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CN116194424A - 一种氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物在发动机中的应用 - Google Patents

一种氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物在发动机中的应用 Download PDF

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CN116194424A
CN116194424A CN202180035831.0A CN202180035831A CN116194424A CN 116194424 A CN116194424 A CN 116194424A CN 202180035831 A CN202180035831 A CN 202180035831A CN 116194424 A CN116194424 A CN 116194424A
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silicon nitride
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nitride ceramic
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杨德宁
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Shenzhen Qianhai Fawei New Material Technology Co ltd
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Abstract

一种氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物在发动机中的应用,其内层是与活塞接触的氮化硅陶瓷材料层，其从0‑40℃升到900℃的热膨胀率等于或低于5(×10‑6/℃)；其所述的外层是包裹着氮化硅陶瓷材料层的玻璃材料层，其：导热系数小于5w/[(m.K)]，热扩散率小于5mm 2/S，其从0‑40℃升到800℃的热膨胀率等于或低于8(×10‑6/℃)，其软化点温度＞800℃，按重量百分比计算，氧化铝含量为1‑46％，氧化镁的含量0‑15％，氧化硅含量为30‑82％，氧化钙含量为0‑15％，氧化硼含量为0‑15％。该应用能推动发动机和气轮机产业进步，大幅提升热效率，同等燃油时可大幅提升发动机马力、大幅节省能源、大幅减少碳排放并对全球气候变暖产生减缓作用。

Description

一种氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物在发动机中的应用 技术领域
本发明涉及组合发明和技术要素(尤其位置要素)变化发明的新材料领域,和在发动机中的应用用途的发明领域,尤其涉及一种氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物在发动机中的应用。
现有的玻璃材料、陶瓷材料、天然矿材料、金属材料和微晶玻璃材料和各种现有技术产品方案，都不能同时具有以下6种性质：
A.低摩擦系数的性能；B.低热扩散率mm 2/S的性能表示(即物体在加热或冷却中，温度趋于均匀一致的能力，就是抗热震性能好的性质)；C.低热导率的防热能流失的性质；D.低热膨胀率性质；E.高软化点(变形点.)的性质；F.耐腐蚀化学性能和耐磨性质。
氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物能利用新性质，能实际解决金属发动机和气轮机的4个重大的产业性技术问题：
其1.摩擦系数小(比各类金属或陶瓷如：氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、莫来石陶瓷摩擦系数小很多)，在技术基理上是由于氮化硅材料受压力时产生的表层气膜层的尤如磁旋浮火车的很低的摩擦系数的自润滑性能(即在没有润滑油时的工作状态，能产生近似润滑油的效果，如风电的大型轴承就采用氮化硅材料，十几年不加润滑油)。所以能更好的克服金属发动机气缸摩擦系数大，严重影响发动机效率的技术问题；所以能更好的克服发动机气缸在髙温环境下有机润滑剂机油被碳化失效而，出现的使机油的润滑剂效果下降的技术问题。
其2..由于所述氮化硅材料,从0-40℃升到900℃的热膨胀率等于或低于4(×10-6/℃)的低热膨胀率性质热膨胀性,能抵抗冷热冲击，0-40℃加热到1000℃以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂,就是抗热震性能好的性质，比各类铝 合金及灰铸铁金属和氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、莫来石陶瓷抗热震性能好很多，所以能更好的克服金属发动机缸体在寒冷的气候条件发动困难，和在不断急剧加大油门和不断急速降低油门的恶劣路现环境驾驶时，会使金属发动机缸体产生损坏的产业性技术的大问题；能产生了发动机使用寿命延长的技术效果。
