KR19990036409A - 내연기관용 섬유 보강 세라믹 메트릭스 합성물 피스톤 및 실린더/슬리브 - Google Patents

내연기관용 섬유 보강 세라믹 메트릭스 합성물 피스톤 및 실린더/슬리브 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내연기관용 피스톤(18) 및 실린더/슬리브(30)에 관한 것이다. 짝은 종래의 피스톤 및 실린더/슬리브가 가진 들러붙음 및/또는 파손/균열의 위험 없이 밀접한 부품의 공차를 위하여 저열팽창 계수를 가진다. 피스톤(18)은 구조적 섬유 보강 세라믹 메트릭스 합성 물질로 형성되고, 그런 다음 조합된 제 1 내식성 및 자체 윤활 물질이 피스톤(18)의 스커트 부분에 적용된다. 실린더/슬리브(30)는 구조적 섬유 보강 세라믹 메트릭스 합성 물질로 형성되고, 그런 다음 제 2 내식성 및 자체 윤활 물질이 실린더/슬리브(30)의 표면에 적용된다.

Description

내연기관용 섬유 보강 세라믹 메트릭스 합성물 피스톤 및 실린더/슬리브
도 1의 단순화되어 도시된 바와 같이 고전적 종래의 내연기관(10)에 있어서, 실린더(12)와 피스톤(14)은 금속으로 만들어진다. 초기의 엔진은 주철로 만들어졌으나, 나중에는 예를 들어 알루미늄 합금과 같은 보다 가벼운 금속으로 만들어졌다. 실린더의 벽에 대한 원통형 슬리브 삽입구(16)의 사용은 알루미늄 엔진 블록과 디젤 엔진 블록에 공통적으로 되었다. 전통적인 주철 엔진에서, 엔진 내에서 마모가 한번 발생되면, 실린더는 구멍이 뚫려져 연삭되고, 그런 다음 개축된 엔진에서 사용되는 피스톤과 링들이 크게 된다. 삽입구와 함께, 엔진을 개축하도록, 필요하다면, 슬리브 삽입구(16)가 단지 대체되는 것이 필요하다. 실린더 벽을 위하여 사용되는 재료에 관계없이, 실린더 벽과 피스톤 사이의 틈새를 밀봉하기 위한 표준적인 방법은 피스톤 링을 사용하는 것이다. 틈새는 피스톤과 실린더 슬리브의 열팽창 차이 때문에 존재한다(그리고 존재하여야만 한다). 피스톤과 실린더가 이것들 사이에 윤활유 막의 얇은 도포으로 실린더 내에 끼워지도록 피스톤에 대한 충분한 틈새를 가지는 정확한 크기이면, 실린더 내에서의 연소로부터 가열된 금속이 팽창하자마자, 피스톤은 실린더 내에 둘러붙게 될 것이다. 충분한 틈새가 초기에 팽창을 허용하도록 제공되면, 블로바이가 극단적으로 되어서, 엔진은 온도를 상승시켜 적절한 밀봉을 생성하도록 충분히 구동할 수 없게 된다. 그러므로, 팽창 공간이 제공되고, 틈새는 피스톤 링으로 밀폐된다. 각 피스톤 링은 피스톤의 상부에 인접한 피스톤의 외주면에 있는 링 홈에 배치된다. 또한 피스톤 링이 실린더(12) 도는 유막 상의 슬리브 삽입구(16) 내에 올라탄다. 윤활유가 제거되면, 피스톤(14)은 둘러붙게 될 것이다. 엔진 설계 및 재료는 최근에 특정적으로 향상된 한편, 요구되는 연료 효율 보다 낮으며 요구되는 오염 방출 보다 높은 방출과 같은 문제점은 여전히 남아 있다.
그러므로, 본 발명의 목적은 최대의 강도 및 내구성과 크기에 대하여 최소의 중량을 가지는 내연기관용 피스톤과 실린더/슬리브를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 손상 없이 감소된 윤활유로 작동할 수 있는 내연기관용 피스톤과 실린더/슬리브를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 서로 슬라이딩 접촉할 때 부식이 없으며 필요한 정도로 자체 윤활 물질로 만들어진 내연기관용 피스톤과 실린더/슬리브를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 낮고 필요한 조건에 맞출 수 있는 열팽창 계수를 가지는 내연기관용 피스톤과 실린더/슬리브를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적들과 이점은 첨부된 도면을 참조하여 기술된 것으로부터 명백하게 될 것이다.
