con un cuerpo sinterizado poroso hecho de materiales cerámicos de la serie de óxidos metálicos. La adsorción de moléculas de agua en la superficie del cuerpo sinterizado se utiliza para detectar la humedad. La cantidad característica de detección de humedad es la resistencia. la humedad se detecta por el cambio en el valor de resistencia. Es adecuado para la detección de escarcha y condensación en el cristal de las ventanillas de los automóviles y la detección de la humedad del aire en la entrada de aire del motor.
&nortebsp (6) Aplicación de cerámica en soportes de convertidores catalíticos de automóviles
En comparación con los metales, polímeros y otros materiales, los materiales cerámicos son más adecuados para diversas temperaturas altas y ambientes corrosivos, por lo que se utilizan ampliamente en el campo de los portadores de catalizadores. El desempeño del propio portador en la reacción catalítica afectará directamente el desempeño del catalizador. El soporte cerámico de cordierita en forma de panal de uso común se coloca en el purificador de escape del automóvil. Cuando se usa, los óxidos de nitrógeno (NOX), el monóxido de carbono (CO) y otros gases nocivos en el escape del automóvil se pueden convertir en gases no tóxicos como el nitrógeno (N2). ) y dióxido de carbono (CO2) a la atmósfera pueden reducir en gran medida el nivel de contaminación de las emisiones de escape de los vehículos.
(7) Aplicación de cerámica en silenciadores de automóviles
Cuando la onda de sonido se propaga a la cerámica porosa en forma de panal instalada en el tubo de escape del automóvil, provoca la vibración del aire en los poros ricos de la red y luego, a través de la fricción entre el aire y la matriz cerámica porosa, la energía de la onda de sonido se convierte en energía térmica y su consumo, logrando así el efecto de eliminar el ruido.
(8) Aplicación de cerámica en limpiaparabrisas
Utilizando el efecto piezoresistivo de la cerámica de titanato de bario para fabricar limpiaparabrisas cerámicos inteligentes, que pueden detectar automáticamente la cantidad de lluvia y ajustar automáticamente el limpiaparabrisas a la velocidad óptima.
(9) Aplicación de cerámica en películas para automóviles
En comparación con las películas metálicas de aislamiento térmico actualmente en el mercado, las películas aislantes nanocerámicas multicapa tienen mejores efectos térmicos y transmitancia de luz, lo que puede aliviar la fatiga visual, reducir significativamente el calor en el automóvil, aumentar la comodidad de conducción y reducir el aire. carga de acondicionamiento y consumo de combustible; aislamiento térmico, duradero, antioxidante, nunca se desvanece; antiarañazos y roturas de vidrio, lo que aumenta la seguridad en la conducción. Al mismo tiempo, la película aislante nanocerámica multicapa utiliza tecnología cerámica no metálica, que puede eliminar por completo el efecto protector único de las películas metálicas contra las ondas electromagnéticas y no tendrá ningún impacto en los sistemas de navegación por satélite, teléfonos móviles y controles remotos. controles y sistemas automáticos de cobro de peajes en autopistas. Película aislante cerámica utilizada en los mejores coches deportivos del mundoJieshang tiene algunas aplicaciones.
3. Problemas en la aplicación de cerámicas especiales en automóviles
Las cerámicas especiales son materiales en constante desarrollo. Hay muchas cuestiones que deben resolverse en la preparación de materias primas, la evaluación de materiales y la tecnología de utilización. En la actualidad, las principales razones que obstaculizan la aplicación de cerámicas especiales en los automóviles son: primero, el costo se ha mantenido alto durante mucho tiempo, mucho más alto que el precio de las piezas metálicas; segundo, las cerámicas especiales tienen requisitos estrictos sobre las materias primas y el material; el proceso es difícil de dominar, lo que hace que cada lote de productos sea difícil mantener un rendimiento uniforme; en tercer lugar, tiene poca procesabilidad, alta fragilidad y poca confiabilidad; en cuarto lugar, el proceso de fabricación es complejo y exigente;
4. Conclusión
Aunque actualmente existen algunos problemas que deben resolverse en la aplicación de cerámicas especiales en automóviles, debido a sus excelentes y únicas propiedades, el desarrollo de cerámicas especiales es muy rápido en la tecnología industrial moderna, especialmente en los campos de alta tecnología. y las nuevas tecnologías son cada vez más importantes. Para lograr la estrategia de desarrollo sostenible de la sociedad humana, cumplir con los requisitos de ligereza, inteligencia, ahorro de energía, seguridad y protección ambiental de la nueva generación de productos automotrices, y acelerar la nueva revolución tecnológica, Estados Unidos, Japón, Alemania y Otros países han invertido mucha mano de obra, recursos materiales y financieros en la investigación y el desarrollo de cerámicas especiales, utilizando cerámicas especiales con diferentes composiciones químicas y estructuras organizativas para tener diferentes propiedades especiales y características funcionales, y han logrado grandes avances tecnológicos en el desarrollo de piezas cerámicas. y componentes para automóviles. Nuestro país también ha logrado grandes avances en este campo, y las perspectivas de desarrollo y aplicación de piezas cerámicas para automóviles serán muy atractivas. Creo que en un futuro próximo, con el rápido desarrollo de la ciencia y la tecnología, los materiales cerámicos tendrán mayores avances en el campo de la fabricación de automóviles. Se introducirán y aplicarán más cerámicas especiales y cerámicas inteligentes para mejorar el rendimiento de los automóviles.capaz.
