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

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el de fabricación en serie, así como combinaciones
de los mismos.
El método preferido de fabricación de válvulas
sin tener en cuenta el método de fabricación o los
materiales específicos de fabricación, comprende
los pasos de obtención de un manguito alargado
flexible de fibras cerámicas dimensionado para
su inserción en la guía de la válvula de un motor
y relleno con un haz unidireccional de fibras
cerámicas de refuerzo axialmente alineado;
uniendo un extremo de dicho manguito dentro de
la parte de la campana de la válvula de material
cerámico de consistencia flexible y plástica que
contiene fibras cerámicas discontínuas, para obtener
una estructura en forma de válvula; e impregnando
y rigidizando dicha estructura en forma de
válvula con una matriz cerámica y opcionalmente
además con una matriz de carbóny/ootromaterial
cerámico adecuado.
De acuerdo con lo dicho, el vástago y la campana
se proveen durante o después de dar la
forma, de una matriz en la cual las fibras están
empotradas. Como se ha indicado antes, las fibras
discontínuas contenidas en la parte de la campana
cerámica pueden estar orientadas al azar. De preferencia
el extremo del manguito unido a la parte
de la campana está atrompetado antes de unirse.
En un método de fabricación por piezas sueltas
es deseable rigidizar el vástago unido y las
partes de la campana con el fin de facilitar la
operación subsiguiente. En este método por piezas
sueltas, la estructura en forma de válvula está
provista antes de la rigidización, de unos espacios
vacíos entre las fibras de la estructura (es decir,
las fibras no están rellenas al 100 % de densidad),
y los huecos se impregnan con una cerámica
que se une por calentamiento. Esto puede conseguirse
fácilmente por infiltración del vástago
unido y de la campana con un material que se
une por calentamiento para formar una preforma
de válvula adecuada para efectuar la rigidización.
Por ejemplo, el vástago y la campana pueden sumergirse
en un sol y otra suspensión coloidal de
partículas cerámicas, como suspensiones coloidales
de sílice y/o alúmina. La cerámica que se une
por calentamiento, empleada, debe ser química
y mecánicamente compatible con las fibras y se
une a una temperatura relativamente baja (p. ej.
menos de aprox. 1000 ◦ C). La campana menos
de aprox. 1000 ◦ C). La campana y el vástago
infiltrados con cerámica se tratan a continuación
térmicamente para unir las partículas cerámicas
susceptibles de unirse por calentamiento y rigidizar
la preforma de válvula. La estructura impregnada
con cerámica formada por este calentamiento
es una preforma de válvula rigidizada
conunvástago con la forma adecuada para su
inserción en la guía de la válvula de un motor y
una campana con la forma adecuada para su acoplamiento
con el asiento de la válvula de dicho
motor. Los huecos presentes antes de la impregnación
cerámica se llenan parcialmente durante la
rigidización con la cerámica que se ha unido por
calentamiento.
Con el fin de densificar la válvula preforma
mediante un llenado posterior de los huevos con
carbón u otro material cerámico, la preforma rigidizada
puede impregnarse con un material pre-
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cursor de la matriz. Las válvulas acabadas pueden
así fabricarse a partir de dichas válvulas
preforma por procesos posteriores que incluyen
la impregnación de dichas válvulas preformas rigidizadas
con una resina precursora de carbón,
otro precursor cerámico de la matriz o mezclas
de los mismos (opcionalmente junto con cargas
cerámicas en partículas), y pirolizando el precursor
in situ para obtener un compuesto reforzado
con fibra cerámica; y revistiendo dicha preforma
compuesta reforzada con fibra cerámica con un
revestimiento duro de cerámica resistente a la oxidación
y al desgaste (p. ej. revestimiento con carburo
de silicio, nitruro de silicio o una mezcla de
los mismos empleando el método de deposición
química en fase vapor (CVD). Puede emplearse
más de un ciclo impregnación-pirólisis para obtener
el tipo de matriz deseado. La aplicación de
un revestimiento puede seguir después o coincidir
en parte con el desarrollo de la matriz.
De acuerdo con lo dicho, la matriz puede obtenerse
al menos en parte mediante pirolización de
los precursores de la matriz. los precursores de la
matriz, sin tener en cuenta la técnica de la fabricación
son típicamente, una suspensión coloidal,
un sol, o un polímero precerámico que se convierte
en una matriz cerámica rígida calentando
a una temperatura suficiente. Los polímeros precerámicos
que pirolizan mediante calentamiento
para formar una matriz de carbón, nitruro de silicio,
carburo de silicio, sílice o una mezcla de los
mismos son de un particular interés.
Puede ser también ventajoso incluir partículas
de carga juntamente con algunos precursores de
la matriz, especialmente polímeros precerámicos.
Dichas cargas deben seleccionarse para que sean
compatibles ambas condiciones de procesado (p.
ej. infiltración y temperatura) y características
de rendimiento deseadas (p. ej. dureza, desgaste,
y resistencia a la oxidación). Hay una variedad
de resinas del precursor de carbón disponibles que
pueden ser usadas (p. ej. resinas de furano y resinas
de fenol). Las resinas del precursor de carbón
son generalmente materiales de bajo costo y de
baja densidad, adecuados para muchas aplicaciones.
Aparte de los precursores de carbón, pueden
emplearse otros precursores cerámicos, p. ej. polisilanos,
policarbosilanos o polisilazanos. Todos
éstos pueden emplearse para obtener una matriz
cerámica; y precursores cerámicos como los polisilanos
pueden preferirse en aplicaciones donde
son particularmente importantes una resistencia
alargoplazoalaoxidación y desgaste. Cuando
se emplea un material precursor, se piroliza in
situ para obtener una preforma de válvula compuesta
rigidizada y densificada. La pirólisis para
la formación de matrices para carbón, carburos
o nitruros debe efectuarse en condiciones no oxidantes
(p. ej. en atmósfera de nitrógeno). Esta
impregnación con un precursor y el proceso de
pirólisis pueden repetirse varias veces para obtener
un compuesto altamente densificado.
Se considera que varios de los pasos de fabricación
por piezas sueltas, efectuados para preparar
las preformas de la presente invención como
se ha descrito más arriba podían ser factiblemente
combinados de acuerdo con la tecnología
de procesos convencional. Por ejemplo se consi-