其3.由于所述氮化硅材料和玻璃材料的软化点变型点温度，比各类铝合金及灰铸铁金属和氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、莫来石陶瓷抗热震性能好很多。所以能更好的克服和解决金属发动机和气轮机现有技术问题为：金属发动机和气轮机在超过变形点(350-450℃)气缸会极限的变型，所以只有利用冷却水把热量排除，造成热量大部分流失的重大技术问题。
其4.由于所述氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物中的玻璃材料小于7w/[(m.K)]的导热系数(表示的是流体或物体与物体之间，单位时间单位面积上的传热量)比各类铝合金及灰铸铁金属和氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、莫来石陶瓷抗热震性能好很多。所以能在热能通过玻璃材料层时,被低导热系数的玻璃材料层阻挡,能克服和解决金属发动机和气轮机现有技术问题为：金属发动机和气轮机的发动机气缸的热扩散率大于50-120mm 2/S，热导率大于50-120w/[(m.K)]，会使热能快速失散，和由此造成的金属发动机的热能利用率只有30-35％的产业性技术的大问题。
由于金属发动机气缸内只能长期承受300℃的温度,必须要被冷却水快速降温,不然就会产生拉缸而损坏发动机；而本发明氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物发动机气缸温度,能比金属发动机气缸长期承受高出几百度的高温状态,在氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物气缸内能长期保持800-1000℃又不须要被冷却水快速降温,这就能使氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物发动机气缸中的燃油能充分燃烧并有效去除二氧化碳等气体,能使氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层 组合物发动机碳排放比较金属发动机大大降低。
所以气缸内的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物发动机气缸能长期保持800-1000℃又不须要被冷却水快速降温,这就能使氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物发动机气缸中更多的热能值转变为机械动力，有助于解决现有技术热能利用率只有30-35％的产业性技术的大问题,有助于氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物发动机气缸中热能利用率提升到70-85％。所以本发明能在汽车领域、船舶领域、飞机领域、柴油及煤炭及天然气发电领域产生发动机和气轮机产业中,大幅提升热效率、大幅节省能源、更彻底的大幅减少碳排放(可大幅改变和升级现有汽车国六排放标准及欧洲的排放标准)、能对全球气候变暖产生减缓作用的新趋势的技术效果。
而本发明利用新性质解决了金属发动机和气轮机的5个重大技术问题，产生了新的技术效果的---用途发明。只要利用了5个新性质中的其中1个新性质，解决了金属发动机和气轮机的4个重大技术问题其中1个产业性技术的大问题，产生了发动机和气轮机产业进步的大幅提升热效率、大幅节省能源、更彻底的大幅减少碳排放(可大幅改变和升级现有汽车国六排放标准及欧洲的排放标准)、对全球气候变暖产生减缓作用的新趋势的技术效果。那么本发明一种氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物在发动机中的应用，就具有突出的实质性特点和显著的进步，具备专利法第22条第3款规定的创造性。
背景技术
现在所有国家的汽车公司、船舶公司、飞机公司、火力发电气轮机公司，如：日本丰田汽车公司和本田等汽车公司；德国宝马汽车公司和大众等汽车公司；美国的通用汽车公司和福特汽车公司；韩国的现代汽车公司和起亚汽车公司；中国上海汽车公司和吉利汽车公司及长城等汽车公司；及中船集团公司，三井船 用柴油机公司；中国商用飞机公司； 沃尔沃公司； 中远集团公司； 中海集团公司； 日本邮船公司；川崎汽船公司；上海汽轮机公司；C919大飞机发动机公司；波音飞机发动机公司；空客飞机发动机公司等等，都设立有专门的研究所：
都在研究1.如何克服发动机气缸的金属材料，就是在加了润滑油时摩擦系数也大，产生的严重影响发动机效率的技术问题；如何克服金属发动机气缸在髙温环境下有机润滑剂机油被碳化失效，而出现的使机油的润滑剂效果下降的技术问题，产生的严重影响发动机效率不高的技术问题。
都在研究2.如何克服金属发动机缸体在寒冷的气候条件发动困难，和在不断急剧加大油门和不断急速降低油门的恶劣路现环境驾驶时，会因为金属材料的热扩散率大于8-30mm 2/S的性能差(即物体在加热或冷却中，温度趋于均匀一致的能力，也就是抗热震性能差，会使金属发动机缸体产生损坏的产业性技术的大问题；和产生了发动机使用寿命被缩短的产业性技术的大问题。及金属材料耐腐蚀化学性能差.和产生了发动机使用寿命被缩短的产业性技术的大问题。
