新型材料在汽车方面的运用

1、目 录1. 传统汽车材料的现状和不足11.1传统汽车材料的现状11.2目前传统汽车材料存在的不足22. 轻量化新型材料的优势23. 金属材料对轻量化的应用33.1有色金属33.1.1铝合金的应用33.1.2镁合金的应用43.1.3 钛合金的应用53.2黑色金属53.2.1 普通低碳钢板53.2.2 特殊钢板64. 非金属材料对轻量化的运用74.1工程塑料及其复合材料74.1.1聚丙烯（PP）84.1.2聚乙烯（PE）84.1.3工程塑料及其合金材料94.1.4塑料在汽车上应用的发展趋势104.1.5 应用趋势104.1.6塑料再生利用114.2泡沫材料114.3高强度纤维复合材料124.3.1

2、玻璃纤维增强树脂复合材料124.3.2碳纤维增强树脂复合材料14应用实例：154.4特种陶瓷材料164.4.1陶瓷在汽车发动机上的应用164.4.2陶瓷在汽车刹车系统上的应用174.4.3 陶瓷在汽车减震器上的应用174.4.4 陶瓷在汽车传感器上的应用174.4.5 汽车用氮化硅陶瓷轴承184.4.6 陶瓷薄膜喷涂技术184.4.7其他陶瓷材料在汽车上的应用184.5稀土材料184.6纳米材料194.7绿色内饰194.8树脂新材料20结 论22致 谢23参考文献2423摘要：随着汽车技术发展的日益成熟，汽车的功能日益完善，汽车的结构越来越复杂，传统的汽车通常由几千个零件组成，现代高级矫车由几

3、万个零部件组成。为满足汽车节能、环保、安全、舒适的要求，实现轻量化、高强度、高性能的目标，构成汽车的材料也发生了巨大的变化。通常按照材料的成分，将汽车材料分为金属材料和非金属材料两大类。随着汽车技术的发展，未来汽车材料除金属材料、非金属材料外，复合材料和纳米材料也将获得广泛应用。比如全铝合金、钛合金、陶瓷合金、碳纤维材料等等越来越多的新材料应用在汽车上。1. 传统汽车材料的现状和不足目前汽车材料行业是向着轻量化以及环保化的方向发展，轻量化的发展能够很大程度上减少汽车尾气，增大汽油的燃烧效率，所以轻量化材料是将来的一个重要发展方向。1.1传统汽车材料的现状目前在汽车制造过程所使用的主要材料是钢铁

4、，因为其不仅拥有良好的物理性能，具备极强的抗拉抗压能力，还拥有良好的化学性能，具有优秀的抵抗化学腐蚀的能力，而且还有一个重要的原因是钢铁价格低廉，能够充分满足汽车制造的需求，所以钢铁材料在汽车中的应用十分广泛。通过研究德系车的相关资料可以发现，在整个汽车的质量中，金属材料的质量占比达到了69.7%，其中低合金钢和非合金钢的质量占比大约38.2%，铸钢和烧结刚的质量占比约14.8%，还有一小部分属于高合金钢，质量占比大约1.8%。常见的用来生产汽车材料的钢材主要是钢板和特钢，在汽车的一些重要部分，比如说车盖、门板等处需要使用到一些质量比较好的钢材，其对物理和化学性能的要求都比较高，要具备良好的塑

5、性、抗拉抗压强度，还要拥有一定的抗腐蚀能力。有些部门的对钢材的一些特殊性能还有着要求，这就需要使用到特殊钢，例如弹簧、连杆等处适宜使用碳结钢和弹簧钢。1.2目前传统汽车材料存在的不足随着社会的发展，科技的进步，人们对汽车性能要求越来越高，节能降耗和降低排放污染为主要要求，而传统汽车由于自身材料的性质，无法满足人们的要求。在环保方面的不足，特别是在空气污染方面，在大气中排放的大量有害气体会对大自然的生态环境带来极其严重的破坏，对大气层造成破坏，全球气候变暖等等。在北京市中，每年的激动数量都在迅速增长但是汽车生产技术并没有同步提高，关于净化排气系统的技术也一直没有进步，造成了国内汽车尾气的排放量远

6、远超过了国外发达国家。同时因为交通条件差，汽车的维修条件差等一些因素造成了背景的汽车尾气污染问题一天比一天严重。最近几年在市区内的对其氮氧化物含量一直在增加尤其是交通干道和路口地区的空气中一氧化碳和氮氧化物含量常年超过国家标准。在油耗方面的不足，由于技术问题，传统动力总成的油耗居高不下，造成一部分不必要的燃油损耗。在2017年的时候，有国内学者表明通过一些技术手段可以降低30%的油耗，若是能够同时应用盈量化，则油耗还能够将的更低。2. 轻量化新型材料的优势有相关资料表明，在2012年年底以前，我国已有的机动车数量达到2.38亿，其中汽车数量在历史上第一次过亿，在全球范围内排名第二，专家预测这个

7、数量在未来几年还会继续增加，一直到2020年的时候将会不低于两亿。在全球范围内，2007年的时候，汽车数量有9.2亿，到了2015年的时候，这个数量上升到了11.2亿。汽车数量的增加在给人们的出行带来便利性的同时也带来了新问题，比如能耗增加，环境污染加剧等等。为了防止汽车尾气对大气的污染，各个国家都出台了相关政策来对汽车的尾气排放进行了限制，制定了标准值，汽车排放的尾气含量不能超过标准值。世界铝业协会曾经进行过统计，若是汽车重量能够降低10%，则其在一定里程内的油耗能够降低不低于6%，不超过8%，在每一百公里中，燃油的消耗能够减少一升，二氧化碳的排放能够减少2.45千克。从这里便能够看出来轻量

