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。但用陶瓷造一臺發(fā)動機出來，誰都沒敢這樣想，除了腦洞奇大無比的工程師。
為了提升發(fā)動機熱效率，工程師為發(fā)動機加入一堆技術(shù)，才能到目前最高的41%的熱效率。對，說的就是豐田！但馬自達的Skyactiv-X也不服輸，還準(zhǔn)備達到更高的48%。盡管如此，它們在陶瓷發(fā)動機面前還差遠呢！
一項技術(shù)頂上天
發(fā)動機最常用的材料，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)動機缺點也不少，不僅高溫時強度不足，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，因此在工業(yè)上也很有優(yōu)勢。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，強度能達到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)也可以更簡化。發(fā)動機需要長期面對摩擦及燃燒，燃油中的積碳也會對發(fā)動機零部件造成腐蝕，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)動機可以減輕重量，結(jié)合散熱系統(tǒng)簡化所減輕的重量，陶瓷發(fā)動機的重量可以做得比金屬發(fā)動機更輕巧。
來到這里，很多人可能還不明白它與熱效率的關(guān)系。其實，發(fā)動機做功產(chǎn)生的能量，大部分是通過散熱、摩擦等方式流失，陶瓷發(fā)動機更高的溫度極限，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，無論海外還是國內(nèi)，早已經(jīng)有科學(xué)家研究這種材料在發(fā)動機上的應(yīng)用。1990 年上海曾經(jīng)研發(fā)出一臺無水冷陶瓷發(fā)動機，做過400多個小時的臺架試驗以及上海到北京的實車長距離試驗，基本驗證了它的可靠性以及實用價值。
一個缺點毀所有
但是，材料性能優(yōu)秀的陶瓷并非完美無缺。陶瓷自身有很多肉眼看不到的細紋，一旦遇到?jīng)_擊，很容易讓這些細紋蔓延，造就陶瓷質(zhì)地較脆的材料特性。要解決這種問題，不是沒有辦法，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，汽車企業(yè)花這么大投入去生產(chǎn)，非常不劃算。單單這一缺點，注定它在短期內(nèi)也無法實現(xiàn)量產(chǎn)。
盡管目前無法大量使用陶瓷材料制造發(fā)動機，個別零部件還是能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。比如陶瓷軸承，摩托車發(fā)動機缸體陶瓷涂層等等，可以為發(fā)動機性能帶來更多好處。而航空、航天領(lǐng)域，陶瓷材料也早已應(yīng)用到發(fā)動機上面，這并不是不能實現(xiàn)的技術(shù)。
