中國粉體網訊 全球汽車工業正經歷電動化、智能化與輕量化的深刻變革，傳統材料在極端工況下已難以滿足現代汽車性能要求。陶瓷材料因其獨特的物理化學特性，正逐步成為汽車工業不可或缺的關鍵材料。
新能源汽車的陶瓷科技革命
電池儲能領域
電池系統作為新能源汽車的“心臟”，其安全性與性能對整車至關重要。陶瓷隔膜能有效防止鋰離子電池在高溫環境下發生內部短路，維持電池系統的結構完整性。隨著電池能量密度不斷提升，傳統聚合物隔膜已難以滿足高安全性要求，α-氧化鋁、勃姆石等陶瓷材料因其低熱導率、高溫穩定性以及優異的離子通透性成為理想的隔膜材料。目前，隨著制備工藝日益成熟以及市場對勃姆石的日益認可，勃姆石在無機涂覆材料應用中的占比逐漸提升，氧化鋁的市場空間正在被逐漸壓縮。此外，含陶瓷涂層的復合隔膜可顯著提高電池的耐熱溫度，改善了電池的安全性能。
陶瓷隔膜的材料類型
在固態電池技術路線中，陶瓷電解質更成為突破性技術的關鍵材料，LLZO、LATP 等陶瓷材料可同時實現高離子導電率以及機械穩定性，有效解決了鋰枝晶穿刺問題。
QuantumScape的固態電池陶瓷隔膜
電驅動系統
電驅動系統是新能源汽車的動力核心，陶瓷材料在此領域的應用正推動電機效率以及可靠性邁向新高度。電機部件中的陶瓷材料應用體現在多個關鍵環節：
陶瓷軸承。在電驅時代下，陶瓷軸承取代鋼球軸承已是一種趨勢。新能源汽車的電機軸承相比傳統軸承轉速高，需要密度更低、相對更耐磨的材料，氮化硅陶瓷軸承中的球在軸承組件內產生更少的摩擦、更少的熱量，尤其是氮化硅是天然的電絕緣體，可減少軸承放電產生的電腐蝕，避免出現縮短軸承和潤滑劑的使用壽命，最終導致軸承失效的現象發生，非常適合應用于電動汽車等領域。
如特斯拉采用的電機中輸出軸是用陶瓷軸承，采用NSK設計的混合陶瓷軸承，軸承滾珠采用50個氮化硅球組成；國內小鵬P7、G9、蔚來ET7等車型均采用氮化硅陶瓷球絕緣軸承。
磁性陶瓷。在電機定子以及轉子上，磁性陶瓷材料的應用顯著提升了電機的磁電性能。高性能鐵氧體，稀土永磁材料的陶瓷化處理，增強了其抗退磁能力以及溫度穩定性，使電機在高溫工況下仍能保持穩定輸出。
陶瓷基板。在新能源汽車的核心電機驅動中，采用SiC MOSFET器件比傳統Si IGBT帶來5%～10%續航提升，未來將會逐步取代Si IGBT。但SiC MOSFET芯片面積小，對散熱要求高，氮化硅陶瓷基板具備優異的散熱能力和高可靠性，幾乎成為SiC MOSFET在新能源汽車領域主驅應用的必選項。
智能駕駛系統
智能駕駛技術對傳感器的精度、穩定性以及環境適應性提出了極高要求，陶瓷材料在此領域展現出獨特價值。
光學透明陶瓷。與玻璃或樹脂類光學材料相比，透明陶瓷不僅具有與光學玻璃相仿的透光質量，而且更強、更硬、更耐腐蝕、更耐高溫，可應用于極端惡劣的工況，并且折射率可以變化，目前業界部分廠商已經在嘗試采用透明陶瓷材料作為車載攝像頭鏡片、激光雷達窗口材料、激光光學器件等。其中氧化鋁、氧化鎂鋅(MgAl2O4)、氧化釔(Y2O3)等透明陶瓷材料可在寬廣的溫度范圍內保持穩定的光學通透性，確保智能駕駛系統在各種氣候條件下的可靠運行。
壓電陶瓷。隨著汽車電子化和自動化程度越來越高，汽車對傳感器的依賴性也越大，一輛普通的家用轎車上的傳感器數量可多達200余只。僅就壓電陶瓷型傳感器來說，常見的有壓電陶瓷爆震傳感器、超聲波傳感器、加速度傳感器等。
MLCC。隨著汽車“新四化”的發展，汽車上將配置更多更先進的電氣與電子電路，對MLCC的技術要求也會更高。車載MLCC有很多細分應用，如ADAS（激光雷達、攝像頭、毫米波雷達）、HUD、車載充電機、智能座艙等，需要更多樣的MLCC。車載MLCC與自動駕駛功能和聯網相關的部分要使用車載品質的小型、大容量產品，根據聯網、自動駕駛功能等的應用程序的不同，對MLCC的規格和技術要求也各不相同。
