综 述 与 述 评车 用 陶 瓷 及 其 应 用 解 读 肖 九 梅( 湖 北 武 汉 化 工 材 料 公 司 ，武 汉 430055)摘 要 : 特 种 陶 瓷 在 化 学 组 成 、内 部 结 构 、性 能 和 使 用 效 能 各 方 面 均 不 同 于 传 统 陶 瓷 ，它 具 有 各 种 优异 、独 特 的 性 能 。正 是 由 于 特 种 陶 瓷 这 些 优 异 的 性 能 ，对 减 轻 车 辆 自 身 重 量 、提 高 发 动 机 热 效 率 、降 低 油 耗 、减 轻 排 气 污 染 、提 高 易 损 件 寿 命 ，完 善 汽 车 智 能 性 功 能 都 有 重 要 意 义 。根 据 车 用 陶 瓷 材 料 的 性 能 特 点 与应 用 前 景 ，分 别 介 绍 了 氧 化 物 陶 瓷 、氮 化 物 陶 瓷 、碳 化 物 陶 瓷 ，以 及 汽 车 陶 瓷 传 感 器 的 结 构 性 能 特 点 、适 用范 围 。关 键 词 : 车 用 陶 瓷 性 能 特 点 适 用 范 围随 科 学 技 术 和 社 会 经 济 的 不 断 发 展 ，人 们 对汽 车 轻 质 化 、智 能 化 、可 靠 性 、环 保 性 、舒 适 性 和 经 济性 的 要 求 越 来 越 高 ，为 了 满 足 这 些 要 求 ，汽 车 的 研发 及 生 产 越 来 越 多 地 采 用 新 材 料 与 新 工 艺 ，而 对于 新 材 料 的 使 用 ，陶 瓷 便 是 其 中 之 一 。 特 种 陶 瓷在 化 学 组 成 、内 部 结 构 、性 能 和 使 用 效 能 各 方 面 均不 同 于 传 统 陶 瓷 ，它 具 有 各 种 优 异 、 独 特 的 性 能 。经 研 发 、试 验 与 应 用 证 明 ，汽 车 许 多 零 、部 件 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 。正 是 由 于 特 种 陶 瓷 这 些 优 异的 性 能 ，对 减 轻 车 辆 自 身 重 量 、提 高 发 动 机 热 效 率 、降 低 油 耗 、减 轻 排 气 污 染 、提 高 易 损 件 寿 命 ，完 善 汽 车 智 能 性 功 能 都 有 重 要 意 义 。式 等 。显 然 ，陶 瓷 材 料 的 涵 义 已 大 大 得 到 扩 展 。陶 瓷 产 品 的 种 类 繁 多 ，性 能 各 异 ，其 分 类 方 法 也 各不 相 同 。总 体 上 可 分 为 普 通 陶 瓷 和 特 种 陶 瓷 。 从组 成 上 可 分 为 氧 化 物 陶 瓷 和 非 氧 化 物 陶 瓷 。 又可 分 为 结 构 陶 瓷 和 功 能 陶 瓷 两 类 。车 用 陶 瓷 大 致可 分 为 功 能 材 料 和 结 构 材 料 。功 能 陶 瓷 利 用 其 绝缘 性 、介 电 性 、半 导 性 和 磁 性 等 功 能 来 制 造 各 种 传 感 器 ，以 满 足 汽 车 电 子 化 的 迅 猛 发 展 ; 结 构 陶 瓷 具有 高 温 工 况 下 强 度 高 、耐 磨 性 好 、隔 热 性 好 、低 密 度和 低 膨 胀 系 数 等 性 能 ，广 泛 用 于 发 动 机 和 热 交 换零 件 的 制 造 。陶 瓷 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 ，这 类 陶 瓷 产 量 大 ，种 类 多 ，广 泛 用 于 电 气 、化 工 等 行 业 。 