都在研究3.如何克服和解决现有技术的金属发动机和气轮机气缸，在超过金属材料(350-450℃)的极限变型温度性质，会而形成金属发动机气缸损坏。也就是因为(金属材料的高温热膨胀性质很差和极限变型点温度很低的材料性质)的重大技术问题，和金属材料技术的摩擦系数高、热扩散率mm 2/S的性能不好和导热系数w/(m.K)的性能不好的重大技术问题，所以金属发动机和气轮机气缸只能利用冷却水把(影响金属材料超过(350-450℃)的极限变型温度的热量全部排除，因此造成了当今金属发动机和气轮机产业技术的燃料热能值转化为机械动力的热效率只有30-35％。而产生30-35％燃料热能值不得不从气缸壁流失的重大技术问题(其中有20-30％的燃料热能值会在气缸排气时不可避免的流失，而涡轮增压技术只能回收使用气缸排气的燃料热能值的很少部分)。
都在研究4.当今金属发动机和气轮机产业技术在汽车领域、船舶领域、飞机领域、柴油及煤炭及天然气发电领域造成了金属发动机气缸内的温度很低,不能使油料充分燃烧并彻底的去除二氧化碳等气体的技术问题。
所以需要新的技术方案,产生推动发动机和气轮机产业进步的：大幅提升热效率和同等燃油时大幅提升发动机马力、大幅节省能源、更彻底的大幅减少碳排放(可大幅改变和升级现有汽车国六排放标准及欧洲的排放标准)、对全球气候变暖产生减缓作用的新趋势的技术效果。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物在发动机领域的应用。
本发明通过以下技术方案实现的：
一种氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物在发动机中的应用,其特征在于，内层是与活塞接触的氮化硅陶瓷材料层,其从0-40℃升到900℃的热膨胀率等于或低于5(×10-6/℃)；其外层是包裹着氮化硅陶瓷材料层的玻璃材料层,其导热系数小于5w/[(m.K)],热扩散率小于5mm 2/S,其从0-40℃升到800℃的热膨胀率等于或低于8(×10-6/℃),其软化点温度＞800℃,按重量百分比计算,氧化铝含量为1-46％，氧化镁的含量0-15％，氧化硅含量为30-82％，氧化钙含量为0-15％，氧化硼含量为0-15％。
所述的内层是与活塞接触的氮化硅陶瓷材料层,其从0-40℃升到1200℃的热膨胀率等于或低于6(×10-6/℃)。
所述的包裹着氮化硅陶瓷材料层的玻璃材料层,导热系数小于4w/[(m.K)],热扩散率小于4mm 2/S,其从0-40℃升到1000℃的热膨胀率等于或低于8(×10-6/℃),其软化点温度＞1000℃。
将所述的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物，用于车辆发动机、船舶发动机、热机类活塞式飞机发动机、工程机械发动机、燃料发电机的气缸套。
进一步的，将所述的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物，覆盖在热机类的涡轮发动机的燃烧室和涡轮机的外壳表层。
进一步的，将所述的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物，覆盖在汽轮机的蒸汽室壁上和/或汽缸层表层和/或蒸汽喷嘴表层和/或钢盘表层和/或叶片表层和/或缸体表层和/或蒸汽输送管道表层。
进一步的，将所述的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物，覆盖在发电机的活塞式发动机的气缸套和/或涡轮增压系统组件的外壳的表面。
进一步的，将所述的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物，用于热机类的发动机。
进一步的，将所述的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物，覆盖在热机类的发动机的涡轮增压系统组件的外壳的表面。
进一步的，将所述的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物，用于热机类的发动机的气缸盖和/或活塞和/或活塞销和/或连杆和/或进气门和/或排气门。
进一步的，将所述的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物，用于高温环境的管状材料。
具体实施方式
为了更加清楚、完整的说明本发明的技术方案，下面对本发明作进一步说明。
一种氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物在发动机中的应用,其内层是与活塞接触的氮化硅陶瓷材料层,其从0-40℃升到900℃的热膨胀率等于或低于5(× 10-6/℃)；其所述的外层是包裹着氮化硅陶瓷材料层的玻璃材料层,其：导热系数小于5w/[(m.K)],热扩散率小于5mm 2/S,其从0-40℃升到800℃的热膨胀率等于或低于8(×10-6/℃),其软化点温度＞800℃,按重量百分比计算,氧化铝含量为1-46％，氧化镁的含量0-15％，氧化硅含量为30-82％，氧化钙含量为0-15％，氧化硼含量为0-15％。
所述的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物及其应用，所述的内层是与活塞接触的氮化硅陶瓷材料层,其从0-40℃升到1200℃的热膨胀率等于或低于6(×10-6/℃)；
所述的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物及其应用，所述的包裹着氮化硅陶瓷材料层的玻璃材料层,导热系数小于4w/[(m.K)],热扩散率小于4mm 2/S,其从0-40℃升到1000℃的热膨胀率等于或低于8(×10-6/℃),其软化点温度＞1000℃。
