1、目 錄1. 傳統汽車材料的現狀和不足11.1傳統汽車材料的現狀11.2目前傳統汽車材料存在的不足22. 輕量化新型材料的優勢23. 金屬材料對輕量化的應用33.1有色金屬33.1.1鋁合金的應用33.1.2鎂合金的應用43.1.3 鈦合金的應用53.2黑色金屬53.2.1 普通低碳鋼板53.2.2 特殊鋼板64. 非金屬材料對輕量化的運用74.1工程塑料及其復合材料74.1.1聚丙烯（PP）84.1.2聚乙烯（PE）84.1.3工程塑料及其合金材料94.1.4塑料在汽車上應用的發展趨勢104.1.5 應用趨勢104.1.6塑料再生利用114.2泡沫材料114.3高強度纖維復合材料124.3.1

2、玻璃纖維增強樹脂復合材料124.3.2碳纖維增強樹脂復合材料14應用實例：154.4特種陶瓷材料164.4.1陶瓷在汽車發動機上的應用164.4.2陶瓷在汽車剎車系統上的應用174.4.3 陶瓷在汽車減震器上的應用174.4.4 陶瓷在汽車傳感器上的應用174.4.5 汽車用氮化硅陶瓷軸承184.4.6 陶瓷薄膜噴涂技術184.4.7其他陶瓷材料在汽車上的應用184.5稀土材料184.6納米材料194.7綠色內飾194.8樹脂新材料20結 論22致 謝23參考文獻2423摘要：隨著汽車技術發展的日益成熟，汽車的功能日益完善，汽車的結構越來越復雜，傳統的汽車通常由幾千個零件組成，現代高級矯車由幾

3、萬個零部件組成。為滿足汽車節能、環保、安全、舒適的要求，實現輕量化、高強度、高性能的目標，構成汽車的材料也發生了巨大的變化。通常按照材料的成分，將汽車材料分為金屬材料和非金屬材料兩大類。隨著汽車技術的發展，未來汽車材料除金屬材料、非金屬材料外，復合材料和納米材料也將獲得廣泛應用。比如全鋁合金、鈦合金、陶瓷合金、碳纖維材料等等越來越多的新材料應用在汽車上。1. 傳統汽車材料的現狀和不足目前汽車材料行業是向著輕量化以及環保化的方向發展，輕量化的發展能夠很大程度上減少汽車尾氣，增大汽油的燃燒效率，所以輕量化材料是將來的一個重要發展方向。1.1傳統汽車材料的現狀目前在汽車制造過程所使用的主要材料是鋼鐵

4、，因為其不僅擁有良好的物理性能，具備極強的抗拉抗壓能力，還擁有良好的化學性能，具有優秀的抵抗化學腐蝕的能力，而且還有一個重要的原因是鋼鐵價格低廉，能夠充分滿足汽車制造的需求，所以鋼鐵材料在汽車中的應用十分廣泛。通過研究德系車的相關資料可以發現，在整個汽車的質量中，金屬材料的質量占比達到了69.7%，其中低合金鋼和非合金鋼的質量占比大約38.2%，鑄鋼和燒結剛的質量占比約14.8%，還有一小部分屬于高合金鋼，質量占比大約1.8%。常見的用來生產汽車材料的鋼材主要是鋼板和特鋼，在汽車的一些重要部分，比如說車蓋、門板等處需要使用到一些質量比較好的鋼材，其對物理和化學性能的要求都比較高，要具備良好的塑

5、性、抗拉抗壓強度，還要擁有一定的抗腐蝕能力。有些部門的對鋼材的一些特殊性能還有著要求，這就需要使用到特殊鋼，例如彈簧、連桿等處適宜使用碳結鋼和彈簧鋼。1.2目前傳統汽車材料存在的不足隨著社會的發展，科技的進步，人們對汽車性能要求越來越高，節能降耗和降低排放污染為主要要求，而傳統汽車由于自身材料的性質，無法滿足人們的要求。在環保方面的不足，特別是在空氣污染方面，在大氣中排放的大量有害氣體會對大自然的生態環境帶來極其嚴重的破壞，對大氣層造成破壞，全球氣候變暖等等。在北京市中，每年的激動數量都在迅速增長但是汽車生產技術并沒有同步提高，關于凈化排氣系統的技術也一直沒有進步，造成了國內汽車尾氣的排放量遠

6、遠超過了國外發達國家。同時因為交通條件差，汽車的維修條件差等一些因素造成了背景的汽車尾氣污染問題一天比一天嚴重。最近幾年在市區內的對其氮氧化物含量一直在增加尤其是交通干道和路口地區的空氣中一氧化碳和氮氧化物含量常年超過國家標準。在油耗方面的不足，由于技術問題，傳統動力總成的油耗居高不下，造成一部分不必要的燃油損耗。在2017年的時候，有國內學者表明通過一些技術手段可以降低30%的油耗，若是能夠同時應用盈量化，則油耗還能夠將的更低。2. 輕量化新型材料的優勢有相關資料表明，在2012年年底以前，我國已有的機動車數量達到2.38億，其中汽車數量在歷史上第一次過億，在全球范圍內排名第二，專家預測這個

7、數量在未來幾年還會繼續增加，一直到2020年的時候將會不低于兩億。在全球范圍內，2007年的時候，汽車數量有9.2億，到了2015年的時候，這個數量上升到了11.2億。汽車數量的增加在給人們的出行帶來便利性的同時也帶來了新問題，比如能耗增加，環境污染加劇等等。為了防止汽車尾氣對大氣的污染，各個國家都出臺了相關政策來對汽車的尾氣排放進行了限制，制定了標準值，汽車排放的尾氣含量不能超過標準值。世界鋁業協會曾經進行過統計，若是汽車重量能夠降低10%，則其在一定里程內的油耗能夠降低不低于6%，不超過8%，在每一百公里中，燃油的消耗能夠減少一升，二氧化碳的排放能夠減少2.45千克。從這里便能夠看出來輕量

