DE4130917A1 - Ceramic coating for outlets of IC engines - has periphery coated with metallic material comprising titanium oxide, aluminium oxide mixt. and iron oxide - Google Patents

Ceramic coating for outlets of IC engines - has periphery coated with metallic material comprising titanium oxide, aluminium oxide mixt. and iron oxide

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DE4130917A1
DE4130917A1 DE19914130917 DE4130917A DE4130917A1 DE 4130917 A1 DE4130917 A1 DE 4130917A1 DE 19914130917 DE19914130917 DE 19914130917 DE 4130917 A DE4130917 A DE 4130917A DE 4130917 A1 DE4130917 A1 DE 4130917A1
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Hiromitsu Kato
Katsuhisa Nakata
Kazuhito Tabata
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    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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    • C04B35/478—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates based on aluminium titanates

Abstract

Coating (I) having heat insulating properties and having its periphery surface cast with metallic material (II) comprises (a) Ti-contg. Al with a mol. ratio of TiO2:Al2O3 = 1.05:1.25; (b) 4-6 wt.% Fe2O3. (b) is added to (a) and then sintered to produce the ceramic lining. Prepn. of (I) comprises: (i) mixing TiO2 with Al2O3 in mol. ratio as in (a); (ii) sintering the mixt. in (i) to adjust the grain size and Ti-contg. Al powder; (iii) adding Fe2O3 powder, in amt. of 4-6 wt.%, to the mixt. of adjusted, Ti-contg. Al, and calcining the mixt. to form the desired ceramic lining. USE/ADVANTAGE - (I) is used for exhaust outlets of internal combustion engines (claimed). Flaws and cracks in the lining are prevented by casting around the periphery surface of the lining with a metallic material.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine aus Keramik bestehende Auskleidung, die sich für die Ausströmöffnung eines Kraftfahrzeugverbrennungmotors eignet, und auf ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Auskleidung.The present invention relates to a ceramic existing lining that is suitable for the outflow opening a motor vehicle internal combustion engine is suitable, and on a Process for the production of such a lining.

Beim Stand der Technik wird der Zylinderkopf normalerweise aus einem Druckgußteil aus Aluminium gebildet. Der Zylinder­ kopf ist mit einer Einlaßöffnung und einer Ausströmöffnung versehen, die mit einer Brennkammer des Motors verbunden sind. Mit Luft vermischter Brennstoff, der durch die Einlaß­ öffnung in die Brennkammer gesaugt wird, wird in der Brenn­ kammer verbrannt. Das Abgas der Brennkammer wird durch die Ausströmöffnung in Richtung eines Auspuffkanals ausgestoßen.In the prior art, the cylinder head is normally formed from a die-cast part made of aluminum. The cylinder head is with an inlet opening and an outlet opening provided that connected to a combustion chamber of the engine are. Air mixed fuel passing through the inlet opening in the combustion chamber is sucked into the combustion chamber burned. The exhaust gas from the combustion chamber is generated by Outflow opening ejected in the direction of an exhaust duct.

Zusätzlich ist ein sich auf halbem Wege durch den Auspuff­ kanal erstreckender Dreiweg-Katalysator vorgesehen. Schäd­ liche Komponenten des Abgases werden durch eine katalytische Umsetzung reduziert. Da jedoch das aus der Brennkammer aus­ gestoßene Abgas durch Wärmeüberleitung an den Zylinderkopf abkühlt, während das Abgas durch die Ausströmöffnung fließt, wird die Abgastemperatur niedriger als die zur Förderung einer katalytischen Umsetzung erforderliche Temperatur.In addition, one is halfway through the exhaust channel-extending three-way catalyst provided. Damage Liche components of the exhaust gas are replaced by a catalytic Implementation reduced. However, since that comes from the combustion chamber exhaust gas pushed through heat transfer to the cylinder head cools while the exhaust gas flows through the outflow opening, the exhaust gas temperature becomes lower than that for the promotion a temperature required for a catalytic reaction.

Um ein Problem der oben beschriebenen Art zu meistern, ist ein in letzter Zeit hergestellter Motor auf einer inneren Umfangsfläche der Ausströmöffnung mit einer aus Keramik be­ stehenden Auskleidung versehen, die Wärmeisolationseigen­ schaften aufweist. Bei diesem früher vorgeschlagenen Motor dient die aus Keramik hergestellte Auskleidung dazu zu ver­ hindern, daß das Abgas durch Wäremüberleitung an den Zylin­ derkopf abkühlt, während es durch den Auspuffkanal fließt, und dazu die Wärmeisolation der Ausströmöffnung zu verbes­ sern.To overcome a problem of the type described above is a motor recently manufactured on an inner Circumferential surface of the outflow opening with a ceramic be standing lining, the heat insulation  features. In this previously proposed engine the lining made of ceramic serves to ver prevent the exhaust gas by transferring heat to the cylinder the head cools as it flows through the exhaust duct, and to improve the thermal insulation of the outflow opening ser.

Jedoch tritt bei der aus Keramik hergestellten und in den oben beschriebenen Motor eingebauten Auskleidung ein Problem der im folgenden beschriebenen Art auf.However, when made of ceramics and in the Motor built-in liner described above is a problem of the type described below.

In Fällen in denen die aus Keramik bestehende Auskleidung auf der inneren Umfangsfläche der Ausströmöffnung angebracht wird, wird nämlich die Auskleidung zuvor unter Verwendung eines keramischen Materials, wie zum Beispiel Tonerde, ge­ sintered und mittels des Druckgußteils aus Aluminium ausge­ bildet. Dabei treten, da die Umfangsfläche der Auskleidung (die im folgenden als Keramikauskleidung bezeichnet wird) aus Keramik besteht und mit Aluminiummaterial umgossen wird, Sprünge oder Risse in der Keramikauskleidung auf.In cases where the ceramic lining is used attached to the inner peripheral surface of the outflow opening namely, the liner is previously used a ceramic material such as alumina sintered and made of die-cast aluminum forms. Do this because the peripheral surface of the liner (hereinafter referred to as ceramic lining) is made of ceramic and cast with aluminum material, Cracks or cracks in the ceramic lining.

