汽车新材料随着时代的进步，科技的发展，各种新技术不断更新，许许多多的新产品如雨后春笋般出现，而各种新产品的出现必然离不开材料。

材料是研究材料组成、结构、制造工艺、性质和使用性能之间相互关系的学科，为材料设计、制造、工艺优化和合理使用提供科学依据。

材料科学技术的重要性是不言而喻的，21世纪三大支柱产业：材料、能源、信息，很直观的告诉我们材料的重要性。

世界是由物质构成的,材料就是人们用来制成各种机器.器件,结构等具有某种特性的物质实体.材料是人类社会生活的物质基础,材料的发展引起时代的变迁,推动人类文明和社会进步.在人类发展和社会进步中,材料是一个带有时代和文明标志的基础,人类文明的发展史,就是一部利用材料,制造材料和创造材料的历史.材料是一切生产和生活活动的物质基础,历来是生产力的标志,人类社会进步的里程碑。

现在在汽车行业，新材料的利用使汽车行业发生了翻天覆地的变化。

现代材料学科更注重研究各类材料及它们之间相互渗透的交叉性和综合性。

简单点说，在汽车制造领域，材料研发机构的使命就是通过改进相关零部件的制造材料，来提升整车的安全性、舒适性、豪华和美观程度以及降低燃油消耗，当然对成本的影响也是必须考虑在内的。

目前汽车厂商改进制造材料的驱动力或者目标主要集中在两个领域：一是改进内饰、座椅面料以及车身覆盖件的材料以提升档次和豪华感；二是改进车身结构材料，以进一步提升安全性和经济性。

这是由市场规律决定的，成本在其中占了很重要的因素。

作为主要新材料的高强度钢、合金以及多种复合材料，其成本均比普通碳钢高出数倍至数十倍。

因此，只有大幅度降低这些新材料的制造成本，才可能使诸多新材料进入批量生产。

车身新材料开发方向，主要集中在金属材料和复合材料两个领域，轻量化设计是大趋势。

很多中高级轿车，都已经开始了这方面的尝试，比如马自达睿翼，大量使用高强度钢和超高强度钢，一方面提升了整车结构的强度和安全性，另一方面也减轻了自重降低了油耗。

零部件方面，合金材料也逐渐提高了应用的程度，比如铝合金。

铝的密度为2.7g／cm3，约为钢的1／3。

它作为汽车材料有许多优点，如在满足相同机械性能的条件下，铝比钢减重60％，且易于回收。

在碰撞中，铝可以比钢吸收更多的能量，降低事故的损伤程度。

此外传统的钢板成形压机都可以用于成形铝，只是工艺设计中应注意补偿铝板中较大的回弹量即可，因而铝被广泛用于汽车(尤其是高级轿车和跑车)。

随着工艺的成熟，铝及铝合金作为一种汽车轻量化材料，会越来越多地应用于各种车辆上。

据世界铝业协会报告指出，汽车重量每减轻10％，油耗可减低8％～10％，每使用1 kg铝，可使轿车寿命期内减少20kg尾气排放。

降低能耗，是汽车技术革新矢志不渝的目标，不管是传统的汽柴油车，还是新一代的混合动力，或者纯电动车，都会想尽一切办法减少整车对能源的消耗以延长行驶里程。

其中，减少汽车自身质量是除低汽车燃油或电力消耗的有效措施之一。

采用高强度钢、低密度的轻质材料或者碳纤维，是汽车减重的最重要途径。

1996年奥迪公司生产的全铝A8轿车采用铝合金挤压车架，重量降低了35％，抗扭强度增加了50％，在降低油耗方面的效果也是惊人的。

其中热电材料的运用是汽车行业在降低方面所取得的一个巨大的进步。

随着全球工业化步伐的加快，世界性的能源短缺已经成为制约经济社会发展的重要因素。

通过热电转换装置利用余热、废热直接进行温差发电不但可以有效地缓解能源短缺问题，也有利于减少环境污染。

此外温差发电不需要使用传动部件，还具有工作时静音、无排弃物，对环境没有污染，并且这种材料性能可靠，使用寿命长等优点。

在汽车行业中，车载热电发电机就是利用了热电材料，在内燃机中汽油产生的总能量的大约1/4被用于真正地驱动车轮，40%随排放热量耗损，30%损失在发动机冷却过程。

这意味着70%的可提供能量被浪费了。

2008年美国俄亥俄州立大学开发了一种新型高效掺铊碲化铅合金材料，虽然类似的发明并不算新颖，但是此次的这种新型材料的有效范围却在450～950华氏度之间，而大多数的汽车引擎温度恰好在这一区间之内。

