JP3060498B2 - 金属とセラミックスの結合体及びその製造方法 - Google Patents
金属とセラミックスの結合体及びその製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は，金属とセラミックスの結合体及びその製
造方法に関する。
造方法に関する。
従来，セラミック部品の製造方法として，特開昭61−
259865号公報に開示されたものがある。該セラミック部
品の製造方法は，他金属との接合を目的とする構造用セ
ラミック部品の成形時に接合面に粒状のワックス，樹脂
等有機物を埋め込み，成形後これを熱処理によって除去
することにより，他金属との混合が容易，堅固に行える
形状を得るものである。
259865号公報に開示されたものがある。該セラミック部
品の製造方法は，他金属との接合を目的とする構造用セ
ラミック部品の成形時に接合面に粒状のワックス，樹脂
等有機物を埋め込み，成形後これを熱処理によって除去
することにより，他金属との混合が容易，堅固に行える
形状を得るものである。
しかしながら，前掲特開昭61−259865号公報に開示さ
れたセラミック部品の製造方法は，粒状有機物を分散さ
せた面に対し垂直方向に加圧して成形体を作製し，焼成
後，多孔とした部分に金属を鋳込んで一体化させるもの
であるが，この方法では，リング状セラミック部品の外
周部とその周囲に配した金属部品とを結合させることは
困難なことである。例えば，セラミック部分として窒化
ケイ素（Si3N4）又は炭化ケイ素（SiC）を用いた場合，
セラミック材料とアルミニウム合金とのぬれ性が良好で
なく，また，セラミックスとアルミニウム合金との互い
の熱膨張係数の差が大きいことにより，両者の界面に割
れが生じ易いという問題がある。
れたセラミック部品の製造方法は，粒状有機物を分散さ
せた面に対し垂直方向に加圧して成形体を作製し，焼成
後，多孔とした部分に金属を鋳込んで一体化させるもの
であるが，この方法では，リング状セラミック部品の外
周部とその周囲に配した金属部品とを結合させることは
困難なことである。例えば，セラミック部分として窒化
ケイ素（Si3N4）又は炭化ケイ素（SiC）を用いた場合，
セラミック材料とアルミニウム合金とのぬれ性が良好で
なく，また，セラミックスとアルミニウム合金との互い
の熱膨張係数の差が大きいことにより，両者の界面に割
れが生じ易いという問題がある。
ところで，リエントラント型の燃焼室を有するアルミ
ニウム等の金属製のピストンを構成する場合，燃焼室の
開口部のリップ部をセラミックスで製作し，該エッジ部
の耐熱性，耐変形性を確保する場合に，アルミニウムと
セラミックスとのぬれ性が良くないことにより，両者が
強固に結合できず，また，熱膨張係数の差により繰り返
しの熱応力を受けた場合に両者間の境界部に割れ，クラ
ック等が発生するという現象が発生する。
ニウム等の金属製のピストンを構成する場合，燃焼室の
開口部のリップ部をセラミックスで製作し，該エッジ部
の耐熱性，耐変形性を確保する場合に，アルミニウムと
セラミックスとのぬれ性が良くないことにより，両者が
強固に結合できず，また，熱膨張係数の差により繰り返
しの熱応力を受けた場合に両者間の境界部に割れ，クラ
ック等が発生するという現象が発生する。
この発明の目的は，上記の課題を解決することであ
り，窒化ケイ素（Si3N4），炭化ケイ素（SiC）等のセラ
ミック材とアルミニウム，アルミニウム合金等の金属材
料を半径方向に配合を変化させたループ状即ちリング状
の構造に簡単に且つ低コストで強力に結合することであ
り，特に，燃焼室を備えたピストンヘッドを製造するの
に好ましい金属とセラミックスの結合体を提供すること
である。
り，窒化ケイ素（Si3N4），炭化ケイ素（SiC）等のセラ
ミック材とアルミニウム，アルミニウム合金等の金属材
料を半径方向に配合を変化させたループ状即ちリング状
の構造に簡単に且つ低コストで強力に結合することであ
り，特に，燃焼室を備えたピストンヘッドを製造するの
に好ましい金属とセラミックスの結合体を提供すること
である。
