DE69112314T2 - Einsatz aus Keramik und Metall. - Google Patents

Einsatz aus Keramik und Metall.

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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Einsatz-Verbundkörper aus Metall und Keramik, insbesondere einen Einsatz-Verbundkörper aus Metall und Keramik, der selbst bei einer hohen Temperatur eine hohe Verbindungsfestigkeit zwischen dem Keramik- und dem Metallmaterial und selbst bei einer tiefen Temperatur eine zuverlässig große Festigkeit aufweist, wodurch der Spannungsgrad im Keramikmaterial niedrig ist und der durch ein einfaches und kostengünstiges Verfahren hergestellt werden kann.
    • Beschreibung verwandter Gebiete
  • In den letzten Jahren wurden Maschinenbauteile erforscht und entwickelt, wobei man sich dabei die Eigenschaften von Keramikmaterial zunutze machte, d.h. eine ausgezeichnete Wärme- und Abriebbeständigkeit, ein leichtes Gewicht, Wärmeisolierung usw. Da jedoch die meisten Keramikmaterialien spröder als Metalle sind, können in vielen Fällen unter bloßer Verwendung von Keramikmaterialien Maschinenbauteile nicht problemlos hergestellt werden. Es ist daher bekannt, Keramikmaterialien in Form eines Verbundkörpers mit einem Metall zu verwenden.
  • Da jedoch die meisten Keramikmaterialien mit den oben beschriebenen ausgezeichneten Eigenschaften Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, die niedriger als jene üblicher Metallmaterialien für Maschinenstrukturen sind, wiesen Metall-Keramik-Verbundkörper das Problem sinkender Bindungsfestigkeit zwischen einem Metall und dem Keramikmaterial in einem Teil, der bei unterschiedlichen Temperaturen, insbesondere bei hohen Temperaturen, verwendet wird, sowie das Problem der bei hoher Temperatur erfolgenden Spaltbildung zwischen dem Metall und dem Keramikmaterial auf. Wenn man umgekehrt versucht, eine ausreichende Bindungsfestigkeit bei hoher Temperatur zu erzielen, gibt es das Problem des Keramikbruchs aufgrund des Auftretens übermäßiger Spannungen darin.
  • Zur Lösung dieser Probleme wurde ein Verfahren vorgeschlagen, worin ein Metall mit niedriger Wärmeausdehnung wie z.B.Titan, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der in der Nähe jenes von Keramikmaterialien liegt, als Zwischenschicht zwischen einem Keramikeinsatz und einem Metall, wie z.B. Gußeisen oder eine Alumniumlegierung, eingeschoben wird. Da ein solches Zwischenschichtelement jedoch durch Schrumpfpassung, Preßpassung, Hartlöten u.dgl. mit dem Keramikmaterial verbunden werden muß, ist das Verfahren mit dem Problem erhöhter Kosten konfrontiert, da viele Verarbeitungsschritte, d.h. maschinelles Bearbeiten, Hartlöten usw., erforderlich sind.
  • Ein weiteres Verfahren wurde vorgeschlagen, worin Keramikwolle, eine kalzinierte Keramikschicht niedriger Dichte oder ein Material geringer Steifigkeit, wie z.B. Kupfer, als Zwischenschicht verwendet wird. Dieses Verfahren ist jedoch insoferne problematisch, als keine ausreichende Festigkeit erreichbar ist.
  • Insbesondere bei beweglichen Teilen, die ein geringes Gewicht aufweisen müssen, ist es zwar vom Standpunkt des leichteren Gewichts wirkungsvoll, eine Aluminiumlegierung als Metallmaterial zu verwenden, doch das Problem liegt darin, daß ein Unterschied zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Keramikmaterials und des Metalls besteht und dieses Problem ernstzunehmender ist als in jenen Fällen, wo Eisenmaterial verwendet wird, da eine Aluminiumlegierung einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als das Eisenmaterial.
