Cerámica automotriz
La cerámica es un material altamente resiliente que se forja mediante el calentamiento a temperaturas extremas de minerales inorgánicos, no metálicos, rocas o arcilla. Si bien se utiliza para fabricar cerámica y otros objetos, la cerámica también es vital para la ingeniería automotriz. La cerámica automotriz ayuda a lograr resiliencia, longevidad y un funcionamiento confiable en motores y otras piezas de vehículos.
Existen distintos tipos de cerámicas para automoción.
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Zirconia
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Alúmina
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silicato de magnesio
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Cordierita
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Nitruro de silicio
Estas cerámicas se prefieren principalmente porque soportan repetidamente diversas condiciones, como altas temperaturas de combustión interna y fricción, corrientes eléctricas, corrosión química y tensión estructural por flexión y deformación incesantes.
Se utilizan para fabricar diversos componentes, como sensores, convertidores catalíticos, sistemas de frenos y bloques de cilindros, entre muchos otros. Presentan una alta resistencia térmica y son mucho más ligeros que los metales comunes. Este artículo examina algunos de estos componentes cerámicos y sus usos y ventajas sobre los materiales convencionales.
Ventajas de la cerámica automotriz
Ventajas de la cerámica automotriz
Alta resistencia al calor
Esta es la ventaja más crucial de las piezas automotrices de cerámica sobre las piezas metálicas tradicionales. Dado que la mayoría de las operaciones dentro de un vehículo generan calor intenso, estas piezas deben fabricarse con un material que pueda soportar temperaturas extremas repetidamente sin sufrir choques térmicos. La mayoría de las cerámicas automotrices mencionadas anteriormente tienen una estabilidad térmica confiable, lo que las convierte en el material ideal para la fabricación de componentes automotrices.
Durable y confiable
La cerámica es altamente resistente al desgaste y la corrosión, y prácticamente inmune a los daños químicos. Las piezas automotrices de cerámica duran mucho tiempo, lo que aumenta la confiabilidad y reduce los costos de mantenimiento. Se requieren reemplazos con menos frecuencia que algunos componentes metálicos convencionales.
Las cerámicas automotrices son más ligeras
La cerámica automotriz es más ligera que los materiales metálicos como el hierro y el acero. Por lo tanto, representa una solución revolucionaria para la mayoría de los fabricantes de automóviles que buscan optimizar la reducción de peso en sus producciones. Los vehículos más ligeros logran un mayor ahorro de combustible, una mejor maniobrabilidad y emiten menos gases tóxicos al medio ambiente. Esto convierte a la cerámica en la opción predilecta para la mayoría de los fabricantes de automóviles modernos.
Ecológico
La cerámica constituye un componente crucial para los dispositivos de sostenibilidad ambiental de un vehículo. Dado que estos dispositivos se ubican en el sistema de escape de alta temperatura para atrapar y mitigar gases y partículas nocivas, la cerámica es esencial por su resistencia al calor. Por lo tanto, la cerámica desempeña un papel fundamental en la sostenibilidad ambiental de la ingeniería automotriz.
Usos de la cerámica automotriz en la ingeniería y fabricación de vehículos
Usos de la cerámica automotriz en la ingeniería y la fabricación
Se utiliza en discos y pastillas de freno de cerámica.
Los discos de freno cerámicos son una solución práctica para conducir en condiciones de alto rendimiento y de alta tensión. Al frenar a alta velocidad, se genera mucho calor. La intensa presión y las altas temperaturas generadas pueden provocar la fusión y deformación de los discos de freno de hierro convencionales.
El calentamiento y enfriamiento constantes pueden provocar desgaste y grietas con el tiempo. Por otro lado, la cerámica automotriz soluciona este problema ofreciendo discos de freno con alta resistencia al calor, la fricción y la presión. El menor peso de los discos de freno cerámicos también es una ventaja adicional para la conducción deportiva, ya que mejoran el manejo y la maniobrabilidad, además de contribuir a un mayor ahorro de combustible.
El mantenimiento de los sistemas de freno de tambor traseros convencionales también puede ser un problema. Esto se debe principalmente al polvo que suele acumularse en el forro del freno. Si el polvo no se limpia con regularidad, puede reducir la eficiencia del sistema de frenado, causar rayones en el forro del tambor y producir un molesto chirrido agudo al frenar. Los discos de freno cerámicos y los forros cerámicos de los tambores solucionan este problema, ya que ofrecen mayor resistencia al calor y a la fricción, lo que reduce la amenaza del polvo.
Sensores
Los automóviles modernos cuentan con múltiples sensores que transmiten digitalmente lecturas computarizadas al panel de instrumentos. La mayoría de estos sensores están fabricados con un revestimiento cerámico, ya que se ubican en partes del vehículo donde las temperaturas extremas y la alta presión son constantes. Estos incluyen sensores de oxígeno, sensores de presión de aceite y transmisores de nivel de combustible, entre muchos otros. La cerámica también es la preferida para estos sensores, ya que es biocompatible con diversos aceites de motor y combustibles.
Los sensores de oxígeno de los sistemas de escape suelen estar hechos de un material cerámico como el dióxido de circonio, con platino para la descomposición del oxígeno. Si bien el circonio conduce eficazmente los iones de oxígeno, también soporta las altas temperaturas del sistema de combustión, monitorizando eficazmente la relación aire-combustible y transmitiendo lecturas precisas para la inyección de combustible.