Folglich ist eine integrierte Ausbildung der Keramikausklei­ dung mit der Ausströmöffnung der Zylinderkopfes nicht mög­ lich.Consequently, the ceramic lining is integrated not possible with the outflow opening of the cylinder head Lich.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Keramikauskleidung und ein Verfahren zu ihrer Herstel­ lung zu schaffen, durch die ein Auftreten von Sprüngen und/oder Rissen in der Keramikauskleidung beim Umgießen der Umfangsfläche der Keramikauskleidung mit einem metallischen Material verhindert werden kann, durch die ein integriertes Ausbilden der Keramikauskleidung mit der Ausströmöffnung des Verbrennungsmotors ermöglicht wird, und durch die die Haltbarkeit des Keramikmaterials verbessert wird.The present invention is therefore based on the object a ceramic liner and a process for its manufacture to create lung by the occurrence of cracks and / or cracks in the ceramic lining when pouring the Circumferential surface of the ceramic lining with a metallic Material can be prevented by an integrated Form the ceramic lining with the outflow opening of the internal combustion engine is made possible, and by which the Durability of the ceramic material is improved.

Die oben beschriebene Aufgabe läßt sich erfindungsgemäß lö­ sen, indem eine Keramikauskleidung vorgesehen wird, die an ihrer Umfangsfläche mit einem metallischen Material umgossen ist und die Wärmeisolationseigenschaften aufweist, wobei die Keramikauskleidung die folgenden Komponenten umfaßt: a) ti­ tanhaltiges Aluminium mit einem Molverhältnis von Titanoxid zu Aluminiumoxid im Bereich von 1,05 bis 1,25; und b) ein Eisen(III)-oxid dessen Gewichtsprozente im Bereich von 4,0 bis 6,0 liegen, wobei das Eisen(III)-oxid dem titanhaltigen Aluminium zugegeben wird, und eine Sinterung zur Ausbildung der Keramikauskleidung in der gewünschten Form durchgeführt wird.The task described above can be achieved according to the invention  sen by providing a ceramic lining that encapsulated their peripheral surface with a metallic material and has the heat insulation properties, the Ceramic lining includes the following components: a) ti Tan containing aluminum with a molar ratio of titanium oxide to alumina in the range of 1.05 to 1.25; and b) a Iron (III) oxide whose weight percentages are in the range of 4.0 to 6.0, the iron (III) oxide being the titanium-containing Aluminum is added, and sintering for training the ceramic lining in the desired shape becomes.

Die oben beschriebene Aufgabe läßt sich erfindungsgemäß auch lösen, indem ein Verfahren zur Herstellung der Keramikaus­ kleidung vorgesehen wird, das die folgenden Verfahrens­ schritte umfaßt: a) Vermischen von Titanoxid- und Alumi­ niumoxidpulvern derart, daß das Molverhältnis von Titanoxid zu Aluminiumoxid im Bereich von 1,05 bis 1,25 liegt; b) Sintern der vermischten Pulver zur Einstellung der Korngröße und zur Einstellung von titanhaltigem Aluminiumpulver; und c) Zugabe von Eisen(III)-oxidpulver, dessen Gewichtsprozente im Bereich von 4,0 bis 6,0 liegen zu dem Pulver aus einge­ stelltem, titanhaltigem Aluminium und Brennen dieser Pulver, um die Keramikauskleidung in der gewünschten Form auszubil­ den.The task described above can also be achieved according to the invention trigger by a method of making the ceramic clothing is provided using the following procedure steps include: a) mixing titanium oxide and aluminum nium oxide powders such that the molar ratio of titanium oxide to alumina is in the range of 1.05 to 1.25; b) Sintering the mixed powders to adjust the grain size and for setting titanium-containing aluminum powder; and c) adding iron (III) oxide powder, its weight percent in the range from 4.0 to 6.0 lie to the powder from made of titanium-containing aluminum and firing these powders, to shape the ceramic lining in the desired shape the.

Die oben beschriebene Aufgabe läßt sich erfindungsgemäß auch lösen, indem ein keramisches Auskleidungselement vorgesehen wird, das durch die folgenden Verfahrensschritte hergestellt wird: a) Vermischen von Titanoxid- und Aluminiumoxidpulvern derart, daß das Molverhältnis von Titanoxid zu Aluminiumoxid im Bereich von 1,05 bis 1,25 liegt; b) Sintern der vermisch­ ten Pulver zur Einstellung der Korngröße und zur Einstellung von titanhaltigem Aluminiumpulver; and c) Zugabe von Eisen(III)-oxidpulver, dessen Gewichtsprozente im Bereich von 4,0 bis 6,0 liegen, zu dem Pulver aus eingestelltem, titanhaltigem Aluminium und Brennen dieser Pulver, um die Keramikauskleidung in der gewünschten Form auszubilden.The task described above can also be achieved according to the invention solve by providing a ceramic lining element is produced by the following process steps will: a) Mixing titanium oxide and aluminum oxide powders such that the molar ratio of titanium oxide to aluminum oxide ranges from 1.05 to 1.25; b) sintering the mix powder for setting the grain size and for setting of titanium-containing aluminum powder; and c) adding Iron (III) oxide powder, its weight percent in the range from 4.0 to 6.0, to the powder of adjusted  titanium-containing aluminum and firing this powder to the Form ceramic lining in the desired shape.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen die vorliegende Erfindung näher erläutert. Es zeigen:The following will refer to the accompanying Drawings the present invention explained in more detail. It demonstrate:

Fig. 1 ein Querschnittsansicht in Längsrichtung durch einen wichtigen Teil des Verbrennungsmotors bei einer bevorzugten Ausführungsform nach der vor­ liegenden Erfindung; Figure 1 is a longitudinal cross-sectional view through an important part of the internal combustion engine in a preferred embodiment according to the prior invention.

