1.6.2陶瓷（教案）-《汽车机械基础》同步教学（江苏凤凰教育出版社）

单元一 汽车常用材料 模块六 陶瓷材料和复合材料 课题二 陶瓷 授课日期 授课班级 授课课时 授课形式 使用教具 教材、PPT 教学目标 1、了解陶瓷材料在分类及性能特点； 2、了解车用陶瓷在汽车上的应用； 教学重点 了解陶瓷材料在分类及性能特点； 教学难点 了解车用陶瓷在汽车上的应用； 课外作业 教学反思 课堂教学安排 授课内容 教师活动 学生活动 复习提问： 1、玻璃有哪些种类？ 2、玻璃在汽车上有哪些应用？ 引入部分： 陶瓷是以天然或合成的化合物为原料，经处理、成形、干燥、烧结而制成的一种无机非金属材料。汽车上采用陶瓷材料可以有效地降低汽车的质量，提高发动机的热效率，降低油耗，减少排气污染，提高机件使用寿命以及实现汽车智能化等。 新授部分 一、陶瓷的分类及性能特点 陶瓷是古老而又新型的材料，通常分为普通陶瓷和特种陶瓷两大类。普通陶瓷以天然硅酸盐矿物为原料烧制而成，也叫硅酸盐陶瓷。与之相区别，人们将近代发展起来的各种陶瓷总称为精细陶瓷，也称为新型陶瓷、高技术陶瓷或特种陶瓷。 1、普通陶瓷：普通陶瓷是用天然硅酸盐材料（含二氧化硅的化合物）为原料，经过配制、烧结而制成的。这类陶瓷质地坚硬，耐腐蚀性好，不导电，易于加工成形，是应用广泛的材料。生活中见到的就是普通陶瓷。普通陶瓷在汽车上常用于制造发动机火花塞等。 2、精细陶瓷：是以氧化物、氮化物、碳化物和硼化物等化合物为原料经过配制、烧结而制成的新型材料，具有优良的物理性能、化学性能和力学性能。按使用性能分类，特种陶瓷分为工程陶瓷和功能陶瓷两类。 (1)工程陶瓷是近年来大力开发研究的新型工程材料。工程陶瓷具有很高的强度、耐热性、耐磨性，质量轻，在汽车制造中得到广泛的应用。常用的有氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷等。工程陶瓷在汽车上常用于制造发动机活塞、气缸套、凸轮轴、柴油机喷嘴等零件。随着研究的开展，工程陶瓷在汽车上的应用范围越来越广，前景十分广阔。 (2)功能陶瓷是指一些具有特殊的介电性、压电性、导电性等的陶瓷材料，它们在汽车上主要用于制造传感器、导电元件和显示元件等。功能陶瓷是汽车电子化的重要材料。 二、陶瓷的性能 1、力学性能：高硬度、高耐磨性，几乎没有塑性，抗位强度低，抗压强度高。弹性模量高，可达金属的数倍。 2、物理性能：熔点很高，有很好的高温强度，热膨胀系数低，导热性小，是优良的高温绝热材料，但其抗热振性差，温度剧烈变化时易破裂，温度不能急剧变化。陶瓷导电性差，可直接作为绝缘材料用，有的可做半导体材料。 3、化学性能；陶瓷在室温和高温都不会氧化，对酸、碱、盐有良好抗蚀能力，可谓化学稳定性很高的材料。 三、陶瓷材料在汽车上的应用 汽车上能用特种陶瓷材料制造的零件很多，但由于受到生产价格、制备工艺、可靠性等条件的限制，实际大批投入生产，应用到汽车上的零部件并不多，大部分仍处于研究开发阶段。 ①陶瓷传感器：汽车用传感器要求能长久适应汽车特有的恶劣环境（高温、振动、潮湿、噪声、废气等），并应具有小型轻量、重复使用性好、输出范围广等特点，陶瓷传感器由于能完全满足上面的要求而在汽车上得到广泛应用。 ②陶瓷汽车制动器：陶瓷制动器是在碳纤维制动器上制造而成的。 一块碳纤维制动碟最初由碳纤维和树脂构成，它被机器压制成型，之后经过加热、碳化、加热、冷却等几道工序制成陶瓷制动器，陶瓷制动器的碳硅化合物表面硬度接近钻石，碟片内的碳纤维结构使它坚固耐冲击，耐腐蚀，让碟片极为耐磨。目前此类技术在 F1 赛车上应用，在超级民用跑车上也有涉入，例如奔驰的 CL55AMG 。 ③ 陶瓷汽车减震器：高级轿车的减振装置是综合利用敏感陶瓷正压电效应、逆压电效应和电致伸缩效应研制成功的智能减振器。由于采用高灵敏度陶瓷元件，这种减振器具有识别路面且能做自我调节的功能，可以将轿车因粗糙路面引起的振动降到最低限度。 ④陶瓷轴承：陶瓷轴承工作温度高且耐磨，可提高转速，轴承部件对润滑和冷却的要求较低，而且陶瓷轴承无磁性、耐腐蚀、绝缘性好。陶瓷轴承主要材质为氮化硅陶瓷，有些公司已批量生产全陶瓷轴承。 ⑤陶瓷材料汽车喷涂技术上应用：近年来，在航天技术广泛应用的陶瓷薄膜喷涂技术开始应用于汽车上。这种技术优点是隔热效果好、能承受高温高压、工艺成熟、质量稳定。为达到低散热目标，可对发动机燃烧室部件进行陶瓷喷涂，如活塞顶喷涂的氧化锆和缸套喷涂氧化锆。经过这种处理发动机可以降低散热损失、减轻发动机自身质量、减小发动机尺寸、减少燃油消耗量。 ⑥陶瓷在汽车发动机上的应用：新型陶瓷是由碳化硅和氮化硅等无机非金属材料烧结而成的。与以往使用的氧化铝陶瓷相比，新型陶瓷的强度是其三倍以上，能耐1000℃以上高温，新材料推进了汽车上新用途的开发。用新型陶瓷围住燃烧室进行隔热，这样可以大大地提高能源的热效率。另外，利用新型陶瓷，柴油机瞬间起动将成为可能。 精细陶瓷制品对其原材料要求比较严格，工艺难以掌握，使得每批制品的性能难以保持同前一批一致，因此，它有成型工艺复杂，要求高，成本居高不下的缺点。但是随着科学技术的发展，工艺不断完善，精细陶瓷材料以其优异的性能，一定会在汽车生产中得到广泛的应用。 课堂小结 作业布置 课后习题 引导学生复习上节课的内容 展示PPT根据多媒体引导学生阅读教材及PPT图片 组织学生扫码观看视频 引导学生阅读并思考问题 教师讲解，并引导学生思考 根据PPT讲解 根据PPT讲解 学生回答问题，并思考 根据多媒体及教材，学习体会所讲知识 学生观看视频，对照教材，学习体会 学生认真听讲，做好笔记。 阅读教材 学生完成作业 学科网（北京）股份有限公司 $$