  • Weiters beschreibt EP-A-0 224 345 einen Keramik-Metall-Verbundkörper umfassend einen Keramikkörper und eine Gußlegierung auf Eisenbasis mit niedriger Ausdehnung, die durch Einsatzgießen daran befestigt ist.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Demzufolge ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die obigen Probleme herkömmlicher Maschinenteile zu lösen und einen Einsatz-Verbundkörper aus Metall und Keramik mit ausreichender Festigkeit bereitzustellen, der bei Raumtemperatur keine großen Spannungen im Keramikmaterial verursachen kann und in wenigen Arbeitsschritten bei niedrigen Kosten ohne maschinelles Bearbeiten der Verbindung zwischen dem Keramikmaterial und dem Metall hergestellt werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung stellt einen Einsatz-Verbundkörper aus Metall und Keramik, umfassend einen Keramikeinsatz und Gußeisen niedriger Ausdehnung nach Anspruch 1 bereit.
  • Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung des Metall-Keramik- Verbundkörpers nach Anspruch 6 bereit.
  • Vorzugsweise umfaßt der erfindungsgemäße Einsatz-Verbundkörper aus Metall und Keramik weiters eine Aluminiumlegierung, die durch Einsatzgießen an der Gußlegierung auf Eisenbasis mit niedriger Ausdehnung befestigt ist.
  • Es ist vorzuziehen, daß im erfindungsgemäßen Verbundkörper das Keramikmaterial nur für Teile verwendet wird, wo die Hitzebelastung groß ist (d.h. bei einem Kolben im Lippenabschnitt an der Öffnung einer Verbrennungskammer und einem Abschnitt im Zentrum davon).
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
  • Fig.1 ist eine schematische Schnittansicht eines Einsatz-Verbundkörperes aus Metall und Keramik gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • Fig.2 ist eine schematische Schnittansicht eines Beispiels des Einsetzverfahrens für die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform; und
  • Figuren 3 bis 8 sind jeweils schematische Schnittansichten der Einsatz-Verbundkörper aus Metall und Keramik gemäß anderer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
    • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Es folgt eine ausführliche Beschreibung der vorliegenden Erfindung.
  • Ein erfindungsgemäßer Einsatz-Verbundkörper aus Metall und Keramik besitzt eine Verbundstruktur, umfassend eine Gußlegierung auf Eisenbasis mit niedriger Ausdehnung, die vorzugsweise einen Wärmeausdehnungskoeffizienten innerhalb des Bereichs von 3,5 x 10&supmin;&sup6;/ºC bis 5,5 x 10&supmin;&sup6;/ºC bei Raumtemperatur bis 400ºC aufweist und mit einem Keramikeinsatz verbunden ist.
  • Die bei der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommende Gußlegierung auf Eisenbasis mit niedriger Ausdehnung weist eine Zusammensetzung auf, die im wesentlichen (in Gew.-%) aus 0,3 bis 2,0% C, 25 bis 32% Ni, 12 bis 20% Co, 0,3 bis 2,0% Si, 0,2 bis 0,8% Nb, 0,01 bis 0,2% Mg oder Ca, höchstens 1,0% Mn, sowie Fe und Verunreinigungen als Rest enthält.
  • Ein Grund für die Verwendung der Gußlegierung auf Eisenbasis mit der obigen Zusammensetzung besteht darin, daß ein derartiges Gußeisen einen Gesamtschrumpfungswert aufweist, der niedriger als jener der Legierungen mit niedriger Wärmeausdehnung (wie z.B. Invar-Legierungen und Kovar) ist, wenn die Temperatur auf Raumtemperatur gesenkt wird, da die Verfestigungsschrumpfung aufgrund der Trennung von Graphit (Dichte: etwa 2 g/cm³) von einem flüssigen Metall (Dichte: etwa 8 g/cm³) während der Verfestigung abnimmt. Ein weiterer Grund besteht darin, daß andere Metalle als die Gußlegierung auf Eisenbasis mit niedriger Ausdehnung und der obigen Zusammensetzung nicht die bevorzugten Eigenschaften der Gußlegierung auf Eisenbasis mit niedriger Ausdehnung besitzen, die einen Wärmeausdehnungekoeffizienten besitzt, der jenem der Keramikmaterialien näher ist als Eisenmaterialien im allgemeinen.
