framtiden för den inhemska bilindustrin kan mycket väl vila på sand.

det vanliga ämnet innehåller viktiga ingredienser för vissa ovanliga material som är nödvändiga för att producera en revolutionerande typ av motor-den keramiska gasturbinen.

det land som först fulländar motorn kan hamna dominerande internationell bilproduktion, enligt inhemska och utländska biltillverkare. En pålitlig keramisk motor skulle vara ett stort steg framåt i ansträngningar för att förbättra bränsleeffektiviteten utan att offra prestanda eller säkerhet i bilar, säger bilchefer.

keramiska motorer tillåter kompression och expansion av gaser vid extremt höga temperaturer utan förlust av värme eller motorskador. En motor som håller sin värme utan att skada sig själv eller andra komponenter fungerar mer effektivt.

turbiner har funnits i flera år. Chrysler Corp. hade en experimentell gasturbinbil 1963. Men det erbjöds aldrig kommersiellt eftersom Chrysler inte kunde hitta ett kostnadseffektivt sätt att hantera den enorma värmen-så mycket som 2500 grader Fahrenheit-genererad av motorn.

förbättringar i keramiska material lovar att göra gasturbinen praktisk. Faktum är att nya typer av keramik är ansvariga för förändringar i produkter som sträcker sig från bilar till elektronik till falska tänder. Dessa nya keramik är långt ifrån blomkrukor, badrum kakel och porslin vanligen förknippas med ordet. Dessa nya material består av kisel och andra traditionella keramiska ingredienser i kombination med karbidpolymerer, aluminiumoxid och andra material.

de resulterande föreningarna behåller förmågan att motstå värme, men är mindre spröda och mer slitstarka.

effekten på bilindustrin förväntas bli djupgående.

till skillnad från traditionella kolvmotorer bränner turbiner bränsle i jämn takt och härleder kraft genom att rikta expanderande gaser mot en fläktliknande enhet. Gaserna vrider fläkten, som vrider en axel ansluten till en växellåda. Den stadiga bränningen och den höga temperaturen ger större effektivitet.

”det är ingen tvekan om att en keramisk gasturbinmotor för bilar kan erbjuda betydande fördelar för bilindustrin och för landet”, säger John A. Boppart, senior vice president för Garrett Turbine Engine Co. i Phoenix.

men USA ”gör faktiskt inte ett mycket bra jobb med att hålla jämna steg med japanerna i keramik”, sade Boppart i nyligen vittnesmål inför House subcommittee on transportation, aviation and materials.

Garrett arbetar med Ford Motor Co. att utveckla en avancerad gasturbin som kommer att ha ”heta delar” – turbinrotor och blad, förbränningsaggregat, kanaler-gjorda av keramik. General Motors Corp. har en liknande ansträngning på gång med sin Allison Gasturbinavdelning.GM-och Ford-projekten har fått 116 miljoner dollar, mestadels i federala pengar, sedan 1980. Företagen ber regeringen att ante upp ytterligare $100 milion under de kommande fyra åren-en begäran som förde dem till Capitol Hill förra månaden och höjde ire av vissa lagstiftare som sa att de två företagen är rika nog att finansiera sin egen forskning.

men GM och Ford försvarar sina finansieringsförfrågningar.

”GM har varit i gasturbinutveckling sedan 1952”, säger Harold E. Helms, chefsprojektingenjör för Allison gasturbin. ”Jag kan försäkra er om att pengarna inte kom från den federala regeringen.”

Ford spenderade förra veckan mer av sina egna pengar, 10 miljoner dollar, för att förvärva en andel på 11 procent i Ceradyne Inc., ett företag baserat i Kalifornien som specialiserat sig på kommersiella tillämpningar av keramikteknik. Mycket av Ceradynes arbete kommer att innebära att utveckla bilprodukter, sade Fords President Harold A. Poling.

men varför uppmana regeringen?

för alla dess fördelar bär keramiktekniken också en påse med problem, säger inhemska biltillverkare.

Brittleness är en. Keramik tenderar att bryta eller spricka under stress, till exempel den som orsakas av en fordonskrasch. En annan är att binda keramik till metaller.

den forskning som krävs för att lösa dessa problem är kostsam-för dyr för företag som är under marknadspress att komma med nya produkter omedelbart, enligt Boppart, Helms och andra.

Som jämförelse utvecklas Japan snabbt i keramikutveckling, till stor del för att biltillverkare, regeringen och universitet arbetar tillsammans för att göra Japan till keramikledare, säger amerikanska biltillverkare.

”vad vi har hittat under de senaste fyra åren är att japanerna på grund av sitt nationella engagemang kan producera mer” inom keramikområdet, säger Serge Gratch, Fords chef för fordon, drivlina och komponentforskning. ”Japanerna kan helt enkelt investera mer i keramik på grund av sitt nationella engagemang.”

