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.
آنچه در این مطلب می‌خوانید:
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
پوری پوریا!
۲۴ بهمن ۱۳۹۳درود
ممنون از آقای رحمانی مطلب علی بود!
مثل فیبر کربن استفاده از سرامیک هم در خودرو ها خیلی زیاد شده. من تا حالا فکر میکرددم که فقط تو ساخت ترمز هاس سرامیکی . سرامیک به کار میره ولی حالا فمیدم که تو قطعات دیگر هم هست!
اما به نظر من کاربرد زیادش تو همون ترمز هاست!
ارادت
حسین
۲۴ بهمن ۱۳۹۳درود بر شما. خیلی ممنون. خوشحالم که این مطلب مورد پسند شما واقع شده.
در واقع باید بگم که همونطور که در متن هم اشاره شد استفاده از سرامیکها در بسیاری از موارد به تنها راه حل تبدیل شده. لنت و دیسک ترمز رو با فلز هم میشه ساخت (گرچه کارایی انواع سرامیکی رو ندارن) اما مواردی مثل پیل های سوخت هیدروژن و سنسورهای مختلف و یا واشرهایی که در دمای بالا کار میکنند هیچ جایگزینی از مواد دیگه ندارند. پس نمیشه گفت بیشترین کاربردش در ترمزه. :-)
شاهین
۲۴ بهمن ۱۳۹۳حسین جان دست مریزاد
تبریک میگم داداش،مطلب خیلی خوبی بود،من تا حالا فقط دو مورد از کاربرده های سرامیک رو تو خودروسازی شنیده بودم که یکیش ترمز بود و اون یکی روغن موتورهای مخصوص.
ممنون از مطلبت،امیدوارم ادامه دار باشخ مقاله هات داداشم.
ارادت
4MATIC
۲۵ بهمن ۱۳۹۳جالب بود
فرید حنیفه زاده
۲۴ بهمن ۱۳۹۳با سلام
مطلب برای من فوق العاده جالب و قابل استفاده بود و دری از درهای علم استفاده از مواد رو برای من گشود .
ابتدا از حسین رحمانی عزیز بابت مطلب پربار تشکر میکنم .
سپس از صادق و شاهین و باربد عزیز تشکر میکنم . دلیلش اطلاعاتی هست که شما دوستان در پائین پست ها به عنوان کامنت به اشتراک میگذارین که برای همه قابل استفاده است . امیدوارم همگی دوستان موفق و پیروز باشند ☺
شاهین
۲۴ بهمن ۱۳۹۳ارادت دارم فرید جان! هم به خودت،هم به آواتارت ;)
حسین
۲۴ بهمن ۱۳۹۳سلام.
هدفم از این مطلب آشنا کردن دوستان با مواد سرامیکی بود و خیلی خوشحالم که عزیزانی چون شما که جزء افراد با اطلاع و نویسندگان پدال هستید هم از این مطلب خوشتون اومده. ممنونم.
شاهین جان شما خودت تاج سری و عزیز ما و الگویی برای من
و آقا فرید، مطالبی که شما برای سایت میذاری بسیار زیبا هستن و قلم شیوایی داری..
دم همه دوستان گرم.
عرفان
۲۴ بهمن ۱۳۹۳با عرض سلام و تبریک بابت مطلب اموزندتون
بنده خودم دانشجوی مهندسی متالورژی گرایش سرامیک هستم ولی متاسفانه بر خلاف پیشرفت فوق العاده و کاربرد بسیار این رشته در تمامی شاخه های علمی در ایران توجه زیادی نمیشه با این رشته
و خیلی خیلی عذر میخوام ولی بین دانشجو های مواد این تیکه کلام وجود داره که مهندسی سرامیک = کاسه توالت سازی !!!!
انشالله که در اینده این مشکلات کم رنگ بشه
حسین
۲۴ بهمن ۱۳۹۳درود. عرفان جان ممنون. داداش شما دیگه این حرفو نزن. همین الان در کشور ما در زمینه مواد دیرگداز فعالیتهای خوبی در حال انجامه. در زمینه نانو هم پیشرفتهای خوبی انجام شده اما ازشون استفاده صنعتی نمیشه زیاد. اما هیچ وقت رشته ای که داری توش درس میخونی رو دست کم نگیر.
به قول یکی از استادامون: توی این رشته میشه پول چاپ کرد ;-) بین خودمون بمونه داداش :-D
امیرمسعود
۲۸ بهمن ۱۳۹۳مطلبت عالی بود منتظر مطالب بعدی هم هستیم.دستت دردنکنه
حسين
۱۱ آذر ۱۳۹۴ببخشید تصحیح میکنم: پیلهای سوختی هیدروژن به صورت پلیمری هم وجود دارن و بسیار هم مرسوم هستند.
آرش آمار
۲۷ بهمن ۱۳۹۳در سیستم احتراق ماشین های مسابقه ای نظیر قطعات پیستون ، منیفولد اگزوز سر سیلندر ، سوپاپ ها و … از پوشش های سرامیکی بر پایه زیرکونیا-ایتریا استفاده می شود.
با اعمال 0.2 تا 0.8 میلیمتر از این پوشش های عایق و مقاوم به حرارت،
می توان تا 150 درجه سانتیگراد از دمای فلز پایه کاست که منجر به افزایش راندمان و افزایش عمر قطعات می گردد.
