陶瓷发动机

以陶瓷材料为主要部件的内燃机

设想一种汽车，它车体轻盈，功率强劲，能以500千米的时速奔驰，无需冷却，而且节省燃料，有害废气极少。这就是陶瓷发动机所展示的美好前景。陶瓷，尤其是氮化硅和碳化硅陶瓷具有高温强度、耐蚀性和耐磨性，用它们来制造发动机已成为当前世界各国奋力追求的目标。

简介

陶瓷发动机是使用陶瓷材料为主要部件的内燃机。陶瓷发动机相对一般金属发动机有很多优势，其中最主要的是其汽缸内的燃烧可以达到很高温度，根据卡诺定理，这使得其热效率更高。

德州农工大学曾经制造出相当有效率的陶瓷发动机，但是专利被艾克森美孚收购，并被搁置起来。

优点

陶瓷发动机的优越性为：

①可以提高发动机的工作温度，从而大大提高效率。例如，对内燃机而言，目前作为其制造材料的镍基耐热合金，工作温度在1000℃左右。而采用陶瓷材料，则可以将工作温度提高到1300℃，使发动机效率提高30%左右。

②工作温度高，可使燃料燃烧充分，所排废气中的有害成分大为降低，这不仅降低了能源消耗，而且减少了环境污染。

③陶瓷的热传导性比金属低，这使发动机的热量不易散发，节省能源。

④陶瓷具有较高的高温强度和热传导性，可延长发动机的使用寿命。

用途

陶瓷首先在高温燃气轮机中，可用于制造叶片、燃烧筒、套管、主轴轴承等，用陶瓷代替镍基、钴基耐热合金，成本可降低到原来的1/30。同时，陶瓷也可用于制造内燃机，可用于制造活塞内衬、气缸、预燃烧室、挺杆、阀门、喷嘴、涡轮增压器转子及轴承等零部件。据测算，若汽车发动机的所有零部件都采用陶瓷制造，其重量可比合金发动机轻2/3，燃料费下降20%。1977年美国福特汽车公司用氮化硅和碳化硅陶瓷制造了一台全陶瓷燃汽轮机，其燃气入口温度为1230℃，转速为5万转/分，成功地运转了25小时。1982年，瑞典沃尔沃和联合公司共同研制的燃汽轮机，成功地进行了乘用车的实际行驶，在世界上首获成功，其涡轮工作温度为1100℃，转速为5万转/分，运行了10小时。

目前，美系研发主要以通用、福特、诺尔顿等公司主导，其实用阶段的探索已经相继建立了专业化的陶瓷生产中心。日系主要以丰田、日产等公司联合开发为主，建立了数千家新型陶瓷研究机构，其主导开发的213KW的KANATN陶瓷发动机已经具备量产规模，并用于概念车装配。德国奔驰公司主导的欧系车尤里卡计划中，主要配合成员国有法国、瑞典，陶瓷发动机主题备件主要是以复合材料主要包括陶瓷、树脂、金属、塑料、强化剂、韧性剂等成分。其功能合理性更好，工作稳定温度可以达到1600℃。

缺点

阻碍陶瓷发动机实用化的主要障碍是陶瓷的脆性和由此导致的低可靠性。若能解决这个问题，将会给人类社会的发展提供强大的推动力。

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