نوگرا سرام فناور
نتوانستن در باور ما نیست
نوگرا سرام فناور
نتوانستن در باور ما نیست
احتمالاً فکر می‌کنید قطعات خودرو نمی‌توانند گرمای شدید را تحمل کنند. اما پس از ورود زیرکونیا به صنعت خودروسازی، این تصور کاملاً تغییر کرد. این قطعات که در دسته قطعات سرامیکی پیشرفته قرار می‌گیرند، می‌توانند عمر موتور شما را ۴۰ تا ۶۰ درصد افزایش دهند و بازدهی سوخت را ۱۵ تا ۲۵ درصد نسبت به قطعات فلزی معمولی بهبود دهند. در بسیاری از خودروهای جدید، استفاده از مواد مهندسی مدرن مانند سرامیک الکتریکی و سرامیک عایق الکتریکی ولتاژ بالا نیز به عملکرد سیستم‌های الکترونیکی و حسگرها کمک کرده است.
زیرکونیا (نام علمی: اکسید زیرکونیوم ZrO₂) یک سرامیک فوق‌العاده مقاوم است که به موتور اجازه می‌دهد گرما و فشار شدید را تحمل کند. برخلاف بسیاری از سرامیک‌ها که شکننده هستند، قطعات زیرکونیا در برابر ترک‌خوردگی ناشی از تنش مقاومت بالایی دارند. این ماده در کنار آلومینا و دیگر قطعات آلومینایی، در صنعت خودروسازی و تجهیزات صنعتی جزو مواد استراتژیک محسوب می‌شود.
نکته ایمنی:
گرچه زیرکونیا یک عایق الکتریکی با رسانایی الکترونی بسیار پایین (<10⁻¹⁰ S/m) است، اما در دماهای بالا رسانایی یونی حدود ۳.۵ S/m دارد. هنگام کار با قطعات داغ زیرکونیا در نزدیکی سیستم‌های الکتریکی، از عایق‌کاری مناسب مطمئن شوید؛ به همین دلیل در کنار زیرکونیا، در برخی بخش‌ها از سرامیک شمع خودرو دیگر عایق‌های حرارتی نیز استفاده می‌شود
نکته شگفت‌انگیز این است که زیرکونیا در ۲٬۷۱۵ درجه سانتی‌گراد ذوب می‌شود—دمایی که برای ذوب مس کافی است. این ماده حتی در داغ‌ترین نقاط موتور نیز ذوب نمی‌شود. پیش‌بینی می‌شود بازار زیرکونیا با CAGR ۵.۴٪ رشد کرده و در سال ۲۰۲۴ به ۲.۷۶ میلیارد دلار برسد.
هدایت حرارتی زیرکونیا بسیار پایین و حدود ۲–۳ W/m·K است، بنابراین گرما را عبور نمی‌دهد و از آسیب قطعات دیگر موتور جلوگیری می‌کند. ساختار بلوری آن در برابر ترک مقاوم است زیرا با افزایش دما تغییر فاز می‌دهد.
هزینه:
هزینه اولیه قطعات زیرکونیا ۱۵–۳۰٪ بیشتر است، اما طی ۱۸–۲۴ ماه از طریق کاهش هزینه تعمیرات و صرفه‌جویی در سوخت جبران می‌شود. بسیاری از تولیدکنندگان، حتی در زمینه‌های صنعتی، زیرکونیا را به‌عنوان بخشی از تولید قطعات سرامیکی سفارشی و انواع نازل سرامیکی برای کاربردهای حرارتی انتخاب می‌کنند.
خودروسازان بزرگ اکنون قطعات زیرکونیا را برای محیط‌های سخت خودرو توسعه داده‌اند؛ این روند مشابه رشد تولیدکنندگان داخلی و خارجی است که به‌عنوان تولیدکننده قطعات سرامیکی و تولیدکننده قطعات آلومینایی در صنایع مختلف فعالیت می‌کنند.
پنج سال پیش، اکثر مهندسان با کاربرد زیرکونیا آشنا نبودند. امروز اما خودروسازان بزرگ سفارشات گسترده‌ای ثبت کرده‌اند.
فورد پس از مشاهده ۲۲٪ افزایش بازدهی سوخت در موتورهای EcoBoost، استفاده از زیرکونیا را گسترش داد و ۵۰ میلیون دلار برای تحقیق و توسعه این قطعات سرمایه‌گذاری کرد.
فروش حسگرهای زیرکونیایی بین سال‌های ۲۰۲۲ تا ۲۰۲۵ حدود ۲۰۰٪ رشد سالانه داشته است. این حسگرها در کنار دیگر قطعات کاربردی مانند انواع بوته آنالیز حرارتی که در آزمایشات فرآیدهای موتور استفاده می‌شود، نقش کلیدی در بهبود کیفیت سیستم‌های سوخت‌رسانی دارند.
در محفظه احتراق، زیرکونیا نقش عایق گرما را دارد و با حفظ حرارت، احتراق را ۱۲–۱۸٪ بهبود داده و مصرف سوخت را ۸–۱۵٪ کاهش می‌دهد. در کنار این قطعات، استفاده از سرامیک الکتریکی یا سرامیک عایق الکتریکی ولتاژ بالا در بخش‌های اطراف جرقه‌زن و سیستم‌های کنترلی، پایداری کارکرد را افزایش می‌دهد.
صفحه زیرین سرسیلندر تحت فشار زیاد و دمای بالا است. زیرکونیا در برابر خم‌شدگی و شکست مقاومت داشته و موجب کنترل تنش حرارتی می‌شود.