在本实施方式中，釆用德国耐驰仪器的顶杆法来测试所述氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物及其应用的软化温度和热膨胀率，测试条件为：升温速度5℃/min。
实施例1
一种氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物在发动机中的应用,其所述的内层是与活塞接触的氮化硅陶瓷材料层,其从0-40℃升到900℃的热膨胀率等于或低于5(×10-6/℃)；其所述的外层是包裹着氮化硅陶瓷材料层的玻璃材料层,其：导热系数小于5w/[(m.K)],热扩散率小于5mm 2/S,其从0-40℃升到800℃的热膨胀率等于或低于8(×10-6/℃),其软化点温度＞800℃,按重量百分比计算,氧化铝含量为1-46％，氧化镁的含量0-15％，氧化硅含量为30-82％，氧化钙含量为0-15％，氧化硼含量为0-15％。
实施例1的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物,同时具有以下6种性质：
A.低摩擦系数的性能；B.低热扩散率mm 2/S的性能表示(即物体在加热或冷却中，温度趋于均匀一致的能力，就是抗热震性能好的性质)；C.低热导率的防热能流失的性质；D.低热膨胀率性质；E.高软化点(变形点.)的性质；F耐腐蚀化学性能和耐磨性质。
实施例1的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物能利用新性质，实际解决金属发动机和气轮机的4个重大的产业性技术问题：
其1.摩擦系数小(比各类金属或陶瓷如：氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、莫来石陶瓷摩擦系数小很多)，在技术基理上是由于氮化硅材料受压力时产生的表层气膜层的尤如磁旋浮火车的很低的摩擦系数的自润滑性能(即在没有润滑油时的工作状态，能产生近似润滑油的效果，如风电的大型轴承就采用氮化硅材料，十几年不加润滑油)。所以能更好的克服金属发动机气缸摩擦系数大，严重影响发动机效率的技术问题；所以能更好的克服发动机气缸在髙温环境下有机润滑剂机油被碳化失效而，出现的使机油的润滑剂效果下降的技术问题。
其2.由于所述氮化硅材料,从0-40℃升到900℃的热膨胀率等于或低于4(×10-6/℃)的低热膨胀率性质热膨胀性,能抵抗冷热冲击，0-40℃加热到1000℃以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂,就是抗热震性能好的性质，比各类铝合金及灰铸铁金属和氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、莫来石陶瓷抗热震性能好很多，所以能更好的克服金属发动机缸体在寒冷的气候条件发动困难，和在不断急剧加大油门和不断急速降低油门的恶劣路现环境驾驶时，会使金属发动机缸体产生损坏的产业性技术的大问题；能产生了发动机使用寿命延长的技术效果。
其3.由于所述氮化硅材料和玻璃材料的软化点变型点温度，比各类铝合金及灰铸铁金属和氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、莫来石陶瓷抗热震性能好很多。所 以能更好的克服和解决金属发动机和气轮机现有技术问题为：金属发动机和气轮机在超过变形点(350-450℃)气缸会极限的变型，所以只有利用冷却水把热量排除，造成热量大部分流失的重大技术问题。
其4.由于所述氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物中的玻璃材料小于7w/[(m.K)]的导热系数(表示的是流体或物体与物体之间，单位时间单位面积上的传热量)比各类铝合金及灰铸铁金属和氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、莫来石陶瓷抗热震性能好很多。所以能在热能通过玻璃材料层时,被低导热系数的玻璃材料层阻挡,能克服和解决金属发动机和气轮机现有技术问题为：金属发动机和气轮机的发动机气缸的热扩散率大于50-120mm 2/S，热导率大于50-120w/[(m.K)]，会使热能快速失散，和由此造成的金属发动机的热能利用率只有30-35％的产业性技术的大问题。
由于金属发动机气缸内只能长期承受300℃的温度,必须要被冷却水快速降温,不然就会产生拉缸而损坏发动机；而本发明氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物发动机气缸温度,能比金属发动机气缸长期承受高出几百度的高温状态,在氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物气缸内能长期保持800-1000℃又不须要被冷却水快速降温,这就能使氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物发动机气缸中的燃油能充分燃烧并有效去除二氧化碳等气体,能使氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物发动机碳排放比较金属发动机大大降低。
