汽车材料在生长

　　现代汽车材料

　　1 铝车身

　　汽车上用到铝的地方越来越多了，毕竟可以带来至少40%的减重。但在全铝车身的应用上，每个厂商都有不同的理解和定义。宣称自己是全铝车身的首创者的奥迪（第一代A8）和本田（首代NSX），应用的技术也不一样。反倒是捷豹这个英国厂商，一直坚持对主力车型使用全铝车身，尤其是最新的捷豹XE，高达75%的铝利用率意味着它比全铝车身的发明者更深入地理解了铝对于汽车的含义。

　　XE主要采用AC300和AC600两种型号的高强度铝材，就连前后悬挂连杆都采用了空心铸铝设计，强调了高强度和轻量化，连接方式也使用自铆接和特殊胶粘，确保少变形，减少不必要的增重。这就解释了为什么XE能有每度22000Nm的抗扭强度。

　　2 碳纤维车架

　　宝马i3整个车架主结构都使用碳纤维材料，就像现在的F1赛车身上90%为合成物料，而这些合成物料中90%也是碳纤维！有趣的是，虽然F1赛车上的这些碳纤维部件超级昂贵，但它和我们身上所穿的化纤衬衫(Rayonshirt)有着相同的渊源。

　　1981年迈凯伦MP4/1的设计师JohnBarnard设计了全世界第一个一体式碳纤维车架。现在这个世界上有两种物质可以制造碳纤维，其中一种就是人造丝(Rayon)。以F1赛车为例，车上的碳纤维板件的制作过程大致是先将人造丝或者丙烯纤维放在热框架上加热到摄氏250度，然后再以2600摄氏度在铁炉内加热，使之炭化为碳以及石墨。炭化后的纤维会以每三千条微丝卷成一条0.1mm粗的细丝，并编织成网状图案，成为纤维布并存放在零下18度的冷柜里。

　　加工碳纤维板的工作方法有多种，基本工序都一样，都是将碳纤维布放置在加工模型的铝制模具中，将适合的合成树脂涂满碳纤维布，然后放到熔炉中以不同的温度、时间和压力溶制，令碳纤维融合，成为坚韧的碳纤维板件。

　　总的来说，碳纤维和传统钢材比较，其性能具有压倒性的优势，密度要比钢材低4倍左右，而强度和硬度都是钢材的两倍。其实碳纤维也非完美的材料，虽然它很坚韧，但是却有受力向度的问题，也即是说，整体中的某些部位不太能受力。

　　3 玻璃钢车身

　　玻璃钢车身又称玻璃纤维车身，是一种比传统钢板材料更轻、更耐腐蚀、强度更高的车身材料。玻璃钢车身最早是在赛车上大范围应用，但早在1953年，英国传奇跑车厂商TVR就在自己的概念车型上采用了玻璃纤维，这在当时可谓大胆前卫的尝试。现在越来越多的跑车品牌应用这种车身材料，甚至一般的家庭轿车车型也开始采用，比如三菱ASX的前翼子板就是应用了这个材料。

　　4 橡胶轮胎

　　早期的汽车使用木制或铁制的车轮，到了1834年，橡胶之父查尔斯·古德伊尔受焦炭炼钢的启发，进行软橡胶硬化的试验，最终成功制造了世界上第一条橡胶轮胎。1895年，法国人米其林把收购回来的充气轮胎专利正式运用到巴黎至波尔多的拉力赛中，开始了第一条充气橡胶轮胎的故事。

　　随后的100多年里，轮胎厂商都在研发新橡胶配方，以满足节能、性能、安全和静音等要求，近几年也在开发新材料研发类似轮辋式轮胎等免充气轮胎，这种安全高效的革命性轮胎已经在一些工程车辆上开始应用。

　　5 木质车身

　　早期的汽车车身很多都采用了木质车身设计，除了美观、高雅外，早期采用木质作为车身材料的原因是钢铁成本太高。随着上世纪初钢铁时代的来临，金属车身几乎完全取代了木质车身，现在你在路上几乎不可能看到木质车身了。当然，现在有些汽车厂商为了情怀或者逼格，又把实木材料作为车身构成的一部分，比如宾利在几年前发布的Luxury Concept概念跑车，不仅造型复古，连车身也大面积采用了怀旧的实木材料，还别说，还真的没什么违和感。

　　不过在赛车领域，实木材料还是没有完全被取代，比如F1赛车底盘下的护板，有部分就是利用实木材料制成。

　　6 金属车身

　　1914年Edward G budd发明了全金属车身，同年道奇公司生产了第一辆全金属汽车。1918年意大利蓝旗亚公司也开始生产全金属汽车。随着非承载式车身向承载式车身转变，汽车不再是底盘和车身的简单叠加，而是成为整体，金属车身才真正发展到如今的模样。