  • Der Ausdruck "Keramikmaterialien" bedeutet Siliziumnitrid, Sialone, Siliziumcarbid, Aluminiumoxid, Aluminiumtitanat u.dgl., die alle die für mechanische Bauelemente erforderliche Festigkeit aufweisen und gegenüber Hitze, Wärmeschock und Abrieb beständig sind; außerdem besitzen sie ein geringes Gewicht und sind wärmeisolierend u.dgl., wobei sie hier bessere Werte als Metalle aufweisen.
  • In der vorliegenden Erfindung ist hinsichtlich der Beziehung zwischen der Dicke eines Keramikelements und der Dicke der Gußlegierung auf Eisenbasis mit niedriger Ausdehnung die durchschnittliche Dicke des Keramikelements vorzugsweise größer als die durchschnittliche Dicke des Gußeisens. Der Grund für die bevorzugte Beziehung zwischen der Dicke liegt darin, daß trotz der Verwendung der Gußlegierung auf Eisenbasis mit niedriger Ausdehnung deren durchschnittlicher Wärmeausdehnungskoeffizient in einem weiten Temperaturbereich noch immer größer als der Wärmeausdehnungskoeffizient von Keramikmaterialien ist. Daher kommt es im Keramikelement aufgrund des Unterschiedes der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Keramikmaterial und dem Metall während des Abkühlens nach dem Bilden des Verbundkörpers zu Spannungen; wenn die Dicke des Keramikelements zu klein ist, nehmen die Spannungen übermäßig zu, wodurch das Keramikelement bricht. Aus dem gleichen Grund ist es mehr vorzuziehen, die im Keramikelement und den Gußelementen auf Eisenbasis auftretenden Spannungen durch FEM-Analyse o.dgl. zu untersuchen und einen Verbundkörper solcherart zu konstruieren, daß die Spannungen ausreichend gering sind.
  • Wenn die Gußlegierung auf Eisenbasis niedriger Ausdehnung in eine Form gegossen wird, die das einzusetzende Keramikmaterial enthält, ist es vorzuziehen, daß der Temperaturunterschied zwischen dem Keramikmaterial und der Metallschmelze durch Vorerhitzen des Keramikelements verringert wird, wobei die Wärmeschockbeständigkeits-Temperatur des Keramikelements berücksichtigt wird, sodaß das Keramikelement während des Eingießens des Metalls durch den Wärmeschock nicht bricht. Aus diesem Grund wird das Keramikelement vorzugsweise auf etwa 600ºC oder mehr, vorzugsweise etwa 800ºC oder mehr, vorerhitzt. Während des Vorerhitzens des Keramikelements ist es hinsichtlich der Arbeitseffizienz und der Verhinderung der Abkühlung des Keramikelements vorzuziehen, daß das Keramikelement gemeinsam mit einer Form vorerhitzt wird, in der sich das Keramikelement befindet. Es ist auch vorzuziehen, eine Keramikform zu verwenden, die hohen Temperaturen gegenüber beständig ist.
  • Während des Einsetzens ist es zur Verbesserung der Haftung zwischen dem Keramikmaterial und der Gußlegierung auf Eisenbasis vorzuziehen, Druck an das geschmolzene Metall anzulegen oder den Druck in der Form unmittelbar nach dem Eingießen des geschmolzenen Metalls in die Form durch Absaugen zu verringern. Nach dem Gießen wird das Gußstück in einem Temperofen allmählich abgekühlt, wobei es vom Standpunkt der Entfernung von Spannungen aus dem Gußstück besonders wirkungsvoll ist, es über einen langen Zeitraum bei 400 bis 600ºC zu halten. Wenn das Gußstück rasch abgekühlt wird, tritt aufgrund der durch den Unterschied der Wärmeausdehnung hervorgerufenen Spannungen der Bruch oder die Abtrennung des Keramikmaterials ein.
