什么是碳化硅及其为何用于发动机处理？
什么是碳化硅，为什么用于发动机处理？
Si + C → SiC · 莫氏9.5 · 2730°C
这种化合物比钢更硬，能承受无人发动机能达到的温度，并永久改变其结合的表面。以下是完整的科学解析——从原子结构到换油。
⚡ 快速回答
碳化硅（SiC）是硅和碳的化合物，莫氏硬度为9.5——仅次于钻石，熔点为2730°C。在纳米级粒径下，SiC能渗透发动机金属的微观表面不规则处，并在正常发动机运行的热压条件下永久结合。结果形成了一个陶瓷基体，实际上成为金属的一部分：比金属本身更硬，热稳定性达到发动机工作温度的10倍，对所有发动机液体化学惰性，且无法通过换油去除。这就是为什么Cerma STM-3®使用100%纳米碳化硅作为唯一活性成分——没有其他物质能提供永久且不退化的表面保护。
⚗️ 什么是碳化硅？化学与历史
碳化硅是硅（Si）和碳（C）的二元化合物，分子式为SiC。每个硅原子与四个碳原子以四面体结构键合，每个碳原子也与四个硅原子键合——形成了极其坚固的三维晶格结构，赋予该化合物卓越的硬度和热稳定性。
SiC 关键特性
SiC首次由Edward Acheson于1891年合成，他在尝试制造人造钻石时意外发现了它。他将其命名为“Carborundum”——这一品牌名称至今仍用于磨削和抛光产品。一个多世纪以来，碳化硅的主要工业应用是作为磨料、切削工具和耐火材料，因其极高的硬度和耐热性而被广泛使用。
发动机保护的突破来自纳米级工程。标准工业碳化硅颗粒以微米计量——对于表面处理应用来说颗粒过大。纳米碳化硅颗粒经过纳米尺寸工程，开启了全新应用：渗透并永久结合于发动机金属的微观表面不规则处。
注： 碳化硅自然存在于极少量的矿物莫桑石中——以1893年首次在陨石碎片中发现它的亨利·莫桑命名。Cerma STM-3®中使用的碳化硅是在受控条件下合成制造，达到精确的纳米级规格，而非天然提取。
🧪 使碳化硅非凡的特性
碳化硅在发动机保护中的价值源于其多种特性组合，这些特性综合起来，在实际价格范围内无其他材料可比。单独理解每项特性能说明它为何不仅“适合”此应用，而是独一无二地适合。
🔩 机械性能
- 莫氏硬度9.5 — 仅次于钻石；比任何发动机金属都硬
- 高杨氏模量 — 极其刚性；在压缩载荷下抗变形
- 自愈行为 — 纳米级碳化硅在运行中填补微小划痕
- 低摩擦系数 — 碳化硅与金属接触产生的摩擦远低于金属与金属之间
- 高耐磨性 — 在工业应用中专门用于因其耐磨损特性
🌡️ 热学与化学特性
- 熔点2730°C — 任何发动机工况都远未达到此温度
- 热导率 — 高效导热，有助于散发摩擦产生的热量
- 化学惰性 — 抵抗所有发动机液体：机油、燃油、冷却液、燃烧产生的酸性物质
- 抗氧化性 — 在高温空气中稳定；不生锈或腐蚀
- 与机油兼容 — 不干扰机油中的清净分散剂或粘度添加剂
🔑 为什么这种组合独一无二
大多数硬质材料都很脆且热稳定性差。大多数热稳定性好的材料都较软。大多数化学惰性材料价格昂贵或难以在纳米尺度制造。碳化硅同时具备极高的硬度、远超任何发动机需求的热稳定性、对所有发动机液体的化学惰性，以及在实际成本下可制造纳米级颗粒尺寸。没有任何单一替代材料能同时具备这四种特性。
💎 莫氏9.5：硬度的背景意义
莫氏硬度表从1（滑石——用指甲轻易碎裂）到10（钻石——能划伤所有物质）。了解9.5在发动机材料中的位置，能清楚体现其重要性。
莫氏硬度表——发动机材料背景
实际意义：莫氏硬度9.5的SiC比发动机内接触的每一种材料都硬。一旦陶瓷基体与金属亚表面结合，没有任何发动机摩擦事件能将其磨损掉。周围的金属会先磨损，而不是SiC。这就是保护真正永久而非逐渐退化的原因——陶瓷在莫氏硬度上比其环境硬度高出2个以上等级。
比较点：PTFE（特氟龙®），用于某些油添加剂，莫氏硬度约为2.0——比你的指甲还软。它在油中悬浮时提供暂时的润滑性，但一旦油排出，无法提供与SiC相当的耐磨性。硬度很重要，因为摩擦表面会相互磨损——只有更硬的材料才能永久抵抗这种磨损循环。
🌡️ 2,730°C：无发动机能挑战的热稳定性
温度比较：发动机 vs. SiC
仅熔点比较就说明了一切：机油会降解且必须更换，因为它无法承受持续的高温。SiC的熔点远高于任何内燃机——无论是汽油、柴油还是其他类型——在任何持续的表面接触条件下都无法达到的温度。