所以气缸内的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物发动机气缸能长期保持800-1000℃又不须要被冷却水快速降温,这就能使氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物发动机气缸中更多的热能值转变为机械动力，有助于解决现有技术热能利用率只有30-35％的产业性技术的大问题,有助于氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物发动机气缸中热能利用率提升到70-85％。所以本发明能在汽车领域、 船舶领域、飞机领域、柴油及煤炭及天然气发电领域产生发动机和气轮机产业中,大幅提升热效率、大幅节省能源、更彻底的大幅减少碳排放(可大幅改变和升级现有汽车国六排放标准及欧洲的排放标准)、能对全球气候变暖产生减缓作用的新趋势的技术效果。
而且，本实施例的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物及其应用用于发动机和气轮机和高温隔热材料使用方面，在耐腐蚀化学性能和耐磨、硬度性质方面，大大优于金属材料发动机和气轮机和其它高温隔热材料。
申请人为何在此实施例中，限定所述氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物及其应用的导热系数小于5w/[(m.K)],热扩散率小于5mm 2/S,其从0-40℃升到800℃的热膨胀率等于或低于8(×10-6/℃),其软化点温度＞800℃。是因为上述新性质是发明人经过大量实验摸索和反复证明的，并在此实施例中，指出只有如此，才能产生氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物及其应用能同时具有6个新性质，并利用这些性质，才能解决了金属发动机气轮机的4个重大技术问题。
这是因为此领域的技术人员都知遒，因为在排气量较小的(如在1升-4升)的金属汽车发动机的气缸运行中，每分钟活塞会在气缸中上下运动近1000次。而从气体点火在气缸中燃烧膨胀时的温度1200℃，用极快的速度膨胀15-18倍，使燃油的热值的能量，转化为产生对活塞的推动的机械能。这时如果在正常的120公里车速时，气缸中燃烧膨胀时的温度气体温度一般达到500-600℃；现有技术金属发动机气缸在350-450℃会产生极限膨胀变型造成活塞快速运动与缸体变型会拉坏发动机的问题，所以只有设计冷却水系统，快速把金属发动机气缸的温度降到有保险系数的200℃；而金属发动机气缸，燃油的热值的能量，被大量带走，使金属发动机热能利用率，只能有35-40的技术问题。
本发明氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物不只限于高出500-600℃不变型，而是加了保险系数150-200℃的小于800℃也不变型。能适应各种中小型汽车--在碰到驾车人把正常的120公里车速加到150公里或以上，及如高速加油门上坡时，气缸中燃烧膨胀时的温度气体温度就会超过500-600℃，达到700-800℃的特别状态。能适应各种中小型汽车--在碰到如欧州有些国家可以让汽车跑到200公里时速，气体温度就会超过500-600℃，达到700-800℃的特别状态。
所以本第一实施例也就是权利要求1中限定氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物及其应用,的玻璃材料软化点＞800℃和从0-40℃升到800℃的性质，是设计中具有保险系数的安全方案。也就是氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物及其应用发动机气缸运行中，能保持在800℃时的燃油热能值使之转化为更大的机械能，也不会产生极限膨胀变型。
在具体应用中适合于在(排气量4升以下)的普通排量的车辆发动机的应用。
本实施例中,本发明的氮化硅陶瓷用于发动机气缸中与活塞每分钟拉动和摩擦上千次的内层位置,由于烧结类氮化硅陶瓷的孔隙率为18-20％(金属发动机气缸内壁都设计有很多保存润滑油的细微凹槽结构),所以有利于发动机润滑油进入孔隙,使缸体内具有氮化硅摩擦表面微量分解形成薄薄得气膜，从而使摩擦面之间的滑动阻力减少的功能。和发动机润滑油进入达18-20孔隙又具有充分润滑油作用,产生了双重的减少阻力节能的效果。
而比较本发明人的(原有的一种氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物的专利技术),或比较(原有的一种氮化硅氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物的专利技术),由于其在烧结时是玻璃粉粒溶化后包裹了氮化硅粉粒或其它陶瓷或固体粉粒,因为孔隙被玻璃填平而不会出现18-20孔隙,所以发动机气缸内壁就很平滑。这就还需要在硬度很高的氮化硅或各种陶瓷材料上,制造很多保存润滑油的细微 凹槽结构。所以本发明(一种氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物在发动机中的应用)技术,比较一种本发明人的(原有的其它的氮化硅氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物和原有的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物的专利技术),具有节省制造成本的优点。加上能使缸体内的氮化硅摩擦表面微量分解形成薄薄得气膜，从而使摩擦面之间的滑动阻力减少的作用,和润滑油的作用,能达到双重润滑效果。就能产生减少阻力和节能的效果。