  • Vom Standpunkt der Gewichtsverringerung des Teils ist es auch vorzuziehen, daß der Metallabschnitt des Metall-Keramik-Verbundkörpers nach Möglichkeit ein Material wie z.B. eine Aluminiumlegierung enthält, die ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht aufweist. In einer bevorzugten Struktur wird daher auch eine Aluminiumlegierung o.dgl. in die Form eingegossen, sodaß sie sich mit der Außenseite der Gußlegierung auf Eisenbasis mit niedriger Ausdehnung verbindet, die ihrerseits mit dem Keramikmaterial verbunden ist.
  • Wenn eine Aluminiumlegierung in die Form eingegossen wird, um sich mit der Außenseite der Gußlegierung auf Eisenbasis mit niedriger Ausdehnung zu verbinden, ist es wirkungsvoll, eine Oberflächenbehandlung, wie z.B. eine Alfinbehandlung oder Alumeltbehandlung, der Eisenlegierung mit niedriger Ausdehnung durchzuführen, um die Aluminiumlegierung chemisch an die Eisenlegierung zu binden und eine starke Bindung dazwischen zu schaffen, ohne einen Spalt an der Grenzfläche zu erzeugen.
  • Wenn eine Aluminiumlegierung in die Form eingegossen wird, um sich mit dem Verbundkörper aus Keramik und Gußlegierung auf Eisenbasis mit niedriger Ausdehnung zu verbinden, erfolgt das Druckgießen vorzugsweise bei einem Gasdruck oder einem hydraulischen Druck von 2 bis 50 kg/cm², um die Bildung eines Schrumpfhohlraums o.dgl. zu verhindern.
  • Die vorliegende Erfindung wird zwar nachstehend unter Bezugnahme auf die in den Abbildungen dargestellten Ausführungsformen ausführlich beschrieben, sie ist aber nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt.
    • Ausführungsform 1
  • Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform, worin der erfindungsgemäße Einsatz-Verbundkörper aus Metall und Keramik am Kronenabschnitt eines aus zwei Stücken bestehenden Kolbens eines Dieselmotors mit Direkteinspritzung angeordnet ist.
  • Wie aus Fig.1 ersichtlich, umfaßt ein Hohlraum 1 einer Kolbenverbrennungskammer ein dickes Element aus Siliziumnitrid mit einer gewichtsmäßig hohen Wärmeübertragungsbeständigkeit. Die den Kolbenkörper bildende Gußlegierung 3 auf Eisenbasis mit niedriger Ausdehnung wird mit dem Hohlraum 1 verbunden, sodaß der Wärmeverlust des Verbrennungsgases in der Verbrennungskammer durch deren Wand verringert werden kann. Außerdem wird die Wärmebeständigkeit der Öffnung der Verbrennungskammer verbessert, sodaß die an der Öffnung auftretenden Probleme, z.B. Abbrand und Rißbildung, die Probleme bei Metallkolben sind, vermieden werden.
  • Eine solche Struktur ermöglicht die Bildung eines Teils, wobei nur geringe Spannungen im Keramikmaterial im gesamten Temperaturbereich, in dem der Teil zum Verbundkörper kommt, verursacht werden; außerdem besteht eine hohe Bindefestigkeit zwischen dem Metall und dem Keramikmaterial und eine hohe zuverlässige Festigkeit.
  • Fig.2 zeigt das Einsetzungsverfahren, das bei der Herstellung der in Fig.1 dargestellten Ausführungsform zur Anwendung kommt.
  • Das Kolbenhohlraumelement 1, das aus Siliziumnitrid besteht und eine wie gebrannte, keiner maschinellen Bearbeitung unterzogene Außenfläche aufweist, wird in eine Keramikform 2 eingesetzt und dann gemeinsam mit dieser erhitzt. Nach dem Erhitzen auf etwa 900ºC wurde eine geschmolzene Gußlegierung 3 auf Eisenbasis mit niedriger Ausdehnung bei 1400ºC, die eine chemische Zusammensetzung von (jeweils in Gew.- %) 1,2% C, 1,2% Si, höchstens 0,3% Mn, 28% Ni, 14% Co, 0,03% Mg und 0,3% Nb aufwies, in die Form 2 gegossen. Zu diesem Zeitpunkt wurde der Druck in der Form 2 mittels Absaugen durch die untere Kammer 4 verringert, um die Haftung zwischen dem Siliziumnitrid-Kolbenhohlraumelement 1 und der Legierung 3 zu verbessern. Nach der Temperaturabnahme des geschmolzenen Metalls auf etwa 800ºC wurde die Form 2 in einen Elektroofen eingesetzt. Nach einer langsamen Abkühlung auf Raumtemperatur wurde der erhaltene Verbundkörper von der Form 2 getrennt und die Außenperipherie der Gußlegierung mit niedriger Ausdehnung einer maschinellen Bearbeitung unterzogen.