常 用 工 程 陶 瓷 材 料 主 要 包 括 : 金 属 ( 过 渡 金 属或 与 之 相 近 的 金 属 ) 与 硼 、碳 、 硅 、氮 、氧 等 非 金 属 元素 组 成 的 化 合 物 ，以 及 非 金 属 元 素 所 组 成 的 化 合 物 ，如 硼 和 硅 的 碳 化 物 和 氮1 车 用 陶 瓷 材 料 的 性 能 特 点 与 应 用前 景与 传 统 陶 瓷 相 比 ，新 型 陶 瓷 一 是 其 组 成 、纯度 、粒 度 得 到 了 精 选 ，组 成 已 超 出 了 传 统 陶 瓷 的 硅酸 盐 成 分 范 围 ，是 一 些 纯 的 氧 化 物 、氮 化 物 、硼 化 物及 其 他 盐 类 或 单 质 ; 二 是 应 用 领 域 已 从 结 构 材 料扩 展 到 电 、光 、声 、热 、磁 等 功 能 材 料 方 面 ; 三 是 成 形工 艺 方 面 应 用 了 等 静 压 成 形 、热 压 注 成 形 等 ; 四 是制 品 的 形 态 有 单 晶 、薄 膜 、纤 维 及 复 合 形作 者 简 介 : 肖 九 梅 ( 1958 ) ，女 ，本 科 从 事 建 材 技 术 工 程 研 究 442011 年 第 3 期 ( 总 第 129 期 ) 现 代 技 术 陶 瓷综 述 与 述 评化 物 。根 据 其 元 素 组 成 的 不 同 可 以 分 为 : 氧 化 物陶 瓷 、氮 化 物 陶 瓷 、碳 化 物 陶 瓷 、硅 化 物 陶 瓷 和 硼 化物 陶 瓷 。此 外 ，近 年 来 玻 璃 陶 瓷 作 为 结 构 材 料 也得 到 了 广 泛 的 应 用 。陶 瓷 材 料 的 性 能 特 点 主 要 有 : 一 是 弹 性 模 量大 ，即 刚 性 好 ，是 各 种 材 料 中 最 高 的 。陶 瓷 材 料 在断 裂 前 无 塑 性 变 形 ，是 脆 性 材 料 ，冲 击 韧 性 很 低 。如 果 设 法 减 少 材 料 内 部 的 缺 陷 ( 气 孔 和 裂纹 ) ，陶 瓷 材 料 的 强 度 和 韧 性 会 大 大 改 善 ; 二 是 抗压 强 度 比 抗 拉 强 度 高 得 多 。陶 瓷 的 抗 拉 强 度 与 抗 压 强 度 之 比 为 1 10( 铸 铁 为 1 3) 。此 外 ，陶 瓷 硬度 高 ，一 般 为 1000 5000HV; 金 刚 石 为 最 硬 的 物质 ，为 6000 10000HV ( 而 淬 火 钢 仅 为 500 800HV，塑 料 小 于 2OHV) ; 三 是 熔 点 高 ，高 温 强 度高 ，线 膨 胀 系 数 很 小 ，是 很 有 前 途 的 高 温 材 料 。用 陶 瓷 材 料 制 造 的 发 动 机 体 积 小 ，热 效 率 大 大 提 高 。陶 瓷 材 料 在 高 温 下 不 氧 化 ，抗 熔 融 金 属 的 浸蚀 性 高 ，可 用 来 制 作 坩 埚 ，对 酸 、碱 、盐 大 都 具 有 良好 耐 蚀 性 。 但 和 金 属 相 比 ，陶 瓷 抗 热 冲 击 性 差 ，不耐 温 度 的 急 剧 变 化 ; 四 是 导 电 能 力 在 很 大 范 围 内 变 化 。大 部 分 陶 瓷 可 作 为 绝 缘 材 料 ，有 的可 作 为 半 导 体 材 料 ，还 可 以 作 为 压 电 材 料 、热 电 材 料 和 磁 性 材 料 等 ; 某 些 陶 瓷 具 有 光 学 特 性 ，可作 为 激 光 材 料 、光 色 材 料 、光 学 纤 维 等 。