此外，这种新型材料的转化效率是目前商业应用热电材料的2倍。

在此研究成果的基础上，2010年美国能源部可再生能源实验室在宝马发动机上测试了汽车热电发电机（见下图），试验结果表明该热电发电机能回收尾气管排出的4%-5%废热能，能完全取代车载交流发电机（提供500瓦至750瓦电力），提升整车燃料效率10%左右，而这10%仅仅在美国的通用车辆每年节约超过1亿加仑的燃料。

由于热电效应是可逆的，因此可以在热电材料上加载电压来实现制冷。

与现行的压缩式制冷或吸收式制冷方式相比，半导体制冷是靠电子（空穴）在运动中直接传递热量来实现的，因而有如下优点：①不需要制冷剂，无污染、清洁卫生；②无机械传动部件，结构简单、无噪声、无磨损、可靠性高；③通过改为工作电流的大小来调节制冷速度和制冷温度，控制灵活；④热电堆可以任意排布、大小形状皆可根据需要改变等。

典型应用包括：半导体冷阱、恒温槽、红外探测器、图像传感器、计算机芯片冷却、便携式冷暖箱、医学及生物仪器、饮水机、除湿机、电子空调器、集成电路高低温实验仪及局部控温系统。

复合材料的时代也即将来临。

根据国际标准化组织为复合材料下的定义，复合材料是由两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。

应用在汽车中的复合材料，目前主要有金属基、陶瓷基两种。

金属基复合材料在汽车工业中的应用，主要是颗粒增强和短纤维增强的铝基复合材料。

金属基复合材料具有高的比强度和比刚度、耐磨性好、导热性好、热膨胀系数低等特性，在汽车工业中的应用，主要有铝或镁基质加粉末或碎屑纤维增强，如用于制动盘、制动鼓、制动钳、活塞、传动轴上以及轮胎螺栓。

金属基复合材料又主要分以下几种：一是铝基复合材料，目前一般采用铝硅合金，常用的填充增强剂有陶瓷纤维和微粒等，它比铝合金质量轻、比强度高、弹性模量高、耐热性、耐磨性好等优点，是汽车轻量化的理想材料；二是纤维增强金属，纤维增强的轻金属能用于仅靠轻合金不能满足强度和耐磨性的部位，是很有发展前途的材料，国外近期推出了氧化铝纤维增强活塞顶的铝活塞及氧化铝增强的镁合金活塞等，进一步扩大了它在活塞上的应用。

从应用部位看，金属基复合材料在车身的应用量最大。

20世纪60年代以后，由于复合材料的深入研究，玻璃纤维增强材料、碳纤维增强材料、高弹性基体复合材料的出现，使大幅度降低整车质量成为可能，其中玻璃纤维增强材料被较多的采用，原因是虽然碳纤维增强复合材料力学性质稳定，但其价格昂贵。

在最近几年的车身制造业中，许多汽车公司开始大量使用一种叫SMC钣金复合成型的复合材料，低密度SMC材料热膨胀系数可与钢铁一样，同时在耐腐蚀、抗损伤以及声学性质上均优于钢铁。

雪弗兰C5卡福特的金属车顶——长140cm，宽1.47cm，顶部厚度0.168cm，内板厚0.178cm的框架顶部用的是普通SMC材料，侧面及内板由低密度 SMC构成，仅重10．5Kg。

自1999年出产以后，取得了巨大成功。

但SMC材料仅适用于制造车身上温度不高且承受的载荷不大的区域，至于底部以及高温区域，就需要能够抗高温、耐高压的复合材料了。

20世纪60年代起，人们开始研究用轻型复合材料代替悬架系统中笨重的钢板弹簧， 1981年戴尔福公司生产出第一个采用小弯曲复合材料的板弹簧，它可在压力很大的条件下使应变保持在很小的范围，承载与自身质量之比是钢材的5倍，并比钢材坚硬3.5倍。