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Kennlinie des bei Zugabe von Eisen(III)-oxid zu titanhaltigem Alu­ minium im Elastizitätsmodul auftretenden Änderungs­ musters; Fig. 2 is a graphical representation of the characteristic curve of the change in the elastic modulus when iron (III) oxide is added to titanium-containing aluminum;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Kennlinie des bei Veränderung des Molverhältnisses von Titanoxid zu Aluminiumoxid im Elastizitätsmodul auftretenden Änderungsmusters; Shows a graphical representation of the characteristic of the change pattern occurring in changing the molar ratio of titanium oxide to aluminum oxide in the elastic modulus. 3;

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Kennlinie der ther­ mischen Zersetzung bei Veränderung der zugegebenen Menge von Eisen(III)-oxid. Fig. 4 is a graphical representation of the characteristic of the thermal decomposition when changing the amount of iron (III) oxide added.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Keramikaus­ kleidung nach der vorliegenden Erfindung. Fig. 1 shows a preferred embodiment of the ceramic clothing according to the present invention.

In Fig. 1 ist ein in einem Kraftfahrzeug angebrachter Motor­ hauptkörper mit dem Bezugszeichen 1 versehen.In Fig. 1, a motor body mounted in a motor vehicle is provided with the reference numeral 1 .

Der Motorhauptkörper 1 umfaßt eine Vielzahl von Motorzylin­ dern 2, die über einem (nicht dargestellten) Kurbelgehäuse angeordnet sind. Eine Einlaßöffnung 3 und eine Ausström­ öffnung 4 sind an dem Zylinderkopf 5 ausgebildet. Ein Kolben 7 bildet zusammen mit dem Zylinderkopf 5 eine Brennkammer 6 in jedem Zylinder 2. Der Kolben 7 dient dazu über ein Pleuel 8 einen Verbrennungsdruck als Drehausgangsleistung von einer (nicht dargestellten) Kurbelwelle abzunehmen.The engine main body 1 includes a plurality of engine cylinders 2 , which are arranged over a crankcase (not shown). An inlet opening 3 and an outflow opening 4 are formed on the cylinder head 5 . A piston 7 forms, together with the cylinder head 5, a combustion chamber 6 in each cylinder 2 . The piston 7 is used to take a combustion pressure as a rotary output from a crankshaft (not shown) via a connecting rod 8 .

In Fig. 1 bezeichnet die Ziffer 9 ein Lufteinlaßventil, das die zur Brennkammer 6 führende Einlaßöffnung 3 öffnet und schließt, wobei das Lufteinlaßventil 9 so vorgesehen ist, daß es sich über eine Buchse 10 zum Zylinderkopf 5 hin an­ heben läßt. Das Lufteinlaßventil 9 läßt sich von einem an einer Endseite der Einlaßöffnung 3 vorgesehenen Ventilsitz 11 abheben bzw. wieder auf diesen aufsetzen. Die Einlaß­ öffnung 3 ist dann während des Ansaughubs des Kolbens 7 offen, und der mit Luft vermischte Kraftstoff wird in die Brennkammer 6 eingesaugt. Der mit Luft vermischte und in die Brennkammer 6 eingesaugte Kraftstoff wird durch den Kolben 7, während des Kompressionshubs dieses Kolbens 7, verdich­ tet, und sodann dient eine (nicht dargestellte) Zündkerze dazu den angesaugten und verdichteten, mit Luft vermischten Kraftstoff zu zünden und zu verbrennen. Der während dieses Vorgangs erzeugte Verbrennungsdruck bewirkt einen auf den Kolben 7 nach unten wirkenden Druck, wodurch dann der Ex­ pansionshub des Kolbens 7 ausgeführt wird.In Fig. 1, the numeral 9 denotes an air inlet valve which opens and closes the inlet opening 3 leading to the combustion chamber 6 , the air inlet valve 9 being provided in such a way that it can be raised via a bushing 10 to the cylinder head 5 . The air inlet valve 9 can be lifted off from a valve seat 11 provided on one end side of the inlet opening 3 or put back on it. The inlet opening 3 is then open during the intake stroke of the piston 7 , and the fuel mixed with air is sucked into the combustion chamber 6 . The mixed with air and sucked into the combustion chamber 6 fuel is compressed by the piston 7 , during the compression stroke of this piston 7 , and then a spark plug (not shown) serves to ignite the compressed and mixed air-mixed fuel burn. The combustion pressure generated during this process causes a downward pressure on the piston 7 , whereby the Ex pansionshub of the piston 7 is then performed.

Bei diesem Vorgang ist das Auslaßventil 12 während des Aus­ laßhubs des Kolbens 7 offen, so daß das als Verbrennungsgas in der Brennkammer 6 erzeugte Abgas durch die Ausströmöff­ nung 4 in Richtung das Auspuffkanals ausgestoßen wird. Die Temperatur des Abgases liegt dabei im Bereich zwischen un­ gefähr 400 und 850°C.In this process, the exhaust valve 12 is open during the exhaust stroke of the piston 7 , so that the exhaust gas generated as combustion gas in the combustion chamber 6 is discharged through the exhaust opening 4 in the direction of the exhaust duct. The temperature of the exhaust gas is in the range between 400 and 850 ° C.