본 발명은 자동차용 세라믹 라이너를 구비한 구성품에 관한 것이고, 보다 상세하게는 구조적 섬유 보강 세라믹 메트릭스 합성물 물질의 피스톤을 형성하는 단계와; 피스톤의 스커트 부분에 제 1 내식성 물질을 적용하는 단계와; 구조적 섬유 보강 세라믹 메트릭스 합성 물질의 실린더/슬리브를 형성하는 단계와; 실린더/슬리브의 실린더 벽 및 내부면에 제 2 내식성 물질을 적용하는 단계를 포함하는 것에 의하여 제조되는 내연기관용 피스톤 및 실린더/슬리브 짝에 관한 것이다.
도 1은 종래의 내연기관용 실린더 및 피스톤의 단순화된 부분 절개도.
도 2는 본 발명에 따른 내연기관용 실린더 및 피스톤의 단순화된 확대 부분 절개도.
선행의 목적들은, 구조적 섬유 보강 세라믹 메트릭스 합성 물질로 형성된 피스톤과; 피스톤의 스커트 부분에 배치되는 제 1 내식성 물질과; 구조적 섬유 보강 세라믹 메트릭스 합성 물질로 형성된 실린더/슬리브와; 실린더/슬리브의 실린더 벽 및 내부면에 배치되는 제 2 내식성 물질을 포함하며, 상기 제 1 내식성 물질은 상기 제 1 내식성 물질과 접촉할 때 자체 윤활 특성을 보이는 본 발명의 내연기관용 피스톤과 실린더/슬리브 짝에 의하여 달성된다.
바람직한 구조적 섬유 보강 세라믹 메트릭스 합성 물질은 세라믹 상태로 중합체 유도 세라믹 수지에 배치되는 총칭적 섬유 시스템의 섬유를 함유한다.
추가적으로, 강도와 결합되는 경량을 위하여, 섬유들은 30 내지 60%의 섬유 용적률을 생성하도록 중합체 유도 세라믹 수지 내에 밀착적으로 가압된다.
바람직하게, 제 1 내식성 물질은 TiO2와 함께 뮬라이트, 또는 알루미나, 금, 은, 몰리브덴 또는 구리와 같은 그러나 이에 한정되지 않는 금속 원소로 이루어진다. 추가적으로, 텅스텐 탄화물 및 그 합금이 적절한 피스톤 링 도포재로서 검증되었었다.
또한 바람직하게, 제 2 내식성 물질은 알루미나, TiO2, 이트리아(yitria), 금, 은, 몰리브덴 또는 구리와 같은 그러나 이에 한정되지 않는 금속 원소로 이루어진다.
본 발명자들은 고내열성 및 고내취성을 제공하는 개선된 구조적 섬유 보강 세라믹 메트릭스 합성물(FRCMC, fiber reinforced ceramic matrix composite) 물질을 채택한 새로운 내연기관 설계를 개발하였다. 본질적으로, 연소에 노출되는 모든 표면은 세라믹 구조를 가진다. 이러한 세라믹 구조는 연소 가스에 인접한 벽면이 증가된 연비 및 감소된 오염 물질을 위하여 종래의 금속 엔진 보다 높은 온도에서 작동하게 한다. 추가적으로, 세라믹 구조는 내연기관에서 때때로 사용되는 종래의 모놀리식 세라믹 물질을 사용하지 않는다. 대신, 엔진은 본 발명의 기술 분야에서 공지된 섬유 보강 세라믹 메트릭스 합성물(FRCMC) 물질을 사용한다. 그러나, FRCMC 물질은 아주 새로운 것이며, 그러므로 단지 항공기의 고열 구조물과 같은 구조적 용도를 위하여 사용되었다는 것을 유의해야 한다. 제조자에 의하여 제공되는 바와 같은 FRCMC 물질과 관련된 종래 기술 또는 문헌에 있어서, 이러한 물질이 내연기관에서 채택되었다는 것에 대하여 개시되거나 또는 제안된 것은 없었다. 특히, 본 발명의 기술 분야에서, 서로 마찰되었을 때 빠르게 자체 파괴되는 경향이 관찰되기 때문에, FRCMC 물질이 서로 슬라이딩 접촉되도록 사용되는 것은 믿지 못하였다. 또한, 종래의 기술에 따라서 만들어진 세라믹 물질은 피로에 견딜 수 없고 노치에 민감하므로, 성공적인 비율의 제조 성능을 저해한다.