در کامیون‌های سنگین، استفاده از زیرکونیا دوره‌های سرویس را ۳۵٪ افزایش داده است. این قطعات معمولاً به‌صورت سفارشی و مشابه تولید قطعات سرامیکی سفارشی ساخته می‌شوند.
تمام خودروهای مدرن از زیرکونیا برای حسگر اکسیژن استفاده می‌کنند.
مزایا:
در کنار این حسگرها، قطعاتی مانند نازل سرامیکی و قطعات آلومینایی نیز در مدیریت گرما و هدایت مناسب گازها نقش دارند.
لنت‌های سرامیکی حاوی زیرکونیا:
هزینه: سیستم ترمز سرامیکی ۶۰۰ تا ۲۵۰۰ دلار، اما طی ۵ سال ۸۰۰–۱۵۰۰ دلار صرفه‌جویی ایجاد می‌کند.
بیشتر قطعات زیرکونیا در دمای ۱۶۰۰ تا ۱۸۰۰ درجه سانتی‌گراد و طی ۱۲ تا ۴۸ ساعت زینتر می‌شوند.
این فرآیند مشابه تولید بسیاری از قطعات سرامیکی صنعتی است که در نسوزها، قطعات آزمایشگاهی و بوته آنالیز حرارتی نیز به کار می‌روند.
فشار ایزوستاتیک گرم (HIP):
اما مصرف انرژی بالا بوده و ۳۵٪ هزینه تولید را تشکیل می‌دهد.
شکنندگی زیرکونیا:
راه‌حل: کامپوزیت‌های ZTA (آلومینا تقویت‌شده با زیرکونیا) که در گروه قطعات آلومینایی تقویت‌شده دسته‌بندی می‌شوند.
| ویژگی | زیرکونیا | فولاد | آلومینیوم | چدن |
|---|---|---|---|---|
| استحکام | ۱۲۰۰–۱۴۰۰ MPa | ۴۰۰–۸۰۰ | ۲۰۰–۴۰۰ | ۱۵۰–۳۰۰ |
| دمای بیشینه | ۲۷۱۵°C | ۱۲۰۰°C | ۶۶۰°C | ۱۱۰۰°C |
| عمر خدمت | ۱۰۰,۰۰۰ مایل | ۲۵,۰۰۰ | ۳۰,۰۰۰ | ۲۰,۰۰۰ |
تست‌های دوام نشان می‌دهد قطعات زیرکونیا شرایطی را تحمل می‌کنند که نمونه‌های فلزی را کاملاً نابود می‌کند؛ به همین دلیل در بسیاری از کارخانه‌ها، در کنار آنها از سرامیک نسوز کوره برای محافظت تجهیزات حرارتی استفاده می‌شود.
پوشش سرامیکی زیرکونیا یک لایه سخت روی رنگ خودرو ایجاد می‌کند که:
ماندگاری ۳ تا ۵ سال در صورت اجرای درست دارد. این نوع پوشش‌ها گاهی با فناوری مشابه پوشش‌های سرامیک الکتریکی تولید می‌شوند.
روند بازار:
هزینه قطعات سالانه ۸–۱۲٪ افزایش خواهد یافت.
تحویل قطعات:
چنین زمان‌هایی در صنایع مختلف ازجمله شرکت‌های تولیدکننده قطعات سرامیکی یا سازندگان تولید قطعات سرامیکی سفارشی نیز معمول است.
گرچه مواد دیگری مانند آلومینا یا سیلیکون کاربید عالی هستند، اما زیرکونیا از نظر استحکام و چگالی (۵.۶ g/cm³) بهتر است.
ضریب شکست بالای ۲.۱–۲.۲ برای کاربردهای نوری مناسب است و مقاومت سایشی فوق‌العاده‌ای دارد. همین ویژگی‌ها باعث شده در صنایع وابسته مانند ساخت نازل سرامیکی، قطعات آلومینایی و تجهیزات دما بالا مانند بوته آنالیز حرارتی از آن استفاده شود.
کاربردهای زیرکونیا چیست؟
موتور، حسگرها، ترمزها، روکش‌ها، ابزار صنعتی و دندان‌پزشکی. همچنین در تولید برخی قطعات سرامیکی صنعتی کاربرد دارد.
سرامیک‌ها در صنعت خودرو چه کاربردی دارند؟
در اگزوز، کمک‌فنر، بلوک موتور، حسگر اکسیژن و پوشش‌های حفاظتی. برخی از این قطعات جزء سرامیک عایق الکتریکی ولتاژ بالا هستند.
زیرکونیوم در صنعت چگونه استفاده می‌شود؟
در سرامیک‌ها، راکتورها، لوله‌های ضدخوردگی، ایمپلنت‌ها، تجهیزات آزمایشگاهی مانند بوته آنالیز حرارتی و کاربردهای دمای بالا.
کامپوزیت‌ها در خودرو کجا استفاده می‌شوند؟
برای کاهش وزن در قطعات بدنه، سیستم تعلیق، اجزای داخلی و…
سرامیک‌های زیرکونیا عملکرد و دوام بی‌سابقه‌ای برای پروژه‌های خودرویی شما فراهم می‌کنند—قابلیت‌هایی که فلزات سنتی قادر به ارائه آن نیستند. از محافظت موتور گرفته تا حسگرهای دقیق و سیستم‌های ترمز پیشرفته، این مواد آینده خودرو را متحول کرده‌اند.
در نهایت، ترکیب این مواد با انواع قطعات سرامیکی، قطعات آلومینایی، سرامیک نسوز کوره و کاربردهای الکتریکی مانند سرامیک الکتریکی، و تولیدکنندگان معتبر مانند نوگرا سرام فناور دنیای مهندسی را یک‌قدم به سمت کارایی و دوام بیشتر نزدیک کرده است.
واتس آپ
ایتا
بله