陶瓷發動機

陶瓷發動機在發展過程中還存在不少問題。主要表現為:可靠性和製造成本陶瓷材料作為發動機零件的最大問題是可靠性差和造價高的問題。潤滑是技術關鍵取消水冷的陶瓷隔熱發動機,其缸套表面溫度可達550~C(普通潤滑油的工作溫度為250~C~260~C),目前所有的液體潤滑劑都無法承受,均將因蒸發及結碳而失效。因此,高溫潤滑技術的研究就十分迫切。發動機壽命問題由於發動機中某些耐高溫的陶瓷隔熱零件的運行壽命只有數百小時,這樣的壽命指標作為民用發動機是難以接受的。雖然陶瓷發動機還存在著許多影響其實際套用的問題,但隨著科學技術的不斷進步,相信在不久的將來,我們會看到公路上行駛的許多車輛上都將裝配陶瓷發動機。

基本信息

概述

構想一種汽車,它車體輕盈功率強勁,能以500千米的時速賓士無需冷卻,而且節省燃料有害廢氣極少。這就是陶瓷發動機所展示的美好前景。陶瓷,尤其是氮化矽和碳化矽陶瓷具有高溫強度、耐蝕性和耐磨性,用它們來製造發動機已成為當前世界各國奮力追求的目標。陶瓷發動機的優越性為:①可以提高發動機的工作溫度,從而大大提高效率。例如,對內燃機而言,目前作為其製造材料的鎳基耐熱合金,工作溫度在1000℃左右。而採用陶瓷材料,則可以將工作溫度提高到1300℃,使發動機效率提高30%左右。②工作溫度高,可使燃料燃燒充分,所排廢氣中的有害成分大為降低,這不僅降低了能源消耗,而且減少了環境污染。③陶瓷的熱傳導性比金屬低,這使發動機的熱量不易散發,節省能源。④陶瓷具有較高的高溫強度和熱傳導性,可延長發動機的使用壽命。

詳細

陶瓷首先在高溫燃氣輪機中,可用於製造葉片、燃燒筒、套管、主軸軸承等,用陶瓷代替鎳基、鈷基耐熱合金,成本可降低到原來的1/30。同時,陶瓷也可用於製造內燃機,可用於製造活塞內襯、氣缸、預燃燒室、挺桿、閥門、噴嘴、渦輪增壓器轉子及軸承等零部件。據測算,若汽車發動機的所有零部件都採用陶瓷製造,其重量可比合金髮動機輕2/3,燃料費下降20%。1977年美國福特汽車公司用氮化矽和碳化矽陶瓷製造了一台全陶瓷燃汽輪機,其燃氣入口溫度為1230℃,轉速為5萬轉/分,成功地運轉了25小時。1982年,瑞典沃爾沃和聯合公司共同研製的燃汽輪機,成功地進行了乘用車的實際行駛,在世界上首獲成功,其渦輪工作溫度為l100℃,轉速為5萬轉/分,運行了10小時。
阻礙陶瓷發動機實用化的主要障礙是陶瓷的脆性和由此導致的低可靠性。若能解決這個問題,將會給人類社會的發展提供強大的推動力。

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