본 발명자에 의하여 개발된 바와 같은 개선된 FRCMC 물질로부터 만들어진 엔진 부품들은 종래의 FRCMC 물질로 만들어진 부품에 의하여 경험된 응력 제한 및 노치 민감성에 예민하지 않다. 이러한 개선된 FRCMC 물질은 2개의 예비 성형체 수지 또는 중합체 합성물의 처리 기술에 필적하는 변경된 시멘타이트성 수지 중 어느 하나를 채택하며, 이러한 것들은 규소 카르복실기 수지(블랙글래스(blackglas)라는 상표로 앨리드 시그널(Allied Signal)에 의하여 판매), 알루미나 실리케이트 수지[(제품 지정 CO2하에서 어플라이드 폴레라믹스(Applied Poleramics)에 의하여 판매)], 또는 알루미나, 알텍스(Altex), 넥스텔(Nextel) 312, 넥스텔 440, 넥스텔 510, 넥스텔 550, 규소 질화물, 규소 탄화물, HPZ, 흑연, 탄소 및 토탄과 같은(그러나 이에 한정되지는 않음) 총칭적 섬유 시스템과 결합된 모노알루미늄 인산염(모노알루미노 인산염으로 공지됨) 수지와 같이 상업적으로 이용할 수 있는 것이다. 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 섬유 시스템은 먼저 탄소, 규소 질화물, 규소 탄화물, 또는 다층의 하나 이상의 계면 물질과 같은 그러나 이에 한정되지 않는 계면 물질로 수 미크론의 두께로 도포된다. 계면 물질은 수지가 섬유 시스템의 섬유에 직접 접착되는 것을 방지한다. 그러므로, 수지가 세라믹으로 변환될 때, 세라믹 메트릭스와 섬유 사이에 약한 비접착층이 있으며, 이는 최종의 FRCMC에 필요한 내취성 성질을 부여한다. 이후에, 중합체 유도 또는 메트릭스라는 용어는 실제의 예비 세라믹 성형체 시스템 및 전형적인 구조적 중합체 복합체 시스템에 필적하도록 변경된 시멘타이트성 시스템 모두를 포함하도록 정의된다.
일반적으로, 구조적 FRCMC 물질로부터 내취성 엔진 부품을 형성하는 방법은 섬유 시스템에 계면 물질을 적용하는 단계와, 계면 물질 도포 섬유 시스템과 수지를 혼합하는 단계와, 도포된 섬유를 함유하는 수지를 필요한 부품으로 형성하는 단계와, 일정 온도에서 일정 시간 동안 결과적인 부품을 구워, 수지를 세라믹으로 변환시키는 단계를 수반한다.
본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 공지된 바와 같이, 내연기관의 피스톤과 실린더 사이의 보다 밀접한 끼움은 블로바이 및 냉간 시동 오염 물질 방출의 기회를 보다 적게 함을 의미한다. 한편, 보다 밀접한 끼움은 엔진 들러붙음에 대한 보다 많은 가능성을 부여함을 의미한다. 엔진 들러붙음이 그러한 고비용의 주된 문제이기 때문에, 설계자들은 낮은 작동 효율을 지지하여 들러붙음의 기회를 최소화하여 희망적으로 제거하는 것을 선택한다. 그러나, 상기된 FRCMC 물질로 만들어진 피스톤과 실린더/슬리브는 종래의 내연기관 보다 훨씬 높은 작동 온도에 견딜 수 있다. 보다 높은 온도는 보다 높은 연비 및 보다 낮은 미연소된 오염 물질의 산출을 이끄는 연료의 보다 완전한 연소를 제공한다. 더욱이, FRCMC 부품의 열팽창 계수가 금속보다 훨씬 적기 때문에, 훨씬 밀접한 공차가 선행의 이점에 추가하여 엔진의 들러붙음의 위험 없이 유지될 수 있다. 피스톤과 실린더의 열팽창 계수가 최소화되어 피스톤과 실린더 보어(정점 및 전형적인 작동 온도에서)의 실질적으로 동일한 열팽창 계수가 따르도록 예측될 수 있거나 또는 최소화되거나 또는 피스톤과 실린더 보어(정점 및 전형적인 작동 온도에서)의 실질적으로 동일한 열팽창 계수가 따르도록 예측될 수 있다면, 허용 공차는 들러붙음, 파손 및/또는 균열을 증가함이 없이 추가된 이점을 위하여 보다 밀접하게 유지될 수 있다.