この発明は，セラミックスの緻密質構造から成るルー
プ状のエッジ部を備えたリップ部を構成する第１部分，
該第１部分の外周囲に位置して前記第１部分と一体構造
に構成されたセラミックスの多孔質構造から成るループ
状の第２部分，該第２部分の前記多孔質構造の空隙中に
充填されている金属，及び前記第２部分の外周囲に位置
して前記第２部分と一体構造に構成され且つ前記第２部
分の前記金属と結合する金属から成る第３部分を有し，
前記第１部分の前記リップ及び前記第２部分は，前記第
１部分及び前記第２部分に対応した形状の下面を有する
筒状の上パンチによって加圧成形されていることから成
る金属とセラミックスの結合体に関する。
プ状のエッジ部を備えたリップ部を構成する第１部分，
該第１部分の外周囲に位置して前記第１部分と一体構造
に構成されたセラミックスの多孔質構造から成るループ
状の第２部分，該第２部分の前記多孔質構造の空隙中に
充填されている金属，及び前記第２部分の外周囲に位置
して前記第２部分と一体構造に構成され且つ前記第２部
分の前記金属と結合する金属から成る第３部分を有し，
前記第１部分の前記リップ及び前記第２部分は，前記第
１部分及び前記第２部分に対応した形状の下面を有する
筒状の上パンチによって加圧成形されていることから成
る金属とセラミックスの結合体に関する。
また，前記セラミックスは，窒化ケイ素，炭化ケイ素
又はその複合材である。更に，前記金属は，アルミニウ
ム系の合金である。
又はその複合材である。更に，前記金属は，アルミニウ
ム系の合金である。
更に，この金属とセラミックスの結合体では，前記第
１部分はリエントラントピストンに形成された燃焼室の
ループ状の前記エッジ部の前記リップ部を構成し，前記
第３部分は前記燃焼室を構成するキャビティを形成した
金属製ピストンヘッド部を構成し，前記第２部分は前記
リップ部を前記ピストンヘッド部に結合する部分を構成
しているものである。
１部分はリエントラントピストンに形成された燃焼室の
ループ状の前記エッジ部の前記リップ部を構成し，前記
第３部分は前記燃焼室を構成するキャビティを形成した
金属製ピストンヘッド部を構成し，前記第２部分は前記
リップ部を前記ピストンヘッド部に結合する部分を構成
しているものである。
また，この発明は，前記型内キャビティを筒状の仕切
板で仕切ってセラミックスの緻密質構造から成るループ
状のエッジ部を備えたリップ部を形成した第１部分と該
第１部分の外周に位置する空隙中に金属が充填された多
孔質構造のセラミックスから成るループ状の第２部分と
を成形するための複数の区分室に区分する工程，前記各
区分室に配合比の異なるセラミック造粒粉と粒状金属又
は有機物から成る混合物を充填する工程，前記仕切板を
前記型内キャビティから抜き取る工程，前記型内キャビ
ティ内の各種の前記混合物を，前記第１部分と前記第２
部分との形状に対応する形状の下面を有する筒状の上パ
ンチによって同時に加圧して成形体を成形する工程，前
記成形体を加熱して前記粒状金属又は前記有機物を除去
して空隙を持つ構造のセラミックス成形体を作る工程，
前記セラミックス成形体を焼成してセラミックス焼結体
を製作する工程，及び前記セラミックス焼結体の前記空
隙に金属を充填しつつ鋳造成形する工程から成る金属と
セラミックスの結合体の製造方法に関する。
板で仕切ってセラミックスの緻密質構造から成るループ
状のエッジ部を備えたリップ部を形成した第１部分と該
第１部分の外周に位置する空隙中に金属が充填された多
孔質構造のセラミックスから成るループ状の第２部分と
を成形するための複数の区分室に区分する工程，前記各
区分室に配合比の異なるセラミック造粒粉と粒状金属又
は有機物から成る混合物を充填する工程，前記仕切板を
前記型内キャビティから抜き取る工程，前記型内キャビ
ティ内の各種の前記混合物を，前記第１部分と前記第２
部分との形状に対応する形状の下面を有する筒状の上パ
ンチによって同時に加圧して成形体を成形する工程，前
記成形体を加熱して前記粒状金属又は前記有機物を除去
して空隙を持つ構造のセラミックス成形体を作る工程，
前記セラミックス成形体を焼成してセラミックス焼結体
