Il futuro dell’industria automobilistica nazionale molto bene può riposare sulla sabbia.

Quella sostanza comune contiene ingredienti chiave per alcuni materiali non comuni che sono essenziali per produrre un tipo rivoluzionario di motore-la turbina a gas in ceramica.

Il paese che per primo perfeziona il motore potrebbe finire per dominare la produzione automobilistica internazionale, secondo le case automobilistiche nazionali ed estere. Un motore ceramico affidabile sarebbe un salto di qualità negli sforzi per migliorare l’efficienza del carburante senza sacrificare le prestazioni o la sicurezza nelle automobili, dicono i dirigenti automobilistici.

I motori ceramici consentono la compressione e l’espansione dei gas a temperature estremamente elevate senza perdita di calore o danni al motore. Un motore che trattiene il suo calore senza danneggiare se stesso o altri componenti funziona in modo più efficiente.

Le turbine sono in circolazione da anni. Chrysler Corp. aveva un’auto sperimentale a turbina a gas nel 1963. Ma non è mai stato offerto commercialmente perché Chrysler non riusciva a trovare un modo economico per gestire l’enorme calore-fino a 2.500 gradi Fahrenheit-generato dal motore.

I miglioramenti nei materiali ceramici promettono di rendere pratica la turbina a gas. In effetti, i nuovi tipi di ceramica sono responsabili dei cambiamenti nei prodotti che vanno dalle automobili all’elettronica ai denti falsi. Queste nuove ceramiche sono ben lontane dai vasi da fiori, dalle piastrelle del bagno e dalle stoviglie comunemente associate alla parola. Questi nuovi materiali sono costituiti da silicio e altri ingredienti ceramici tradizionali combinati con polimeri di carburo, allumina e altri materiali.

I composti risultanti mantengono la capacità di resistere al calore, ma sono meno fragili e più resistenti all’usura.

L’effetto sull’industria automobilistica dovrebbe essere profondo.

A differenza dei motori a pistoni tradizionali, le turbine bruciano carburante a una velocità costante e derivano potenza dirigendo i gas in espansione contro un dispositivo simile a una ventola. I gas girano la ventola, che gira un albero collegato a un cambio. La bruciatura costante e la temperatura elevata garantiscono una maggiore efficienza.

“Non c’è dubbio che un motore a turbina a gas ceramico automobilistico possa offrire notevoli benefici all’industria automobilistica e al paese”, ha affermato John A. Boppart, vice presidente senior di Garrett Turbine Engine Co. a Phoenix.

Ma gli Stati Uniti sono “non, infatti, facendo un ottimo lavoro di tenere il passo con i giapponesi in ceramica,” Boppart ha detto in una recente testimonianza davanti alla sottocommissione della Camera sui trasporti, aviazione e materiali.

Garrett sta lavorando con Ford Motor Co. sviluppare una turbina a gas avanzata che avrà “parti calde” – rotore e pale della turbina, assemblaggio del combustore, condotti-in ceramica. General Motors Corp. ha uno sforzo simile in corso con la sua divisione turbine a gas Allison.

I progetti GM e Ford hanno ricevuto million 116 milioni, per lo più in denaro federale, dal 1980. Le aziende stanno chiedendo al governo di ante su un altro mil 100 milioni nei prossimi quattro anni-una richiesta che li ha portati a Capitol Hill il mese scorso e ha sollevato le i di alcuni legislatori che hanno detto che le due società sono abbastanza ricchi per finanziare la propria ricerca.

Ma GM e Ford difendono le loro richieste di finanziamento.

“GM è stata nello sviluppo della turbina a gas dal 1952,” ha detto Harold E. Helms, ingegnere capo del progetto per la turbina a gas di Allison. “Vi posso assicurare che quei soldi non provenivano dal governo federale.”

Ford la scorsa settimana ha speso più del proprio denaro, million 10 milioni, per acquisire un interesse dell ‘ 11 per cento in Ceradyne Inc., una società con sede in California specializzata in applicazioni commerciali della tecnologia ceramica. Gran parte del lavoro di Ceradyne coinvolgerà lo sviluppo di prodotti automobilistici, ha detto il presidente di Ford Harold A. Poling.

Ma perché chiamare il governo?

Per tutti i suoi vantaggi, la tecnologia della ceramica porta anche un sacco di problemi, dicono i produttori di auto nazionali.

La fragilità è una. Le ceramiche tendono a rompersi o rompersi sotto stress, come quella causata da un incidente stradale. Un altro è il legame della ceramica ai metalli.

La ricerca necessaria per risolvere questi problemi è costosa-troppo costosa per le aziende che sono sotto pressione del mercato a venire con nuovi prodotti immediatamente, secondo Boppart, Helms e altri.

In confronto, il Giappone sta progredendo rapidamente nello sviluppo della ceramica, in gran parte perché i produttori di auto, il governo e le università stanno lavorando insieme per rendere il Giappone il leader della ceramica, dicono i produttori di auto statunitensi.

“Quello che abbiamo scoperto negli ultimi quattro anni è che, a causa del loro impegno nazionale, i giapponesi possono produrre di più” nel campo della ceramica, ha dichiarato Serge Gratch, direttore di Ford per la ricerca di veicoli, propulsori e componenti. “I giapponesi sono semplicemente in grado di investire di più in ceramica a causa del loro impegno nazionale.”

Il Giappone sta prendendo il comando nella ceramica.