8、化技术对于节能减排，降低污染有重大意义。所谓轻量化，便是在不影响汽车各个构件的使用性能的前提下，通过技术手段来降低其重量，从而使得能够以最小的重量提供最优秀的性能。通常来说轻量化手段有三种：其一是在结构上改进，比方说原本的实体构件用空心构件来代替；其二是新型材料，开发性能上能够满足要求但是重量上比原本的材料低的材料，比如一些非金属材料或者铝合金镁合金等等；其三是先进的工艺，比方说激光拼焊，辊压成型等。车身在整辆车中的质量占了大头，在三分之一到二分之一左右，若是能够降低车身质量，则能够极大的降低整辆车的质量，所以通过开发新材料的方式来降低车身质量是将来轻量化技术的一个重要发展方向。3. 金属材料

9、对轻量化的应用金属在工业化发展中起到了不可替代的作用，铝合金是其中一个重要代表，率合金比重小，强度高，抗腐蚀能力优秀，拥有良好的物理化学性能。目前，铝材才汽车上的应用主要是车身、车轮、发动机等。有相关资料表明，德系车的平均重量为1.3吨，在其中铝材占了九个点，日系车的平均重量为1.1吨，在其中铝材占了九个点，韩系车的平均重量为1.2吨，在其中铝材占了八个点，国产车的平均重量为1.4吨，在其中铝材占了五个点。很明显可以看出来，这些车系中，国产车的铝材占比最低。同时其他的一些优秀合金，像镁锌合金，在汽车中或多或少也有所应用，但是其工艺水平还有待提高，在目前还不能完全取代钢铁材料的地位。3.1有色金

10、属有色合金取代钢材应用于汽车在将来是一个重要的发展方向。3.1.1铝合金的应用铝材随着汽车技术的发展在其中应用的范围越来越广。铝材作为轻量化材料很早就被应用在汽车技术中了，并且随着技术发展，工艺也越来越成熟。随着轻量化技术的发展，铝材的相关工艺也迅速的进步，现在铝材正在逐渐应用于车身零件或者结构件。比如车厢盖，后车门等位置的构件已经开始出现铝材。铝材具备优秀的物理化学性能，同时其重度低，只有钢材的三分之一，因此铝材的应用非常有助于轻量化技术的发展。2000系铝合金的强度不低，并且可锻造性优越，易焊接并且焊缝牢固。500系铝合金中含有一定的镁元素，镁元素在铝材中发生固溶强化效应，导致其拥有极高的

11、强度，同时因为其本身优秀的塑性，所以在一些几何形状复杂的构件中很适宜应用。6000系铝合金具备优秀的物理化学性能，在车身的内板外板都能使用。3.1.2镁合金的应用不只铝合金在轻量化技术的发展中起到了促进作用，还有镁合金同样具有优秀的性质。镁的可加工性好，抗凹性能强，减震性优秀，重度上比铝合金还要小，大约为其三分之二，在轻量化技术上的应用上有着极大的发展空间。在所有种类的轻金属中，镁是储量最多的一种，在轻量化技术是效果最好的一种材料，即拥有足够的强度，又拥有良好的可加工性和减震性能。被称为二十一世纪的绿色工程材料，受到全世界的关注，在机动车、飞机甚至摄像机中有得到了普遍的应用，而且需求量每年还在

12、提升。镁合金容易被切削和抛光，在热环境下的可加工性能优越。其熔点更低，更容易压铸成型。其抗拉强度通常能够达到260兆帕，很难超过600照跑。在屈服强度和断后伸长率指标上比较接近铝合金。除此之外还具备抗腐蚀，抗辐射以及电热良导体的性能。压铸成型能力强，生产效率高。美国通用公司在1997年的镁消耗量为9500吨，在2003年的时候涨到30800吨，福特公司由17500吨涨到17900吨，而戴姆勒公司由7000吨涨到10000吨。在全世界范围内的汽车平均用镁量大致为五千克，并且在逐年递增。镁在过去只是一种可选材料，现在已经成为了必选材料。现在发展的重点是研究出应用于结构件或者动力构件的耐高温抗侵蚀的

13、镁合金材料。目前车门骨架也可以使用镁合金来制造，其车门门框用铝材制造，骨架和内板用镁合金制造，或者用镁合金制造内外车门板，中间使用加强筋来固定，从质量上来看，比传统的车门降低了十千克，而且具备不低的刚度。现在压铸技术越来越成熟，用镁合金已经能够制造出各种几何形状复杂的零件了。3.1.3 钛合金的应用钛合金是一种新型的，具备良好综合性能的材料，不仅密度小，而且还具有良好的物理化学性能，同时由于其在自然环境中的储量十分丰富，所以这种材料在轻量化应用上具备着广阔的前景。目前，钛合金用于减轻汽车质量方面主要应用于汽车连杆、发动机气门、钛合金弹簧类，比方说在李大力出产的法拉利系列车型中，曾第一将钛合金用

