Autokeramiek
Keramiek is een zeer veerkrachtig materiaal dat wordt gesmeed door extreme verhitting van anorganische, niet-metalen mineralen, gesteenten of klei. Hoewel keramiek wordt gebruikt voor de productie van aardewerk en andere objecten, is het ook essentieel voor de autotechniek. Autokeramiek draagt bij aan de veerkracht, duurzaamheid en betrouwbare functionaliteit van automotoren en andere voertuigonderdelen.
Er bestaan verschillende soorten autokeramiek.
-
Zirkonia
-
Aluminiumoxide
-
Magnesiumsilicaat
-
Cordieriet
-
Siliciumnitride
Deze keramische materialen genieten de voorkeur omdat ze herhaaldelijk verschillende omstandigheden kunnen weerstaan, zoals hoge verbrandings- en wrijvingstemperaturen, elektrische stromen, chemische corrosie en structurele spanningen door voortdurend buigen en kromtrekken.
Ze worden gebruikt voor de productie van diverse componenten, zoals sensoren, katalysatoren, remsystemen en cilinderblokken, naast vele andere elementen. Ze hebben een hoge hittebestendigheid en zijn veel lichter dan gewone metalen. Dit artikel onderzoekt enkele van deze keramische componenten en hun toepassingen en voordelen ten opzichte van conventionele materialen.
Voordelen van autokeramiek
Voordelen van autokeramiek
Hoge hittebestendigheid
Dit is het belangrijkste voordeel van keramische auto-onderdelen ten opzichte van traditionele metalen auto-onderdelen. Omdat de meeste bewerkingen in een voertuig intense hitte genereren, moeten deze onderdelen gemaakt zijn van materiaal dat herhaaldelijk extreme temperaturen kan weerstaan zonder te bezwijken aan thermische schokken. De meeste van de hierboven genoemde autokeramieken hebben een betrouwbare thermische stabiliteit, waardoor ze het ideale materiaal zijn voor de productie van auto-onderdelen.
Duurzaam en betrouwbaar
Keramiek is zeer goed bestand tegen slijtage en corrosie en is voornamelijk ongevoelig voor chemische schade. Auto-onderdelen van keramiek gaan lang mee, wat de betrouwbaarheid verhoogt en de onderhoudskosten verlaagt. Vervanging is minder vaak nodig dan bij sommige conventionele metalen componenten.
Autokeramiek is lichter
Autokeramiek is lichter dan metalen zoals ijzer en staal. Het is daarom een revolutionaire oplossing voor de meeste autofabrikanten die gewichtsreductie in hun productie willen optimaliseren. Lichtere voertuigen hebben een lager brandstofverbruik, een beter rijgedrag en stoten minder giftige gassen uit. Dit maakt keramiek de ideale keuze voor de meeste moderne autofabrikanten.
Milieuvriendelijk
Keramiek vormt cruciale componenten voor milieuvriendelijke componenten in een voertuig. Omdat deze componenten zich in het hete uitlaatsysteem bevinden om schadelijke gassen en deeltjes op te vangen en af te voeren, zijn keramiekmaterialen essentieel vanwege hun hittebestendige eigenschappen. Keramiek speelt dan ook een belangrijke rol bij het bereiken van milieuvriendelijke componenten in de autotechniek.
Toepassingen van autokeramiek in de engineering en productie van voertuigen
Toepassingen van autokeramiek in de techniek en productie
Wordt gebruikt in keramische remschijven en remblokken
Keramische remschijven zijn een praktische oplossing voor rijden onder hoge druk en in extreem stressvolle omstandigheden. Wanneer voertuigen op hoge snelheid remmen, komt er veel warmte vrij. De intense druk en de hoge temperaturen kunnen ervoor zorgen dat conventionele ijzeren remschijven smelten en vervormen.
Constante verhitting en koeling kunnen ervoor zorgen dat ze na verloop van tijd slijten en scheuren ontwikkelen. Autokeramiek biedt hier echter een oplossing voor door remschijven te bieden met een hoge weerstand tegen hitte, wrijving en druk. Het lichtere gewicht van keramische remschijven is ook een bijkomend voordeel voor sportief rijden, omdat ze de handling en wendbaarheid verbeteren en bijdragen aan een lager brandstofverbruik.
