valvula compuesta ceramica para motores de combustion interna y ...

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DESCRIPCION
Ambito de la invención
Esta invención se refiere a estructuras
cerámicas que se obtienen de un compuesto de
fibras cerámicas y más particularmente, a estructuras
de válvulas a base de cerámica adecuadas
para emplear en motores de combustión interna
y similares.
Antecedentes de la invención
Las mejoras en las válvulas para motores de
combustión interna y similares han sido progresivamente
más buscadas a causa del papel clave que
juegan tanto en el rendimiento del motor como en
el tiempo medio transcurrido entre revisiones del
motor. Las necesidades clave son la reducción del
peso de la válvula para una mejor respuesta de la
misma y la reducción del desgaste a la vez que se
mantiene o aumenta la exactitud; todo ello con un
coste moderado. Así mientraslasválvulas son tipicamente
de metal, se están evaluando compuestos
cerámicos como p. ej. el Si3N4 para válvulas
de motores debido a su baja densidad (alrededor
del 40 % de la del acero), su alta dureza, su tolerancia
al calor, y su resistencia a la corrosión, al
desgaste y a la erosión. Sin embargo la exactitud
ha sido una seria preocupación con los productos
cerámicos debido al enorme nivel de fallos evidenciados.
La patente U.S. 4.359.022 describe válvulas
hechas de materiales cerámicos tales como el nitruro
de silicio, carburo de silicio, etc. Esta patente
se refiere a estructuras del “tipo fibra”, pero
solo describe el empleo de polvos cerámicos sinterizados.
Resumen de la invención
Se ha desarrollado ahora un métodoparaobtener
una válcula compuesta de cerámica reforzada
con fibra, que se considera especialmente
adecuada para emplear en motores de combustión
interna y similares. La válvula posee la ligereza,
dureza y resistencia al calor normalmente asociadas
con los productos cerámicos, además de
resistencia al impacto y resistencia a la rotura.
Las válvulas acabadas se obtienen habitualmente
fabricando una válvula preforma que comprende
una parte constituída por el vástago y otra parte
constituída por la campana en la forma que aquí
se describe, y a continuación procesando más la
válvula preforma hasta obtener una válvula acabada
adecuada. La válvula preforma es un compuesto
que comprende una parte constituída por
un vástago alargado de un manguito cerámico fibroso
que tiene la forma adecuada para ser insertado
en la guía de la válvula de un motor, y
está relleno con un haz unidireccional axialmente
alineado de fibras cerámicas de refuerzo. El manguito
cerámico está de preferencia trenzado. Un
extremo del manguito está amoldado a la parte
constituída por la campana de la válvula. La
parte de la campana es un material cerámico que
contiene fibras cerámicas discontínuas, y tiene la
forma adecuada para acoplarse con el asiento de
la válvula de un motor. Las fibras del vástago
(tanto las fibras del material fibroso del manguito
como el haz de fibras encerrado dentro del
mismo) proporcionan un refuerzo interno de la
parte constituída por la campana. La estructura
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en forma de válvula está adecuadamente impregnada
y rigidizada bien durante o bien después de
dar forma al vástago y a la campana con una
matriz de un material cerámico adecuado y luego
opcionalmente con una matriz de carbón y/o otro
material cerámico, para obtener una preforma de
válvula compuesta densificada cerámica reforzada
con fibras. La válvula preforma densificada puede
acabarse (p. ej. utilizando el tratamiento de deposición
química en fase vapor) para obtener una
válvula que es ligera y altamente resistente al desgaste,
impacto, esfuerzo, calor y humos del motor;
y que tiene una estabilidad dimensional favorable
dentro del intervalo de temperaturas a las que
normalmente trabaja el motor de combustión interna.
Es un objeto de esta invención el obtener una
válvula de peso relativamente ligero que puede
ser fabricada para proporcionar la dureza, capacidad
a las altas temperaturas y la necesaria resistencia
al desgaste, para emplear en motores de
combustión interna y similares.
Otro objeto de esta invención consiste en obtener
una válvula compuesta cerámica con resistencia
suficiente para evitar el enorme nivel de fallos
normalmente típicos de los productos cerámicos
de una sola pieza.
Otro objeto de esta invención consiste en proporcionar
un compuesto cerámico que pueda obtenerse
con relativa facilidad y a un coste razonable.
Otros objetos, características y ventajas de la
invención se harán aparentes a partir de la siguiente
descripción detallada.
Para solucionar estos problemas se han sugerido
las válvulas compuestas de cerámica reforzadas
con fibras y el método de obtenerlas, de
acuerdo con las reivindicaciones 1 a 21.
Descripción detallada
Se obtienen válvulas compuestas cerámicas reforzadas
con fibras, incluyendo las formas terminadas
y las preformas, de acuerdo con esta invención.
Cada válvula terminada y la válvula
preforma tiene una parte consistente en el vástago
alargado de la válvula que tiene la forma adecuada
para su inserción en la guía de la válvula
de un motor y comprende un manguito cerámico
fibroso que está relleno con un haz unidireccional
de fibras cerámicas de refuerzo axialmente
alineado; una parte consistente en una campana
cerámica que tiene la forma adecuada para acoplarse
con el asiento de la válvula de un motor y
contiene fibras cerámicas discontínuas; y una matriz
de material cerámico en el cual las fibras del
vástago y la campana están empotradas, en donde
un extremo del manguito del vástago está amoldado
dentro de la campana. Tal como aquí seutiliza,
la descripción de las fibras de relleno dentro
del manguito del vástago en forma de un haz de fibras
unidireccional axialmente alineado, significa
que o bien las mismas fibras individuales o bien
los filamentos de las mismas son generalmente paralelos
a la dimensión longitudinal del vástago.
Típicamente se emplean filamentos (o estopas) de
fibras múltiples, y aunque las fibras individuales
pueden no ser ellas mismas necesariamente paralelas
al eje del vástago alargado, en función del
enrollado del filamento (o estopa), cada filamento