Zusätzlich ist ein sich auf halbem Wege durch den Auspuff­ kanal erstreckender (nicht dargestellter) Katalysator vorge­ sehen, der einen aus Platin, Palladium, usw. hergestellten Dreiweg-Katalysator umfaßt. Die katalytische Umsetzung des Katalysators wird zum Beispiel durch ein Abgas dessen Temperatur höher als 350°C ist aktiviert bzw. gefördert, und die schädlichen Komponenten werden durch einen Oxida­ tionsvorgang beseitigt.In addition, one is halfway through the exhaust channel extending catalyst (not shown) see the one made of platinum, palladium, etc. Three-way catalyst includes. The catalytic implementation of the Catalytic converter is, for example, an exhaust gas thereof  Temperature higher than 350 ° C is activated or promoted, and the harmful components are caused by an oxide tion process eliminated.

Die Bezugsziffer 15 bezeichnet die Ausströmöffnungs-Ausklei­ dung in Form der zur Ausbildung der Ausströmöffnung 4 ein­ stückig mit dem Zylinderkopf ausgebildeten Keramikausklei­ dung. Die Ausströmungsöffnungs-Auskleidung 15 wird als ein röhrenartiger und im wesentlichen L-förmiger Körper ausge­ bildet, indem ein Eisen(III)-oxid (Fe2O3) in einem Gewichts­ verhältnis von 4,0 bis 6,0 Gewichtsprozent, vorzugsweise 5 Gewichtsprozent, einem titanhaltigen Aluminium zugesetzt wird, dessen Molverhältnis von Titanoxid (TiO2) zu Alumi­ niumoxid (Al2O3) im Bereich von 1,05 bis 1,25 liegt, wobei das Molverhältnis vorzugsweise 1,1 beträgt. Dann wird die Ausströmungsöffnungs-Auskleidung 15 mit einem Aluminiumma­ terial als metallischem Material in einem erhitzten und geschmolzenen Zustand umgossen, während der Zylinderkopf 5 durch ein Druckgußteil aus Aluminium gegossen bzw. geformt wird.The reference number 15 denotes the outflow opening lining in the form of a piece formed with the cylinder head ceramic lining in order to form the outflow opening 4 . The outflow liner 15 is formed as a tubular and substantially L-shaped body by an iron (III) oxide (Fe 2 O 3 ) in a weight ratio of 4.0 to 6.0 weight percent, preferably 5 weight percent , a titanium-containing aluminum is added, the molar ratio of titanium oxide (TiO 2 ) to aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is in the range of 1.05 to 1.25, the molar ratio preferably being 1.1. Then, the outflow port liner 15 is overmolded with an aluminum material as a metallic material in a heated and molten state while the cylinder head 5 is molded by a die-cast aluminum.

Der Kraftfahrzeugmotor bei der bevorzugten Ausführungsform weist die oben beschriebene Konstruktion auf.The automotive engine in the preferred embodiment has the construction described above.

Als nächstes wird im folgenden ein Herstellungsverfahren der Ausströmungsöffnungs-Auskleidung 15 in Form der keramischen Auskleidung erklärt.Next, a manufacturing method of the outflow liner 15 in the form of the ceramic liner will be explained below.

Zuerst werden Aluminiumoxid- und Titanoxidpulver in einem Molverhältnis von zum Beispiel 1,1 vermischt, und die ge­ mischten Pulver werden einem vorläufigen Sintervorgangg bei einer gewünschten Teilchengröße ausgesetzt, um das titan­ haltige Aluminiumpulver herzustellen.First, alumina and titanium oxide powders are combined in one Molar ratio of, for example, 1.1 mixed, and the ge mixed powders are subjected to a preliminary sintering process exposed to a desired particle size to the titanium producing aluminum powder.

Dann wird Eisen(III)-oxid in einer Menge von 5 Gewichtspro­ zent dem titanhaltigen Aluminiumpulver (95 Gewichtsprozent) zugesetzt, und diese Masse wird in Wasser gelöst, um eine Aufschlämmung zu bilden.Then iron (III) oxide in an amount of 5 weight per the titanium-containing aluminum powder (95 percent by weight)  added, and this mass is dissolved in water to a To form slurry.

Diese Aufschlämmung wird in eine (nicht dargestellte) Gips­ form eingespritzt und als röhrenartiger, im wesentlichen L-förmiger Körper ausgeformt. Daraufhin wird der ausgeformte röhrenartige Körper gesintered, um die Ausströmungsöffnungs- Auskleidung 15 in Form des röhrenartigen, im wesentlichen L-förmigen Körpers auszubilden.This slurry is injected into a gypsum mold (not shown) and shaped as a tube-like, substantially L-shaped body. The molded tubular body is then sintered to form the outflow liner 15 in the form of the tubular, substantially L-shaped body.

Beim Ausbilden bzw. Gießen des Zylinderkopfes 5 durch ein Druckgußteil aus Aluminium wird sodann die Ausströmungs­ öffnungs-Auskleidung 15 zusammen mit den Buchsen 10, 13 und den Ventilsitzen 11, 14 in einer Metallform (oder in einer Sandgußform) angeordnet. Diese Elemente werden mit einem Aluminiummaterial umgossen und einstückig mit dem Zylinder­ kopf 5 ausgebildet.When the cylinder head 5 is formed or cast by a die-cast aluminum part, the outflow opening lining 15 is then arranged together with the bushes 10 , 13 and the valve seats 11 , 14 in a metal mold (or in a sand casting mold). These elements are cast with an aluminum material and integrally formed with the cylinder head 5 .

