陶瓷這玩意兒，除了能吃飯、插花、做馬桶，工業(yè)用途同樣很廣泛。但用陶瓷造一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)出來(lái)，誰(shuí)都沒(méi)敢這樣想，除了腦洞奇大無(wú)比的工程師。
為了提升發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率，工程師為發(fā)動(dòng)機(jī)加入一堆技術(shù)，才能到目前最高的41%的熱效率。對(duì)，說(shuō)的就是豐田！但馬自達(dá)的Skyactiv-X也不服輸，還準(zhǔn)備達(dá)到更高的48%。盡管如此，它們?cè)?a href="http://m.godisrichandsoareyou.com" target="_blank">陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)面前還差遠(yuǎn)呢！
一項(xiàng)技術(shù)頂上天
發(fā)動(dòng)機(jī)最常用的材料，主要是鐵或者鋁，在大規(guī)模生產(chǎn)當(dāng)中最為合適。但是，金屬制造的發(fā)動(dòng)機(jī)缺點(diǎn)也不少，不僅高溫時(shí)強(qiáng)度不足，而且容易產(chǎn)生金屬疲勞，耐磨性、耐腐蝕性都比較一般。因此，盡管現(xiàn)在的材料技術(shù)已經(jīng)可以讓這些金屬有更強(qiáng)的性能，但總是被瓶頸所限制。
我們生活中接觸到的陶瓷，本身也能看到不少的優(yōu)勢(shì)，因此在工業(yè)上也很有優(yōu)勢(shì)。首先陶瓷特別耐高溫，在1000多攝氏度的環(huán)境下可變保持不變形，強(qiáng)度能達(dá)到1500HV（一般只有400HV左右），還能保持比金屬更低的膨脹系數(shù)，散熱系統(tǒng)也可以更簡(jiǎn)化。發(fā)動(dòng)機(jī)需要長(zhǎng)期面對(duì)摩擦及燃燒，燃油中的積碳也會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件造成腐蝕，陶瓷材質(zhì)耐腐蝕、耐磨、抗疲勞等特性，也比一般金屬材料要更好，對(duì)油品質(zhì)量的要求更低，更加經(jīng)久耐用。不僅如此，陶瓷的密度雖然沒(méi)有鋁材那么低（鋁材密度：2.702g/cm3，陶瓷在3-4g/cm3不等），但比鋼材要低不少（鋼材密度：7.85g/cm3）。密度更低，意味著發(fā)動(dòng)機(jī)可以減輕重量，結(jié)合散熱系統(tǒng)簡(jiǎn)化所減輕的重量，陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)的重量可以做得比金屬發(fā)動(dòng)機(jī)更輕巧。
來(lái)到這里，很多人可能還不明白它與熱效率的關(guān)系。其實(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)做功產(chǎn)生的能量，大部分是通過(guò)散熱、摩擦等方式流失，陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)更高的溫度極限，恰好可以減少散熱所造成能量的損失，熱效率大幅提升了35%。并且空氣與燃料的混合比例可以更稀薄，燃燒更充分，降低污染物排放。
其實(shí)，無(wú)論海外還是國(guó)內(nèi)，早已經(jīng)有科學(xué)家研究這種材料在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用。1990 年上海曾經(jīng)研發(fā)出一臺(tái)無(wú)水冷陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)，做過(guò)400多個(gè)小時(shí)的臺(tái)架試驗(yàn)以及上海到北京的實(shí)車(chē)長(zhǎng)距離試驗(yàn)，基本驗(yàn)證了它的可靠性以及實(shí)用價(jià)值。
一個(gè)缺點(diǎn)毀所有
但是，材料性能優(yōu)秀的陶瓷并非完美無(wú)缺。陶瓷自身有很多肉眼看不到的細(xì)紋，一旦遇到?jīng)_擊，很容易讓這些細(xì)紋蔓延，造就陶瓷質(zhì)地較脆的材料特性。要解決這種問(wèn)題，不是沒(méi)有辦法，只要加入一些納米復(fù)合材料，讓陶瓷變得更有韌性，基本可以解決脆性問(wèn)題。然而，這種技術(shù)并不適合大規(guī)模工業(yè)化，燒制工藝復(fù)雜，技術(shù)精度也有很高要求，成本也難以降低，汽車(chē)企業(yè)花這么大投入去生產(chǎn)，非常不劃算。單單這一缺點(diǎn)，注定它在短期內(nèi)也無(wú)法實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
盡管目前無(wú)法大量使用陶瓷材料制造發(fā)動(dòng)機(jī)，個(gè)別零部件還是能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。比如陶瓷軸承，摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體陶瓷涂層等等，可以為發(fā)動(dòng)機(jī)性能帶來(lái)更多好處。而航空、航天領(lǐng)域，陶瓷材料也早已應(yīng)用到發(fā)動(dòng)機(jī)上面，這并不是不能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。