來源：微容科技
汽車陶瓷材料的藍海探索
汽車陶瓷材料正向更廣闊的應用領域拓展，開辟了技術創新的“藍海”空間。
固態電池陶瓷電解質
固態電池陶瓷電解質是當前研究熱點，作為下一代高能量密度、高安全性電池的核心材料，固態陶瓷電解質能有效解決傳統鋰離子電池的安全隱患及能量密度瓶頸。陶瓷基固態電解質具有一些有益的固有特性，如不可燃性、較大的機械強度、較寬的電化學穩定性窗口等，它們在安全性和使用壽命等方面具有無可比擬的優勢，是目前國內外固態電解質研究的重要方向之一。
氧化鋯在高溫環境下能夠保持穩定的物理和化學性質，還具有較低的熱膨脹系數和良好的電絕緣性能，這使得它成為LLZO固態電解質的首選原材料之一。目前，國內許多固態電解質相關企業，例如清陶能源、藍固新能源、山東創魯、天目先導、合源鋰創等均對LLZO固態電解質有所涉及。三祥新材、東方鋯業等鋯材料領域的企業，也在積極關注并持續跟進氧化物固態電池的研究進展，并向部分客戶、科研團隊提供了樣品，為固態電池的研發提供幫助，以推動鋯基固態電池技術的應用和發展。
功能梯度陶瓷材料
功能梯度陶瓷（FGC）作為一種以陶瓷為組成材料的功能梯度材料，它能夠結合不同陶瓷的特殊性能，如耐高溫、耐磨性和生物相容性等，該技術突破了傳統單一組分陶瓷的性能限制，通過在材料內部設計成分或結構的漸變分布，實現了力學性能與功能性能的協同優化，特別適合汽車制動系統及傳動系統部件。
碳陶（C/C-SiC）復合材料結合了碳纖維和多晶碳化硅這兩者的物理特性，具有高溫穩定性、高導熱性、高比熱等特點。此外，碳陶剎車具有輕量化、耐磨損等特點，不但延長了剎車盤的使用壽命，并且避免了因負載而產生的所有問題。在新能源汽車行業電動化、智能化、高端化趨勢下，碳陶剎車系統可顯著提高車輛響應速度、縮短制動距離，有望成為線控制動的最佳執行器件，可以說是電動車未來關鍵減重零部件。
智能陶瓷材料
智能陶瓷材料（ICM）是一類能夠感知外部刺激，并且能夠改變形態、導電性和磁性的新型功能陶瓷材料。目前智能陶瓷材料研究主要集中在壓電陶瓷、電致變色陶瓷、磁敏陶瓷和鐵電陶瓷四大類型。在汽車工業中，智能陶瓷材料被廣泛應用于渦輪增壓器、氧傳感器、發動機零部件、剎車系統和汽車燈等耐高溫部件。
比如磁敏陶瓷材料可通過磁場調節其流變特性，被廣泛應用于阻尼和振動控制系統。比如采鐵氧體陶瓷制備磁敏陶瓷復合材料，已廣泛應用于超聲波發生器、磁致伸縮執行器、機械扭矩傳感器等方面。磁敏執行器常用于汽車懸掛系統、航空航天設備和精密儀器等領域。
納米結構陶瓷
納米結構陶瓷借助先進制備技術，實現了納米尺度的微觀結構控制，大幅提升了材料性能，為汽車高性能陶瓷部件的開發提供了新方向。
例如熱噴涂納米結構陶瓷涂層具有十分優異的強韌性能、耐磨抗蝕性能和抗熱震性能，可應用于汽車的各種機械零部件。諸如活塞、活塞環、汽缸體、閥桿、液壓支柱、軸瓦、銷子、凸輪、凸桿、渦輪機部件等。
小結
陶瓷材料在汽車工業中展現出強大的應用潛力，從電子控制系統的陶瓷基板與繼電器，到機械系統的陶瓷軸承與碳陶制動盤，再到新能源系統的鋰電池陶瓷隔膜與智能駕駛系統的透明陶瓷部件，均發揮著不可替代的作用。
來源：
CERADIR先進陶瓷在線：陶瓷隔膜：固態電池安全“護城河”的筑造者
傅小龍等：智能陶瓷材料研究現狀及其應用前景
楊涵：陶瓷材料在汽車工業中的運用分析
胡赫等：陶瓷材料在汽車工業中的應用探究
材料人、粉體網
（中國粉體網編輯整理/空青）
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