Dabei wird, da sich der aus dem Aluminiummaterial gebildete Zylinderkopf 5 in dem Stadium zwischen dem erhitzten und ge­ schmolzenen Zustand und dem Festzustand thermisch zusammen­ zieht, eine Druckbelastung oder eine teilweise Zugbelastung auf die Ausströmungsöffnungs-Auskleidung 15 von ihrer Um­ fangsfläche her einwirken, wodurch dann die Sprünge oder Risse in dieser Umfangsfläche entstehen.Thereby, since the cylinder head 5 formed of the aluminum material thermally contracts in the state between the heated and melted state and the solid state, a pressure load or a partial tensile load acts on the outflow liner 15 from its peripheral surface, thereby then the cracks or cracks occur in this peripheral surface.

Es wird daher bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Ausströmungsöffnungs-Auskleidung 15 das titanhaltige Alu­ minium, dem das Eisen(III)-oxid als Material für die Aus­ strömungsöffnungs-Auskleidung zugesetzt wird, als Material für die Ausströmungsöffnungs-Auskleidung 15 verwendet, und das titanhaltige Aluminium wird so erzeugt, daß ein Molver­ hältnis von zum Beispiel 1,1 von Titanoxid zu Aluminiumoxid vorliegt, und außerdem wird Eisen(III)-oxid in einer Menge von 5 Gewichtsprozent zugesetzt, so daß der Elastizitäts­ modul auf zum Beispiel 4,4 × 103 kg/mm2 reduziert wird und der Bruchmodul auf 1,4 kg/mm2 erhöht wird.Therefore, in the preferred embodiment of the outflow liner 15, the titanium-containing aluminum to which the ferric oxide is added as the material for the outflow liner is used as the material for the outflow liner 15 , and the titanium-containing aluminum is produced so that a molar ratio of, for example, 1.1 of titanium oxide to aluminum oxide is present, and in addition iron (III) oxide is added in an amount of 5% by weight, so that the modulus of elasticity is, for example, 4.4 × 10 3 kg / mm 2 is reduced and the breaking modulus is increased to 1.4 kg / mm 2 .

Nachdem das Molverhältnis von Aluminiumoxid zu Titanoxid zur Einstellung des titanhaltigen Aluminiums auf 1,1 festgesetzt wurde, wurde also die zugegebene Menge von Eisen(III)-oxid geändert, um das Elastizitätsmodul zu untersuchen.After the molar ratio of aluminum oxide to titanium oxide Setting of the titanium-containing aluminum fixed at 1.1 the amount of iron (III) oxide added changed to examine the modulus of elasticity.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, konnte der Elastizitätsmodul wirksam reduziert werden, wenn die zugegebene Menge von Eisen(III)-oxid im Bereich von 4,0 bis 6,0 Gewichtsprozent lag. Insbesondere wenn die zugegebene Menge von Eisen(III)-oxid 5 Gewichtsprozent betrug, erreichte der Elastizitäts­ modul den kleinsten Wert, zum Beispiel ungefähr 4,4 × 103 kg/mm2.As can be seen from Fig. 2, the modulus of elasticity could be effectively reduced when the amount of iron (III) oxide added was in the range of 4.0 to 6.0% by weight. In particular, when the amount of iron (III) oxide added was 5 % by weight, the elastic modulus reached the smallest value, for example, about 4.4 × 10 3 kg / mm 2 .

Außerdem, wenn das titanhaltige Aluminium unter Änderung des Molverhältnisses von Aluminiumoxid zu Titanoxid in der in Fig. 3 dagestellten Weise hergestellt wurde, und das Eisen­ (III)-oxid in einer Menge von 5 Gewichtsprozent dem herge­ stellten titanhaltigen Aluminium zugesetzt wurde, so konnte der Elastizitätsmodul im Bereich von 1,05 bis 1,25 des Mol­ verhältnisses von Aluminiumoxid zu Titanoxid wirkungsvoll reduziert werden. Insbesondere wenn das Molverhältnis unge­ fähr 1,1 betrug, konnte der Elastizitätsmodul auf einen minimalen Wert reduziert werden.In addition, when the titanium-containing aluminum was produced by changing the molar ratio of aluminum oxide to titanium oxide in the manner shown in FIG. 3, and the ferric oxide was added in an amount of 5% by weight to the titanium-containing aluminum produced, the Modulus of elasticity in the range of 1.05 to 1.25 molar ratio of aluminum oxide to titanium oxide can be effectively reduced. Particularly when the molar ratio was approximately 1.1, the elastic modulus could be reduced to a minimum.

Außerdem konnte, wenn bei der Herstellung des titanhaltigen Aluminiums das Molverhältnis von Titanoxid zu Aluminiumoxid auf zum Beispiel 1,1 festgesetzt wurde und die zugegebene Menge von Eisen(II)-oxid in der in Fig. 4 dargestellten Weise geändert wurde, der Prozentsatz der thermischen Zer­ setzung wirkungsvoll in einem Bereich von 4,5 bis 10 Ge­ wichtsprozent reduziert werden. Insbesondere konnte, da der Prozentsatz der thermischen Zersetzung bei ungefähr 5 Ge­ wichtsprozent minimiert werden konnte, die thermischen Zer­ setzungseigenschaften verbessert werden, zum Beispiel bis zu einer Temperatur von 1100°C und die Wärmebeständigkeit wurde verbessert bis zu einer Temperatur von etwa 1300°C.In addition, if the molar ratio of titanium oxide to aluminum oxide was set to, for example, 1.1 in the production of the titanium-containing aluminum, and the amount of iron (II) oxide added was changed in the manner shown in Fig. 4, the percentage of thermal could Decomposition can be effectively reduced in a range of 4.5 to 10 percent by weight. In particular, since the thermal decomposition percentage could be minimized at about 5 weight percent, the thermal decomposition properties could be improved, for example, up to a temperature of 1100 ° C and the heat resistance could be improved up to a temperature of about 1300 ° C.

