Cerâmica automotiva
Cerâmicas são materiais altamente resilientes, forjados por meio do aquecimento em temperaturas extremas de minerais inorgânicos e não metálicos, rochas ou argila. Embora utilizada na fabricação de cerâmica e outros objetos, a cerâmica também é vital para a engenharia automotiva. As cerâmicas automotivas ajudam a alcançar resiliência, longevidade e funcionalidade confiável em motores de automóveis e outras peças de veículos.
Existem vários tipos de cerâmica automotiva.
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Zircônia
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Alumina
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Silicato de magnésio
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Cordierita
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Nitreto de silício
Essas cerâmicas são preferidas principalmente porque resistem repetidamente a diversas condições, como altas temperaturas de combustão interna e atrito, correntes elétricas, corrosão química e tensão estrutural causada por flexões e deformações incessantes.
Eles são usados na fabricação de diversos componentes, como sensores, conversores catalíticos, sistemas de freio e blocos de cilindros, entre muitos outros. Possuem alta resistência ao calor e são muito mais leves do que os metais comuns. Este artigo analisa alguns desses componentes cerâmicos, seus usos e vantagens em relação aos materiais convencionais.
Vantagens da Cerâmica Automotiva
Vantagens da Cerâmica Automotiva
Alta resistência ao calor
Esta é a vantagem mais crucial das peças automotivas de cerâmica em relação às peças metálicas tradicionais. Como a maioria das operações dentro de um veículo gera calor intenso, essas peças precisam ser feitas de um material que possa suportar temperaturas extremas repetidamente sem sofrer choque térmico. A maioria das cerâmicas automotivas mencionadas acima possui estabilidade térmica confiável, tornando-as o material ideal para a fabricação de componentes automotivos.
Durável e confiável
As cerâmicas são altamente resistentes ao desgaste ou à corrosão e, principalmente, imunes a danos químicos. Peças automotivas feitas de cerâmica duram muito, aumentando a confiabilidade e reduzindo os custos de manutenção. As substituições são menos frequentes em comparação com alguns componentes metálicos convencionais.
As cerâmicas automotivas são mais leves
As cerâmicas automotivas são mais leves do que materiais metálicos como ferro e aço. Portanto, são uma solução revolucionária para a maioria das montadoras que buscam otimizar a redução de peso em suas produções. Veículos mais leves proporcionam maior economia de combustível, melhor dirigibilidade e emitem menos gases tóxicos para o meio ambiente. Isso torna a cerâmica a opção preferida da maioria das montadoras modernas.
Ecológico
As cerâmicas são componentes cruciais para dispositivos de sustentabilidade ambiental em veículos. Como esses dispositivos estão localizados dentro do sistema de exaustão de alta temperatura para reter e mitigar gases e partículas nocivas, as cerâmicas são essenciais por sua capacidade de resistência ao calor. Assim, as cerâmicas desempenham um papel fundamental para alcançar a sustentabilidade ambiental na engenharia automotiva.
Usos de Cerâmicas Automotivas na Engenharia e Fabricação de Veículos
Usos de cerâmicas automotivas na engenharia e na fabricação
Usado em discos e pastilhas de freio de cerâmica
Discos de freio de cerâmica são uma solução prática para dirigir em condições de alta performance e intensamente estressantes. Quando os veículos freiam em altas velocidades, muito calor é gerado. A intensa pressão aplicada e as altas temperaturas geradas podem fazer com que os discos de freio de ferro convencionais derretam e se deformem.
Aquecimento e resfriamento constantes podem causar desgaste e rachaduras ao longo do tempo. A cerâmica automotiva, por outro lado, resolve esse problema, oferecendo discos de freio com alta resistência ao calor, atrito e pressão. O menor peso dos discos de freio de cerâmica também é uma vantagem adicional para a direção esportiva, pois melhora a dirigibilidade e a manobrabilidade, contribuindo para uma melhor economia de combustível.
A manutenção de sistemas convencionais de tambor de freio traseiro também pode ser uma dor de cabeça. Isso se deve principalmente à poeira que geralmente se acumula nas lonas de freio. Se a poeira não for removida regularmente, pode reduzir a eficiência do sistema de frenagem, causar arranhões nas lonas do tambor de freio e resultar em um ruído agudo e irritante ao frear. Discos de freio e lonas de tambor de cerâmica resolvem esse problema, pois oferecem maior resistência ao calor e ao atrito, reduzindo, portanto, o risco de poeira.
Sensores
Os automóveis modernos possuem múltiplos sensores que transmitem digitalmente leituras computadorizadas para o painel de instrumentos. A maioria desses sensores é feita com revestimento cerâmico, pois estão localizados em partes do veículo onde temperaturas extremas e alta pressão são constantes. Isso inclui sensores de oxigênio, sensores de pressão de óleo e transmissores de medidor de combustível, entre muitos outros. A cerâmica também é preferida para esses sensores, pois é biocompatível com diversos tipos de óleo de motor e combustível.
Os sensores de oxigênio nos sistemas de escapamento são geralmente feitos de um material cerâmico, como dióxido de zircônio, com platina para decompor o oxigênio. Embora o zircônio conduza íons de oxigênio com eficiência, ele também suporta as altas temperaturas do sistema de combustão, monitorando com eficácia a relação ar-combustível e transmitindo leituras precisas para a injeção de combustível.