14、做了汽车材料，所生产出的车型比常规车型的质量降低了不低于15%，不超过20%；用Ti-6Al-4V材料制作而成的气门相较传统的钢材所制作的气门在质量上降低了三成到四成。但是钛合金在轻量化技术的应用上发展并不快，因为这种合金的制作工艺比较复杂，加工比较困难，这些因素导致其成本高昂，因此钛合金的应用遭受了极大的限制。全球各个国家都在通过各种手段寻找成本更低的合金元素来降低其生产费用，促进钛合金在轻量化应用上的发展。3.2黑色金属大部分汽车中黑色金属在制造材料中的占比都不低于80%，其余材料的占比不超过20%。所谓黑色金属便是钢材，是铁和碳元素的合金，根据碳元素含量的高低不同可以将其分为低碳钢和特殊

15、钢。3.2.1 普通低碳钢板当前在生产过程所使用最多的材料是低碳钢板。其厚度通常不低于0.2毫米，不超过3毫米，目前常见的白车的车身钢板厚度通常不低于0.6毫米，不超过2毫米。这种材料的塑性加工性能比较强，而且其抗压抗拉强度以及柔度都能满足汽车的性能要求以及焊接要求。3.2.2 特殊钢板冷轧钢板：主要用途在于车身冲压件，其厚度通常不低于0.15毫米，不超过3.2毫米，车身采用的钢板一般比较薄，不低于0.6毫米，不超过0.8毫米。薄板在几何尺寸上极为精确，表面光滑，拥有良好的机械性能，主要用途在于侧围板、行李箱盖、发动机罩等等。高强度钢板：指的是抗拉强度不低于350兆帕的钢板。其屈服强度较高，可

16、以通过减少板材厚度的方法来达到轻量化的效果。通常在一些对强度和碰撞能力的要求比较高的部位使用高强度钢板。表面处理钢板：表面处理通常是给钢板表面镀一层性质不活跃的金属材料。常见的镀层材料有锌、铝、铅锡等，通过镀层将钢板与外界环境隔绝起来，就不容易被元素侵蚀或者发生氧化反应，从而增强了钢板的性能。高强度拼焊钢板：根据所设计车型的特点在没有进行冲压之前将几个厚度和性能有差异的钢板拼焊起来便成了高强度拼焊钢板。工艺的进步越来越快，现在已经出现了超薄的拼焊钢板，这种钢板在保持高强度的同时极大的降低了质量。含磷高强度冷轧钢板：这种板材在汽车中的各个构件中都有使用，比如车外板、顶盖、冲压件等。其强度相对来说

17、比较高，比起普通冷轧钢板来说提高了不低于15个点，不超过25个点；在具备高强度的同时，其塑性也不差，断后伸长随着强度的提高有所降低，但降低的幅度非常小；抗侵蚀能力也很强，比起普通冷轧钢板来来说增强五分之一；点焊性能也很优秀。烘烤硬化冷轧钢板：经过高温时效处理而使得强度提高的钢板。简称为BH钢板，在保持了足够小的厚度的前提下拥有不低的强度，可以在轻量化工艺中起到重要的作用。冷轧双向钢板：具备了很多优点，比方说加工硬化高，塑性高，强度高等等，如果能进行烤漆处理还可以将其强度再度增加。在一些对外形不规则但是强度要求又比较高的车身零部件以及一些对抗拉性能要求高的承力零部件比较适宜使用。超低碳高强度冷轧

18、钢板：超低碳钢指的是碳含量不超过十万分之五的钢材，在其中加入一些钛元素或者铌元素能够提高其深冲性能，加入一些磷元素能够增加其强度。在其中同时加入这两者能够使其既拥有深冲性，又具备高强度，适合应用于一些性能要求高并且形状比较复杂的冲压零件。轻量化迭层钢板：在两块超薄钢板中间加入一层复合材料便成了迭层钢板，钢板厚度通常不低于0.2毫米，不超过0.3毫米，中间的复合材料厚度不低于总厚度的25%，不超过总厚度的65%。相比较起来相同厚度的非迭层钢板，这种迭层钢板的重量只有整块钢板重要的一半稍多。具备优秀的隔热能力以及抗振能力，在发动机罩、底板等部分适宜使用这种材料。4. 非金属材料对轻量化的运用当下国

19、内外汽车生产技术都在向着轻量化和环保化的方向发展，轻量化技术能够降低车身重量，而重量的降低意味着驱动汽车所需要的功率降低，从而能够起到减少排放，增加饶有效率的目的，所以，非金属材料在汽车上的应用是当下的一个热门研究方向。4.1工程塑料及其复合材料在轻量化材料中，塑料和复合材料是其中最重要的两种，此二种材料的使用能够降低四成的汽车重量，同时还能够减少材料费用，所以此二种材料最近几年在汽车中应用的越来越多。相关资料表明，在2000年的时候，国内外的汽车平均塑料消耗就已经超过了100千克，在汽车总重中的占比不低于8%，不超过12%,考虑不同类型的汽车，在轿车中的塑料含量超过了货车或者客车。当下国外的

20、汽车的内饰绝大部分已经不再含有金属材料，塑料材料的使用范围也有着继续扩大的趋势，在将来可能扩大到外饰，车身，甚至结构件，现在轻量化技术的一个研究热点就是塑料复合材料、高性能树脂材料等材料的开发。目前已有的塑料材料中，聚烯烃是一种综合性能表较好的材料，不仅密度低而且费用便宜，同时性能也不差，所以聚烯烃越来越多被使用到实际生产中。根据相关资料预测聚丙烯的使用量在未来会以每年8%的速度增长，聚乙烯在汽车中的使用量也越来越高。当下国内在塑料材料的开发上还不充足，市场上能够选择的塑料材料种类稀少，性能不足，还需要通过进口或使用替代材料来满足需求。 行业的迅速发展对材料提出了更高的要求，尤其是成本要求和轻