陶 瓷 材料 作 为 功 能 材 料 具 有 广 泛 的 应 用 前 景 。车 用 电 子 陶 瓷 包 括 的 范 围 很 广 ，如 介 电 陶 瓷 、磁 性 陶 瓷 、压 电 及 铁 电 陶 瓷 、半 导 体 陶 瓷 、超导 陶 瓷 、透 明 导 电 陶 瓷 等 具 有 不 同 功 能 的 陶 瓷 材料 。介 电 陶 瓷 包 括 从 低 频 到 微 波 频 率 范 围 的 各 种 陶 瓷 介 电 材 料 ，磁 性 陶 瓷 是 电 子 系 统 中 使 用 较 广 的 一 种 功 能 陶 瓷 材 料 。压 电 陶 瓷 在 一 些 企 业 也 有 一 定 规 模 的 生 产 ，多 是 为 沿 海 地 区 的 企 业 提 供 最 初 级 的 压 电 陶 瓷 片 。半 导 体 陶 瓷 方 面 具 有 一 定 的 生 产 规 模 ，尤 其 是 敏 感 加 热 元 件 领 域 。现 阶 段 半 导 体 陶 瓷 在 传 感 技 术 、压 敏 电 阻 等 领 域 的 应 用 方 面 有 很 大 的 应用 市 场 ，新 材 料 也 在 不 断 出 现 。汽 车 的 陶 瓷 材 料 是 采 用 高 纯 超 细 的 氧 化 物 、 氮 化 物 、硼 化 物 等 原 料 ，经 过 预 处 理 、破 碎 、磨 粉 、 混合 、成 型 、干 燥 、烧 结 等 特 殊 工 艺 而 得 到 的 结 构精 细 的 无 机 非 金 属 材 料 。它 具 有 高 强 度 、高 耐 热性 、抗 蚀 性 、高 硬 度 、高 耐 磨 性 、密 度 小 、变 形 小 、 抗 热冲 击 等 一 系 列 优 点 ，特 别 是 抗 拉 强 度 和 弯 曲 强 度 可与 金 属 相 比 。用 结 构 陶 瓷 代 替 高 强 度 合 金 制 造 涡轮 增 压 发 动 机 、燃 气 轮 机 、绝 热 发 动 机 ， 可 以 将 现 在发 动 机 的 燃 烧 温 度 从 700 800 提 高 到 1000 以 上 ，热 效 率 提 高 1 倍 以 上 。结 构 陶 瓷 的 质 量 为 铁 的 一 半 ，节 能 效 果 非 常 显 著 ，同 时 还 能 减 少 环 境 污染 ，节 约 钢 材 等 金 属 材 料 。据 报 道 ，奥 迪 公 司 的 新 型陶 瓷 制 动 刹 车 盘 将 成 为 奥 迪 A8 W12 及 其 加 长 型奥 迪 A8 LWl2 等 车 型 的 选 配 装 置 。陶 瓷 刹 车 盘 直径 为 380mm，与 19in( 1in =25 4mm) 的 前 轮 完 美 匹 配 ; 后 轮 刹 车 盘 直 径 为 356mm。陶 瓷 刹 车 盘 由 10 个 可 变 形 的 连 接 装 置 固 定 在 与 轮 毂 相 连 的 不 锈 俐 制 动 底 板 上 ，安 装 在内 部 通 风 刹 车 盘 上 的 冷 却 管 确 保 了 刹 车 盘 的 最 佳 冷 却 性 能 。前 轮 刹 车 盘 采 用 了 Brembo 公 司 的6 活 塞 全 铝 卡 钳 轮 圈 ，后 轮 则 采 用 了 侧 卡 钳 刹 车 盘 ，这 一 技 术 装 备 确 保 了 牢 固 的 刹 车 盘 具 有 如 同 老 虎 钳 式 的 夹 紧 性 能 。高 科 技 材 料