Verbesserung der Fahrzeugtechnik

Mit der Konstruktion von keramischen Motorventilen geht die Automobilindustrie einen weiteren Schritt, um eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Fahrzeugmotoren bei gleichzeitiger Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffausstöße zu erreichen.

Alternative Materialien, die stärker aber dennoch leichter als Metalle sowie überaus resistent gegenüber hohen Temperaturen sind, werden für die Nutzung in Fahrzeugmotoren untersucht. Besonders keramische Materialien haben sich aufgrund ihrer im Vergleich zu herkömmlichen Metallen erstklassigen thermomechanischen Eigenschaften als überaus Erfolg versprechend erwiesen. Sie sind aber von Natur aus sehr zerbrechlich, halten deshalb weniger Belastungen stand und sind anfälliger für Brüche. Das Projekt LiValve richtete sich auf die Entwicklung eines Verfahrens zum kostengünstigen Formen und Sintern, um endabmessungsnahe Keramikventile zu fertigen.

Der Prozess bestand aus drei Phasen. Zunächst wurde das beste keramische Ausgangsmaterial ausgewählt, wobei die Kosten einer Massenfertigung sowie die Materialeigenschaften berücksichtigt wurden. Man hat sich schließlich für Siliziumnitrid entschieden, weil es die für die fraglichen Anwendungen besten mechanischen und thermischen Eigenschaften hat. Das Material verfügt im Gegensatz zu anderen keramischen Materialien über eine hervorragende Temperaturwechselbeständigkeit und eine relative hohe Bruchzähigkeit.

Innerhalb der zweiten Projektphase wurde ein Formprozess zur Fertigung von endabmessungsnahen Ventilen entwickelt. Der als am effizientesten eingestufte Prozess umfasste die Herstellung eines Rohmaterials, das durch die Zugabe eines thermoplastischen Polymers zum pulverisierten keramischen Material geformt wurde. Das duroplastische Bindemittel, welches hinzugefügt wurde, um die Masse zusammenzuhalten, bildet Massen mit einer relativ hohen mechanischen Stärke und einer hohen Rohdichte.

Das Rohmaterial wird in eine spezielle Gussform eingespritzt und dann eingefügt. Das Sintern, bei dem die Haftung zwischen den Teilchen durch Erhitzung erhöht wird, erfolgte unter druckfreien Bedingungen in einer inaktiven Atmosphäre ohne die Verwendung von teuren heißen isokratischen Druckmaterialien, die normalerweise im Prozess zum Einsatz kommen.

Diese kostengünstige, hocheffiziente Methode wurde bereits für die Produktion hunderter Ventile genutzt. Partner werden nun dazu aufgefordert, sich an gemeinsamen Forschung- und Entwicklungsprogrammen zu beteiligen.