21、量化要求，在这种要求下，非金属材料逐渐开始取代传统的钢铁材料。在国外一些国家中，评价汽车水平的一个重要指标便是非金属材料的使用量。有专家预测，早2020年的时候，外国一些发达国家的在汽车中的平均塑料使用量将不低于五百千克。目前主流的塑料材料有聚丙烯、聚乙烯等等，聚烯烃是其中使用率最高的一种。塑料材料的汽车中的使用已经成为一种趋势，在将来会愈发明显。塑料及其复合材料特点:（1） 汽车材料应用塑料的最大优势是减轻车体的重量。通常情况下塑料的比重不会低于0.9，也不会超过1.5，而纤维增强复合材料的比重也总是低于2的，但是金属材料除了铝材都比较高，铝材的比重在2.7，因此成为一种重要的轻量化材料。（

22、2）塑料材料因为其成型难度低导致其加工起来非常方便而且精准。（3）由塑料材料所制成的产品在发生碰撞时会由其表面的振动而吸收大量的动能，对撞击有很明显的缓冲作用。而且还能吸收一定的噪音，从而给乘客提供一个安静的环境。（4）塑料材料抵抗腐蚀的能力强，即便是局部发生破损，内部材质接触到外部大气也不会被腐蚀。不管是酸性环境还是碱性环境，其抗腐蚀的能力都显著高于钢材，用塑料来做覆盖件的汽车比传统的钢材覆盖件汽车更能适应一些污染较为严重的地区。（5）汽车不够构件的性能需求不一致，对塑料材料可以通过添加各种材料来改变其性能从而使其满足要求。下面具体介绍几种车用塑料的应用情况。4.1.1聚丙烯（PP）多种零部

23、件都能够使用这种材料来生产。4.1.2聚乙烯（PE）通过对高密度PE和低密度PE树脂的接枝改性和填充增韧改性，得到了具有良好的柔韧性、耐候性和涂装性能的系列改性PE合金材料。4.1.3工程塑料及其合金材料这种材料在强度、耐热性、刚度上的性能都极为优秀，所以能够作为结构件被应用于汽车这种，并且保持着非常快的发展速度。其能够减小结构件的大小，而且还不会降低其物理化学性能，能够很好的促进轻量化技术的发展。当前已经在实践中应用的塑料有几种类型分别如下： 聚碳酸酯（PC）及其合金，这种材料的综合性能很突出，当前国内外的PC/ABS大约每年出产七十万吨，而且还在以百分之十的速度逐年递增。这种合金用在车轮罩

24、盖、车辆外板等部件的制作上表现良好。 热塑性聚酯（PBT、PET）及其合金，PBT具备极强的绝缘特征以及尺寸稳定性，材料本身所具备的吸湿性不会对电性能产生太大的影响。目前投入应用的PBT都是通过各种材料增强多的，比如玻璃纤维、玻璃微球以及一些阻燃材料等。 PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯），此种材料具备良好的耐热性以及电性能，在成型性能上的表现也相当不错。在制作雾灯、顶棚等构件时可以使用这种材料。聚酰胺（PA）及其合金，此种材料具备良好的耐冲击性能、耐摩擦、耐热等性能。用在汽车构件中是一种优秀的合金材料，在发动机周围的高温、高冲击、高腐蚀性环境下这种材料的使用会有优秀的表现，近些年来其在汽车构件中

25、的应用也越来越多。聚甲醛（POM），此种材料具备良好的耐摩性、成型流动性、光泽特性等，在嵌件模塑中使用较为适合。 聚苯硫醚（PPS），主要在汽车的动力装置或者制动装置中使用。热塑性弹性体（TPE） ，此种材料密度不高，重复利用的难度低，其性能处于塑料和橡胶之间，随着汽车行业轻量化技术的发展，这种材料也吸引了人们的目光。4.1.4塑料在汽车上应用的发展趋势随着现代技术的不断进步，人们对塑料树脂、复合材料等的研究也有了不断的突破，各种不同的新型材料和工艺不断的出现，这种发展促进了其在汽车行业的使用，而汽车行业的发展又回来促进了这种材料的继续发展，形成了一个良性的循环。通过不断研究新技术，使用各种新

26、手段来提高材料的性能，降低材料的成本，精简制作流程，塑料材料在汽车行业中的应用将越来越普遍。 4.1.5 应用趋势在选择材料尤其是选择新型材料的时候，要考虑是否会对环境造成影响，同一型号的汽车所选择使用的塑料材料尽量选择同一品种，这是为了给后期处理带来方便，因为塑料材料自然降解难度高，需要统一回收来使用技术手段来人工降解。1. 开发利用塑料材料，使用塑料材料来制作功能性构件，代替金属材料在汽车中所起到的作用，从而将其汽车的质量，为节能减排做出贡献。2. 利用新技术或者新工艺来增强产品的性能，提供生产的效率。3. TPE全称为热塑性弹性体，因为这种材料在熔融状态下仍然具有流动性，也就是说其具备良