    • Ausführungsform 2
  • Fig.3 zeigt eine Ausführungsform, worin der erfindungsgemäße Einsatz-Verbundkörper aus Metall-Keramik am Kolben eines kleinen Dieselmotors mit Direkteinspritzung angeordnet ist.
  • In der Ausführungsform wurde ein an der Öffnung einer Kolbenverbrennungskammer angeordneter Lippenabschnitt 11 durch Verwendung von Siliziumnitrid mit ausgezeichneter Wärmebeständigkeit gebildet, um Abbrand, Rißbildung u.dgl., d.h. Probleme bei Metallkolben, im Lippenabschnitt 11 zu vermeiden. Außerdem bestand der Kolbenkörper 12 aus einer leichten Aluminiumlegierung, um der lokalen Wärmebelastung entgegenzutreten und die Zunahme des Gesamtgewichts des Teils zu minimieren.
  • Ein Verbundringelement, umfassend den Siliziumnitridring (Lippenabschnitt) 11 und Gußeisen 3 mit niedriger Ausdehnung wurde durch das gleiche Verfahren wie in Ausführungsform 1 hergestellt. Die Oberfläche der Gußlegierung 3 auf Eisenbasis mit niedriger Ausdehnung wurde dann einer Alumeltbehandlung unterzogen. Das so erhaltene Verbundkörperringelement wurde dann in eine Metallform gesetzt und vorerhitzt. Eine geschmolzene Aluminiumlegierung bei etwa 600 bis 700ºC wurde dann in die Form gegossen. In diesem Fall wurde Druckgießen bei etwa 5 kg/cm² durchgeführt, um die Bildung eines Schrumpfhohlraums zu vermeiden. Nach dem langsamen Abkühlen der Form auf Raumtemperatur wurde das Produkt von der Form getrennt und die Außenperipherie einer maschinellen Bearbeitung unterzogen; eine Kolbenringnut und ein Kolbenbolzenbohrung wurden gebildet, um den Kolben zu erhalten.
    • Ausführungsform 3
  • Fig.4 zeigt eine Ausführungsform, worin ein erfindungsgemäßer Einsatz-Verbundkörper aus Metall und Keramik, umfassend Siliziumnitrid, eine Gußlegierung auf Eisenbasis mit niedriger Ausdehnung und eine Aluminiumlegierung durch das gleiche Verfahren wie in Ausführungsform 2 hergestellt wurde. In dieser Ausführungsform diente Siliziumnitrid mit ausgezeichneter Wärmebeständigkeit und Wärmeisolierung zur Verbesserung der Wärmebeständigkeit des oberen Abschnitts eines Kolbens und Verringerung des Wärmeverlusts. Der obere Abschnitt eines Kolbens 12 aus einer Aluminiumlegierung wurde mit Siliziumnitrid 18 eingesetzt. Er diente als Kolben eines kleinen Dieselmotors mit Direkteinspritzung.
    • Ausführungsformen 4 - 6
  • Figuren 5 bis 7 zeigen jeweils eine Ausführungsform, worin ein erfindungsgemäßer Metall-Keramik-Einsatz-Verbundkörper an einem aus zwei Stücken bestehenden Kolben eines Dieselmotors mit Direkteinspritzung angeordnet wird, wobei Keramikmaterial nur für Teile verwendet wird, wo die Wärmebelastung groß ist.