另外由于比较本发明人的一种氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物的专利技术,或比较氮化硅氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物的专利技术,由于其在烧结时是由20-40％玻璃粉粒溶化后占据了发动机气缸内壁表层的面积,所以本发明(一种氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物在发动机中的应用)技术,比较之下会有更大的发动机气缸内壁表层的面积是完全的氮化硅材料,就能使缸体内更大面积的氮化硅摩擦表面微量分解形成薄薄得气膜，从而在更大面积中使摩擦面之间的滑动阻力减少,能产生更大的减少阻力和节能的效果。
实施例2
一种氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物在发动机中的应用,其所述的内层是与活塞接触的氮化硅陶瓷材料层,其从0-40℃升到1200℃的热膨胀率等于或低于6(×10-6/℃)；其所述的外层是包裹着氮化硅陶瓷材料层的玻璃材料层,其：导热系数小于5w/[(m.K)],热扩散率小于5mm 2/S,其从0-40℃升到800℃的热膨胀率等于或低于8(×10-6/℃),其软化点温度＞1100℃,按重量百分比计算,氧化铝含量为30-46％，氧化镁的含量0-15％，氧化硅含量为30-82％，氧化钙含量为0-15％，氧化硼含量为0-15％。
实施例2的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物,同时具有以下6种性质：
A.低摩擦系数的性能；B.低热扩散率mm 2/S的性能表示(即物体在加热或冷 却中，温度趋于均匀一致的能力，就是抗热震性能好的性质)；C.低热导率的防热能流失的性质；D.低热膨胀率性质；E.高软化点(变形点.)的性质；F耐腐蚀化学性能和耐磨性质。
实施例1的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物能利用新性质，实际解决金属发动机和气轮机的4个重大的产业性技术问题：
其1.摩擦系数小(比各类金属或陶瓷如：氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、莫来石陶瓷摩擦系数小很多)，在技术基理上是由于氮化硅材料受压力时产生的表层气膜层的尤如磁旋浮火车的很低的摩擦系数的自润滑性能(即在没有润滑油时的工作状态，能产生近似润滑油的效果，如风电的大型轴承就采用氮化硅材料，十几年不加润滑油)。所以能更好的克服金属发动机气缸摩擦系数大，严重影响发动机效率的技术问题；所以能更好的克服发动机气缸在髙温环境下有机润滑剂机油被碳化失效而，出现的使机油的润滑剂效果下降的技术问题。
其2.由于所述氮化硅材料,从0-40℃升到900℃的热膨胀率等于或低于4(×10-6/℃)的低热膨胀率性质热膨胀性,能抵抗冷热冲击，0-40℃加热到1000℃以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂,就是抗热震性能好的性质，比各类铝合金及灰铸铁金属和氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、莫来石陶瓷抗热震性能好很多，所以能更好的克服金属发动机缸体在寒冷的气候条件发动困难，和在不断急剧加大油门和不断急速降低油门的恶劣路现环境驾驶时，会使金属发动机缸体产生损坏的产业性技术的大问题；能产生了发动机使用寿命延长的技术效果。
其3.由于所述氮化硅材料和玻璃材料的软化点变型点温度，比各类铝合金及灰铸铁金属和氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、莫来石陶瓷抗热震性能好很多。所以能更好的克服和解决金属发动机和气轮机现有技术问题为：金属发动机和气轮机在超过变形点(350-450℃)气缸会极限的变型，所以只有利用冷却水把热量 排除，造成热量大部分流失的重大技术问题。
其4.由于所述氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物中的玻璃材料小于7w/[(m.K)]的导热系数(表示的是流体或物体与物体之间，单位时间单位面积上的传热量)比各类铝合金及灰铸铁金属和氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、莫来石陶瓷抗热震性能好很多。所以能在热能通过玻璃材料层时,被低导热系数的玻璃材料层阻挡,能克服和解决金属发动机和气轮机现有技术问题为：金属发动机和气轮机的发动机气缸的热扩散率大于50-120mm 2/S，热导率大于50-120w/[(m.K)]，会使热能快速失散，和由此造成的金属发动机的热能利用率只有30-35％的产业性技术的大问题。