27、好的热塑性，将这种材料在熔融状态下塑型成构件，相比起硫化橡胶来说，这种构件的性能更加良好，并且塑型时间断，效率高。据相关资料表明一汽公司已经开始尝试在汽车生产中使用这种构件。4.纳米复合材料的应用 ，纳米技术在新型材料中的应用极大的提高了材料的各种性能，包括强度、刚度、韧性，还有耐热性，耐紫外线等等优异的性能，在汽车中使用纳米材料不仅在降低重量方面又帮助，因为其优异的性能还能够在整体上提高汽车的各项性能。5.可喷涂和免喷涂塑料，这是美国通用公司研究出来的具备一定的导电性能PPO/PA材料，这种可以被喷涂，因此在喷涂金属构件的时候不需要单独进行，直接放在一起喷涂即可，这样做还能够降低因为分别喷涂

28、而带来的颜色差异。另外，用来制造汽车车身板的PC/PBT材料与SLX膜以膜内装饰注塑成型工艺来制做塑料车身外板、前后翼子板还有后举升门等，从而能够避免喷涂。 6.塑件表面增硬涂层，当前在国外的某些公司生产卡车大灯罩的时候已经逐渐尝试聚碳酸酯材料，在制作好的灯罩上还会涂上一层用来防止刮伤的材料，这种灯罩相对于玻璃灯罩来说亮度更高，抗冲击性更强，更难碎裂，在光学上更加进准。现在在设计工作中已经将其作为可选材料。4.1.6塑料再生利用塑料材料除了能够降低汽车重量，提高燃烧效率已经降低有害气体排放外，还因为其能够重复利用的特性而进一步减轻了汽车生产过程中的资源损耗，从而满足了节能环保的要求，能源和环保

29、现在在国内外都是一项难以解决的问题，而使用塑料材料缺将其有效的解决了。不过在重复利用的方式上仍然有待探究。国外当前主要通过分类回收后进行发电或者制造清洁燃油等方式进行资源的重复利用。 塑料材料的应用能够使得汽车的生产成本极大幅度的降低，而且可以使得制作工艺更为简单，金属材料需要进行多次复杂的加工，而塑料一次便可以成型，这使得设计工作者在设计工作中的灵活性极大的提高，促进新一代汽车的出现。4.2泡沫材料泡沫材料在轻量化技术的发展也起到了重要的作用，这里将其按金属性分为两种，第一种是非金属泡沫材料，第二种是金属泡沫材料。这种材料有一定的复合功能。使用泡沫材料能够在降低汽车重量的同时提高其各项性能指

30、标，比如说刚度，减振性能，耐热性能等。其应用方式一般有两种：其一是在复合板材中的应用，在两块薄钢板之间夹一层泡沫材料构成复合板。两侧的钢板可以碳钢板，也可以使铝板，还可以是不锈钢板，这种复合板目前在实际中的应用在于一些板壳形式的零件，像缓冲板，油底壳，车顶板等等。这种材料性能优异，想来也会被应用于承载零件之中。其二是以填充料的形式将其添加至一些需要加强的零部件中，比方说车架摆梁、车顶纵梁等部位，在其中泡沫材料是作为加强内衬来使用的。有学者曾经对提升式后车门以及车厢盖等一些构件进行过研究，研究成果表明泡沫材料的添加在很大程度上降低了汽车的重量，有助于汽车的轻量化发展。4.3高强度纤维复合材料复合

31、材料是由几种材料复合而成的材料，包括高分子材料，金属及非金属材料等。4.3.1玻璃纤维增强树脂复合材料这种材料是在不饱和聚酯树脂的基础上添加玻璃纤维，以此作为增强体来复合而成的一种材料。经过增强体增强之后的材料在耐热性、刚性、抗冲击性、耐热性等方面较塑料有了极大的提高。按照成型条件可以对其分类，这里将其分为两类，其一是热塑性材料，这种材料常温的时候通常处于固态，为了对其进行加工，需要先进行加热处理，材料在受热融化以后就会处于熔融状态，在这种具有流动性的粘流态下对其进行加工成型，热塑性塑料的加热变软、冷却变硬过程是物理变化、可逆，可以反复进行。其二是热固性材料，热固性塑料的加热固化过程则发生了化

32、学变化，分子链内部进行铰接而使形状达到稳定，硬化后再加热会破坏内部结构，因此不能通过加热对其再次进行加工成型。SMC，也就是热固性材料，这种材料的力学性能下相当出众，其比模量比起钢材差距不大，但是强度却超过了其三倍。热固性材料的密度相当低，每立方厘米的质量只有不到两克，在对材料的强度指标要求一致的时候，采用这种热固性材料能够很明显的降低汽车的重量，降低幅度可达百分之三十五，而如果在SMC中还添加了空心玻璃微珠使其成为复合材料的话，那么材料的密度还会进一步降低，每平方厘米的质量只有1.3克，对汽车重量的降低效果更强，降低幅度可达百分之四十五。SMC因为其出色的减重效果以及其优异的力学性能而被广泛

33、的使用来进行轻量化处理，特别是欧美国家的汽车市场，在欧洲国家里，所有轻量化材料的使用中，有百分之七十都是此种材料，在美国，所有轻量化材料的使用中，有百分之四十是此种材料。在汽车中，这种热固性材料主要被用来参与生产三种零件，第一种为功能件，比方说机油盘，要求耐高温和耐油腐蚀；第二类是车壳外板（特别是发动机罩），用量已达SMC在汽车中总用量的70%；第三类是结构件，如散热器托架、横梁等。SMC在汽车行业被大量使用，但是SMC热固性的特性使得它几乎无法回收再利用，对于环保要求日益严格的现代工业来说，需要一种新的材料，在具备SMC优良性能的前提下，满足环保需求。玻纤热塑性增强塑料就是满足以上要求的新材