엔진에서 채택되는 상기된 FRCMC 물질은 강보다 단단하지만, 알루미늄 보다 가볍다. 물질은 634.7℃(1200℉)를 초과한 벌크(bulk) 온도에서 피스톤 또는 슬리브로서 작동될 수 있다. 강보다 우월한 내피로성 및 내크리프성(동일한 온도에서)과 조합된 이러한 향상된 온도 용량은 증가된 내구성 및 성능이 따른다. 추가적으로, 세라믹은 금속의 산화 문제의 경향이 없다.
본 발병의 피스톤과 실린더/슬리브는 특정 방식으로 상기된 FRCMC 물질의 상용에 의하여 그리고 추가적인 첨가제로 상술된 목적을 달성한다. 본 발명의 요소들이 도 2에 도시되어 있다. 커넥팅 로드(24)에 연결되는 리스트 핀(22, wrist pin)을 가지는 피스톤(18)은 모두 세라믹으로 만들어진다. 피스톤(18)은 링 홈(26)과 스커트(28)를 포함한다. 상기된 FRCMC 물질은 마모 및 열팽창이 문제가 되는 곳에 사용되거나 또는 증가된 성능 또는 감소된 방출을 달성하도록 향상된 내열성 및 내마모성이 필요한 곳에 사용되며, 금속은 높은 온도 또는 상승된 열 부하가 필요하지 않는 강도를 요구하는 곳(예를 들어 피스톤 로드)에 사용된다. 그러므로, FRCMC 실린더/슬리브(30) 또한 금속의 엔진 블록(32)에 의하여 지지된다. 실린더/슬리브의 지정은 실린더가 엔진 블록 자체의 일부이며 슬리브가 원통형 실린더의 측벽으로서 배치되는 얇은 원통형 라이너이기 때문에 실린더 또는 슬리브보다는 오히려 채택된다. 이러한 경우에, 본 발명을 채택하는 하나의 엔진에서, FRCMC 실린더/슬리브(30)는 절연 및 내마모성을 위하여 블록(32)의 실린더 내에 억지 삽입된 얇은 슬리브일 수도 있으며, 한편, 다른 엔진에서, 이는, 주위의 엔진 블록의 일체적 구성품이며 주위의 블록(32)에 의하여 단지 지지되어 운반되지 않는 구조적 로드 캐리어를 구성하도록 충분한 두께일 수도 있다.
피스톤(18)이 연소력을 취하여 커넥팅 로드(24)를 통하여 크랭크축에 전달하기 때문에, 엔진에 대한 내부의 다른 많은 부품들 보다 피스톤을 깨뜨리려는 경향이 있는 힘을 받는다. 내부가 엔진 수명, 마모, 및 연비의 변수이기 때문에, 최대 강도와 함께 가능한 가장 가벼운 피스톤이 필요하다. 또한 전체적인 차량 연비를 위하여 가능한 강하고 경량인 엔진을 가지는 것이 필요하다. 이러한 것은 다수의 방법으로 본 발명의 목적을 위하여 설명될 수 있다. 첫 번째는 피스톤(18)과 실린더/슬리브(30)를 구성하는 방법이다.
FRCMC는 실질적으로 소위 섬유 유리와 같은 다른 복합 물질처럼 작용한다. 즉, 이를 구성하는 방법은 부품의 궁극적인 중량 및 강도에 직접적인 관계가 있다. 예를 들어, 섬유 유리는 에폭시와 같은 경화 수지 물질 전체에 걸쳐서 배치되는 유리 섬유를 포함한다. 최종 제품에서 수지 대 섬유비가 높으면 높을수록, 제품을 보다 무거운 중량을 가지며, 제품은 보다 파손되기 쉽다. 패킹된 섬유들을 서로 밀착 결합하도록 단지 충분한 수지를 사용하는 것에 의하여, 결과적인 제품은 경량이며, 강하고 인성을 가진다. 섬유 유리 낚싯대는 좋은 예이다. 그 자체의 섬유 길이 및 정위는 또한 제품의 질에 기여한다. 섬유 유리 셀에 벌크 및 전체적인 강도를 추가하도록(고온 통(tub)에서와 같이), 소위 촙건(chop gun)이 표면 위로 짧고 불규칙적인 정위의 유리 섬유를 송풍하도록 사용된다. 대조적으로, 강하고 경량의 가요성 선박 선체를 만들도록, 직조 유리 섬유 의류 매트가 성형기에 적층되고, 수지는 조밀한 합성물을 만드는 섬유로 굴려지고 가압된다. 보다 강하고 보다 경량인 물질은 섬유 물질 위에 적층하고 수지의 설정에 앞서 물질들을 밀착 접촉시키도록 스퀴징 압력을 받게 하는 것에 의하여 만들어질 수 있다.
