陶瓷这玩意儿,除了能吃饭、插花、做马桶,工业用途同样很广泛但用陶瓷造一台发动机出来,谁都没敢这样想,除了脑洞奇大无比的工程师为了提升发动机热效率,工程师为发动机加入一堆技术,才能到目前最高的41%的热效率对,说的就是丰田!但马自达的skyactiv-x也不服输,还准备达到更高的48%尽管如此,它们在陶瓷发动机面前还差远呢!一项技术顶上天发动机最常用的材料,主要是铁或者铝,在大规模生产当中最为合适但是,金属制造的发动机缺点也不少,不仅高温时强度不足,而且容易产生金属疲劳,耐磨性、耐腐蚀性都比较一般因此,尽管现在的材料技术已经可以让这些金属有更强的性能,但总是被瓶颈所限制我们生活中接触到的陶瓷,本身也能看到不少的优势,因此在工业上也很有优势首先陶瓷特别耐高温,在1000多摄氏度的环境下可变保持不变形,强度能达到1500hv(一般只有400hv左右),还能保持比金属更低的膨胀系数,散热系统也可以更简化发动机需要长期面对摩擦及燃烧,燃油中的积碳也会对发动机零部件造成腐蚀,陶瓷材质耐腐蚀、耐磨、抗疲劳等特性,也比一般金属材料要更好,对油品质量的要求更低,更加经久耐用。
不仅如此,陶瓷的密度虽然没有铝材那么低(铝材密度:2.702g/cm3,陶瓷在3-4g/cm3不等),但比钢材要低不少(钢材密度:7.85g/cm3)。
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来到这里,很多人可能还不明白它与热效率的关系其实,发动机做功产生的能量,大部分是通过散热、摩擦等方式流失,陶瓷发动机更高的温度极限,恰好可以减少散热所造成能量的损失,热效率大幅提升了35%并且空气与燃料的混合比例可以更稀薄,燃烧更充分,降低污染物排放。
其实,无论海外还是国内,早已经有科学家研究这种材料在发动机上的应用上海曾经研发出一台无水冷陶瓷发动机,做过400多个小时的台架试验以及上海到北京的实车长距离试验,基本验证了它的可靠性以及实用价值。
一个缺点毁所有但是,材料性能优秀的陶瓷并非完美无缺陶瓷自身有很多肉眼看不到的细纹,一旦遇到冲击,很容易让这些细纹蔓延,造就陶瓷质地较脆的材料特性。
要解决这种问题,不是没有办法,只要加入一些纳米复合材料,让陶瓷变得更有韧性,基本可以解决脆性问题然而,这种技术并不适合大规模工业化,烧制工艺复杂,技术精度也有很高要求,成本也难以降低,汽车企业花这么大投入去生产,非常不划算单单这一缺点,注定它在短期内也无法实现量产尽管目前无法大量使用陶瓷材料制造发动机,个别零部件还是能够实现大规模生产比如陶瓷轴承,摩托车发动机缸体陶瓷涂层等等,可以为发动机性能带来更多好处而航空、航天领域,陶瓷材料也早已应用到发动机上面,这并不是不能实现的技术