这些优点都是由材料性能直接带来的，除此之外，复合材料板弹簧要比钢板弹簧的结构简单很多，容易装配、维修以及采取防腐措施。

而且，由于它有比钢板弹簧小得多的厚度，使它可以更接近地面，从而节省了汽车的有效空间，必要时，更可以用来降低汽车的底盘，提高汽车的舒适性能。

车下板弹簧处的温度最高可达到130℃，小弯曲材料在这个温度下性能是稳定的。

正是基于以上的诸多优点，小弯曲材料被广泛应用于制造汽车的板弹簧，从轿车到轻型货车，甚至重型商业运输车都采用了这种板弹簧。

陶瓷基复合材料在汽车工业中的应用，主要基体有玻璃陶瓷、氧化铝、氮化硅等，资源比较丰富，应用前景广阔。

应用在汽车工业中的陶瓷基复合材料，不是传统意义上的陶瓷。

车用陶瓷材料是采用高纯超细氧化物、氮化物、硼化物、碳化物等原料，经过预处理、破碎、磨粉、混合、成形、干燥、烧结等特殊工艺而得到的结构精细的无机非金属材料。

它具有强度高、耐热性高、抗蚀性好、硬度高、耐磨性高、密度小、变形小、抗热冲击等一系列优点，特别是抗拉强度和弯曲强度可与金属相比。

陶瓷基复合材料又可分为结构陶瓷和功能陶瓷。

结构陶瓷代替高强度合金制造涡轮增压发动机、燃气轮机、绝热发动机，可以将现在发动机的燃烧温度从700℃～800℃提高到1000℃以上，热效率提高l倍以上。

结构陶瓷的质量仅为铁的一半，节能效果却非常显著，同时还能减少环境污染，节约钢材等金属材料。

但由于陶瓷材料性能的再现性和可靠性差，所以目前还没广泛使用。

功能陶瓷应用，特别是在内燃机上应用陶瓷基复合材料已较广泛。

如内燃机活塞部分采用陶瓷材料后，可使燃烧室中实现部分隔热，从而减少冷却系统的容量和尺寸。

在高强度柴油机中还可有效降低活塞环槽区的温度，有时可取消对活塞的专门冷却。

由于陶瓷材料的质量较轻，配气机构中的气门、挺柱、摇臂及弹簧座改用陶瓷后，允许发动机以提高转速来提高功率，或者在转速不变的情况下降低气门弹簧的弹力而降低功率损耗。

气门座、摇臂头等易磨损部件用陶瓷材料代替后，可以减少磨损、延长使用寿命。

在柴油机的涡流室安装陶瓷镶块后，改善了发动机低负荷时的燃烧、低温启动性能，降低了燃烧噪声和排污量。

涡轮增压器零件中使用陶瓷最普遍的是增压器涡轮，与金属涡轮相比，陶瓷涡轮质量轻、转动惯量仅为金属涡轮的30%，“涡轮滞后”现象得以改善，同时使增压器的动态性能提高了36%，能在金属涡轮不能承受的高温下工作，并且由于热膨胀系数小，预先减小涡壳与蜗轮之间的间隙以提高效率。

此外，气缸盖、活塞销以及排气管等皆可用陶瓷制造。

但鉴于陶瓷基复合材料零件价格昂贵，制造时可能产生内部裂纹，且陶瓷零件的强度波动较大，高温时质量有所下降。

因此世界各国都在大力发展，努力改善其基本性能和工艺技术，以求降低成本，提高可靠性。

未来汽车。

未来的汽车将是适应环境保护的绿色汽车，因而不可避免地要求复合材料的提高环境性能。

复合材料会对环境产生的一些不利影响，如目前发展最快、应用最高的聚合物基复合材料中绝大多数属易燃物，燃烧时会放出大量有毒气体、污染环境，且在成型时基体中的挥发成分、即溶剂，会扩散到空气中造成污染。

同时复合材料本身就由多种组分材料构成，属多相材料，难以粉碎、磨细、熔融、降解，所以其再生成本高，而且要使其恢复原有性能十分困难。