8、化技術對于節能減排，降低污染有重大意義。所謂輕量化，便是在不影響汽車各個構件的使用性能的前提下，通過技術手段來降低其重量，從而使得能夠以最小的重量提供最優秀的性能。通常來說輕量化手段有三種：其一是在結構上改進，比方說原本的實體構件用空心構件來代替；其二是新型材料，開發性能上能夠滿足要求但是重量上比原本的材料低的材料，比如一些非金屬材料或者鋁合金鎂合金等等；其三是先進的工藝，比方說激光拼焊，輥壓成型等。車身在整輛車中的質量占了大頭，在三分之一到二分之一左右，若是能夠降低車身質量，則能夠極大的降低整輛車的質量，所以通過開發新材料的方式來降低車身質量是將來輕量化技術的一個重要發展方向。3. 金屬材料

9、對輕量化的應用金屬在工業化發展中起到了不可替代的作用，鋁合金是其中一個重要代表，率合金比重小，強度高，抗腐蝕能力優秀，擁有良好的物理化學性能。目前，鋁材才汽車上的應用主要是車身、車輪、發動機等。有相關資料表明，德系車的平均重量為1.3噸，在其中鋁材占了九個點，日系車的平均重量為1.1噸，在其中鋁材占了九個點，韓系車的平均重量為1.2噸，在其中鋁材占了八個點，國產車的平均重量為1.4噸，在其中鋁材占了五個點。很明顯可以看出來，這些車系中，國產車的鋁材占比最低。同時其他的一些優秀合金，像鎂鋅合金，在汽車中或多或少也有所應用，但是其工藝水平還有待提高，在目前還不能完全取代鋼鐵材料的地位。3.1有色金

10、屬有色合金取代鋼材應用于汽車在將來是一個重要的發展方向。3.1.1鋁合金的應用鋁材隨著汽車技術的發展在其中應用的范圍越來越廣。鋁材作為輕量化材料很早就被應用在汽車技術中了，并且隨著技術發展，工藝也越來越成熟。隨著輕量化技術的發展，鋁材的相關工藝也迅速的進步，現在鋁材正在逐漸應用于車身零件或者結構件。比如車廂蓋，后車門等位置的構件已經開始出現鋁材。鋁材具備優秀的物理化學性能，同時其重度低，只有鋼材的三分之一，因此鋁材的應用非常有助于輕量化技術的發展。2000系鋁合金的強度不低，并且可鍛造性優越，易焊接并且焊縫牢固。500系鋁合金中含有一定的鎂元素，鎂元素在鋁材中發生固溶強化效應，導致其擁有極高的

11、強度，同時因為其本身優秀的塑性，所以在一些幾何形狀復雜的構件中很適宜應用。6000系鋁合金具備優秀的物理化學性能，在車身的內板外板都能使用。3.1.2鎂合金的應用不只鋁合金在輕量化技術的發展中起到了促進作用，還有鎂合金同樣具有優秀的性質。鎂的可加工性好，抗凹性能強，減震性優秀，重度上比鋁合金還要小，大約為其三分之二，在輕量化技術上的應用上有著極大的發展空間。在所有種類的輕金屬中，鎂是儲量最多的一種，在輕量化技術是效果最好的一種材料，即擁有足夠的強度，又擁有良好的可加工性和減震性能。被稱為二十一世紀的綠色工程材料，受到全世界的關注，在機動車、飛機甚至攝像機中有得到了普遍的應用，而且需求量每年還在

12、提升。鎂合金容易被切削和拋光，在熱環境下的可加工性能優越。其熔點更低，更容易壓鑄成型。其抗拉強度通常能夠達到260兆帕，很難超過600照跑。在屈服強度和斷后伸長率指標上比較接近鋁合金。除此之外還具備抗腐蝕，抗輻射以及電熱良導體的性能。壓鑄成型能力強，生產效率高。美國通用公司在1997年的鎂消耗量為9500噸，在2003年的時候漲到30800噸，福特公司由17500噸漲到17900噸，而戴姆勒公司由7000噸漲到10000噸。在全世界范圍內的汽車平均用鎂量大致為五千克，并且在逐年遞增。鎂在過去只是一種可選材料，現在已經成為了必選材料。現在發展的重點是研究出應用于結構件或者動力構件的耐高溫抗侵蝕的

13、鎂合金材料。目前車門骨架也可以使用鎂合金來制造，其車門門框用鋁材制造，骨架和內板用鎂合金制造，或者用鎂合金制造內外車門板，中間使用加強筋來固定，從質量上來看，比傳統的車門降低了十千克，而且具備不低的剛度。現在壓鑄技術越來越成熟，用鎂合金已經能夠制造出各種幾何形狀復雜的零件了。3.1.3 鈦合金的應用鈦合金是一種新型的，具備良好綜合性能的材料，不僅密度小，而且還具有良好的物理化學性能，同時由于其在自然環境中的儲量十分豐富，所以這種材料在輕量化應用上具備著廣闊的前景。目前，鈦合金用于減輕汽車質量方面主要應用于汽車連桿、發動機氣門、鈦合金彈簧類，比方說在李大力出產的法拉利系列車型中，曾第一將鈦合金用