본 발명에 의하여 기술된 부품의 바람직한 제조에 있어서, 수지/섬유 혼합물은 군사용 항공기 구조 합성물을 제조하는 기술 분야에서 경험된 것에 의하여 널리 공지된 방법에 의하여 열과 압력의 조합으로 형성된다. 형성된 예비 세라믹 합성물은 그런 다음 예비 세라믹 합성물 형상을 세라믹 메트릭스 합성물 구조 부품으로 변환시키도록 고온의 온도의 구워내기(firing) 사이클이 시행된다.
그러므로, 보다 경량이며 강한 부품을 만드는 양태가 기술되었으며, 이제는 자체 윤활/내식성의 문제에 대하여 기술된다. 실린더/슬리브(30)와 피스톤 스커트(28)의 접촉면은 어렵게 처리된다. 동일자 출원된“슬라이딩 접촉 관계에서 구조적 섬유 보강 세라믹 메트릭스 합성물 자동차 엔진 부품들 사이의 마모 감소 방법”이라는 명칭으로 출원된 국제 특허 출원 제 호에서, 구조적 FRCMC의 표면상의 내식성 물질의 사용이 개시되었다. 특별하게, 그 설명이 기술되었다.
구조적 FRCMC 구성품의 접촉면들은 구성품의 마모면에 밀착 결합하는 내식성 물질로 덮여진다. 이러한 목적을 위하여, 내식성 물질은 바람직하게 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 공지된 기술에 따른 플라즈마 분사를 통하여 적용되는 뮬라이트(즉 알루미나 실리케이트, Al2Si4), 알루미나(즉, Al2O3), 또는 등가의 물질을 포함한다.
내식성 도포재는 다음과 같이 적용된다. 내식성 도포재의 적용에 앞서, 스파크 플러그, 밸브, 리스트 핀 등을 위한 모든 구멍이 가공된다. 이러한 목적을 위하여 상업적 등급의 다이아몬드가 추천된다. 추후에 기술되는 바와 같은 어떠한 다른 가공이 이 때 수행된다. 가공 공정의 종료로, 필요하다면, 부품의 표면의 모든 형상의 가장자리는 다이아몬드 페이퍼를 사용하여 분해된다.
부품이 가공되었으면, 부품은 가공 공정에서 사용된 어떠한 절삭유의 연소도 보장하도록 적절한 온도에서 일정 시간 동안 오븐에 배치되었다(전형적으로 2시간 @357℃(700℉)이지만 절삭유에 의존한다).
키(key)는 내식성 도포재를 FRCMC 구조물에 결합하는 것이다. FRCMC 구조물의 표면이 적절하게 준비되지 않으면, 내식성 도포재는 간단하게 벗겨져 떨어지고, 장시간 동안의 보호를 제공할 수 없다. 바람직한 실시예에서, FRCMC 구조물의 표면은 FRCMC 구조물의 세라믹 메트릭스 내에 작은 디보트(divot)를 형성하도록 약하게 그릿(grit) 블라스팅된다. 약한 그릿 블라스팅은 내식성 도포재가 도포되어 접착되는 총칭적 섬유 시스템의 노출된 섬유 상의 헤어 또는 휘스커(whisker)를 노출시키도록 믿어진다. 성공적으로 판명된 전형적인 그릿 블라스팅은 100 그릿 @ 20PSI이다.
제 2 실시예에 따라서, FRCMC 구조물의 표면은 너트 또는 볼트의 “나사부”와 유사한 얇고 얕으며 규칙적으로 이격된 일련의 홈들이 구비될 수 있으며, 내식성 도포재는 기계적으로 고정된다. 본질적으로, 표면은 매끄러운 표면 대신에 거친 표면을 제공하도록 선이 그어진다. 홈의 깊이, 폭 및 간격은 중요한 것은 아니며, 실험없이 각 부품 또는 구성품에 대해 결정될 수 있다. 일반적으로, 홈들은 내식성 도포재가 그 접착성을 상실하여 벗겨져 나갈 잠재성이 있는 어느 큰 매끄러운 영역들을 최소화하도록 밀접하게 이격되어야 한다. 그러므로, 오버 그루빙(over-grooving)은 오버 그루빙이 최종의 그라인딩후에 매끄러운 마모면을 제공하도록 추가적인 마모재의 적용을 필요로 하는 것을 제외하고는 표면을 언더-그루빙(under-grooving)하는 것이 바람직할 수 있다. 홈들은 밑에 있는 FRCMC 구조물의 구조적 강도를 어느 정도까지 저하시킴이 없이 내식성 도포재에 기계적인 고정 영역을 제공하도록 얕게 형성되어야 한다.