In der oben beschriebenen Weise kann in Fällen, in denen das einen geringen Elastizitätsmodul aufweisende, titanhaltige Aluminium, dem das Eisen(III) -oxid zugesetzt wird, verwendet wird und die Ausströmungsöffnungs-Auskleidung 15, während der Ausbildung des Zylinderkopfes 5, mit dem Aluminiumma­ terial umgossen wird, das Entstehen von Sprüngen in dieser Ausströmungsöffnungs-Auskleidung wirkungsvoll reduziert werden, und die Wärmebeständigkeit kann verbessert werden. Die Haltbarkeit der Ausströmungsöffnungs-Auskleidung läßt sich so beträchtlich verbessern.In the manner described above, in cases where the low elastic modulus, titanium-containing aluminum to which the ferric oxide is added, and the outflow liner 15 , during the formation of the cylinder head 5 , can be used with the aluminum material material is cast around, the occurrence of cracks in this outflow liner can be effectively reduced, and the heat resistance can be improved. The durability of the outflow liner can thus be significantly improved.

Außerdem wird, da sich die Wärmeisolationseigenschaften der Ausströmungsöffnung 4 durch Einbau der aus titanhaltigem Aluminium bestehenden Ausströmungsöffnungs-Auskleidung 15 in die Ausströmungsöffnung 4 des Zylinderkopfs 5 verbessern lassen, die Wärme des aus der Brennkammer 6 in Richtung der Ausströmungsöffnung 4 ausgestoßenen Abgases durch Wäremlei­ tung geleitet und so ein Abkühlen verhindert. Wenn das eine hohe Temperatur aufweisende Abgas aus der Ausströmöffnung 4 in den Auspuffkanal bei einer relativ hohen Temperatur ein­ geleitet wird, so läßt sich die katalytische Umsetzung des Katalysators dadurch fördern. Die schädlichen Komponenten im Abgas können wirkungsvoll beseitigt werden.In addition, the heat of the expelled from the combustion chamber 6 in the direction of the outflow opening 4 exhaust gas as the heat insulation properties of the outflow opening 4 by incorporating the group consisting of titanium-containing aluminum Ausströmungsöffnungs liner 15 into the outflow port 4 of the cylinder head blank 5 improve passed tung by Wäremlei and prevents cooling. If the exhaust gas having a high temperature is passed from the outflow opening 4 into the exhaust duct at a relatively high temperature, the catalytic conversion of the catalyst can thereby be promoted. The harmful components in the exhaust gas can be effectively removed.

Bei der bevorzugten Ausführungsform wurde das als Material für die Ausströmungsöffnungs-Auskleidung 15 verwendete ti­ tanhaltige Aluminium so gemischt und hergestellt, daß es ein Molverhältnis von Aluminuimoxid zu Titanoxid von 1,1 auf­ wies, und dann wurde das Eisen(III)-oxid in einer Menge von zum Beispiel 5 Gewichtsprozent zugesetzt.In the preferred embodiment, the titanium-containing aluminum used as the material for the orifice liner 15 was mixed and prepared to have a molar ratio of aluminum oxide to titanium oxide of 1.1, and then the ferric oxide was mixed in one Amount of, for example, 5 percent by weight added.

Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf die bevorzugte Ausführungsform. Das Molverhältnis von Aluminium­ oxid zu Titanoxid kann im Bereich von 1,05 bis 1,25 liegen, und die zugesetzte Menge von Eisen(III)-oxid im Bereich von 4,0 bis 6,0.The present invention is not limited to preferred embodiment. The molar ratio of aluminum  oxide to titanium oxide can range from 1.05 to 1.25, and the amount of ferric oxide added in the range of 4.0 to 6.0.

Die Keramikauskleidung nach der vorliegenden Erfindung läßt sich bei einer Zylinderauskleidung anwenden, die als Ver­ stärkungs- bzw. Haltemittel (brace) des Zylinders 2 verwen­ det wird. Außerdem ist es möglich die Keramikauskleidung bei der Ausströmöffnung eines Kompressors anzuwenden. Die Wärme­ leiteigenschaften des Auspuffkanals können erzielt werden, indem die Keramikauskleidung für ein Verstärkungs- bzw. Haltemittel (brace) mit einem angeformten Auspuffkanal ver­ wendet wird.The ceramic liner according to the present invention can be applied to a cylinder liner which is used as the reinforcing or holding means (brace) of the cylinder 2 . It is also possible to apply the ceramic lining to the discharge opening of a compressor. The heat conduction properties of the exhaust duct can be achieved by using the ceramic lining for a reinforcement or retaining means (brace) with a molded exhaust duct.

Die Ausströmsöffnungs-Auskleidung 15 kann alternativ so aus­ gebildet werden, daß sie im Querschnitt halbkreisförmig oder bogenförmig ist, und sie kann so angeordnet werden, daß sie sich teilweise auf der Innenoberfläche der Ausströmöffnung 4 erstreckt.The orifice liner 15 may alternatively be formed to be semicircular or arcuate in cross section, and may be arranged to extend partially on the inside surface of the orifice 4 .

Im folgenden wird nun ein Versuchsbeispiel beschrieben.An experimental example will now be described below.

Tabelle 1 zeigt das Versuchsbeispiel und die Versuchergeb­ nisse.Table 1 shows the experimental example and the experimental area nits.

Die keramische Öffnungsauskleidung wurde durch die folgenden Verfahrensschritte hergestellt:The ceramic opening liner was made by the following Process steps produced:

  • 1) Vermischen und nachfolgendes Mahlen der Rohmaterialien unter Verwendung einer Kugelmühle, um eine Aufschläm­ mung herzustellen,1) Mixing and subsequent grinding of the raw materials using a ball mill to make a slurry manufacture,
  • 2) Gießen der in der Aufschlämmung vermischten Teilchen,2) pouring the particles mixed in the slurry,
  • 3) Trocknen des gegossenen Materials,3) drying the cast material,
  • 4) Brennen des getrockneten Materials,4) firing the dried material,
  • 5) Bearbeiten des gebrannten Materials um das betreffende Produkt herzustellen.5) Editing the burned material around that To manufacture the product.