を製作する工程，及び前記セラミックス焼結体の前記空
隙に金属を充填しつつ鋳造成形する工程から成る金属と
セラミックスの結合体の製造方法に関する。
更に，前記粒状金属は，アルミニウム又はアルミニウ
ム合金である。
ム合金である。
この金属とセラミックスの結合体は，以上のように，
型内キャビティを仕切板で仕切った複数の区分室に配合
比の異なるセラミック造粒粉と粉状金属又は有機物から
成る混合物を充填し，前記仕切板を前記キャビティから
抜き取り，各種の前記混合物を同時に加圧して成形す
る。次いで，混合物の加圧成形体を加熱して前記粒状金
属及び前記有機物を溶出除去し，前記粒状金属及び前記
有機物を溶出除去したセラミックス成形体を焼成してセ
ラミックス焼結体を製作し，該セラミックス焼結体の空
隙に金属を充填しつつ鋳造成形するので，多孔質のセラ
ミック部分に形成された空隙に金属を容易に充填させる
ことができ，該空隙に充填された金属が該多孔質のセラ
ミック部分の周囲に配置される金属と強固に結合され，
従って，半径方向に配合の異なる材料を配置した状態で
セラミックス部分と金属部分とを強固に結合した状態の
結合体に製造することができる。
型内キャビティを仕切板で仕切った複数の区分室に配合
比の異なるセラミック造粒粉と粉状金属又は有機物から
成る混合物を充填し，前記仕切板を前記キャビティから
抜き取り，各種の前記混合物を同時に加圧して成形す
る。次いで，混合物の加圧成形体を加熱して前記粒状金
属及び前記有機物を溶出除去し，前記粒状金属及び前記
有機物を溶出除去したセラミックス成形体を焼成してセ
ラミックス焼結体を製作し，該セラミックス焼結体の空
隙に金属を充填しつつ鋳造成形するので，多孔質のセラ
ミック部分に形成された空隙に金属を容易に充填させる
ことができ，該空隙に充填された金属が該多孔質のセラ
ミック部分の周囲に配置される金属と強固に結合され，
従って，半径方向に配合の異なる材料を配置した状態で
セラミックス部分と金属部分とを強固に結合した状態の
結合体に製造することができる。
以下，図面を参照して，この発明による金属とセラミ
ックスの結合体の実施例を説明する。
ックスの結合体の実施例を説明する。
第１図はこの発明による金属とセラミックスの結合体
の一実施例を示す概略断面図，及び第２図は第１図の金
属とセラミックスの結合体をピストンに適用した例を示
す概略断面図である。
の一実施例を示す概略断面図，及び第２図は第１図の金
属とセラミックスの結合体をピストンに適用した例を示
す概略断面図である。
この発明による金属とセラミックスの結合体は，主と
して，セラミックスの緻密質構造から成る筒状即ちルー
プ状の第１部分である内側部分2,該内側部分の周囲に配
置されて内側部分２と一体構造であるセラミックスの多
孔質構造と該多孔質構造の空隙５中に充填された金属と
から成る第２部分である中間部分3,4,及び該空隙５中の
金属と同一系の金属から成り且つ前記第２部分と一体構
造である第３部分である外側部分１から構成されてい
る。この構造において，セラミックスは，内側部分２の
先端部分６が最も緻密な構造になっており，中間部分３
から中間部分４になるに従ってセラミックスは粗の構造
になり，粗になった構造の空隙部５に金属が充填され，
外側部分１は金属から成る構造を有している。
して，セラミックスの緻密質構造から成る筒状即ちルー
プ状の第１部分である内側部分2,該内側部分の周囲に配
置されて内側部分２と一体構造であるセラミックスの多
孔質構造と該多孔質構造の空隙５中に充填された金属と
から成る第２部分である中間部分3,4,及び該空隙５中の
金属と同一系の金属から成り且つ前記第２部分と一体構
造である第３部分である外側部分１から構成されてい
る。この構造において，セラミックスは，内側部分２の
先端部分６が最も緻密な構造になっており，中間部分３
から中間部分４になるに従ってセラミックスは粗の構造
になり，粗になった構造の空隙部５に金属が充填され，
外側部分１は金属から成る構造を有している。
この金属とセラミックスの結合体において，セラミッ
クスは窒化ケイ素（Si3N4），炭化ケイ素（SiC）又はそ