표면 준비 후에, 부품은 깨끗한 압축 건조 공기에 의하여 세척되고, 그런 다음 플라즈마 분사 공정을 위하여 적절한 홀딩 고정구에 적재된다. 직접식 공기 송풍기는 내식성 도포재의 적용 동안 부품의 반대편 측부를 냉각하도록 사용된다.
그런 다음, 플라즈마 분사된 내식성 도포재는 분당 5g 이상으로 설정된 증착 속도로 적용된다. 홀딩 고정구 속도, 표면을 가로지르는 플라즈마 건(gun)의 이동 속도, 및 분사폭은 50%의 중첩율을 가진 이발소 회전등(barber pole) 분사 패턴을 이루도록 설정된다. 플라즈마 건은 분사된 표면으로부터 0.254cm 내지 7.62cm 이격되도록 설정된다. 본 공정에서 사용되는 입자 크기는 170 내지 400 메시의 범위이다. 최종 가공을 위하여 충분한 물질이 적용된다.
내식성 도포재의 적용 후에, 도포된 표면은 최종 표면 형상을 이루도록 다이아몬드 페이퍼 또는 적절한 형태의 공구(상업적 등급의 다이아몬드 공구가 추천됨)에 의하여 매끄럽게 된다.
추가적으로, 플라즈마 분사된 도포재가 적용될 수 있으며, 그런 다음, 부착된 내식성 도포재는 추가로 예비 성형체 중합체 수지가 재침투될 수 있으며, 그런 다음 세라믹 상태로 변환된다. 그 결과는 공통의 세라믹 메트릭스에 의하여 서로 일체적으로 결합된 FRCMC와 세라믹 메트릭스 보강 모놀리식 내마모성 도포재의 결합으로부터 형성되는 혼합 또는 조합된 세라믹 메트릭스 합성물에 도포재를 본질적으로 통합하는 것에 의하여 도포재의 부가적인 인성이 따르게 된다. 본 발명에 따라서 완전하게 상이한 접근에서, 분말 형태를 하는 내식성 도포재 물질은 개선된 내마모성을 위한 성분의 형성에 앞서 메트릭스 물질 내에서 분산될 수도 있다.
그러나, 본 발명의 피스톤과 실린더/슬리브의 특정의 필요성들을 충족시키도록, 어떠한 추가적인 고려들이 바람직한 실시를 위하여 만들어져야만 된다. 실린더/슬리브(30)의 마모면을 위한 바람직한 내식성 물질은 알루미나, 2 내지 29% 사이의 TiO2, 0 내지 1%의 이트리아, 2 내지 15%의 몰리브덴의 혼합물 도포재이다. 혼합물은 분말이며, 분말은 플라즈마 분사 기술에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 공지된 바와 같은 종래의 방식으로 플라즈마 분사된다. 혼합물은 표면에 내식성과 자체 윤활 성질을 제공한다. 피스톤이 측벽을 향하여 슬라이드됨에 따라서, 뮬라이트(알루미늄의 적소에)가 선택될 수 있지만, 뮬라이트가 상기 혼합물보다 연하기 때문에 바람직한 것은 아니다.
피스톤(28)의 스커트를 위한 바람직한 내식성 물질은 알루미나 또는 뮬라이트, 2 내지 15%의 TiO2및 2 내지 15%의 몰리브덴의 혼합물이다. 스커트 도포재는 슬리브 도포재보다 연한 것으로 설계된다.