这种热稳定性对发动机保护寿命有直接影响：发动机内部的SiC不存在温度驱动的降解机制。基于油的添加剂会热降解，这就是为什么必须更换机油。SiC在任何发动机工作范围内都没有这样的降解途径。第3,000英里的陶瓷基体在化学和物理上与第150,000英里的陶瓷基体完全相同。
🔑 含油添加剂的热对比
含化学摩擦改性剂的发动机油从发动机达到工作温度的那一刻起就开始降解其添加剂包。到换油周期结束时，添加剂浓度仅为新油水平的一小部分。然后排放。硅化碳的降解温度低于2,730°C——意味着在初始结合期形成的保护层将无限期保持100%效能。化学性质不会因高温改变，因为SiC不是反应性化学物质——它是一种陶瓷。
🔬 粒径为何改变一切
“纳米”在纳米硅化碳中不是营销用语——它描述了一个特定的粒径范围（通常为1–100纳米，或十亿分之一米），这从根本上改变了SiC的功能。
标准SiC（微米级）
- 粒径：1–1,000+ 微米
- 应用：磨轮、砂纸、切割工具
- 在油中的行为：颗粒过大，无法进入金属微观结构；作为磨料作用
- 发动机处理用途：不适合——会导致磨损增加
- 示例：碳化硅研磨剂、刹车盘
纳米SiC（纳米级）
- 粒径：1–100纳米
- 应用：发动机处理、高性能涂层、半导体材料
- 在油中的行为：足够小，能渗透金属表面微观不规则性
- 发动机处理用途：理想——结合进金属，无磨蚀效果
- 示例：Cerma STM-3®（100%活性纳米SiC）
为了形象化尺寸差异：一根人类头发直径约为80,000–100,000纳米。10纳米的纳米级SiC颗粒大约比头发宽度小8,000倍。机加工发动机金属的微观表面不规则性——即使是精密珩磨留下的峰谷——尺寸以数百纳米计。纳米SiC颗粒能嵌入这些不规则性中；标准微米级SiC颗粒则不能。
关键区别：在发动机油中使用常规（微米级）SiC是有害的——它会作为磨料，加速磨损而非防止磨损。这就是为什么并非所有“SiC”或“陶瓷”产品都是等同的。Cerma STM-3® 使用专门设计的纳米硅化碳，粒径范围正确，能实现结合而非磨蚀。粒径工程是区分表面处理与研磨剂的关键。
🔩 纳米SiC如何与发动机金属结合
结合过程不是瞬间完成的——它在最初的3,000–5,000英里运行中逐步发展。以下是详细机制：
通过油液循环传递
Cerma STM-3® 在您更换机油时添加到发动机油中。纳米SiC颗粒与机油混合，并由机油泵立即输送到所有润滑表面——气缸壁、活塞环、凸轮轴凸轮、气门杆、主轴承和连杆轴承以及正时链条组件。无需拆卸；油液循环是传递机制。
穿透表面微观不规则性
即使是精密加工的发动机表面，在纳米尺度下也存在微观粗糙度。例如，缸壁的峰谷尺寸在数百纳米范围内。约10纳米的纳米SiC颗粒足够小，能进入并沉积在这些微观特征中，同时被携带在表面间的油膜中。
热量与压力激活
正常发动机运行提供了启动结合所需的热量（机油表面工作温度100–130°C，摩擦接触点更高）和机械接触压力。在这些条件下，SiC颗粒被驱入接触点的金属亚表面。热能与机械压力的结合激活了整合过程。
渐进式陶瓷基体形成
在3000至5000英里的正常驾驶过程中，SiC颗粒逐渐填充并整合进所有摩擦表面的微观结构。随着陶瓷基体填充峰谷，表面粗糙度明显降低。结果不是金属表面上的涂层，而是金属表面本身的改性，SiC整合进了亚表面结构。
永久基体 — 换油无影响
一旦完全形成，陶瓷基体即为永久性。换油会排出机油及其中溶解的所有物质——但SiC基体是与金属结合的，不溶于机油。使SiC不受温度（熔点2730°C）和化学性质（对所有发动机液体惰性）影响的同样特性，也阻止了任何机制在正常维护中将其去除。无需再进行任何处理。
⚖️ SiC与其他发动机处理技术对比
| 技术 | 示例 | 硬度 | 经得起换油 | 冷启动保护 | 永久性？ |
|---|---|---|---|---|---|
| PTFE（特氟龙®） | Slick 50，部分Prolong | 莫氏硬度约2.0 | ✗ 随油排出 | ✗ 否 | ✗ 否 |
| 二硫化钼（MoS₂） | 各种摩擦改性剂 | 莫氏硬度1.0–1.5 | ✗ 随油排出 | ✗ 否 | ✗ 否 |