  • In Fig.5 wird ein an der Öffnung einer Kolbenverbrennungskammer angeordneter Lippenabschnitt 11 unter Verwendung von Siliziumnitrid mit ausgezeichneter Wärmebeständigkeit ausgebildet; die Außenseite des Lippenabschnitts umfaßt eine Gußlegierung 3 auf Eisenbasis mit niedriger Ausdehnung. Das Bezugszeichen 21 bezeichnet einen Saumabschnitt aus Aluminium.
  • Fig.6 zeigt eine Ausführungsform, worin Siliziumnitrid mit ausgezeichneter Wärmebeständigkeit und -isolierung für einen relativ großen Teil 20 verwendet wird, der den gesamten Bodenabschnitt einschließlich des Zentrums der Kolbenverbrennungskammer ausfüllt. Bei dieser Struktur kann man das Auftreten von Schmelzen und Rissen aufgrund der Wärmebelastung verhindern; außerdem führt die erhöhte Wärmeisolierung der Verbrennungskammer zur Zunahme der Gastemperatur in der Verbrennungskammer. Auf diese Weise kann man verringerte Brennstoffkosten und Abgasreinigung erzielen.
  • Fig.7 zeigt eine Ausführungsform, die die Ausführungsform von Fig.5 mit jener von Fig.6 kombiniert, wobei die Maßnahmen gegen die Wärmebelastung wirkungsvoller sind und die Wärmeisolierung der Verbrennungskammer größer als die Ausführungsform der Figuren 5 oder 6 ist. Durch herkömmliche Verfahren wie z.B. Schrumpfpassung war es unmöglich, eine Verbrennungskammer mit mehreren Keramikelementen wie in der in Fig.7 dargestellten Ausführungsform bereitzustellen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es jedoch, Keramikmaterialien getrennt zu verwenden, wobei die Zerstörung der Keramikelemente verhindert wird.
    • Ausführungsform 7
  • Fig.8 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein erfindungsgemäßer Metall-Keramik- Einsatz-Verbundkörper verwendet wird. Bei dieser Ausführungsform war die Innenseite der im Zylinderkopfkörper 13 eines Dieselmotors vorgesehenen Auslaßöffnung 14 aus einem röhrenförmigen Aluminiumtitanat-Element ausgebildet, und eine Ventilführung 15 war aus einem Siliziumnitrid-Element ausgebildet. Außerdem bestand ein Ventilsitz 16 aus Siliziumnitrid, und eine Zylinderkopfplatte 17, die als Brennkontaktoberfläche dient, war aus einem scheibenförmigen Siliziumnitrid-Element ausgebildet. Diese Struktur war ausgebildet, den Wärmeverlust der Auslaßöffnung, den Abrieb der Ventilführung 15 und des Ventilsitzes 16 sowie den Wärmeverlust der Brennkontaktoberfläche zu verringern. Der Körper 13 wird aus einer Gußlegierung auf Eisenbasis mit niedriger Ausdehnung einsatzgegossen, wie dies für andere Ausführungsformen beschrieben ist.
  • Wie oben erwähnt, verursacht der erfindungsgemäße Metall-Keramik-Einsatz- Verbundkörper in einem Keramikmaterial bei Raumtemperatur nur geringe Spannungen und kann durch ein einfaches Verfahren zu niedrigen Kosten hergestellt werden, da keine maschinelle Bearbeitung des Bindungsabschnitts zwischen dem Keramikmaterial und dem Metall erforderlich ist. Der erhaltene Metall-Keramik-Verbundkörper weist selbst bei hohen Temperaturen eine ausreichende Bindungsfestigkeit zwischen dem Keramikmaterial und dem Metall auf.
  • Außerdem stellt die vorliegende Erfindung eine Metall-Keramik-Verbundstruktur bereit, die die Verwendung von Keramikmaterialien mit geringer Zuverlässigkeit aufgrund ihrer Sprödigkeit als mechanische Bauelemente erleichtert. Da die Erfindung somit die praktische Verwendung mechanischer Bauelemente ermöglicht, die durch Sich- Zunutzemachen der Eigenschaften von Keramikmaterialien, wie z.B. der Wärmebeständigkeit, Abriebbeständigkeit, des leichten Gewichts und der Wärmeisolierung, gebildet werden, ist die vorliegende Erfindung auf gewerblichindustriellem Gebiet sehr nützlich.