　　7 钛合金车身

　　如果采用传统汽车钢板，汽车燃料燃烧能量的60%消耗于自身质量，钛金属具有密度小、强度高、耐蚀性的优点，汽车采用钛材料可极大地减轻车身质量。但是昂贵的价格，使得钛合金作为车身件只能在豪华车型和跑车上有一些应用，在普通汽车上鲜有应用。

　　不过随着技术的进步，钛合金已经在很多零件中得到了应用，比如发动机连杆（减轻15%～20%）、气门（减重30%～40%，极限转速提高20%）、气门弹簧座（减重42%，减少6%的惯性质量）、气门弹簧（减重60%）、增压器（提升工作温度极限）以及排气系统（减重40%）。

　　8 镁合金

　　除了大名鼎鼎的铝合金车身是目前应用的先进的技术的象征之外，镁合金是一种新兴的材料，它比铝还要轻，密度约为铝的2/3，在实际应用的金属中是最轻的。镁合金的吸振能力强、切削性能好、金属模铸造性能好，很适合制造汽车零件。镁合金大部分以压铸件的形式在汽车上应用，镁压铸件的生产效率比铝高30%至50%。

　　9 陶瓷发动机

　　陶瓷做发动机材料？没错。用合成陶瓷作为发动机主体材料，最重要的一点是减少能量损失。目前合金发动机的大部分能量都被转化成热能散失掉，而陶瓷的热传导效率比金属低，用来制作发动机能减少30%的能量损失，并大大提升发动机内的工作温度(1300℃)，使燃料得到更充分的燃烧，不仅节能，排放污染也能减少。

　　综合来说，陶瓷发动机的重量可比合金发动机轻2/3，燃料费下降20%。福特和沃尔沃在上世纪末都成功进行过陶瓷发动机的试验，发动机转速可以提升到50000rpm，如果解决陶瓷的脆性问题，将对汽车的发动机技术带来革命性的发展。

　　10 玻璃纤维弹簧

　　奥迪于去年发布了玻璃纤维强化树脂技术（glass fiber-reinforced polymer，又称GFRP），用来打造新的悬挂弹簧，新技术率先应用在奥迪中高级车型上。GFRP相比传统的钢质弹簧质地更厚、更大，但是每个重1.6kg，比传统钢质弹簧轻40%。不过，悬挂弹簧新材料的应用将降低车身重量4.4kg，并带来更高的底盘响应速度。

　　11 碳纤维轮圈

　　轮圈从铸铁到铝合金，甚至钛合金，已经进化到一定的程度。用更轻更高强度的碳纤维会不会更好呢。当然，答案是肯定的，但造价也相当“可观”。

　　早在2008年，来自德国的轮毂制造专家WHEELSANDMORE就推出过〝Megalight-Forged-Series〞轮毂系列，外环为碳纤维材质打造，内毂为轻量化的合金，比同尺码的轮圈可轻上40﹪左右；以20英寸为例，此Megalight-Forged-Series仅有6kg，合金产品则达到18kg。如今，碳纤维制造技术大有进步，品质提升的同时成本也得到了控制，宝马就于去年宣布将在2年内为旗下车型装配碳纤维轮圈，如i3和i8。

　　除了早前的外碳内合金的结构，宝马的碳纤轮圈还有全碳纤结构可选，该结构比传统结构还要轻35%，反映到节能和操控都是绝佳的提升。

　　12 碳制刹车盘

　　现在看到跑车上装有碳纤维或者碳陶瓷材质的刹车盘，很多车迷都不觉得稀奇了。用碳纤维材料制作的刹车盘和刹车片除了能保证刹车效果外，更重要的就是重量下降，带来的好处当然是制动力、操控和加速能力等多方面的提升，当然还有散热能力。不过或许还有很多人搞不清楚，“碳纤维刹车”和“碳陶瓷刹车”到底有什么区别。

　　碳陶瓷材料其实并不是真的陶瓷，而是在碳纤维的基础上再加入硅元素。硅在高温和高压的情况下会跟碳元素发生化学反应产生碳化硅，所以称之为碳陶瓷。这种方式制作的刹车碟在一般高性能跑车上已经普及，成本和制作难度也比纯碳纤维成分的盘低。而纯碳纤维制作的刹车盘，无论是散热能力、重量还是制动效果，都比碳陶瓷要好（搭配碳纤维刹车片甚至不需要通风盘设计），但因为少了硅的结合，需要很复杂的碳纤维编织过程才能形成足够的强度，因此成本比碳陶瓷高出不少，一般赛车上才会使用。

　　word>飘羽、何烨炜

关注读览天下微信， 100万篇深度好文， 等你来看……