Ad esempio, Nissan Motor Co. Ltd. produce 500 auto al mese its i suoi 300 modelli sportivi ZX with con turbocompressori con componenti in ceramica. Questi dispositivi aumentano la pressione sulla miscela aria-carburante nelle camere di combustione del motore.

I modelli Nissan ceramic-turbo attualmente sono venduti solo in Giappone. Ma se la tecnologia si dimostra efficace-e durevole – non c’è dubbio che Nissan esporterà i suoi turbo in ceramica negli Stati Uniti, dando alla società un grande vantaggio rispetto ai suoi rivali statunitensi nella fascia alta del mercato automobilistico nazionale.

L’industria elettronica nazionale ha anche una partecipazione nelle guerre della ceramica.

Si prevede che la crescita dell’industria elettronica e l’ampiezza delle nuove applicazioni per la ceramica avanzata aumenteranno la domanda di materiale ceramico del 50%, da $3 miliardi nel 1984 a oltre $4,5 miliardi nel 1989.

Attualmente, la metà delle vendite mondiali di materiali ceramici avanzati è destinata all’industria elettronica. Kyocera in Giappone è il leader mondiale nel packaging ceramico di chip per computer, con una quota di mercato di quasi il 70%.

“Guardiamo a quello che stanno facendo con molta attenzione”, ha detto un direttore di ricerca di Westinghouse Electric Corp. “Perché sono i leader.”

Pur citando il ruolo del governo nel progresso del Giappone nella ceramica, gli industriali statunitensi sono anche disposti ad ammettere che i giapponesi sono più veloci a sviluppare prototipi e testare materiali ceramici sul mercato.

I giapponesi sottolineano anche le tecnologie di processo che entrano nella produzione ceramica, e quindi sono in grado di esplorare economie di scala manifatturiera prima delle aziende statunitensi, dicono gli industriali nazionali.

Il giapponese Kyocera, ad esempio, ha fatto enormi passi avanti nella tecnologia dei falsi denti sviluppando un impianto di zaffiro in cristallo più resistente della porcellana. Le persone che indossano le protesi in ceramica avanzate possono masticare più forte con meno rischio di danneggiare l’impianto.

Ma le aziende statunitensi sono ben posizionate nella porzione ceramica-composita in rapida crescita del mercato dei nuovi materiali. I compositi “Metal matrix” in particolare hanno catturato l’attenzione e gli investimenti delle principali aziende aerospaziali e del Pentagono.

“C’è molto da fare in quella zona nel Dipartimento della Difesa”, ha detto un ex assistente segretario alla Difesa per la tecnologia, Robert Cooper, che ha sottolineato che la Defense Advanced Projects Agency ha diversi progetti significativi di nuovi materiali in corso.

Il Pentagono ritiene che i compositi a matrice metallica possano portare a una generazione di materiali più dura ma più leggera per aerei, carri armati e porta truppe.

Essenzialmente, una matrice metallica è costituita da un metallo-come l’alluminio-con fili di fibre ceramiche che attraversano sotto forma di una rete scheletrica. Questa rete in fibra può dare forza e resistenza al calore al metallo in modi che le leghe o altro materiale composito non possono. Ad esempio, l’alluminio ceramico-fibra-aided esegue così come il titanio più costoso nei motori e in altre applicazioni.

La sfida è trovare un modo economico di miscelare le fibre e il metallo. Nessuno ha annunciato il successo commerciale finora. La difesa sta lavorando a nuovi modi di” bagnare ” le fibre al metallo.

“Non si legano se le fibre non si bagnano”, ha detto Cooper.

Oltre alle applicazioni militari, i compositi ceramici a matrice metallica possono anche avere usi civili, come per i telai delle racchette da tennis (tanto quanto ci sono telai per racchette da tennis a base di fibra di carbonio). Duro, ma leggero, biciclette sono un’opportunità simile. Inoltre, i materiali a matrice metallica in fibra ceramica dovrebbero trovare la loro strada nell’industria automobilistica.

E. I. du Pont de Nemours & Co. e altre aziende statunitensi sono in competizione con aziende giapponesi come Kyocera e Nippon Carbon per il mercato multimilionario. Inoltre, la forza delle industrie aerospaziali e automobilistiche nazionali inizialmente dovrebbe assicurare un mercato pronto per le aziende statunitensi.

In effetti, sebbene dolorosamente consapevoli della concorrenza giapponese, le aziende chimiche statunitensi si stanno diversificando nella ceramica. Du Pont, un gigante chimico da billion 36 miliardi all’anno, ha dichiarato pubblicamente la sua ambizione di essere un importante fornitore di ceramiche. Allo stesso modo, Dow Chemical Co. e la Koppers Co. Inc. avere partecipazioni in aziende ceramiche.

Attingendo alla sua vasta esperienza nell’ingegneria delle materie plastiche, General Electric Co. anche investito nel potenziale della ceramica con l’acquisizione di due impianti da 3M Co. e la creazione di GE Ceramics nel 1983.

Ma per garantire che l’industria della ceramica avanzata abbia una voce a Washington, le aziende statunitensi hanno formato l’United States Advanced Ceramics Association lo scorso ottobre. Il gruppo cerca un codice di classificazione industriale standard per la ceramica avanzata, un comitato consultivo tecnico del Dipartimento del Commercio e protezione della proprietà intellettuale per le tecniche di processo della ceramica sviluppate in questo paese.