A Ceramics também fabrica carcaças e lentes duráveis para sensores de detecção e alcance de luz. Esses sensores são uma invenção tecnológica revolucionária que ajudou a alcançar a automação completa em veículos automotores, produzindo carros autônomos. A cerâmica garante a durabilidade e a confiabilidade desses sensores lidar. Os sensores de temperatura consistem em resistores variáveis de cerâmica com alta resistência ao calor que transmitem leituras precisas da temperatura do óleo para o painel de instrumentos para monitoramento.
Os sensores de pressão são feitos de cerâmica para suportar deformações constantes e resistir à corrosão.
Sistemas de exaustão ecológicos
Com o mundo lutando para suprimir as emissões nocivas, os motores a diesel modernos estão agora equipados com diversos dispositivos tecnológicos para reduzir a emissão de gases de carbono nocivos na atmosfera. Uma dessas invenções é o conversor catalítico, que ajuda a decompor e oxidar gases nocivos como óxido nitroso, monóxido de carbono e hidrocarbonetos por meio de reações químicas, transformando-os em gases menos nocivos para emissão.
O núcleo do conversor catalítico é feito principalmente de cordierita, um material cerâmico sintetizado a partir de magnésio, alumínio e silício, capaz de suportar as altas temperaturas dos gases de escape. O núcleo cerâmico é moldado em uma estrutura alveolar revestida com metais de terras raras, como ródio, platina e paládio. Estes facilitam as reações de redução e oxidação para decompor os gases de escape nocivos. Este substrato cerâmico proporciona uma superfície resistente ao calor para essa reação.
Os filtros de partículas diesel também contêm um monólito cerâmico em forma de favo de mel com pequenas ranhuras que ajudam a reter a fuligem e outras partículas sólidas tóxicas dos gases de escape. Isso garante um ambiente mais limpo e evita a emissão de fumaça preta normalmente associada aos motores a diesel. A grade de retenção do DPF é feita de material cerâmico resistente às altas temperaturas dos gases de escape que a atravessam. A cerâmica garante a operação duradoura do DPF.
Calor do motor e câmaras de combustão
Cerâmicas automotivas, como o carboneto de silício, são utilizadas para revestir as paredes internas da câmara de combustão do motor. Isso se deve à capacidade do material de suportar altas temperaturas de combustão, chegando a mais de 1.000 graus Celsius sem ser vulnerável a choques térmicos. A alta pressão aplicada durante a compressão também é facilmente suportada por este material, garantindo confiabilidade e longevidade ao motor.
Rotores do turbocompressor
Os turbocompressores comprimem o ar do escapamento para a admissão do motor, aumentando o torque e o desempenho do motor. Devido à rotação constante em alta velocidade e aos gases de escape quentes que passam pela admissão, os rotores precisam ser feitos de material altamente durável. Um material cerâmico como o nitreto de silício é ideal para a fabricação deste componente, por ser resistente e de baixa densidade.
Velas de ignição
A alumina é o material cerâmico utilizado na fabricação de velas de ignição. Este componente do motor de um veículo cria uma faísca elétrica de alta voltagem que inflama a mistura de ar e combustível dentro da câmara de combustão, iniciando o processo de combustão.
As constantes faíscas de alta tensão geram altas temperaturas que podem degradar rapidamente metais comuns e outros materiais. Portanto, as altas propriedades de resistência ao calor da cerâmica são um requisito crucial na fabricação deste componente para garantir o funcionamento confiável e a durabilidade do elemento.
Selos mecânicos e rolamentos
Selos mecânicos e rolamentos em diversas partes do motor e do conjunto propulsor de um veículo devem ser fortes o suficiente para suportar pressão, tensão, calor e movimento constante extremos sem se desgastarem e cederem rapidamente. A cerâmica fornece um material confiável para a fabricação desses componentes mecânicos cruciais.
Mostradores, caixa e lentes
A durabilidade e a longevidade da cerâmica a tornam uma boa escolha para a fabricação de componentes estéticos de interiores, como mostradores e telas de infoentretenimento. Como são constantemente mexidos, devem ser imunes ao desgaste. Enquanto os mostradores tradicionais de plástico e cromados se desgastam e desbotam rapidamente, a cerâmica tende a ter uma durabilidade melhor.
A cerâmica automotiva também é essencial para a fabricação de revestimentos duráveis para o gabinete do computador, luzes internas e outros sensores. Faróis, câmeras de painel e câmeras de estacionamento também possuem lentes feitas de fibra de vidro cerâmica, que são mais duráveis e resistentes a arranhões do que o vidro comum.
Isolamento elétrico
Veículos elétricos utilizam intensamente cerâmica para isolamento de baterias, sistemas de energia, sistemas de carregamento e outros componentes elétricos. A cerâmica é o material de escolha para a fabricação de painéis isolantes nesses veículos devido à sua resistividade elétrica e estabilidade térmica. Veículos elétricos também utilizam cerâmica para a fabricação de dissipadores de calor e sistemas de refrigeração.
Conclusão; Cerâmica Automotiva
As cerâmicas automotivas são a solução perfeita para a engenharia automotiva sustentável. As montadoras agora podem alcançar redução de peso, sustentabilidade ambiental, durabilidade e confiabilidade por meio delas.
Sua resistência ao calor, ao desgaste e à fadiga por tração é uma conquista revolucionária que a indústria automotiva vem explorando e continua a explorar para facilitar a vida de proprietários e fabricantes de veículos. As cerâmicas automotivas são o futuro da engenharia automotiva.