Het onderhoud van conventionele remtrommelsystemen achter kan ook een hoofdpijndossier zijn. Dit komt voornamelijk door het stof dat zich meestal ophoopt in de remvoering. Als dit stof niet regelmatig wordt verwijderd, kan dit de efficiëntie van het remsysteem verminderen, krassen in de remtrommelvoering veroorzaken en een irritant hoog, piepend geluid veroorzaken bij het remmen. Keramische remschijven en -trommelvoeringen lossen dit probleem op, omdat ze een hogere hitte- en wrijvingsweerstand bieden en daardoor minder last hebben van stof.
Sensoren
Moderne auto's hebben meerdere sensoren die digitaal gecomputeriseerde metingen naar het instrumentenpaneel sturen. De meeste van deze sensoren zijn voorzien van een keramische coating, omdat ze zich in delen van de auto bevinden waar extreme temperaturen en hoge druk constant zijn. Voorbeelden hiervan zijn zuurstofsensoren, oliedruksensoren en brandstofmeters, en vele andere. Keramiek heeft ook de voorkeur voor deze sensoren, omdat het biocompatibel is met verschillende soorten motorolie en brandstof.
Zuurstofsensoren in het uitlaatsysteem zijn meestal gemaakt van een keramisch materiaal zoals zirkoniumdioxide, met platina voor de afbraak van zuurstof. Hoewel zirkonium zuurstofionen efficiënt geleidt, is het ook bestand tegen de hoge temperaturen in het verbrandingssysteem, waardoor de lucht-brandstofverhouding effectief wordt bewaakt en nauwkeurige metingen voor brandstofinjectie worden doorgegeven.
Ceramics produceert ook duurzame behuizingen en lenzen voor lichtdetectie- en afstandssensoren. Deze sensoren zijn een revolutionaire technologische uitvinding die heeft bijgedragen aan volledige automatisering in motorvoertuigen en zelfrijdende auto's heeft voortgebracht. Keramiek garandeert de duurzaamheid en betrouwbaarheid van deze lidarsensoren. Temperatuursensoren bestaan uit keramische variabele weerstanden met een hoge hittebestendigheid die nauwkeurige olietemperatuurmetingen naar het instrumentenpaneel sturen voor monitoring.
Druksensoren zijn gemaakt van keramiek, zodat ze bestand zijn tegen voortdurende kromtrekking en corrosie.
Milieuvriendelijke uitlaatsystemen
Terwijl de wereld vecht om schadelijke emissies te verminderen, zijn moderne dieselmotoren nu uitgerust met diverse technologische hulpmiddelen om de uitstoot van schadelijke koolstofgassen in de atmosfeer te verminderen. Een voorbeeld van zo'n uitvinding is de katalysator, die helpt bij het afbreken en oxideren van schadelijke gassen zoals stikstofoxide, koolmonoxide en koolwaterstoffen door middel van chemische reacties tot minder schadelijke gassen voor de uitstoot.
De kern van de katalysator bestaat voornamelijk uit cordieriet, een keramisch materiaal gesynthetiseerd uit magnesium, aluminium en silicium, dat bestand is tegen de hoge temperaturen van uitlaatgassen. De keramische kern heeft een honingraatstructuur, bedekt met zeldzame aardmetalen zoals rhodium, platina en palladium. Deze metalen vergemakkelijken reductie- en oxidatiereacties om schadelijke uitlaatgassen af te breken. Dit keramische substraat biedt een hittebestendig oppervlak voor deze reactie.
Dieselroetfilters bevatten ook een keramische honingraatvormige monoliet met kleine groeven die roet en andere vaste giftige deeltjes uit de uitlaatgassen filteren. Dit zorgt voor een schonere omgeving en voorkomt de uitstoot van zwarte rook die normaal gesproken bij dieselmotoren optreedt. Het filterrooster in het DPF is gemaakt van keramisch materiaal dat bestand is tegen de hoge temperaturen van de uitlaatgassen die erdoorheen stromen. De keramiek garandeert een duurzame werking van het DPF.