由于金属发动机气缸内只能长期承受300℃的温度,必须要被冷却水快速降温,不然就会产生拉缸而损坏发动机；而本发明氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物发动机气缸温度,能比金属发动机气缸长期承受高出几百度的高温状态,在氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物气缸内能长期保持800-1000℃又不须要被冷却水快速降温,这就能使氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物发动机气缸中的燃油能充分燃烧并有效去除二氧化碳等气体,能使氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物发动机碳排放比较金属发动机大大降低。
所以气缸内的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物发动机气缸能长期保持800-1000℃又不须要被冷却水快速降温,这就能使氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物发动机气缸中更多的热能值转变为机械动力，有助于解决现有技术热能利用率只有30-35％的产业性技术的大问题,有助于氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物发动机气缸中热能利用率提升到70-85％。所以本发明能在汽车领域、船舶领域、飞机领域、柴油及煤炭及天然气发电领域产生发动机和气轮机产业中,大幅提升热效率、大幅节省能源、更彻底的大幅减少碳排放(可大幅改变和升 级现有汽车国六排放标准及欧洲的排放标准)、能对全球气候变暖产生减缓作用的新趋势的技术效果。
而且，本实施例的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物及其应用用于发动机和气轮机和高温隔热材料使用方面，在耐腐蚀化学性能和耐磨、硬度性质方面，大大优于金属材料发动机和气轮机和其它高温隔热材料。
申请人为何在此实施例中，限定所述玻璃材料的导热系数小于5w/[(m.K)],热扩散率小于5mm 2/S,其从0-40℃升到1000℃的热膨胀率等于或低于8(×10-6/℃),其软化点温度＞1100℃。是因为上述新性质是发明人经过大量实验摸索和反复证明的，并在此实施例中，指出只有如此，才能产生氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物及其应用能同时具有6个新性质，并利用这些性质，才能解决了金属发动机气轮机的4个重大技术问题。
在具体应用中适合于在20-50吨以上的重型卡车和大功率发动机工程车及大功率发动机的发电机组和大型及巨型船舶发动机及火电核电的巨型气轮机。。由于其马力巨大，热量对气缸的影响更大，所以要求具有更高水平的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物发动机。
进一步的，所述氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物及其应用，将所述的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物及其应用用于车辆发动机、船舶发动机、热机类活塞式飞机发动机、工程机械发动机、燃料发电机的气缸套。
进一步的，所述氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物及其应用，将所述的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物及其应用，覆盖在热机类的涡轮发动机的燃烧室和涡轮机的外壳表层。
进一步的，所述氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物及其应用，将所述的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物及其应用，覆盖在汽轮机的蒸汽室壁上和/ 或汽缸层表层和/或蒸汽喷嘴表层和/或钢盘表层和/或叶片表层和/或缸体表层和/或蒸汽输送管道表层。
进一步的，所述氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物及其应用，将所述的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物及其应用，覆盖在发电机的活塞式发动机的气缸套和/或涡轮增压系统组件的外壳的表面。
进一步的，所述氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物及其应用，将所述的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物及其应用用于，热机类的发动机。
进一步的，所述氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物及其应用，将所述的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物及其应用，覆盖在热机类的发动机的涡轮增压系统组件的外壳的表面。
进一步的，所述氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物及其应用，将所述的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物及其应用，用于热机类的发动机的气缸盖和/或活塞和/或活塞销和/或连杆和/或进气门和/或排气门。