34、料。LFT，在分类上属于热塑性材料，其中L表示的是长，英文全拼为Long，LFT表示的是长纤维热塑性材料，短的英文为Short，首字母S，则SFT为短纤维热塑性材料，这两种材料相比较，LFT比SFT在增强效果、抗撞击性能、能量吸收率上更佳。同样的聚酯基体，其内部玻纤的不同特征对材料性能有着决定性的影响。LFT内部的长纤维均匀分布于基体中在微观上构成网格结构，这种网格结构为材料带来了优秀的力学性能，尤其是冲击强度，比起未增强过的材料明显有了大幅度增加。广义的LFT 材料主要分为三种：GMT、LFT-D、LFT-G，其中LFT-D工艺产品从性能和成本上最具优势，也是三类工艺中市场增长最快的品种。G

35、MT：将玻璃纤维毡和热属性树脂进行复合或者将段切玻纤毡和热塑性树脂进行复合都能够得到这种材料，外形上看是一种片状模塑料，常用的复合方式是3+2的方式，也就是三层热塑性树脂层内夹两层增强材料。其中三层和两层增强体均采用性能不同的种类。LFT-G：LFT-G粒料注塑成型过程中，虽然现在的注塑机在多年的发展过程中也经历过更新换代，但是因为注塑工艺的问题导致在成型以后的构件中纤维长度并不长，通常不低于3.2毫米但也不会超过6.4毫米，比起压塑或者LDT-D注塑这两种成型方式所得的纤维长度都更短，所以其力学性能也更差。LFT-D：LFT-D是长纤维增强热塑性复合材料在线直接生产制品的一种工艺技术，它的优

36、点主要体现在两方面：一是降低了成本。由于是一步法生产，LFT-D生产的大型结构件比二步法生产的GMT或LFT-G压制件的成本低20%50%；二是制品综合性能优异。如上所述，在实际应用中玻璃纤维增强塑料很好地平衡了性能与成本之间的关系，可以减轻零部件约40%的是重量，而且还能够提高其动力性能，程度的舒适度等，是一种重要的轻量化材料。4.3.2碳纤维增强树脂复合材料纤维中都含有碳元素，但是碳纤维中的碳元素含量更高，通常将碳含量不低于百分之九十的纤维成为碳纤维，这种纤维的抗拉强度比普通纤维更高，拥有普通碳素材料的特征，比方说导电性、导热性、耐高温性能等，不过其和普通碳素材料的主要差别在于外形特征，其

37、外形上各个方向的性质明显不同，并且质地柔软，经过处理可以做成织物，纵向强度特别高，比重小，所以其比强度也特比高。其生产原料主要是化纤以及石油产品，碳纤维密度很小，比铝材还要小，而且耐腐蚀性能优越，杨氏模量高。和钢材相比，密度不足其四分之一，抗拉强度越是超过其六倍到八倍之多，抗拉弹性也更高；耐腐蚀性能及优越，即便是直接浸泡于酸性或者碱性溶液中，也难以发生化学腐蚀。作为一种纤维，其本身在没有丢弃其柔软可加工的性能的基础上，又具备碳材料的固有特征，是一种新型的，性能优越的增强纤维。车身应用目前已经开发出的新型碳纤维复合材料拥有优越的力学性能，既有足够的抗拉强度，也有足够的刚度，在轻量化技术所使用的材

38、料中是密度最小的一种。根据专家预测数据，在汽车构件中充分使用这种碳纤维材料在汽车重量的降低效果不低于百分之四十，不超过百分之六十，相比于传统的钢材构件来说，仅有其六分之一到三分之一。英国的材料实验室曾经研究过这种材料，其相关数据如下：使用了这种材料的汽车质量为172千克，而与之形成鲜明对比的是传统的钢材车辆，其重量为368千克，足足降低了一半之多。现在一些对性能要求比较高的汽车，比方说赛车或者某些改装车中都使用由碳纤维复合材料所制做而成的车身，不仅极大的降低了重量，还增强了安全性能。汽车轮毂中的应用汽车轮毂在保障安全方面起着至关重要的作用，轮毂作为车身重量的主要承载构件的同时还起着传递扭矩的作

39、用。这就就导致了我们对轮毂的性能要求非常高，必须具有足够的强度、抗冲击能力、耐热能力等等。碳纤维材料的种种优越的性能证明其无疑是作为材料的一种非常好的选择，可以极大的降低轮毂的质量，将低了质量也就降低了惯性，从而提高了安全性，而且能够使得车辆的启动速度更快，转向更便捷。应用实例：福特公司出产的Shelby GT350R使用了由碳纤维材料制作的轮毂。整个轮毂仅仅8.6千克，而同样型号的铝合金轮毂足足15千克。瑞典柯尼赛格的Agera车型使用了由碳纤维材料制作的轮毂，将簧下质量减少了大约20千克。在刹车系统中的应用使用石棉材料来作为刹车器的衬片，在刹车过程中容易因为摩擦而产生高温，材料在热作用下性