14、做了汽車材料，所生產出的車型比常規車型的質量降低了不低于15%，不超過20%；用Ti-6Al-4V材料制作而成的氣門相較傳統的鋼材所制作的氣門在質量上降低了三成到四成。但是鈦合金在輕量化技術的應用上發展并不快，因為這種合金的制作工藝比較復雜，加工比較困難，這些因素導致其成本高昂，因此鈦合金的應用遭受了極大的限制。全球各個國家都在通過各種手段尋找成本更低的合金元素來降低其生產費用，促進鈦合金在輕量化應用上的發展。3.2黑色金屬大部分汽車中黑色金屬在制造材料中的占比都不低于80%，其余材料的占比不超過20%。所謂黑色金屬便是鋼材，是鐵和碳元素的合金，根據碳元素含量的高低不同可以將其分為低碳鋼和特殊

15、鋼。3.2.1 普通低碳鋼板當前在生產過程所使用最多的材料是低碳鋼板。其厚度通常不低于0.2毫米，不超過3毫米，目前常見的白車的車身鋼板厚度通常不低于0.6毫米，不超過2毫米。這種材料的塑性加工性能比較強，而且其抗壓抗拉強度以及柔度都能滿足汽車的性能要求以及焊接要求。3.2.2 特殊鋼板冷軋鋼板：主要用途在于車身沖壓件，其厚度通常不低于0.15毫米，不超過3.2毫米，車身采用的鋼板一般比較薄，不低于0.6毫米，不超過0.8毫米。薄板在幾何尺寸上極為精確，表面光滑，擁有良好的機械性能，主要用途在于側圍板、行李箱蓋、發動機罩等等。高強度鋼板：指的是抗拉強度不低于350兆帕的鋼板。其屈服強度較高，可

16、以通過減少板材厚度的方法來達到輕量化的效果。通常在一些對強度和碰撞能力的要求比較高的部位使用高強度鋼板。表面處理鋼板：表面處理通常是給鋼板表面鍍一層性質不活躍的金屬材料。常見的鍍層材料有鋅、鋁、鉛錫等，通過鍍層將鋼板與外界環境隔絕起來，就不容易被元素侵蝕或者發生氧化反應，從而增強了鋼板的性能。高強度拼焊鋼板：根據所設計車型的特點在沒有進行沖壓之前將幾個厚度和性能有差異的鋼板拼焊起來便成了高強度拼焊鋼板。工藝的進步越來越快，現在已經出現了超薄的拼焊鋼板，這種鋼板在保持高強度的同時極大的降低了質量。含磷高強度冷軋鋼板：這種板材在汽車中的各個構件中都有使用，比如車外板、頂蓋、沖壓件等。其強度相對來說

17、比較高，比起普通冷軋鋼板來說提高了不低于15個點，不超過25個點；在具備高強度的同時，其塑性也不差，斷后伸長隨著強度的提高有所降低，但降低的幅度非常小；抗侵蝕能力也很強，比起普通冷軋鋼板來來說增強五分之一；點焊性能也很優秀。烘烤硬化冷軋鋼板：經過高溫時效處理而使得強度提高的鋼板。簡稱為BH鋼板，在保持了足夠小的厚度的前提下擁有不低的強度，可以在輕量化工藝中起到重要的作用。冷軋雙向鋼板：具備了很多優點，比方說加工硬化高，塑性高，強度高等等，如果能進行烤漆處理還可以將其強度再度增加。在一些對外形不規則但是強度要求又比較高的車身零部件以及一些對抗拉性能要求高的承力零部件比較適宜使用。超低碳高強度冷軋

18、鋼板：超低碳鋼指的是碳含量不超過十萬分之五的鋼材，在其中加入一些鈦元素或者鈮元素能夠提高其深沖性能，加入一些磷元素能夠增加其強度。在其中同時加入這兩者能夠使其既擁有深沖性，又具備高強度，適合應用于一些性能要求高并且形狀比較復雜的沖壓零件。輕量化迭層鋼板：在兩塊超薄鋼板中間加入一層復合材料便成了迭層鋼板，鋼板厚度通常不低于0.2毫米，不超過0.3毫米，中間的復合材料厚度不低于總厚度的25%，不超過總厚度的65%。相比較起來相同厚度的非迭層鋼板，這種迭層鋼板的重量只有整塊鋼板重要的一半稍多。具備優秀的隔熱能力以及抗振能力，在發動機罩、底板等部分適宜使用這種材料。4. 非金屬材料對輕量化的運用當下國

19、內外汽車生產技術都在向著輕量化和環保化的方向發展，輕量化技術能夠降低車身重量，而重量的降低意味著驅動汽車所需要的功率降低，從而能夠起到減少排放，增加饒有效率的目的，所以，非金屬材料在汽車上的應用是當下的一個熱門研究方向。4.1工程塑料及其復合材料在輕量化材料中，塑料和復合材料是其中最重要的兩種，此二種材料的使用能夠降低四成的汽車重量，同時還能夠減少材料費用，所以此二種材料最近幾年在汽車中應用的越來越多。相關資料表明，在2000年的時候，國內外的汽車平均塑料消耗就已經超過了100千克，在汽車總重中的占比不低于8%，不超過12%,考慮不同類型的汽車，在轎車中的塑料含量超過了貨車或者客車。當下國外的

20、汽車的內飾絕大部分已經不再含有金屬材料，塑料材料的使用范圍也有著繼續擴大的趨勢，在將來可能擴大到外飾，車身，甚至結構件，現在輕量化技術的一個研究熱點就是塑料復合材料、高性能樹脂材料等材料的開發。目前已有的塑料材料中，聚烯烴是一種綜合性能表較好的材料，不僅密度低而且費用便宜，同時性能也不差，所以聚烯烴越來越多被使用到實際生產中。根據相關資料預測聚丙烯的使用量在未來會以每年8%的速度增長，聚乙烯在汽車中的使用量也越來越高。當下國內在塑料材料的開發上還不充足，市場上能夠選擇的塑料材料種類稀少，性能不足，還需要通過進口或使用替代材料來滿足需求。 行業的迅速發展對材料提出了更高的要求，尤其是成本要求和輕

