معرفی قطعات سرامیکی استفاده شده در اتومبیل‌های مدرن

طی سال­های اخیر، استفاده از سرامیک­ها در صنایع خودرویی در حال افزایش بوده است. خواص ویژه و مطلوب سرامیک­ها در بسیاری از موارد، استفاده از آن‌ها را به تنها راه حل تبدیل کرده است. در این نوشتار به بررسی برخی از کاربردهای سرامیک­ها در قسمت­های مختلف اتومبیل پرداخته شده است.

انواع سنسورها و مبدل‌ها

سنسورهایی از قبیل سنسور میزان باد لاستیک، سنسور میزان سوخت باقیمانده، سیستم­های کمک پارک و غیره از پیزوسرامیک­ها بهره می­برند. به‌عنوان مثال در سنسور میزان سوخت، یک مبدل پیزوسرامیکی در کف مخزن سوخت قرار می­گیرد که به وسیله‌ی اعمال یک جریان الکتریکی، امواج صوتی تولید می‌کند. سپس این جریان الکتریکی قطع شده و امواج صوتی تولید شده پس از برخورد به سطح سوخت درون مخزن، بازتاب می‌کنند. با برخورد امواج بازتاب شده به مبدل، یک جریان الکتریکی در آن ایجاد می‌شود و رایانه با اندازه‌گیری زمان رفت و برگشت موج، میزان سوخت باقیمانده را اندازه‌گیری می­کند. از انواع دیگر پیزوسرامیک­ها می‌توان به پیـزوسرامیک­های استفاده شده در سیستم­های رفاهی، مانند ماساژور صندلی اشاره کرد که از دو لایه سرامیکی که توسط یک لایه فیبر کربن از هم جدا شده‌اند تشکیل می‌شوند. یکی از این دو لایه سرامیکی توسط اعمال جریان الکتریکی منبسط شده و باعث خم شدن کل مجموعه می­شود (شبیه به آنچه در اثر تغییر دما، در ترموستات اتفاق می‌افتد). بدین ترتیب دریچه باز شده و جریان هوا در قسمت‌های مشخصی در داخل صندلی، حالت ماساژ را ایجاد می‌کند. مزیت عمده استفاده از این مواد نسبت به مواد فلزی ۲۰ الی ۳۰ درصد انعطاف‌پذیری بیشتر و وزن کمتر است.

یاتاقان و واشر

سرامیک­های پیشرفته استحکام و مقاومت شیمیایی و حرارتی بالایی دارند. به همین دلیل از آن‌ها در ساخت یاتاقان­های پمپ آب و قطعات آب‌بندی انژکتور استفاده می شود. در موتورهای دیزل پس از فشرده‌سازی هوا،‌ دمای آن به بیش از ۸۰۰ درجه سلسیوس می‌رسد و انژکتور باید بتواند سوخت را با فشار ۲۰۰۰ بار تزریق کند. سختی و مقاومت حرارتی و شیمیایی بالای سرامیک­ها، امکان استفاده از آن‌ها را در این قسمت فراهم کرده است.

موتور و روغن موتور

چندی پیش کمپانی یاماها در یک کار تحقیقاتی، برای ساخت سیلندرهای پیشرانه، از سرامیک استفاده کرد. این موتور اصطکاک بسیار پایینی داشت و حتی بدون نیاز به سیستم خنک کننده می­توانست به کار خود ادامه دهد. درنتیجه، راندمان بسیار بالایی داشت. اما استفاده از سرامیک به این شکل بسیار پرهزینه بوده و توجیه اقتصادی به همراه ندارد. راه حل، تکنولوژی متالوسرامیک است. در این تکنولوژی، روغن موتور اتومبیل با نانو ذرات سرامیکی اشباع می‌شود و این ذرات بسیار ریز در شرایط دمای بالا و اصطکاک زیاد درون سیلندرها، تمام پستی و بلندی­های میکروسکوپی موجود در سطح به‌ظاهر صیقلی سیلندر را پر کرده و با جداره‌ی سیلندرها پیوند می‌خورند. نتیجه این فرآیند به وجود آمدن سطحی با اصطکاک ۶ برابر کمتر از آینه و سختی ۱۰ برابر بیشتر از فولاد است.

ترمز

کارایی لنت­ها و دیسک­های فلزی که معمولاً از جنس فولاد هستند، در صورتی که داغ شوند دچار افت شدیدی می‌شود. این موضوع به‌ویژه در اتومبیل­های اسپرت و مسابقه‌ای اهمیت پیدا می‌کند،‌ جایی که در سرعت­های بالا به طور مداوم و پی‌درپی نیاز به استفاده از ترمز وجود دارد. وجود دو خاصیت سختی و مقاومت حرارتی بالا در سرامیک­ها باعث شده تا این مواد و کامپوزیت­های کربنی آن‌ها به عنوان گزینه‌ای مناسب جهت ساخت لنت و دیسک ترمز، به‌ویژه در اتومبیل‌های اسپرت مطرح شوند. چراکه کارایی آن‌ها با افزایش دما کاهش نمی‌یابد.

باتری و سیستم‌های هیبریدی

این روزها در تازه‌های اخبار مربوط به دنیای اتومبیل گاهاً با خودروهایی با سوخت هیدروژن مواجه می‌شویم. در واقع باتری یا منبع تولید انرژی این خودروها از نوعی سرامیک نیمه هادی ساخته شده که به دلیل دارا بودن ساختار و ترکیب ویژه، در مجاورت هیدروژن، بخار آب و انرژی الکتریکی تولید می‌کند و خودرو را به حرکت در می‌آورد.

شیشه

شیشه‌ها به عنوان بخش بزرگی از خانواده‌ی سرامیک­های سنتی، کاربرد غیر قابل انکار و بعضاً جالب و مدرنی در اتومبیل­ها دارند. انواع سان روف­ها و سیستم­های مربوط به آن‌ها نظیر مجیک اسکای مرسدس بنز و سیستم‌های مشابه در اتومبیل‌های دیگر و همچنین آیینه‌های فتوکرومیک و الکتروکرومیک، وابسته به خواص نوری و الکتریکی منحصر به فرد سرامیک­ها هستند.

امروزه بیش از ۵۰ نوع کاربرد برای سرامیک­ها در اتومبیل وجود دارد که این تعداد رو به افزایش است. در این مقاله تعدادی از مهم­ترین کاربردها بیان شدند. از جمله کاربردهای دیگر می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ساخت پنل های محافظ برای خودروهای ضد گلوله
• کاربرد به عنوان پوشش رنگ اتومبیل برای براق و ضد خش شدن رنگ بدنه که طبق ادعای کمپانی، در خودروهای فراری استفاده می‌شود.
• نمایشگرها و قطعات الکترونیکی
• کاتالیزور اگزوز
• عایق الکتریکی در شمع موتور
• و غیره

در مجموع باید گفت سرامیک‌ها علاوه بر کاربردهای سنتی خود، امروزه در صنایعی نظیر خودروسازی، به عنوان موادی پیشرفته و با خواص الکتریکی، مکانیکی، نوری و مغناطیسی منحصربه‌فرد و خاص شناخته می‌شوند و کاربرد آن‌ها روزبه‌روز در حال افزایش است.

درباره نویسنده:

حسین رحمانی، دانشجوی کارشناسی ارشد رشته مهندسی مواد-گرایش سرامیک، علاقه‌مند به دنیای اتومبیل