اعمال این پوشش که نقطه ذوبی در حدود 2400 درجه سانتیگراد دارند تنها توسط روشهای پلاسما اسپری مقدور می باشد.
http://swaintech.com/race-coatings/automotive-coatings/
حامد
۲۴ بهمن ۱۳۹۳بسیار سپاس خیلی مفید بود
صادق
۲۴ بهمن ۱۳۹۳ممنونم. امیدوارم بتونم مطالب مفیدتری رو در اختیار دوستان بذارم
باربد★فقط GM★فقط کامارو★
۲۴ بهمن ۱۳۹۳آقای رحمانی متشکرم از مطلب زیبای شما.
فقط داداش صادق شما چرا تشکر میکنی؟مگه حسین جان مطلب رو ننوشتن؟ :D
صادق
۲۴ بهمن ۱۳۹۳باربد جان من بی تقصیرم ؛) :)
حسین
۲۴ بهمن ۱۳۹۳باربد جان ممنون. تقصیر این صادقه که ایمیلشو از تو سیستم من پاک نکرده. منم اشتباهی با مشخصات اون کامنت گذاشتم. :-D
حامد
۲۴ بهمن ۱۳۹۳پیش میاد دیگه!!!
من که خوشحال شدم.
صادق
۲۴ بهمن ۱۳۹۳حسین این جی میل منو آخر از تو سیستمت پاک نکردی؟؟؟!؟ گفتم آخر یه جایی اشتباهی با جی میل من کامنت میذاریا!
پدال جان این کامنتو تشکر رو حذف کن، سوتی بوده! :)
شاهین
۲۴ بهمن ۱۳۹۳منو تو نداریم که! :)
جفتتون عزیزین و تاج سر ما 3>
صادق
۲۴ بهمن ۱۳۹۳ارادت شاهین جان
لطف داری داداش، شدید ;)
صادق
۲۴ بهمن ۱۳۹۳درود.
حسین جان خیلی ممنون، مطلب خیلی مفیدی بود. به نظرم سرامیکها واقعا مواد جالبی هستن.
فقط یه سوال برام پیش اومد، اونم اینکه توی مرسدس بنز G-Code کانسپت هم از این باتریها استفاده میشه؟ آخه اونم سوختش هیدروژنه ولی فکر کنم مکانیزمش متفاوته.
حسین
۲۴ بهمن ۱۳۹۳درود صادق جان. مرسدس G-Code همونطور که اشاره کردی مکانیزمشون متفاوته. G-Code تا اونجایی که من میدونم یک موتور درون سوز توربو شارژ داره که سوختش هیدروژنه و از پیل سوختی استفاده نمیکنه
MOHAMAD TBAG
۲۴ بهمن ۱۳۹۳واقعا مطلب مفیدی بود ….
من فکر میکردم فقط در ترمز ها به کار میره :D
mostafa
۲۴ بهمن ۱۳۹۳کاربرد سرامیک در خارج ^^^^
کاربرد سرامیک در ایران؛حموم
« میلاد . فقط آلمان . فقط بنز »
۲۴ بهمن ۱۳۹۳درود .
خیلی عالیه که دوستان پر اطلاعات مقاله مینویستند .
حسین عزیز تبریک میگم . مطلبت عالی بود . من هم مثل بقیه دوستان فکر میکردم فقط
در ترمز کاربرد داره .
من منتظر مقاله های بعدیت هستم . خوش به حالتون که وقتتون ازاده . :) :)
حسین
۲۴ بهمن ۱۳۹۳درود. ممنونم میلاد عزیز. باعث افتخاره که شما هم خوشت اومده داداش.
وقت ما هم آزاد نیست. اوایل تابستون قرار بوده بفرستمش اما حالا فرستادم!!! البته یکمی هم کم کاری کردم. اما اگر وقت کنم احتمالا در مورد کامپوزیتها هم یه مطلب بفرستم.
محمد سالاری
۱۶ مهر ۱۳۹۴حسین آقو
دمت گرم کاکو
حسابی کار ما رو راحت کردی
(لطفا شیرازی بخون داداش)
مسعود
۱ بهمن ۱۳۹۹باسلام اگه تو سیستم ترمز بوشهای کالیپر که درمعرض گرد غبار ورسوبات لنت قرار میگرند وبعد از مدتی ساییده زنگ زدگی ایجا میکنه این امر باعث ضعف سیستم ترمز میشه از جنس سرامیک های نسوز وضد سایش استفاده بشه هم تحول جدیدی هست سرمایه گذاری در این زمینه جواب گو هست
محدثه
۱۰ آبان ۱۴۰۰با سلام اگر ممکنه مقاله یا مطلبی راجع به استفاده از سرامیک ها در موتور های سرامیکی به صورت تخصصی پیشنهاد بدید.
بهمن
۲۱ دی ۱۴۰۰با درود فراوان خدمت شما عزیز .بسیار جالب بود متشکر
موسوی
۲۱ فروردین ۱۴۰۲سلام اقا خسته نباشید من در همین رشته تحصیل میکنم مدیرمون میگفت رشته خوبیه میشه یه راهنمایی بکنید واقعا خوب است یانه ممنون میشم