21、量化要求，在這種要求下，非金屬材料逐漸開始取代傳統的鋼鐵材料。在國外一些國家中，評價汽車水平的一個重要指標便是非金屬材料的使用量。有專家預測，早2020年的時候，外國一些發達國家的在汽車中的平均塑料使用量將不低于五百千克。目前主流的塑料材料有聚丙烯、聚乙烯等等，聚烯烴是其中使用率最高的一種。塑料材料的汽車中的使用已經成為一種趨勢，在將來會愈發明顯。塑料及其復合材料特點:（1） 汽車材料應用塑料的最大優勢是減輕車體的重量。通常情況下塑料的比重不會低于0.9，也不會超過1.5，而纖維增強復合材料的比重也總是低于2的，但是金屬材料除了鋁材都比較高，鋁材的比重在2.7，因此成為一種重要的輕量化材料。（

22、2）塑料材料因為其成型難度低導致其加工起來非常方便而且精準。（3）由塑料材料所制成的產品在發生碰撞時會由其表面的振動而吸收大量的動能，對撞擊有很明顯的緩沖作用。而且還能吸收一定的噪音，從而給乘客提供一個安靜的環境。（4）塑料材料抵抗腐蝕的能力強，即便是局部發生破損，內部材質接觸到外部大氣也不會被腐蝕。不管是酸性環境還是堿性環境，其抗腐蝕的能力都顯著高于鋼材，用塑料來做覆蓋件的汽車比傳統的鋼材覆蓋件汽車更能適應一些污染較為嚴重的地區。（5）汽車不夠構件的性能需求不一致，對塑料材料可以通過添加各種材料來改變其性能從而使其滿足要求。下面具體介紹幾種車用塑料的應用情況。4.1.1聚丙烯（PP）多種零部

23、件都能夠使用這種材料來生產。4.1.2聚乙烯（PE）通過對高密度PE和低密度PE樹脂的接枝改性和填充增韌改性，得到了具有良好的柔韌性、耐候性和涂裝性能的系列改性PE合金材料。4.1.3工程塑料及其合金材料這種材料在強度、耐熱性、剛度上的性能都極為優秀，所以能夠作為結構件被應用于汽車這種，并且保持著非常快的發展速度。其能夠減小結構件的大小，而且還不會降低其物理化學性能，能夠很好的促進輕量化技術的發展。當前已經在實踐中應用的塑料有幾種類型分別如下： 聚碳酸酯（PC）及其合金，這種材料的綜合性能很突出，當前國內外的PC/ABS大約每年出產七十萬噸，而且還在以百分之十的速度逐年遞增。這種合金用在車輪罩

24、蓋、車輛外板等部件的制作上表現良好。 熱塑性聚酯（PBT、PET）及其合金，PBT具備極強的絕緣特征以及尺寸穩定性，材料本身所具備的吸濕性不會對電性能產生太大的影響。目前投入應用的PBT都是通過各種材料增強多的，比如玻璃纖維、玻璃微球以及一些阻燃材料等。 PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯），此種材料具備良好的耐熱性以及電性能，在成型性能上的表現也相當不錯。在制作霧燈、頂棚等構件時可以使用這種材料。聚酰胺（PA）及其合金，此種材料具備良好的耐沖擊性能、耐摩擦、耐熱等性能。用在汽車構件中是一種優秀的合金材料，在發動機周圍的高溫、高沖擊、高腐蝕性環境下這種材料的使用會有優秀的表現，近些年來其在汽車構件中

25、的應用也越來越多。聚甲醛（POM），此種材料具備良好的耐摩性、成型流動性、光澤特性等，在嵌件模塑中使用較為適合。 聚苯硫醚（PPS），主要在汽車的動力裝置或者制動裝置中使用。熱塑性彈性體（TPE） ，此種材料密度不高，重復利用的難度低，其性能處于塑料和橡膠之間，隨著汽車行業輕量化技術的發展，這種材料也吸引了人們的目光。4.1.4塑料在汽車上應用的發展趨勢隨著現代技術的不斷進步，人們對塑料樹脂、復合材料等的研究也有了不斷的突破，各種不同的新型材料和工藝不斷的出現，這種發展促進了其在汽車行業的使用，而汽車行業的發展又回來促進了這種材料的繼續發展，形成了一個良性的循環。通過不斷研究新技術，使用各種新

26、手段來提高材料的性能，降低材料的成本，精簡制作流程，塑料材料在汽車行業中的應用將越來越普遍。 4.1.5 應用趨勢在選擇材料尤其是選擇新型材料的時候，要考慮是否會對環境造成影響，同一型號的汽車所選擇使用的塑料材料盡量選擇同一品種，這是為了給后期處理帶來方便，因為塑料材料自然降解難度高，需要統一回收來使用技術手段來人工降解。1. 開發利用塑料材料，使用塑料材料來制作功能性構件，代替金屬材料在汽車中所起到的作用，從而將其汽車的質量，為節能減排做出貢獻。2. 利用新技術或者新工藝來增強產品的性能，提供生產的效率。3. TPE全稱為熱塑性彈性體，因為這種材料在熔融狀態下仍然具有流動性，也就是說其具備良