Claims (9)

1. Verbundkörper aus Keramik und Metall, umfassend einen Keramikkörper (1, 6, 11, 14, 18, 20) und eine Gußlegierung auf Eisenbasis (3, 13) mit niedriger Ausdehnung, die durch Einsatzgießen daran befestigt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Gußlegierung auf Eisenbasis mit niedriger Ausdehnung eine Zusammensetzung aufweist, die im wesentlichen (in Gew.-%) aus 0,3 bis 2,0% C, 25 bis 32% Ni, 12 bis 20% Co, 0,3 bis 2,0% Si, 0,2 bis 0,8% Nb, 0,01 bis 0,2% Mg, oder Ca, höchstens 1,0% Mn, sowie Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen als Rest, besteht und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten im Bereich von 3,5 x 10&supmin;&sup6;/ºC bis 5,5 x 10&supmin;&sup6;/ºC von Raumtemperatur bis 400ºC besitzt.
2. Verbundkörper aus Keramik und Metall nach Anspruch 1, weiters umfassend eine Aluminiumlegierung (12), die durch Einsatzgießen an die Gußlegierung auf Eisenbasis mit niedriger Ausdehnung befestigt ist.
3. Verbundkörper aus Keramik und Metall nach Anspruch 1 oder 2, worin die durchschnittliche Dicke des Keramikkörpers größer als die durchschnittliche Dicke der Gußlegierung auf Eisenbasis ist.
4. Verbundkörper aus Keramik und Metall nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der ein Kolben ist.
5. Verbundkörper aus Keramik und Metall nach Anspruch 4, worin der Keramikkörper zumindest einen, ausgewählt aus einem Lippenabschnitt an der Öffnung einer Verbrennungskammer und einem Abschnitt im Zentrum der Verbrennungskammer, bildet.
6. Verfahren zur Herstellung eines Einsatzverbundkörpers aus Keramik und Metall, umfassend einen Keramikeinsatz (1, 6, 11, 15, 16, 18, 20), der durch Einsatzgießen an einer Gußlegierung auf Eisenbasis (3) mit niedriger Ausdehnung befestigt wird, umfassend die Schritte des Anordnens des Keramikeinsatzes (1, 6, 11, 15, 16, 18, 20) in einer Form (2) und das Gießen der geschmolzenen Eisenlegierung (3) mit niedriger Ausdehnung um den Keramikeinsatz herum, dadurch gekennzeichnet, daß die Gußlegierung auf Eisenbasis mit niedriger Ausdehnung eine Zusammensetzung aufweist, die (in Gew.-%) im wesentlichen aus 0,3 bis 2,0% C, 25 bis 32% Ni, 12 bis 20% Co, 0,3 bis 2,0% Si, 0,2 bis 0,8% Nb, 0,01 bis 0,2% Mg oder Ca, höchstens 1,0% Mn, und aus Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen als Rest, besteht und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten im Bereich von 3,5 x 10&supmin;&sup6;/ºC bis 5,5 x 10&supmin;&sup6;/ºC von Raumtemperatur bis 400ºC besitzt.
7.Verfahren nach Anspruch 6, worin Druck auf die Gußlegierung auf Eisenbasis ausgeübt wird, nachdem sie in die Form gegossen worden ist, indem die Form (2) evakuiert wird und/oder Druck auf die Legierung ausgeübt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, umfassend den weiteren Schritt des Bindens eines Aluminiumlegierungs-Einsatzes (12, 21) an die Gußlegierung auf Eisenbasis (3) mit niedriger Ausdehnung.
9. Verfahren nach Anspruch 8, worin der Wärmeausdehnungskoeffizient der Gußlegierung auf Eisenbasis (3) mit niedriger Ausdehnung größer als jener des Keramikeinsatzes (1, 6, 11, 15, 16, 18, 20) ist.
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