| 氮化硼 | Liqui Moly Cera Tec（部分） | 莫氏硬度约2（六方）/ 10（立方） | ✗ 悬浮；会流失 | ✗ 否 | ✗ 否 |
| 二烷基二硫代磷酸锌（ZDDP） | 标准机油添加剂 | 低（磷酸盐膜） | ✗ 随油排出 | ✗ 否 | ✗ 否 |
| 有机摩擦改性剂 | 大多数现代合成油 | 不适用（化学膜） | ✗ 随油排出 | ✗ 否 | ✗ 否 |
| 纳米碳化硅 (SiC) | Cerma STM-3® | 莫氏硬度9.5 | ✓ 与金属结合 | ✓ 是 — 在金属中 | ✓ 是 — 永久性 |
表格突出显示了决定性的区别：其他所有发动机处理技术都是通过修改机油来操作的。纳米SiC则是通过修改金属来操作的。由于金属无论换油与否都留在发动机内，保护效果得以保持。由于机油在每次换油时都会被更换，任何依赖机油持续有效性的东西都会在每次换油时重置。
🔧 Cerma STM-3中SiC的应用位置
纳米碳化硅能与任何有润滑摩擦的铁基或非铁基金属表面结合。在车辆中，这涵盖的系统比大多数驾驶员意识到的还要多：
气缸壁
主要磨损表面 — SiC填补磨光痕迹，减少废气泄漏，恢复高里程发动机压缩
凸轮轴凸轮
高负载接触点 — 凸轮轴凸轮在冷启动时常见故障；SiC在机油到达前提供保护
活塞环
活塞环与气缸壁的接触面是发动机中摩擦最大的部位 — 双面SiC显著减少磨损
气门杆和导管
垂直表面 — 这些表面油液会在夜间完全流失，使其在冷启动时特别脆弱
曲轴轴承
主轴承和连杆轴承承受全部发动机负载 — SiC减少表面粗糙度，延长轴承寿命
正时部件
VVT系统、正时链导轨和张紧器 — 所有润滑摩擦表面均受益于SiC结合
Cerma STM-3有专门针对变速箱（齿轮箱内齿轮和轴承表面）和摩托车发动机（发动机和变速箱共用机油）的产品。相同的纳米SiC结合机制适用于所有产品变体中的所有润滑摩擦表面。
Cerma STM-3® 发动机处理剂
唯一使用100%纳米碳化硅作为唯一活性成分的发动机处理剂。无石油载体。无PTFE。无在换油时流失的化学摩擦改性剂。纯陶瓷，永久结合您的发动机金属。
📦 产品选择 — 适用于每台发动机的Cerma STM-3
| 发动机类型 | 应用 | 尺寸 | 价格 |
|---|---|---|---|
| 汽油发动机处理剂 | 所有汽油发动机 — 4、6、8缸 | 2 盎司 | $105.60 |
| 柴油处理剂 — 小型 | 1–2.8升柴油汽车 | 2 盎司 | $105.60 |
| 柴油处理剂 — 中型 | 3–4.8升柴油卡车/SUV | 4 盎司 | $195.80 |
| 柴油处理剂 — 皮卡 | 5–6.7升（PowerStroke、Duramax、Cummins） | 6 盎司 | $290.40 |
| 柴油处理剂 — 半挂车 | 6.7升及以上商用柴油发动机 | 12 盎司 | $538.45 |
| 变速箱处理 | 自动/手动汽车和卡车 | 2 盎司 | $70.40 |
| 变速箱处理剂（半挂车） | 半挂车变速箱 | 6 盎司 | $193.60 |
| 摩托车处理剂 | 所有四冲程摩托车 | 1.25盎司 | $71.50 |
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常见问题
性能声明： * 所有带星号的性能声明均反映测试条件下的最大结果。实际结果因人而异。
技术数据： 碳化硅的材料特性（莫氏硬度9.5，熔点2730°C，密度3.21 g/cm³，化学惰性）是针对SiC化合物的已确立科学数据，并非Cerma特有声明。发动机金属的莫氏硬度值为近似范围，代表常见发动机合金。
商标声明： Cerma STM-3® 是 Bijou Inc. 的注册商标。PTFE 是一种化合物；Teflon® 是 The Chemours Company 的注册商标。Liqui Moly® 和 Cera Tec® 是 Liqui Moly GmbH 的注册商标。所有其他品牌名称均为其各自所有者的商标。
编辑声明： 由 Cerma Treatment（Bijou Inc.）发布，位于佛罗里达州迈尔斯堡。Cerma Treatment 对本文所述产品具有商业利益。