Claims (16)

  1. a) 구조적 섬유 보강 세라믹 메트릭스 합성 물질로 형성된 피스톤과;
    b) 상기 피스톤의 스커트 부분에 배치되며, 자체 윤활 특성을 가지는 제 1 내식성 물질과;
    c) 구조적 섬유 보강 세라믹 메트릭스 합성 물질로 형성된 실린더/슬리브와;
    d) 상기 실린더/슬리브의 실린더 벽 및 내부면에 배치되며, 또한 자체 윤활 특성을 가지고 상기 제 1 내식성 물질 보다 단단한 제 2 내식성 물질을 포함하는 내연기관용 저열팽창 계수의 피스톤과 실린더/슬리브 짝.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 구조적 섬유 보강 세라믹 메트릭스 합성물 물질은 세라믹 상태에서 중합체 유도 세라믹 수지에 배치되는 총칭적 섬유 시스템의 섬유들을 포함하는 내연기관용 저열팽창 계수의 피스톤과 실린더/슬리브 짝.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 섬유들은 상기 중합체 유도 세라믹 수지 내에서 밀착적으로 압착되는 내연기관용 저열팽창 계수의 피스톤과 실린더/슬리브 짝.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 내식성 물질은 알루미나 또는 뮬라이트, 2 내지 15%의 TiO2, 및 2 내지 15%의 몰리브덴 혼합물을 함유하는 내연기관용 저열팽창 계수의 피스톤과 실린더/슬리브 짝.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 내식성 물질은 알루미나, 2 내지 29%의 TiO2, 0 내지 1%의 이트리아 및 2 내지 15%의 몰리브덴 혼합물을 함유하는 내연기관용 저열팽창 계수의 피스톤과 실린더/슬리브 짝.
  6. a) 구조적 섬유 보강 세라믹 메트릭스 합성물 물질의 피스톤을 형성하는 단계와;
    b) 피스톤의 스커트 부분에 제 1 내식성 및 자체 윤활 물질을 적용하는 단계와;
    c) 구조적 섬유 보강 세라믹 메트릭스 합성 물질의 실린더/슬리브를 형성하는 단계와;
    d) 실린더/슬리브의 실린더 벽 및 내부면에 제 1 내식성 및 자체 윤활 물질 보다 단단한 제 2 내식성 및 자체 윤활 물질을 적용하는 단계를 포함하는 내연기관에서 사용하기 위한 저열팽창 계수의 세라믹 피스톤 및 실린더/슬리브 짝을 제조하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 구조적 섬유 보강 세라믹 메트릭스 합성 물질의 피스톤은 형성하는 상기 단계는,
    a) 피스톤의 형상으로 총칭적 섬유 시스템의 섬유들을 배치하는 단계와;
    b) 중합체 유도 세라믹 수지를 상기 섬유들에 침투시키는 단계와;
    c) 수지가 침투된 섬유들을 서로 압착시키는 단계와;
    d) 수지와 관련된 일정 온도에서 일정 시간 동안, 압착된 수지가 침투된 섬유들을 구워, 수지를 세라믹으로 변환시키는 단계를 포함하는 내연기관에서 사용하기 위한 저열팽창 계수의 세라믹 피스톤 및 실린더/슬리브 짝을 제조하는 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 동일한 구조적 섬유 보강 세라믹 메트릭스 합성 물질의 실린더/슬리브를 형성하는 단계는,
    a) 실린더/슬리브의 형상으로 총칭적 섬유 시스템의 섬유들을 배치하는 단계와;
    b) 중합체 유도 세라믹 수지를 상기 섬유들에 침투시키는 단계와;
    c) 수지가 침투된 섬유들을 서로 압착시키는 단계와;
    d) 수지와 관련된 일정 온도에서 일정 시간 동안, 압착된 수지가 침투된 섬유들을 구워, 수지를 세라믹으로 변환시키는 단계를 포함하는 내연기관에서 사용하기 위한 저열팽창 계수의 세라믹 피스톤 및 실린더/슬리브 짝을 제조하는 방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 피스톤의 스커트 부분에 상기 제 1 내식성 및 자체 윤활 물질을 적용하는 단계는 상기 피스톤의 스커트 부분에 알루미나 또는 뮬라이트, 2 내지 15%의 TiO2, 및 2 내지 15%의 몰리브덴 혼합물을 플라즈마 분사하는 단계를 포함하는 내연기관에서 사용하기 위한 저열팽창 계수의 세라믹 피스톤 및 실린더/슬리브 짝을 제조하는 방법.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 실린더/슬리브의 내부 원통면에 제 2 내식성 및 자체 윤활 물질을 적용하는 단계는 알루미나, 2 내지 29%의 TiO2, 0 내지 1%의 이트리아 및 2 내지 15%의 몰리브덴 혼합물을 플라즈마 분사하는 단계를 포함하는 내연기관에서 사용하기 위한 저열팽창 계수의 세라믹 피스톤 및 실린더/슬리브 짝을 제조하는 방법.