27、好的熱塑性，將這種材料在熔融狀態下塑型成構件，相比起硫化橡膠來說，這種構件的性能更加良好，并且塑型時間斷，效率高。據相關資料表明一汽公司已經開始嘗試在汽車生產中使用這種構件。4.納米復合材料的應用 ，納米技術在新型材料中的應用極大的提高了材料的各種性能，包括強度、剛度、韌性，還有耐熱性，耐紫外線等等優異的性能，在汽車中使用納米材料不僅在降低重量方面又幫助，因為其優異的性能還能夠在整體上提高汽車的各項性能。5.可噴涂和免噴涂塑料，這是美國通用公司研究出來的具備一定的導電性能PPO/PA材料，這種可以被噴涂，因此在噴涂金屬構件的時候不需要單獨進行，直接放在一起噴涂即可，這樣做還能夠降低因為分別噴涂

28、而帶來的顏色差異。另外，用來制造汽車車身板的PC/PBT材料與SLX膜以膜內裝飾注塑成型工藝來制做塑料車身外板、前后翼子板還有后舉升門等，從而能夠避免噴涂。 6.塑件表面增硬涂層，當前在國外的某些公司生產卡車大燈罩的時候已經逐漸嘗試聚碳酸酯材料，在制作好的燈罩上還會涂上一層用來防止刮傷的材料，這種燈罩相對于玻璃燈罩來說亮度更高，抗沖擊性更強，更難碎裂，在光學上更加進準。現在在設計工作中已經將其作為可選材料。4.1.6塑料再生利用塑料材料除了能夠降低汽車重量，提高燃燒效率已經降低有害氣體排放外，還因為其能夠重復利用的特性而進一步減輕了汽車生產過程中的資源損耗，從而滿足了節能環保的要求，能源和環保

29、現在在國內外都是一項難以解決的問題，而使用塑料材料缺將其有效的解決了。不過在重復利用的方式上仍然有待探究。國外當前主要通過分類回收后進行發電或者制造清潔燃油等方式進行資源的重復利用。 塑料材料的應用能夠使得汽車的生產成本極大幅度的降低，而且可以使得制作工藝更為簡單，金屬材料需要進行多次復雜的加工，而塑料一次便可以成型，這使得設計工作者在設計工作中的靈活性極大的提高，促進新一代汽車的出現。4.2泡沫材料泡沫材料在輕量化技術的發展也起到了重要的作用，這里將其按金屬性分為兩種，第一種是非金屬泡沫材料，第二種是金屬泡沫材料。這種材料有一定的復合功能。使用泡沫材料能夠在降低汽車重量的同時提高其各項性能指

30、標，比如說剛度，減振性能，耐熱性能等。其應用方式一般有兩種：其一是在復合板材中的應用，在兩塊薄鋼板之間夾一層泡沫材料構成復合板。兩側的鋼板可以碳鋼板，也可以使鋁板，還可以是不銹鋼板，這種復合板目前在實際中的應用在于一些板殼形式的零件，像緩沖板，油底殼，車頂板等等。這種材料性能優異，想來也會被應用于承載零件之中。其二是以填充料的形式將其添加至一些需要加強的零部件中，比方說車架擺梁、車頂縱梁等部位，在其中泡沫材料是作為加強內襯來使用的。有學者曾經對提升式后車門以及車廂蓋等一些構件進行過研究，研究成果表明泡沫材料的添加在很大程度上降低了汽車的重量，有助于汽車的輕量化發展。4.3高強度纖維復合材料復合

31、材料是由幾種材料復合而成的材料，包括高分子材料，金屬及非金屬材料等。4.3.1玻璃纖維增強樹脂復合材料這種材料是在不飽和聚酯樹脂的基礎上添加玻璃纖維，以此作為增強體來復合而成的一種材料。經過增強體增強之后的材料在耐熱性、剛性、抗沖擊性、耐熱性等方面較塑料有了極大的提高。按照成型條件可以對其分類，這里將其分為兩類，其一是熱塑性材料，這種材料常溫的時候通常處于固態，為了對其進行加工，需要先進行加熱處理，材料在受熱融化以后就會處于熔融狀態，在這種具有流動性的粘流態下對其進行加工成型，熱塑性塑料的加熱變軟、冷卻變硬過程是物理變化、可逆，可以反復進行。其二是熱固性材料，熱固性塑料的加熱固化過程則發生了化

32、學變化，分子鏈內部進行鉸接而使形狀達到穩定，硬化后再加熱會破壞內部結構，因此不能通過加熱對其再次進行加工成型。SMC，也就是熱固性材料，這種材料的力學性能下相當出眾，其比模量比起鋼材差距不大，但是強度卻超過了其三倍。熱固性材料的密度相當低，每立方厘米的質量只有不到兩克，在對材料的強度指標要求一致的時候，采用這種熱固性材料能夠很明顯的降低汽車的重量，降低幅度可達百分之三十五，而如果在SMC中還添加了空心玻璃微珠使其成為復合材料的話，那么材料的密度還會進一步降低，每平方厘米的質量只有1.3克，對汽車重量的降低效果更強，降低幅度可達百分之四十五。SMC因為其出色的減重效果以及其優異的力學性能而被廣泛

33、的使用來進行輕量化處理，特別是歐美國家的汽車市場，在歐洲國家里，所有輕量化材料的使用中，有百分之七十都是此種材料，在美國，所有輕量化材料的使用中，有百分之四十是此種材料。在汽車中，這種熱固性材料主要被用來參與生產三種零件，第一種為功能件，比方說機油盤，要求耐高溫和耐油腐蝕；第二類是車殼外板（特別是發動機罩），用量已達SMC在汽車中總用量的70%；第三類是結構件，如散熱器托架、橫梁等。SMC在汽車行業被大量使用，但是SMC熱固性的特性使得它幾乎無法回收再利用，對于環保要求日益嚴格的現代工業來說，需要一種新的材料，在具備SMC優良性能的前提下，滿足環保需求。玻纖熱塑性增強塑料就是滿足以上要求的新材

