Tại sao cần dùng gốm sứ để chế tạo động cơ ô tô?

Năm 1991, chiếc ô tô buýt cỡ lớn đầu tiên có động cơ được chế tạo bằng gốm sứ đã hoàn thành hành trình từ Thượng Hải đến Bắc Kinh. Việc chạy thử thành công trên một quãng đường xa như vậy chứng tỏ việc nghiên cứu chế tạo và ứng dụng thực tế động cơ làm bằng gốm sứ của Trung Quốc đã đạt trình độ quốc tế. Trước đó, trên thế giới chỉ có Mỹ, Nhật và Đức hoàn thành thực nghiệm tương tự.

Tại sao cần dùng gốm sứ thay thế kim loại để chế tạo động cơ?

Bởi lẽ, động cơ ô tô thông qua sự đốt cháy nhiên liệu để sinh ra chất khí có áp lực và nhiệt độ cao, từ đó tạo thành động lực đẩy ô tô tiến lên. Hơn nữa, nhiệt độ cháy trong động cơ càng cao thì động lực sinh ra càng lớn, hiệu suất nhiên liệu càng cao. Tuy nhiên, trong thiết kế, dù dùng hợp kim chịu nhiệt cao để chế tạo động cơ, nhiệt độ chịu đựng cao nhất cũng chỉ khoảng 1100 độ C. Vượt quá “giới hạn” đó, vật liệu kim loại chế tạo động cơ sẽ mềm ra, thậm chí bốc cháy. Vì vậy, khá nhiều ô tô đều trang bị hệ thống làm mát để bảo đảm động cơ có thể tiếp tục vận hành bình thường. Nhưng như vậy không những làm giảm thêm hiệu suất nhiệt mà còn làm tăng thể tích và trọng lượng của toàn bộ động cơ, ảnh hưởng đến việc tăng tốc độ xe.

Vậy có loại vật liệu nào vừa chịu được nhiệt độ cao, vừa nhẹ hơn kim loại để thay thế kim loại chế tạo động cơ không? Các nhà khoa học đã nghĩ đến gốm sứ. Cùng với sự phát triển của kỹ thuật vật liệu gốm sứ, người ta đã sản xuất được loại gốm sứ mới có đặc tính chịu nhiệt độ cao và siêu bền, như gốm sứ silic nitrua, coban oxit, silic cacbua v.v... Chúng đều có thể chịu nhiệt độ cao trên 1400 độ C. Các động cơ chế tạo bằng những loại gốm sứ này, dù nhiệt độ bên trong đạt đến 1300 độ C, cũng không cần hệ thống làm mát phức tạp. Hơn nữa, bản thân các vật liệu gốm sứ đó đều nhẹ hơn kim loại. Do đó, động cơ gốm sứ có thể tích nhỏ, trọng lượng nhẹ, hiệu suất nhiệt có thể đạt đến 50%, tiết kiệm hơn 20% nhiên liệu so với động cơ kim loại.

Trong ấn tượng của mọi người, gốm sứ là một loại vật liệu rất giòn. Các nhà khoa học đã không ngừng nghiên cứu, cho vật liệu gốm sứ như silic cacbua kết hợp với graphit, hình thành một vật liệu tổng hợp mới vừa chịu được nhiệt độ cao vừa rất dẻo dai. Dùng loại vật liệu gốm sứ này chế tạo động cơ ô tô thì hoàn toàn có thể thích ứng với tình trạng rung xóc mạnh của ô tô khi chạy trên đường. Nó vừa phát huy được ưu điểm chịu nhiệt độ cao của gốm sứ, vừa duy trì ưu điểm về độ bền cao vốn có của động cơ. Vì vậy, đây là một loại động cơ kiểu mới rất có triển vọng.