Japan tar ledningen inom keramik.

till exempel Nissan Motor Co. Ltd. producerar 500 bilar i månaden-dess 300 ZX sportmodeller-med keramiska komponenter turboladdare. Dessa anordningar ökar trycket på luftbränsleblandningen i motorförbränningskammare.

Nissans keramiska turbo-modeller säljs för närvarande endast i Japan. Men om tekniken visar sig vara effektiv-och hållbar-är det ingen tvekan om att Nissan kommer att exportera sina keramiska turbos till USA, vilket ger företaget en stor fördel gentemot sina amerikanska rivaler i den dyra änden av den inhemska bilmarknaden.

den inhemska elektronikindustrin har också en andel i keramikkrigen.

elektronikindustrins tillväxt och bredden av nya applikationer för avancerad keramik beräknas öka efterfrågan på keramikmaterial med 50 procent-från 3 miljarder dollar 1984 till mer än 4,5 miljarder dollar 1989.

för närvarande är hälften av världens försäljning av avancerade keramiska material till elektronikindustrin. Kyocera i Japan är världsledande inom keramiska förpackningar av datachips, med nästan 70 procent marknadsandel.

”vi tittar på vad de gör mycket noggrant”, sa en Westinghouse Electric Corp. forskningschef. ”För att de är ledarna.”samtidigt som man citerar regeringens roll i Japans framsteg inom keramik, är amerikanska industriister också villiga att erkänna att japanerna är snabbare att utveckla prototyper och testa keramiska material på marknaden.

japanerna betonar också processteknologierna som går in i keramisk tillverkning och kan därför utforska tillverkningsekonomier tidigare än amerikanska företag, säger inhemska industriister.

Japans Kyocera, till exempel, har gjort enorma framsteg i falska tänder teknik genom att utveckla en kristall safir implantat som är mer hållbara än porslin. Människor som bär de avancerade keramiska proteserna kan tugga hårdare med mindre risk att skada implantatet.

men amerikanska företag är väl positionerade på den snabbt växande keramiska kompositdelen av marknaden för nya material. ”Metal matrix” – kompositer har i synnerhet fångat uppmärksamheten och investeringarna hos ledande flyg-och rymdföretag och Pentagon.

”det händer mycket i det området i Försvarsdepartementet”, säger en tidigare biträdande försvarssekreterare för teknik, Robert Cooper, som påpekade att Defense Advanced Projects Agency har flera betydande nya materialprojekt pågår.Pentagon anser att metallmatriskompositer i slutändan kan leda till en hårdare men lättare generation av material för flygplan, tankar och truppbärare.

i huvudsak består en metallmatris av en metall-såsom aluminium-med strängar av keramiska fibrer som löper igenom i form av ett skelettnät. Detta fibernät kan ge styrka och värmebeständighet mot metallen på sätt som legeringar eller annat kompositmaterial inte kan. till exempel fungerar keramiskt fiberstödd aluminium såväl som dyrare titan i motorer och i andra applikationer.

utmaningen är att hitta ett billigt sätt att blanda fibrer och metall. Ingen har meddelat kommersiell framgång hittills. Försvar arbetar på nya sätt att” väta ” fibrerna till metallen.

” de binder inte om fibrerna inte blöter,” sa Cooper.

förutom militära tillämpningar kan keramiska kompositer av metallmatris också ha civila användningsområden, till exempel för tennisracket ramar (mycket som det finns kolfiberbaserade tennisracket ramar). Tuffa, men lätta, cyklar är en liknande möjlighet. Dessutom förväntas keramiska fibermetallmatrismaterial hitta sig in i bilindustrin.

E. I. Du Pont de Nemours & Co. och andra amerikanska företag konkurrerar med japanska företag som Kyocera och Nippon Carbon för marknaden för flera miljoner dollar. Dessutom bör styrkan i den inhemska flyg-och bilindustrin initialt säkerställa en färdig marknad för amerikanska företag.

faktum är att även om de är smärtsamt medvetna om Japansk konkurrens, diversifierar amerikanska kemiföretag till keramik. Du Pont, en kemisk Jätte på 36 miljarder dollar per år, har offentligt förklarat sin ambition att vara en stor keramikleverantör. Liknande, Dow Chemical Co. och Koppers Co. Inc. har aktieinvesteringar i keramikföretag.

bygger på sin omfattande expertis inom teknisk plast, General Electric Co. investerade också i keramikens potential genom att förvärva två anläggningar från 3M Co. och sätta upp ge keramik 1983.

men för att säkerställa att den avancerade keramikindustrin har en röst i Washington bildade amerikanska företag United States Advanced Ceramics Association i oktober förra året. Gruppen söker en Standard Industriklassificeringskod för avancerad keramik, en Department of Commerce technical advisory committee och immaterialrättsligt skydd för keramikprocesstekniker som utvecklats i detta land.