40、能逐渐降低，而且石棉因为摩擦而产生的粉尘对人可能引起致癌的风险。将碳纤维复合材料的耐磨性和比强度并不比石棉差，而且耐热能力更强，将其作为衬片来代替石棉能够给汽车带来更好的耐久性以及安全性。应用实例：Porsche AG等车采用碳纤维制动盘，能在50m内将车速从300km/h降到50km/h。在内外饰中的应用碳纤维材料的各项性能都比较优越，将其作为内饰材料来使用可以提高其韧性和耐久性，也可以将其作为外饰材料来使用，这样的话可以提高外饰材料的刚度和强度以及抗冲击能力，而且还能简化其制作工艺，降低了生产成本和安装维修的成本。不管是在内饰还是外饰材料中使用，因为其良好的吸振能力，在发生撞击的时候可以降

41、低产生碎片的数量，从而提高了安全性。应用实例：宝马M4配备了碳纤维质地的前后保险杠。在汽车的轻量化技术中，碳纤维材料拥有极其广阔的前景，其各项性能全面超越了其他种类材料，而且成本并不高。随着未来技术的不断发展，碳纤维材料必将广泛的应用于各种新型车辆中，再结合新能源技术的发展，在将来的五年之中，碳纤维材料的市场需求将急剧扩张。4.4特种陶瓷材料特种陶瓷在分类的时候会将其划入精细陶瓷之下，其原料与普通陶瓷不同，通常使用的是精制高纯的化工材料。根据陶瓷在汽车中的作用可以将其划分为两种，分别是功能性和结构性陶瓷。常见的有氧化铝、碳化硅等。功能性陶瓷一般被用在各式传感器的控制上以满足电子化发展的要求；结

42、构性陶瓷一般被用在发动机或者热交换零件上，因为其密度小并且并有良好的耐热性和耐磨性，而且随着温度的升高而发生体积膨胀的膨胀量小。在汽车上一些需要承受高温或者摩擦的部件中可以使用陶瓷材料，如钛酸铝陶瓷-铝合金复合排气管、氮化硅陶瓷柴油机涡轮增压转子和球轴承等汽车部件。4.4.1陶瓷在汽车发动机上的应用汽车发动自最初被发明至今已接近百年，在这么长的时间当中，其热效率一直没有大的突破，始终在原地徘徊。现有的柴油发动机的热效率通常不会超过百分之四十五，汽油发动机的热效率不会超过百分之三十五。为了达到提高效率的目的，便必须去掉一部分或者全部的冷却系统，通过使用耐高温隔热材料的使用能够降低热量损失，提高发

43、动机的工作温蒂，从而提高燃油效率。而陶瓷材料的耐高温，耐摩擦特性简直是为了提高热效率而贴身打造的。举例：日本日野公司已经使用陶瓷材料制作出了发动机，其中没有设置冷却系统，有百分之四十的构件是用陶瓷材料所制作，比起传统的发动机，这种发动的效率提高了百分之十，燃油消耗减少了百分之三十。4.4.2陶瓷在汽车刹车系统上的应用若用陶瓷材料来制造刹车盘的话，则不能使用普通陶瓷，而要用到在高温下使用碳纤维和碳化硅制做而成的增强型复合陶瓷，相较于铸铁盘，质量不超过其百分之五十。刹车盘质量小了则悬挂下重量也降低了，那么悬挂系统的反应速度也就提高了，整个车辆的可操控水准也就提高了。还有，传统刹车碟的耐热性差，在摩

44、擦过程中会产生高温，在高温作用下其性能会减退，而陶瓷刹车碟能有效而稳定的抵抗热衰退，陶瓷复合材料能承受1000摄氏度以上温度，因此陶瓷复合材料刹车盘的使用寿命是普通铸铁盘6倍。陶瓷刹车盘造价昂贵，例如一套Brembo的碳陶瓷刹车系统，售价在十几万，一般应用于高级跑车或赛车上。4.4.3 陶瓷在汽车减震器上的应用在部分高级轿车中安装了智能减震器，是根据敏感陶瓷正压电效应、逆压电效应和电致伸缩效应等特性而开发出来的。依靠其中的高灵敏元件可以智能识别路况并根据不同的路况调节抗震能力，能够把因路面不平整而产生的振动减小到最低。4.4.4 陶瓷在汽车传感器上的应用车用传感器需满足小型轻量，重复性使用性好

45、，能适应汽车特有恶劣环境的要求。陶瓷传感器实现的功能是多样的。举例：氧化锆陶瓷氧传感器在汽车上的应用汽车尾气中所含有污染气体是危害大气环境的主要因素之一。现虽有新能源汽车在推广，但基于成本、适用性等等各种原因，新能源汽车普及率还是极低，因此汽车尾气对环境的污染还是一个重大的问题。通过氧传感器来检测其尾气中的氧气量，然后据其调整喷油量，从而使得能够保持最优的空燃比，将燃油效率提升到最高，同时还能够降低尾气中的一氧化碳、氮氧化物等有害气体的排放。因为氧传感器的目的在于侧得排气系统中的氧含量，所以氧传感器安装在汽车的排气系统中。具体来讲，安装在排气管上。因为需要测得氧在经过三元催化剂两端的含量，所以