34、料。LFT，在分類上屬于熱塑性材料，其中L表示的是長，英文全拼為Long，LFT表示的是長纖維熱塑性材料，短的英文為Short，首字母S，則SFT為短纖維熱塑性材料，這兩種材料相比較，LFT比SFT在增強效果、抗撞擊性能、能量吸收率上更佳。同樣的聚酯基體，其內部玻纖的不同特征對材料性能有著決定性的影響。LFT內部的長纖維均勻分布于基體中在微觀上構成網格結構，這種網格結構為材料帶來了優秀的力學性能，尤其是沖擊強度，比起未增強過的材料明顯有了大幅度增加。廣義的LFT 材料主要分為三種：GMT、LFT-D、LFT-G，其中LFT-D工藝產品從性能和成本上最具優勢，也是三類工藝中市場增長最快的品種。G

35、MT：將玻璃纖維氈和熱屬性樹脂進行復合或者將段切玻纖氈和熱塑性樹脂進行復合都能夠得到這種材料，外形上看是一種片狀模塑料，常用的復合方式是3+2的方式，也就是三層熱塑性樹脂層內夾兩層增強材料。其中三層和兩層增強體均采用性能不同的種類。LFT-G：LFT-G粒料注塑成型過程中，雖然現在的注塑機在多年的發展過程中也經歷過更新換代，但是因為注塑工藝的問題導致在成型以后的構件中纖維長度并不長，通常不低于3.2毫米但也不會超過6.4毫米，比起壓塑或者LDT-D注塑這兩種成型方式所得的纖維長度都更短，所以其力學性能也更差。LFT-D：LFT-D是長纖維增強熱塑性復合材料在線直接生產制品的一種工藝技術，它的優

36、點主要體現在兩方面：一是降低了成本。由于是一步法生產，LFT-D生產的大型結構件比二步法生產的GMT或LFT-G壓制件的成本低20%50%；二是制品綜合性能優異。如上所述，在實際應用中玻璃纖維增強塑料很好地平衡了性能與成本之間的關系，可以減輕零部件約40%的是重量，而且還能夠提高其動力性能，程度的舒適度等，是一種重要的輕量化材料。4.3.2碳纖維增強樹脂復合材料纖維中都含有碳元素，但是碳纖維中的碳元素含量更高，通常將碳含量不低于百分之九十的纖維成為碳纖維，這種纖維的抗拉強度比普通纖維更高，擁有普通碳素材料的特征，比方說導電性、導熱性、耐高溫性能等，不過其和普通碳素材料的主要差別在于外形特征，其

37、外形上各個方向的性質明顯不同，并且質地柔軟，經過處理可以做成織物，縱向強度特別高，比重小，所以其比強度也特比高。其生產原料主要是化纖以及石油產品，碳纖維密度很小，比鋁材還要小，而且耐腐蝕性能優越，楊氏模量高。和鋼材相比，密度不足其四分之一，抗拉強度越是超過其六倍到八倍之多，抗拉彈性也更高；耐腐蝕性能及優越，即便是直接浸泡于酸性或者堿性溶液中，也難以發生化學腐蝕。作為一種纖維，其本身在沒有丟棄其柔軟可加工的性能的基礎上，又具備碳材料的固有特征，是一種新型的，性能優越的增強纖維。車身應用目前已經開發出的新型碳纖維復合材料擁有優越的力學性能，既有足夠的抗拉強度，也有足夠的剛度，在輕量化技術所使用的材

38、料中是密度最小的一種。根據專家預測數據，在汽車構件中充分使用這種碳纖維材料在汽車重量的降低效果不低于百分之四十，不超過百分之六十，相比于傳統的鋼材構件來說，僅有其六分之一到三分之一。英國的材料實驗室曾經研究過這種材料，其相關數據如下：使用了這種材料的汽車質量為172千克，而與之形成鮮明對比的是傳統的鋼材車輛，其重量為368千克，足足降低了一半之多。現在一些對性能要求比較高的汽車，比方說賽車或者某些改裝車中都使用由碳纖維復合材料所制做而成的車身，不僅極大的降低了重量，還增強了安全性能。汽車輪轂中的應用汽車輪轂在保障安全方面起著至關重要的作用，輪轂作為車身重量的主要承載構件的同時還起著傳遞扭矩的作

39、用。這就就導致了我們對輪轂的性能要求非常高，必須具有足夠的強度、抗沖擊能力、耐熱能力等等。碳纖維材料的種種優越的性能證明其無疑是作為材料的一種非常好的選擇，可以極大的降低輪轂的質量，將低了質量也就降低了慣性，從而提高了安全性，而且能夠使得車輛的啟動速度更快，轉向更便捷。應用實例：福特公司出產的Shelby GT350R使用了由碳纖維材料制作的輪轂。整個輪轂僅僅8.6千克，而同樣型號的鋁合金輪轂足足15千克。瑞典柯尼賽格的Agera車型使用了由碳纖維材料制作的輪轂，將簧下質量減少了大約20千克。在剎車系統中的應用使用石棉材料來作為剎車器的襯片，在剎車過程中容易因為摩擦而產生高溫，材料在熱作用下性