  11. a) 구조적 섬유 보강 세라믹 메트릭스 합성물 물질의 피스톤을 형성하는 단계와;
    b) 피스톤의 스커트 부분에 알루미나 또는 뮬라이트, 2 내지 15%의 TiO2, 및 2 내지 15%의 몰리브덴 혼합물을 제 1 내식성 및 자체 윤활 물질을 플라즈마 분사하는 단계와;
    c) 구조적 섬유 보강 세라믹 메트릭스 합성 물질의 실린더/슬리브를 형성하는 단계와;
    d) 실린더/슬리브의 실린더 벽 및 내부면에, 제 1 내식성 및 자체 윤활 물질 보다 단단하고 또한 알루미나, 2 내지 29%의 TiO2, 0 내지 1%의 이트리아 및 2 내지 15%의 몰리브덴 혼합물을 함유하는 제 2 내식성 및 자체 윤활 물질을 플라즈마 분사하는 단계를 포함하는 내연기관에서 사용하기 위한 저열팽창 계수의 세라믹 피스톤 및 실린더/슬리브 짝을 제조하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 구조적 섬유 보강 세라믹 메트릭스 합성 물질의 피스톤은 형성하는 상기 단계는,
    a) 피스톤의 형상으로 총칭적 섬유 시스템의 섬유들을 배치하는 단계와;
    b) 중합체 유도 세라믹 수지를 상기 섬유들에 침투시키는 단계와;
    c) 수지가 침투된 섬유들을 서로 압착시키는 단계와;
    d) 수지와 관련된 일정 온도에서 일정 시간 동안, 압착된 수지가 침투된 섬유들을 구워, 수지를 세라믹으로 변환시키는 단계를 포함하는 내연기관에서 사용하기 위한 저열팽창 계수의 세라믹 피스톤 및 실린더/슬리브 짝을 제조하는 방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 동일한 구조적 섬유 보강 세라믹 메트릭스 합성 물질의 실린더/슬리브를 형성하는 단계는,
    a) 실린더/슬리브의 형상으로 총칭적 섬유 시스템의 섬유들을 배치하는 단계와;
    b) 중합체 유도 세라믹 수지를 상기 섬유들에 침투시키는 단계와;
    c) 수지가 침투된 섬유들을 서로 압착시키는 단계와;
    d) 수지와 관련된 일정 온도에서 일정 시간 동안, 압착된 수지가 침투된 섬유들을 구워, 수지를 세라믹으로 변환시키는 단계를 포함하는 내연기관에서 사용하기 위한 저열팽창 계수의 세라믹 피스톤 및 실린더/슬리브 짝을 제조하는 방법.
  14. a) 구조적 섬유 보강 세라믹 메트릭스 합성물 물질의 피스톤을 형성하는 단계와;
    b) 피스톤의 스커트 부분에 알루미나 또는 뮬라이트, TiO2, 몰리브덴 및 구리 혼합물을 제 1 내식성 및 자체 윤활 물질을 적용하는 단계와;
    c) 구조적 섬유 보강 세라믹 메트릭스 합성 물질의 실린더/슬리브를 형성하는 단계와;
    d) 실린더/슬리브의 실린더 벽 및 내부면에, 제 1 내식성 및 자체 윤활 물질 보다 단단하고 또한 알루미나, TiO2, 이트리아 및 금, 은 몰리브덴, 및 구리로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 금속의 혼합물을 함유하는 제 2 내식성 및 자체 윤활 물질을 적용하는 단계를 포함하는 내연기관에서 사용하기 위한 저열팽창 계수의 세라믹 피스톤 및 실린더/슬리브 짝을 제조하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 피스톤의 스커트 부분에 상기 제 1 내식성 및 자체 윤활 물질을 적용하는 단계는 상기 피스톤의 스커트 부분에 알루미나 또는 뮬라이트, 2 내지 15%의 TiO2, 및 2 내지 15%의 몰리브덴 혼합물을 플라즈마 분사하는 단계를 포함하는 내연기관에서 사용하기 위한 저열팽창 계수의 세라믹 피스톤 및 실린더/슬리브 짝을 제조하는 방법.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 실린더/슬리브의 내부 원통면에 제 2 내식성 및 자체 윤활 물질을 적용하는 단계는 알루미나, 2 내지 29%의 TiO2, 0 내지 1%의 이트리아 및 2 내지 15%의 몰리브덴 혼합물을 플라즈마 분사하는 단계를 포함하는 내연기관에서 사용하기 위한 저열팽창 계수의 세라믹 피스톤 및 실린더/슬리브 짝을 제조하는 방법.
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