Ein vorläufiger Brennvorgang ist folglich nicht erforder­ lich, obwohl es bei dem herkömmlichen Verfahren notwendig war zuerst einen vorläufigen Brennvorgang und anschließend einen Hauptbrennvorgang durchzuführen, da das titanhaltige Aluminium eine Struktur mit großen Domänen aufweist und keinem direkten Brennvorgang unterworfen werden kann.A preliminary burning process is therefore not necessary Lich, although necessary with the conventional method was a preliminary burn first and then to carry out a main burning process since the titanium-containing Aluminum has a structure with large domains and cannot be subjected to a direct burning process.

Bei der Tabelle 1 wurde die Messung der thermischen Zerset­ zung an unterschiedlichen Mengenverhältnissen zwischen einem Höchstwert von Al, TiO2 und einem Höchstwert von TiO2 mit­ tels Röntgendiffraktionsmessen durchgeführt, wobei die Probe in einem Ofen bei einer Temperatur von 1100°C gehalten wurde.In Table 1, the measurement of thermal decomposition was carried out at various proportions between a maximum value of Al, TiO 2 and a maximum value of TiO 2 by means of X-ray diffraction measurements, the sample being kept in an oven at a temperature of 1100 ° C.

Der Brennvorgang wurde bei einer Temperatur von weniger als 1500°C sechs Stunden lang ausgeführt. Das Molverhältnis von TiO2 zu Al2O3 war 1,1.The firing was carried out at a temperature of less than 1500 ° C for six hours. The molar ratio of TiO 2 to Al 2 O 3 was 1.1.

Wie sich aus Tabelle 1 ersehen läßt, war das bevorzugte Er­ gebnis das, bei dem SiO2 in einer Menge im Bereich zwischen 0,1 Gewichtsprozent und 0,2 Gewichtsprozent im Hinblick auf die thermische Zersetzung zugesetzt wurde. Bei Zugabe von 0,3 oder mehr Gewichtsprozent von SiO2 bildeten sich Sprünge in dem herzustellenden Produkt. Außerdem verschlechterte sich die thermische Zersetzung sehr stark, wenn MNO2 als Zusatzstoff zugegeben wurde. As can be seen from Table 1, the preferred result was that in which SiO 2 was added in an amount ranging from 0.1% by weight to 0.2% by weight in view of thermal decomposition. When 0.3 or more percent by weight of SiO 2 was added , cracks formed in the product to be manufactured. In addition, the thermal decomposition deteriorated very much when MNO 2 was added as an additive.

Tabelle 1 Table 1

Es wird angemerkt, daß die Einheit der Zahlenwerte Gewichts­ prozent (Gew.-%) ist, und daß Thde für die thermische Zer­ setzung (%) steht.It is noted that the unit of numerical values is weight percent (wt .-%), and that Thde for the thermal Zer settlement (%) stands.

Wie oben beschrieben, kann, da die Keramikauskleidung mit dem ein Molverhältnis von Titanoxid zu Aluminiumoxid im Be­ reich von 1,05 bis 1,25 aufweisenden, titanhaltigen Alumi­ nium ausgebildet wird, das Auftreten von Rissen und derglei­ chen in der Keramikauskleidung wirkungsvoll verhindert wer­ den, und sowohl die Wärmebeständigkeit als auch die Haltbar­ keit können beim Umgießen der Keramikauskleidung mit dem metallischen Material verbessert werden. As described above, since the ceramic lining is made with which has a molar ratio of titanium oxide to aluminum oxide in the loading ranging from 1.05 to 1.25 titanium-containing aluminum nium is formed, the appearance of cracks and the like effectively prevented in the ceramic lining den, and both the heat resistance and the durability speed can be cast around the ceramic lining with the metallic material can be improved.  

Wenn die Keramikauskleidung nach der vorliegenden Erfindung bei einer Ausströmungsöffnungs-Auskleidung angewendet wird, so kann das durch die Ausströmungsöffnung fließende Abgas nicht abkühlen und die Wärmeisolationseigenschaften des Auspuffkanals können verbessert werden.If the ceramic liner according to the present invention is applied to an outflow liner, so can the exhaust gas flowing through the outflow opening do not cool down and the thermal insulation properties of the Exhaust duct can be improved.

Es versteht sich vom Standpunkt des Fachmannes, daß die vor­ hergehende Beschreibung im Sinne einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform formuliert ist, und daß verschiedene Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können ohne den durch die anliegenden Ansprüche definierten Rahmen der vorliegen­ den Erfindung zu verlassen.It is understood from the standpoint of those skilled in the art that the above description in the sense of a preferred embodiment is formulated, and that various changes and modifications can be made without the through the attached claims define the scope of the present to leave the invention.