46、氧传感器一般安装在三元催化剂的前端和后端各一个。4.4.5 汽车用氮化硅陶瓷轴承氮化硅具有良好的自润滑性，耐磨损，对润滑要求低；高温力学性能好，工作温度可达800，对冷却要求低，可用作陶瓷轴承，国外有些公司已经能做到规模化生产了。在滚动体中使用这种新型轴承能够极大的延长其使用寿命，最低能够延长两倍，最高不超过九倍，对耐磨性能的提高不低于九倍，可以在极高的温度下工作。4.4.6 陶瓷薄膜喷涂技术最近几年，以往在航天技术中普遍使用的陶瓷薄膜喷涂技术开始被使用在汽车上，此技术优点很明显：隔热好，耐高温性能和耐高压性能优秀，工艺在过去已经发展的较为成熟。喷涂材料大多数情况下都选择的是氧化锆，喷涂厚度一

47、般不会超过1.5毫米。为了减小发动机的散热量，可以对其燃烧室的相关构件使用陶瓷喷涂，比方说可以在活塞的顶部喷一层1.25毫米厚度的喷涂料，在缸套部位喷一层0.75毫米厚的喷涂料。经过喷涂的发动机散热量大大降低，其重量和尺寸以及燃油消耗也能够减少。4.4.7其他陶瓷材料在汽车上的应用柴油发动机的微粒过滤器可以使用陶瓷来进行制作。在加工的时候要考虑选择一个合适的多孔度，这样能够提高滤清效率，最优的多孔度能够带来的滤清效率的提升不低于百分之九十。而且如果使用金属材料制作过滤器的话还必须考虑耐热钢材，因为其工作中的温度可能会高达一千多度，从这个角度来看，使用陶瓷材料的成本也更低。在催化转化器中可使用堇

48、青石质蜂窝陶瓷来承载催化剂，因为其孔洞多，强度高，耐高温能力强，热膨胀性差。4.5稀土材料国内的稀土资源储量高，在全球范围内都能排在前列。当前在全球范围内已经被探明的稀土资源储量中，我国占了其中80%，我国在一方面拥有无可比拟的优厚条件。在减少汽车尾气污染的手段中，汽车废弃净化催化剂是效果最好的一种，而在净化催化剂中，含有稀土的最便宜，而且具有良好的净化性能，吸引了人们的目光。在净化剂中的几种重要的稀土成分分别是铈、镧、镨三种元素的氧化物。通常使用蜂窝陶瓷来承载净化催化剂，在承载过程中 ，稀土还能够起到稳定剂的作用。4.6纳米材料纳米技术是本世纪的技术革命的一项重要内容，这种技术将各种学科综合

49、在了一起，包括物理、化学、材料学等等。其所包含的学科除了演绎分析为主要学习内容的基础学科，还有建立在纳米工程和加工学科之上的技术学科，因此纳米技术是将科学与技术结合在了一起的完整体系。随着纳米技术的不断发展，现在在汽车上的一些构件已经使用到了纳米材料。比如纳米陶瓷，密度低而且耐磨能力强、稳定不易破坏。在一些知名品牌的高级轿车上已经有了纳米陶瓷轴的使用痕迹，例如奔驰，可以让车辆速度更快、重量更小、寿命更长、更稳定。纳米汽油是一种通过纳米技术研制出来的一种微乳化剂，将其添加到汽油中可以降低汽油的消耗，降低量通常不低于百分之十，不超过百分之二十，还能够减少有害气体的排放量，最低能减少一半，最多不超过

50、百分之八十。利用纳米技术来将润滑油中的分析结构进行改善便有了纳米润滑剂，这种纳米润滑剂和其他种类的添加剂共同使用不会出现任何不良后果，不过在金属零件的表面会自发的生成一层薄膜，其厚度等于原子直径，肉眼不可观测。利用纳米技术处理过的塑料在强度和韧性上都有着极大的提升，而且还兼具着密度小的特征，所以是一种金属材料的优秀替代品，能够推进汽车轻量化，减少空气污染，提高燃油效率。在汽车上的各个零部件都可以使用，比如车门、齿轮传动装置等。在外部容易接触到阳光的位置可以使用抗紫外线老化材料，和传统塑料相比，其抗紫外线能力提升极高，不低于传统塑料抗紫外线能力的二十倍，可以提高零部件的使用寿命。无机纳米抗菌塑料

51、容易生产，抗菌效果好，在车把手、方向盘等容易接触的部位使用极为适宜。4.7绿色内饰日本三菱公司和某研究所合作研发了一款被称为绿色塑料的材料。这是一种用竹纤维和植物性树脂混合制成的材料。这种新型材料会在三菱公司于计划在明年发布的新型车辆中使用。其污染性低，可重复利用率高。而且该公司还表明，在将来仍然会继续致力于这种无污染材料的开发，在保持实用性的基础上不断降低污染性。之所以选择使用植物型树脂和竹纤维作为原材料是为了降低石化树脂和树木的消耗，这样能够使得我们的自然环境得到更好的保护，能够降低污染性气体的排放量，为人与自然的和谐发展做出贡献。4.8树脂新材料一些日本企业经过努力研制出了由树脂制作而成的构件，其中以树脂车床为代表。有相关资料表明，这种树脂材料会在不久的将来开始规模化生产。据说，敌人公司将在今年七月份到九月份期间将其生产出来的用于代替车窗玻璃的新型树脂材料开始销往欧洲。旭化成公司所研制出来的用来保护发动机的新型树脂也会在不久的将来正式投入生产。这种新型树脂车窗，论起坚固性并不低于玻璃车窗，若是材料经过特殊处理的话，则其强度有可能还会远超玻璃车窗，同时树脂材料的透光能力也优于玻璃