Motorwarmte- en verbrandingskamers
Autokeramiek zoals siliciumcarbide wordt gebruikt om de binnenwanden van de verbrandingskamer van een motor te bekleden. Dit komt doordat het materiaal bestand is tegen hoge verbrandingstemperaturen, die oplopen tot meer dan 1000 graden Celsius, zonder gevoelig te zijn voor thermische schokken. De hoge druk die tijdens de compressie wordt uitgeoefend, wordt ook gemakkelijk door dit materiaal weerstaan, wat zorgt voor betrouwbaarheid en een lange levensduur in de motor.
Turbocompressorrotoren
Turbocompressoren persen lucht uit de uitlaatgassen in de inlaat van de motor om het koppel en de prestaties van de motor te verhogen. Vanwege de constante hoge snelheid en de hete uitlaatgassen die door de inlaat gaan, moeten de rotoren van zeer duurzaam materiaal worden gemaakt. Een keramisch materiaal zoals siliciumnitride is ideaal voor de productie van dit onderdeel, omdat het sterk is en een lage dichtheid heeft.
Bougies
Alumina is het keramische materiaal dat wordt gebruikt bij de productie van bougies. Dit onderdeel van de motor van een voertuig creëert een elektrische hoogspanningsvonk die het mengsel van lucht en brandstof in de verbrandingskamer ontsteekt en zo het verbrandingsproces op gang brengt.
De constante hoogspanningsvonk genereert hoge temperaturen die gewone metalen en andere materialen snel kunnen aantasten. De hoge hittebestendigheid van keramiek is daarom een cruciale vereiste bij de productie van dit onderdeel om de betrouwbare werking en duurzaamheid van het element te garanderen.
Mechanische afdichtingen en lagers
Mechanische afdichtingen en lagers in verschillende onderdelen van de motor en aandrijflijn van een voertuig moeten sterk genoeg zijn om extreme druk, spanning, hitte en constante beweging te weerstaan zonder snel te slijten en te bezwijken. Keramiek biedt een betrouwbaar materiaal voor de productie van deze cruciale mechanische componenten.
Wijzerplaten, behuizing en lenzen
De duurzaamheid en lange levensduur van keramiek maken het een goede keuze voor de productie van esthetische interieurcomponenten zoals wijzerplaten en infotainmentschermen. Omdat deze constant worden bewerkt, moeten ze bestand zijn tegen slijtage. Waar traditionele kunststof en chromen wijzerplaten snel slijten en verkleuren, gaat keramiek over het algemeen langer mee.
Autokeramiek is ook essentieel voor de productie van duurzame behuizingen voor de computerkast, binnenverlichting en andere sensoren. Koplampen, dashcams en parkeercamera's hebben ook lenzen van keramisch glasvezel, dat duurzamer en krasbestendiger is dan gewoon glas.
Elektrische isolatie
Elektrische voertuigen maken veelvuldig gebruik van keramiek voor de isolatie van accu's, energiesystemen, laadsystemen en andere elektrische componenten. Keramiek is het favoriete materiaal voor de productie van isolatiepanelen in deze voertuigen vanwege de elektrische weerstand en thermische stabiliteit. Elektrische voertuigen maken ook gebruik van keramiek voor de productie van koellichamen en koelsystemen.
Conclusie; Autokeramiek
Autokeramiek is de perfecte oplossing voor duurzame autotechniek. Autofabrikanten kunnen hiermee nu gewichtsvermindering, milieuvriendelijkheid, duurzaamheid en betrouwbaarheid bereiken.
Hun weerstand tegen hitte, slijtage en trekvermoeidheid is een revolutionaire prestatie die de auto-industrie sindsdien heeft benut en blijft benutten om het leven van autobezitters en -fabrikanten gemakkelijker te maken. Autokeramiek is de toekomst van de autotechniek.