40、能逐漸降低，而且石棉因為摩擦而產生的粉塵對人可能引起致癌的風險。將碳纖維復合材料的耐磨性和比強度并不比石棉差，而且耐熱能力更強，將其作為襯片來代替石棉能夠給汽車帶來更好的耐久性以及安全性。應用實例：Porsche AG等車采用碳纖維制動盤，能在50m內將車速從300km/h降到50km/h。在內外飾中的應用碳纖維材料的各項性能都比較優越，將其作為內飾材料來使用可以提高其韌性和耐久性，也可以將其作為外飾材料來使用，這樣的話可以提高外飾材料的剛度和強度以及抗沖擊能力，而且還能簡化其制作工藝，降低了生產成本和安裝維修的成本。不管是在內飾還是外飾材料中使用，因為其良好的吸振能力，在發生撞擊的時候可以降

41、低產生碎片的數量，從而提高了安全性。應用實例：寶馬M4配備了碳纖維質地的前后保險杠。在汽車的輕量化技術中，碳纖維材料擁有極其廣闊的前景，其各項性能全面超越了其他種類材料，而且成本并不高。隨著未來技術的不斷發展，碳纖維材料必將廣泛的應用于各種新型車輛中，再結合新能源技術的發展，在將來的五年之中，碳纖維材料的市場需求將急劇擴張。4.4特種陶瓷材料特種陶瓷在分類的時候會將其劃入精細陶瓷之下，其原料與普通陶瓷不同，通常使用的是精制高純的化工材料。根據陶瓷在汽車中的作用可以將其劃分為兩種，分別是功能性和結構性陶瓷。常見的有氧化鋁、碳化硅等。功能性陶瓷一般被用在各式傳感器的控制上以滿足電子化發展的要求；結

42、構性陶瓷一般被用在發動機或者熱交換零件上，因為其密度小并且并有良好的耐熱性和耐磨性，而且隨著溫度的升高而發生體積膨脹的膨脹量小。在汽車上一些需要承受高溫或者摩擦的部件中可以使用陶瓷材料，如鈦酸鋁陶瓷-鋁合金復合排氣管、氮化硅陶瓷柴油機渦輪增壓轉子和球軸承等汽車部件。4.4.1陶瓷在汽車發動機上的應用汽車發動自最初被發明至今已接近百年，在這么長的時間當中，其熱效率一直沒有大的突破，始終在原地徘徊。現有的柴油發動機的熱效率通常不會超過百分之四十五，汽油發動機的熱效率不會超過百分之三十五。為了達到提高效率的目的，便必須去掉一部分或者全部的冷卻系統，通過使用耐高溫隔熱材料的使用能夠降低熱量損失，提高發

43、動機的工作溫蒂，從而提高燃油效率。而陶瓷材料的耐高溫，耐摩擦特性簡直是為了提高熱效率而貼身打造的。舉例：日本日野公司已經使用陶瓷材料制作出了發動機，其中沒有設置冷卻系統，有百分之四十的構件是用陶瓷材料所制作，比起傳統的發動機，這種發動的效率提高了百分之十，燃油消耗減少了百分之三十。4.4.2陶瓷在汽車剎車系統上的應用若用陶瓷材料來制造剎車盤的話，則不能使用普通陶瓷，而要用到在高溫下使用碳纖維和碳化硅制做而成的增強型復合陶瓷，相較于鑄鐵盤，質量不超過其百分之五十。剎車盤質量小了則懸掛下重量也降低了，那么懸掛系統的反應速度也就提高了，整個車輛的可操控水準也就提高了。還有，傳統剎車碟的耐熱性差，在摩

44、擦過程中會產生高溫，在高溫作用下其性能會減退，而陶瓷剎車碟能有效而穩定的抵抗熱衰退，陶瓷復合材料能承受1000攝氏度以上溫度，因此陶瓷復合材料剎車盤的使用壽命是普通鑄鐵盤6倍。陶瓷剎車盤造價昂貴，例如一套Brembo的碳陶瓷剎車系統，售價在十幾萬，一般應用于高級跑車或賽車上。4.4.3 陶瓷在汽車減震器上的應用在部分高級轎車中安裝了智能減震器，是根據敏感陶瓷正壓電效應、逆壓電效應和電致伸縮效應等特性而開發出來的。依靠其中的高靈敏元件可以智能識別路況并根據不同的路況調節抗震能力，能夠把因路面不平整而產生的振動減小到最低。4.4.4 陶瓷在汽車傳感器上的應用車用傳感器需滿足小型輕量，重復性使用性好

45、，能適應汽車特有惡劣環境的要求。陶瓷傳感器實現的功能是多樣的。舉例：氧化鋯陶瓷氧傳感器在汽車上的應用汽車尾氣中所含有污染氣體是危害大氣環境的主要因素之一。現雖有新能源汽車在推廣，但基于成本、適用性等等各種原因，新能源汽車普及率還是極低，因此汽車尾氣對環境的污染還是一個重大的問題。通過氧傳感器來檢測其尾氣中的氧氣量，然后據其調整噴油量，從而使得能夠保持最優的空燃比，將燃油效率提升到最高，同時還能夠降低尾氣中的一氧化碳、氮氧化物等有害氣體的排放。因為氧傳感器的目的在于側得排氣系統中的氧含量，所以氧傳感器安裝在汽車的排氣系統中。具體來講，安裝在排氣管上。因為需要測得氧在經過三元催化劑兩端的含量，所以