Ceramics también fabrica carcasas y lentes resistentes para sensores de detección y medición de luz. Estos sensores son una invención tecnológica revolucionaria que ha contribuido a la automatización completa de los vehículos, creando vehículos autónomos. Ceramics garantiza la durabilidad y fiabilidad de estos sensores lidar. Los sensores de temperatura consisten en resistencias variables de cerámica con alta resistencia térmica que transmiten lecturas precisas de la temperatura del aceite al panel de instrumentos para su monitorización.
Los sensores de presión están hechos de cerámica para soportar deformaciones constantes y resistir la corrosión.
Sistemas de escape ecológicos
Mientras el mundo lucha por suprimir las emisiones nocivas, los motores diésel modernos están equipados con diversos dispositivos tecnológicos para reducir la emisión de gases de carbono nocivos a la atmósfera. Uno de estos inventos es el convertidor catalítico, que ayuda a descomponer y oxidar gases nocivos como el óxido nitroso, el monóxido de carbono y los hidrocarburos mediante reacciones químicas, convirtiéndolos en gases menos nocivos para su emisión.
El núcleo del convertidor catalítico está hecho principalmente de cordierita, un material cerámico sintetizado a partir de magnesio, aluminio y silicio, capaz de soportar las altas temperaturas de los gases de escape. El núcleo cerámico tiene una estructura de panal recubierta de tierras raras como rodio, platino y paladio. Estos metales facilitan las reacciones de reducción y oxidación para descomponer los gases de escape nocivos. Este sustrato cerámico proporciona una superficie resistente al calor para esta reacción.
Los filtros de partículas diésel también contienen un monolito cerámico en forma de panal con pequeñas ranuras que ayudan a retener el hollín y otras partículas sólidas tóxicas de los gases de escape. Esto garantiza un ambiente más limpio y evita la emisión de humo negro, característica de los motores diésel. La rejilla de retención del DPF está fabricada con material cerámico resistente a las altas temperaturas de los gases de escape que la atraviesan. La cerámica garantiza la durabilidad del DPF.
Cámaras de combustión y calor del motor
Las cerámicas automotrices, como el carburo de silicio, se utilizan para revestir las paredes internas de la cámara de combustión del motor. Esto se debe a su capacidad para soportar altas temperaturas de combustión, que superan los 1000 grados Celsius, sin ser vulnerable al choque térmico. Este material también soporta fácilmente la alta presión aplicada durante la compresión, lo que garantiza la fiabilidad y la longevidad del motor.
Rotores del turbocompresor
Los turbocompresores comprimen el aire del escape hacia la admisión del motor para aumentar su par y rendimiento. Debido a la constante rotación a alta velocidad y a los gases de escape calientes que pasan por la admisión, los rotores deben fabricarse con un material muy resistente. Un material cerámico como el nitruro de silicio es ideal para la fabricación de este componente, ya que es resistente y de baja densidad.
bujías
La alúmina es el material cerámico utilizado en la fabricación de bujías. Este componente del motor de un vehículo genera una chispa eléctrica de alto voltaje que enciende la mezcla de aire y combustible dentro de la cámara de combustión para iniciar el proceso de combustión.
La constante generación de chispas de alto voltaje genera altas temperaturas que pueden degradar rápidamente metales comunes y otros materiales. Por lo tanto, la alta resistencia térmica de la cerámica es un requisito crucial en la fabricación de este componente para garantizar su funcionamiento fiable y durabilidad.
Sellos mecánicos y cojinetes
Los sellos mecánicos y los cojinetes en diversas partes del motor y la transmisión de un vehículo deben ser lo suficientemente resistentes como para soportar presiones, tensiones, calor y movimiento constantes extremos sin desgastarse ni ceder rápidamente. La cerámica proporciona un material confiable para la fabricación de estos componentes mecánicos cruciales.
Esferas, carcasa y lentes
La durabilidad y longevidad de la cerámica la convierten en una excelente opción para la fabricación de componentes estéticos interiores, como diales y pantallas de infoentretenimiento. Dado que estos se manipulan constantemente, deben ser resistentes al desgaste. Mientras que los diales tradicionales de plástico y cromo se desgastan y decoloran rápidamente, la cerámica suele resistir mejor el paso del tiempo.
La cerámica automotriz también es esencial para la fabricación de carcasas resistentes para la caja de la computadora, las luces interiores y otros sensores. Los faros, las cámaras para salpicadero y las cámaras de aparcamiento también tienen lentes de fibra de vidrio cerámica, que son más duraderas y resistentes a los arañazos que el vidrio convencional.
Aislamiento eléctrico
Los vehículos eléctricos utilizan ampliamente la cerámica para el aislamiento de baterías, sistemas de alimentación, sistemas de carga y otros componentes eléctricos. La cerámica es el material predilecto para la fabricación de paneles aislantes en estos vehículos debido a su resistividad eléctrica y estabilidad térmica. Los vehículos eléctricos también utilizan cerámica para la fabricación de disipadores de calor y sistemas de refrigeración.
Conclusión; Cerámica automotriz
La cerámica automotriz es la solución perfecta para la ingeniería automotriz sostenible. Gracias a ella, los fabricantes de automóviles pueden lograr reducción de peso, sostenibilidad ambiental, durabilidad y fiabilidad.
Su resistencia al calor, al desgaste y a la fatiga por tracción es un logro revolucionario que la industria automotriz ha aprovechado y continúa aprovechando para simplificar la vida de propietarios y fabricantes de vehículos. La cerámica automotriz es el futuro de la ingeniería automotriz.