Claims (12)

1. Keramikauskleidung, dadurch gekennzeichnet, daß sie an ihrer Umfangsfläche mit einem metallischen Material umgossen ist und Wärmeisolationseigenschaften aufweist und daß sie die folgenden Komponenten umfaßt:
  • a) titanhaltiges Aluminium mit einem Molverhältnis von Titanoxid zu Aluminiumoxid im Bereich von 1,05 bis 1,25; und
  • b) Eisen(III)-oxid dessen Gewichtsprozente im Bereich von 4,0 bis 6,0 liegen, wobei das Eisen(III)-oxid dem titanhaltigen Aluminium zugegeben wird, und eine Sinterung zur Ausbildung der Keramikauskleidung in der gewünschten Form durchgeführt wird.
1. Ceramic lining, characterized in that it is encapsulated on its peripheral surface with a metallic material and has heat insulation properties and that it comprises the following components:
  • a) titanium-containing aluminum with a molar ratio of titanium oxide to aluminum oxide in the range from 1.05 to 1.25; and
  • b) iron (III) oxide whose weight percentages are in the range from 4.0 to 6.0, the iron (III) oxide being added to the titanium-containing aluminum, and sintering being carried out to form the ceramic lining in the desired shape.
2. Keramikauskleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Molverhältnis im wesentlichen 1,1 beträgt.2. Ceramic lining according to claim 1, characterized net, that the molar ratio is substantially 1.1. 3. Keramikauskleidung nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gewichtsprozente im wesentlichen 5,0 Gewichts­ prozente betragen.3. Ceramic lining according to claim 1 and 2, characterized ge features that the weight percent is essentially 5.0 weight percentages. 4. Keramikauskleidung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das metallische Material Aluminium im erhitzten und geschmolzenen Zustand ist. 4. Ceramic lining according to claim 1 to 3, characterized ge features that the metallic material aluminum in the heated and is molten state.   5. Keramikauskleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß sie außerdem aus Siliziumdioxid besteht, das in einer Menge im Bereich von 0,1 bis 0,2 Gewichtsprozent als Zusatzstoff zugegeben wird.5. Ceramic lining according to claim 1, characterized net, that it also consists of silicon dioxide, which in an amount in the range of 0.1 to 0.2 weight percent is added as an additive. 6. Keramikauskleidung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gewichtsprozente des Eisen(III)-oxids im Bereich von 4,8 bis 4,9 liegen.6. Ceramic lining according to claim 1 to 5, characterized ge features that the weight percent of ferric oxide in the range from 4.8 to 4.9. 7. Keramikauskleidung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Keramikauskleidung beim Sintervorgang im wesent­ lichen L-förmig ausgebildet wird.7. Ceramic lining according to claim 1 to 6, characterized ge features that the ceramic lining during the sintering process essentially Lichen L-shaped. 8. Keramikauskleidung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Keramikauskleidung an dem Verstärkungs- bzw. Haltemittel (brace) der Ausströmungsöffnung eines Kraft­ fahrzeugmotors angebracht wird.8. Ceramic lining according to claim 1 to 7, characterized ge features that the ceramic lining on the reinforcement or Brace of the outflow opening of a force vehicle engine is attached. 9. Keramikauskleidung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Keramikauskleidung als Ausströmungsöffnungs-Aus­ kleidung eines Kraftfahrzeugmotors angewendet wird.9. Ceramic lining according to claim 1 to 8, characterized ge features that the ceramic lining as an outflow-off clothing of a motor vehicle engine is applied. 10. Verfahren zur Herstellung einer Keramikauskleidung, ge­ kennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
  • a) Vermischen von Titanoxid- und Aluminiumoxidpulvern derart, daß das Molverhältnis von Titanoxid zu Alu­ miniumoxid im Bereich von 1,05 bis 1,25 liegt;
  • b) Sintern der vermischten Pulver zur Einstellung der Korngröße und zur Einstellung von titanhaltigem Alu­ miniumpulver; und
  • c) Zugabe von Eisen(III)-oxidpulver, dessen Gewichtspro­ zente im Bereich von 4,0 bis 6,0 liegen, zu dem Pul­ ver aus eingestelltem, titanhaltigem Aluminium und Brennen dieser Pulver, um die Keramikauskleidung in der gewünschten Form auszubilden.
10. A method for producing a ceramic lining, characterized by the following process steps:
  • a) mixing titanium oxide and aluminum oxide powders such that the molar ratio of titanium oxide to aluminum oxide is in the range from 1.05 to 1.25;
  • b) sintering the mixed powders to adjust the grain size and to adjust titanium-containing aluminum powder; and
  • c) adding iron (III) oxide powder, the weight percentages of which are in the range from 4.0 to 6.0, to the powder of adjusted, titanium-containing aluminum and firing this powder to form the ceramic lining in the desired shape.
11. Verfahren zur Herstellung der Keramikauskleidung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Molverhältnis im wesentlichen 1,1 und die Ge­ wichtsprozente im wesentlichen 5 Gewichtsprozente be­ tragen.11. Method of manufacturing the ceramic lining according to Claim 10, characterized in that the molar ratio is essentially 1.1 and the Ge weight percentages essentially 5 weight percent be wear. 12. Keramisches Auskleidungselement, dadurch gekennzeichnet, daß es durch die folgenden Verfahrensschritte herge­ stellt wird:
  • a) Vermischen von Titanoxid- und Aluminiumoxidpulvern derart, daß das Molverhältnis von Titanoxid zu Alu­ miniumoxid im Bereich von 1,05 bis 1,25 liegt;
  • b) Sintern der vermischten Pulver zur Einstellung der Korngröße und zur Einstellung von titanhaltigem Alu­ miniumpulver.
  • c) Zugabe von Eisen(III) -oxidpulver, dessen Gewichtspro­ zente im Bereich von 4,0 bis 6,0 liegen, zu dem Pulver aus eingestelltem, titanhaltigem Aluminium und Brennen dieser Pulver, um die Keramikauskleidung in der gewünschten Form auszubilden.
12. Ceramic lining element, characterized in that it is produced by the following process steps:
  • a) mixing titanium oxide and aluminum oxide powders such that the molar ratio of titanium oxide to aluminum oxide is in the range from 1.05 to 1.25;
  • b) sintering the mixed powders to adjust the grain size and to adjust titanium-containing aluminum powder.
  • c) adding iron (III) oxide powder, the weight percentages of which are in the range from 4.0 to 6.0, to the powder of adjusted, titanium-containing aluminum and firing this powder in order to form the ceramic lining in the desired shape.
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