46、氧傳感器一般安裝在三元催化劑的前端和后端各一個。4.4.5 汽車用氮化硅陶瓷軸承氮化硅具有良好的自潤滑性，耐磨損，對潤滑要求低；高溫力學性能好，工作溫度可達800，對冷卻要求低，可用作陶瓷軸承，國外有些公司已經能做到規模化生產了。在滾動體中使用這種新型軸承能夠極大的延長其使用壽命，最低能夠延長兩倍，最高不超過九倍，對耐磨性能的提高不低于九倍，可以在極高的溫度下工作。4.4.6 陶瓷薄膜噴涂技術最近幾年，以往在航天技術中普遍使用的陶瓷薄膜噴涂技術開始被使用在汽車上，此技術優點很明顯：隔熱好，耐高溫性能和耐高壓性能優秀，工藝在過去已經發展的較為成熟。噴涂材料大多數情況下都選擇的是氧化鋯，噴涂厚度一

47、般不會超過1.5毫米。為了減小發動機的散熱量，可以對其燃燒室的相關構件使用陶瓷噴涂，比方說可以在活塞的頂部噴一層1.25毫米厚度的噴涂料，在缸套部位噴一層0.75毫米厚的噴涂料。經過噴涂的發動機散熱量大大降低，其重量和尺寸以及燃油消耗也能夠減少。4.4.7其他陶瓷材料在汽車上的應用柴油發動機的微粒過濾器可以使用陶瓷來進行制作。在加工的時候要考慮選擇一個合適的多孔度，這樣能夠提高濾清效率，最優的多孔度能夠帶來的濾清效率的提升不低于百分之九十。而且如果使用金屬材料制作過濾器的話還必須考慮耐熱鋼材，因為其工作中的溫度可能會高達一千多度，從這個角度來看，使用陶瓷材料的成本也更低。在催化轉化器中可使用堇

48、青石質蜂窩陶瓷來承載催化劑，因為其孔洞多，強度高，耐高溫能力強，熱膨脹性差。4.5稀土材料國內的稀土資源儲量高，在全球范圍內都能排在前列。當前在全球范圍內已經被探明的稀土資源儲量中，我國占了其中80%，我國在一方面擁有無可比擬的優厚條件。在減少汽車尾氣污染的手段中，汽車廢棄凈化催化劑是效果最好的一種，而在凈化催化劑中，含有稀土的最便宜，而且具有良好的凈化性能，吸引了人們的目光。在凈化劑中的幾種重要的稀土成分分別是鈰、鑭、鐠三種元素的氧化物。通常使用蜂窩陶瓷來承載凈化催化劑，在承載過程中 ，稀土還能夠起到穩定劑的作用。4.6納米材料納米技術是本世紀的技術革命的一項重要內容，這種技術將各種學科綜合

49、在了一起，包括物理、化學、材料學等等。其所包含的學科除了演繹分析為主要學習內容的基礎學科，還有建立在納米工程和加工學科之上的技術學科，因此納米技術是將科學與技術結合在了一起的完整體系。隨著納米技術的不斷發展，現在在汽車上的一些構件已經使用到了納米材料。比如納米陶瓷，密度低而且耐磨能力強、穩定不易破壞。在一些知名品牌的高級轎車上已經有了納米陶瓷軸的使用痕跡，例如奔馳，可以讓車輛速度更快、重量更小、壽命更長、更穩定。納米汽油是一種通過納米技術研制出來的一種微乳化劑，將其添加到汽油中可以降低汽油的消耗，降低量通常不低于百分之十，不超過百分之二十，還能夠減少有害氣體的排放量，最低能減少一半，最多不超過

50、百分之八十。利用納米技術來將潤滑油中的分析結構進行改善便有了納米潤滑劑，這種納米潤滑劑和其他種類的添加劑共同使用不會出現任何不良后果，不過在金屬零件的表面會自發的生成一層薄膜，其厚度等于原子直徑，肉眼不可觀測。利用納米技術處理過的塑料在強度和韌性上都有著極大的提升，而且還兼具著密度小的特征，所以是一種金屬材料的優秀替代品，能夠推進汽車輕量化，減少空氣污染，提高燃油效率。在汽車上的各個零部件都可以使用，比如車門、齒輪傳動裝置等。在外部容易接觸到陽光的位置可以使用抗紫外線老化材料，和傳統塑料相比，其抗紫外線能力提升極高，不低于傳統塑料抗紫外線能力的二十倍，可以提高零部件的使用壽命。無機納米抗菌塑料

51、容易生產，抗菌效果好，在車把手、方向盤等容易接觸的部位使用極為適宜。4.7綠色內飾日本三菱公司和某研究所合作研發了一款被稱為綠色塑料的材料。這是一種用竹纖維和植物性樹脂混合制成的材料。這種新型材料會在三菱公司于計劃在明年發布的新型車輛中使用。其污染性低，可重復利用率高。而且該公司還表明，在將來仍然會繼續致力于這種無污染材料的開發，在保持實用性的基礎上不斷降低污染性。之所以選擇使用植物型樹脂和竹纖維作為原材料是為了降低石化樹脂和樹木的消耗，這樣能夠使得我們的自然環境得到更好的保護，能夠降低污染性氣體的排放量，為人與自然的和諧發展做出貢獻。4.8樹脂新材料一些日本企業經過努力研制出了由樹脂制作而成的構件，其中以樹脂車床為代表。有相關資料表明，這種樹脂材料會在不久的將來開始規模化生產。據說，敵人公司將在今年七月份到九月份期間將其生產出來的用于代替車窗玻璃的新型樹脂材料開始銷往歐洲。旭化成公司所研制出來的用來保護發動機的新型樹脂也會在不久的將來正式投入生產。這種新型樹脂車窗，論起堅固性并不低于玻璃車窗，若是材料經過特殊處理的話，則其強度有可能還會遠超玻璃車窗，同時樹脂材料的透光能力也優于玻璃