陶瓷汽车发动机

1990 年，一辆 45 座大客车在上海至北京奔驰。这是一辆不寻常的汽车， 因为汽车的心脏——发动机是由陶瓷制成的，这是中国制造的第一辆陶瓷发动机汽车首次长途试车，试车结果证明该车性能良好。

世界各国都在加紧进行陶瓷发动机的开发。美国能源部、日本通产省都曾经拨款设立专门研究计划，各大公司都积极推行陶瓷发动机的开发应用。1982 年，日本京都陶瓷公司研制的全陶瓷发动机装配的小汽车试车成功。

1986 年有报导说，美国陆军已制成 240 马力的陶瓷发动机。

陶瓷发动机成为世界各国、大公司竞相发展的热点，当然是由于它的性能比目前的金属内燃机优越，它的最主要优点在于高效节能。

根据热力学原理，热机工作温度越高，效率也就越高。目前汽车内燃机的热效率只有 30％，理论上的热效率可以超过 60％。由于汽车多，汽油用量大，因内燃机效率低造成的浪费是惊人的，据估计仅日本每年就达 500 亿升。如果能把发动机的工作温度从 900℃提高到 1370℃，就能使热效率达到 50

％，节约燃料 40％。金属材料的使用温度极限为 1000℃，有些复合材料工作温度虽可高于 1000℃，但不能承受很强的应力。只有陶瓷能够承受这样的高温和应力。目前的陶瓷发动机运行温度，有的达到 1370℃。今后还可能开发出耐 3000℃高温的陶瓷材料。

陶瓷发动机的另一个优点是不需要冷却系统。目前的金属内燃机都带有水冷却箱，而我国试制的陶瓷发动机没有水冷却装置，这样可以省去给水箱加水的麻烦，特别适用于在沙漠或干旱地区长途行驶。

陶瓷发动机重量比金属发动机轻，因为陶瓷的比重比金属轻，而且没有冷却系统。由于车重的减轻，又可使汽车节省更多的燃料。

用来制作汽车发动机的陶瓷主要有碳化硅、氮化硅陶瓷等。

氮化硅是人工合成的新材料，自然界中不存在天然氮化硅。制造氮化硅陶瓷的方法有反应烧结法和热压法。反应烧结法是把纯硅粉加工制作坯体， 放到 1200℃高温的氮气中，氮气钻入坯体与硅反应。第一次反应后将坯体加工成所需要的形状，再在 1400℃高温氮气中进行第二次氮化制成氮化硅陶瓷。这种方法得到的陶瓷气孔比较多，所以人们更重视热压法的开发。热压

法是在高压下加热烧结硅粉坯体制成氮化硅陶瓷，热压法制得的氮化硅陶瓷密度较高，几乎没有气孔。现在工业上已经开发制造了能在 2000℃，2000 个大气压的氮气压力下工作的大型烧结炉，可以满足氮化硅陶瓷的生产要求。氮化硅陶瓷有很高的强度和硬度，又有惊人的耐高温、耐腐蚀能力，能够经受冷热的急剧变化，被认为是目前最重要的新型结构陶瓷。