Come è ben noto, le automobili operano in ambienti e condizioni estremamente severi; pertanto, i vari componenti che costituiscono questo imponente veicolo devono possedere eccellenti prestazioni funzionali. Attualmente, l’impiego di componenti strutturali in ceramica di zirconia nelle parti automobilistiche è molto diffuso.

1. Sensore a componente strutturale in ceramica di zirconia

Ceramica di zirconia I sensori dell’ossigeno presentano elevate proprietà meccaniche e un’elevata affidabilità. In quanto componenti dei gas di scarico purificati, possono essere utilizzati per determinare la concentrazione di O2 nei gas di scarico delle automobili; il valore misurato viene poi inviato ai sistemi di alimentazione aria‑carburante del motore, garantendo così una combustione completa del carburante. Poiché tutte le fasi di questo materiale ceramico sono costituite da zirconia completamente cubica stabile, zirconia tetragonale e cristalli misti monoclinici parzialmente stabili, le sue proprietà meccaniche durante l’uso risultano eccellenti e consente di ridurre il calore generato dall’attrito.

2. Riscaldatori per valvole in ceramica di zirconia

Per assicurare una combustione completa all’avvio del motore, sul lato di aspirazione del motore viene installato un dispositivo di riscaldamento, ovvero un riscaldatore della valvola, al fine di riscaldare l’aria di aspirazione e favorire l’evaporazione e la miscelazione complete del carburante. Per controllare la temperatura e migliorare l’affidabilità dell’apparecchiatura durante il riscaldamento per aspirazione, si utilizza un PTC (termistore) in ceramica di titanio di bario come riscaldatore della valvola. Grazie all’impiego di un riscaldatore ceramico per valvole, il motore raggiunge uno stato di combustione completa dopo l’avviamento, ottenendo effetti quali un migliore rendimento termico, risparmio energetico e purificazione dei gas di scarico. Il riscaldatore della valvola è realizzato con un materiale ceramico speciale.

3. Motori in ceramica di zirconia

Con l’applicazione di ceramiche speciali nelle automobili, i motori a pistone già popolari e ampiamente utilizzati saranno dotati di camere di combustione ausiliarie, testate cilindri, canne cilindriche e rotori di turbocompressori. Tutti questi componenti prevedono l’impiego di materiali ceramici speciali, quali nitruro di silicio, carburo di silicio e zirconia parzialmente stabilizzata. I requisiti di resistenza meccanica in questo caso sono: una resistenza alla flessione superiore a 50 kg/mm² e un coefficiente di espansione termica pari a 3,5 × 10⁻⁶ °C.

In linea di massima, i materiali sopra menzionati possono soddisfare tali requisiti; in particolare, le ceramiche di zirconia parzialmente stabilizzata non solo presentano una resistenza meccanica fino a 100 kg/mm², ma anche una conducibilità termica pari a soli -0,04 g/cm², rispetto ad altri materiali.

Per quanto riguarda i motori a turbina a gas, affinché possano raggiungere lo stesso costo del carburante dei motori diesel, la temperatura d’ingresso della turbina deve arrivare fino a 1350 °C. Solo i materiali ceramici in carburo di silicio e nitruro di silicio sono in grado di sopportare temperature così elevate. Attualmente, gli esperti nutrono grandi aspettative in merito e ritengono che tali materiali ceramici rappresentino la scelta ideale per rotori e statore delle turbine. In futuro, i motori ceramici saranno probabilmente realizzati combinando il nitruro di silicio con ceramiche in carburo di silicio o con ceramiche di zirconia parzialmente stabilizzata.

4. Elemento sensibile in ceramica di zirconia

Gli ammortizzatori automobilistici di fascia alta sfruttano l’effetto piezoelettrico positivo, l’effetto piezoelettrico inverso e l’effetto elettrostrittivo delle ceramiche sensibili per sviluppare ammortizzatori intelligenti. Questo tipo di ammortizzatore intelligente è in grado di riconoscere le condizioni della superficie stradale e regolarsi automaticamente, riducendo al minimo le vibrazioni del veicolo su strade irregolari e migliorando il comfort dei passeggeri.

Pulitore ceramico intelligente: questo pulitore è realizzato in ceramica di titanio di bario con proprietà sensibili alla pressione. È in grado di rilevare automaticamente le precipitazioni e regolare i tergicristalli dell’automobile alla velocità ottimale. Altri elementi sensoriali ceramici, come quelli realizzati in materiali ceramici sensibili al calore, alla pressione, all’umidità e ai campi magnetici, possono inoltre visualizzare informazioni sensibili e controllare automaticamente impostazioni relative a temperatura, umidità, condensa e antigelo.

Inoltre, molti dispositivi, componenti e piccoli apparecchi utilizzati nelle automobili sono realizzati anche con materiali ceramici speciali, come avvisatori elettronici, trasduttori ultrasonici, vetri assorbenti per il calore, fototubi, anelli di tenuta per tappi dell’olio e guarnizioni olio-acqua. Questi prodotti automobilistici, fabbricati con materiali ceramici innovativi e speciali, presentano tipicamente eccellenti proprietà fisiche e chimiche, quali resistenza agli urti, all’usura e alla corrosione, resistenza alle alte temperature, leggerezza, nonché facilità di lavorazione e produzione.