进一步的，所述氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物及其应用，将所述的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物及其应用，用于高温环境的管状材料。
当然，本发明一种氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物及其应用,还可有其它多种实施方式，基于本实施方式，本领域的普通技术人员在没有做出任何创造性劳动的前提下所获得其他实施方式，都属于本发明所保护的范围。

Claims (11)

  1. 一种氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物在发动机中的应用,其特征在于，内层是与活塞接触的氮化硅陶瓷材料层,其从0-40℃升到900℃的热膨胀率等于或低于5(×10-6/℃)；外层是包裹着氮化硅陶瓷材料层的玻璃材料层,其导热系数小于5w/[(m.K)],热扩散率小于5mm 2/S,其从0-40℃升到800℃的热膨胀率等于或低于8(×10-6/℃),其软化点温度＞800℃,按重量百分比计算,氧化铝含量为1-46％，氧化镁的含量0-15％，氧化硅含量为30-82％，氧化钙含量为0-15％，氧化硼含量为0-15％。
  2. 根据权利要求1所述的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物在发动机中的应用，其特征在于，所述的内层是与活塞接触的氮化硅陶瓷材料层,其从0-40℃升到1200℃的热膨胀率等于或低于6(×10-6/℃)。
  3. 根据权利要求1所述的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物在发动机中的应用，其特征在于，所述的包裹着氮化硅陶瓷材料层的玻璃材料层,导热系数小于4w/[(m.K)],热扩散率小于4mm 2/S,其从0-40℃升到1000℃的热膨胀率等于或低于8(×10-6/℃),其软化点温度＞1000℃。
  4. 根据权利要求1至3任一项所述氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物在发动机中的应用，其特征在于，将所述的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物用于车辆发动机、船舶发动机、热机类活塞式飞机发动机、工程机械发动机、燃料发电机的气缸套。
  5. 根据权利要求1至3任一项所述氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物在发动机中的应用，其特征在于，将所述的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物，覆盖在热机类的涡轮发动机的燃烧室和涡轮机的外壳表层。
  6. 根据权利要求1至3任一项所述氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物在发动机中的应用，其特征在于，将所述的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物及其 应用，覆盖在汽轮机的蒸汽室壁上和/或汽缸层表层和/或蒸汽喷嘴表层和/或钢盘表层和/或叶片表层和/或缸体表层和/或蒸汽输送管道表层。
  7. 根据权利要求1至3任一项所述氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物在发动机中的应用，其特征在于，将所述的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物，覆盖在发电机的活塞式发动机的气缸套和/或涡轮增压系统组件的外壳的表面。
  8. 根据权利要求1至3任一项所述氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物在发动机中的应用，其特征在于，将所述的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物，用于热机类的发动机。
  9. 根据权利要求1至3任一项所述氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物在发动机中的应用，其特征在于，将所述的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物，覆盖在热机类的发动机的涡轮增压系统组件的外壳的表面。
  10. 根据权利要求1至3任一项所述氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物在发动机中的应用，其特征在于，将所述的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物，用于热机类的发动机的气缸盖和/或活塞和/或活塞销和/或连杆和/或进气门和/或排气门。
  11. 根据权利要求1至3任一项所述氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物在发动机中的应用，其特征在于，将所述的氮化硅陶瓷和玻璃材料的双层组合物，用于高温环境的管状材料。
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