の複合材が用いられている。また，外側部分１から構成
する金属はアルミニウム系の合金が用いられている。
クスは窒化ケイ素（Si3N4），炭化ケイ素（SiC）又はそ
の複合材が用いられている。また，外側部分１から構成
する金属はアルミニウム系の合金が用いられている。
また，この金属とセラミックスの結合体は，第２図に
示すように，リエントラントピストンに形成した燃焼室
に適用して好ましいものであり，内側部分２が燃焼室７
のループ状のエッジ部に形成されたリップ部を構成し，
外側部分１は燃焼室７を構成するキャビティを形成した
金属製ピストンヘッド部を構成し，中間部分3,4はリッ
プ部をピストンヘッド部に結合する部分を構成してい
る。従って，内側部分２の先端部分６が密な窒化ケイ素
（Si3N4）等のセラミックスから成るので，燃焼室７の
リップ部は極めて耐熱性に富んだ構造に構成される。ま
た，この金属とセラミックスの結合体を用いた燃焼室７
の底部は，金属材料から構成されているので，断熱エン
ジンに適用した場合に，燃焼室７内の温度が過熱し過ぎ
ることがなく，吸収効率を低下させることもない。
示すように，リエントラントピストンに形成した燃焼室
に適用して好ましいものであり，内側部分２が燃焼室７
のループ状のエッジ部に形成されたリップ部を構成し，
外側部分１は燃焼室７を構成するキャビティを形成した
金属製ピストンヘッド部を構成し，中間部分3,4はリッ
プ部をピストンヘッド部に結合する部分を構成してい
る。従って，内側部分２の先端部分６が密な窒化ケイ素
（Si3N4）等のセラミックスから成るので，燃焼室７の
リップ部は極めて耐熱性に富んだ構造に構成される。ま
た，この金属とセラミックスの結合体を用いた燃焼室７
の底部は，金属材料から構成されているので，断熱エン
ジンに適用した場合に，燃焼室７内の温度が過熱し過ぎ
ることがなく，吸収効率を低下させることもない。
次に，第３図及び第４図を参照して，この発明による
金属とセラミックスの結合体の製造方法を説明する。第
３図はこの金属とセラミックスの結合体の製造方法を達
成するための製造工程を示す断面図，及び第４図は第３
図に引き続く工程を示す説明図である。
金属とセラミックスの結合体の製造方法を説明する。第
３図はこの金属とセラミックスの結合体の製造方法を達
成するための製造工程を示す断面図，及び第４図は第３
図に引き続く工程を示す説明図である。
この発明による金属とセラミックスの結合体の製造方
法は，主として，第３図に示すように，型10内キャビテ
ィ11を径の異なる筒状の仕切板12,13で仕切ってキャビ
ティ11に複数の区分室2C,3C,4Cを形成する工程，各区分
室2C,3C,4Cに配合比の異なるセラミック造粒粉2Pと粒状
金属又は有機物ら成る混合物3P,4Pを充填する工程，仕
切板12,13を型内キャビティ11から抜き取る工程，次い
で，第４図に示すように，キャビティ11内のセラミック
造粒粉2Pと各種の混合物3P,4Pを同時に加圧して成形す
る工程，セラミック造粒粉2Pと混合物3P,4Pの加圧成形
体を加熱して粒状金属5P及び有機物を溶出除去する工
程，粒状金属及び前記有機物を溶出除去したセラミック
ス成形体を焼成する工程，及び粒状金属又は有機物5Pを
溶出除去によって形成されたセラミックス焼結体の空隙
５に金属を充填しつつ鋳造成形する工程，から成るもの
である。
法は，主として，第３図に示すように，型10内キャビテ
ィ11を径の異なる筒状の仕切板12,13で仕切ってキャビ
ティ11に複数の区分室2C,3C,4Cを形成する工程，各区分
室2C,3C,4Cに配合比の異なるセラミック造粒粉2Pと粒状
金属又は有機物ら成る混合物3P,4Pを充填する工程，仕
切板12,13を型内キャビティ11から抜き取る工程，次い
で，第４図に示すように，キャビティ11内のセラミック
造粒粉2Pと各種の混合物3P,4Pを同時に加圧して成形す
る工程，セラミック造粒粉2Pと混合物3P,4Pの加圧成形
体を加熱して粒状金属5P及び有機物を溶出除去する工
程，粒状金属及び前記有機物を溶出除去したセラミック
ス成形体を焼成する工程，及び粒状金属又は有機物5Pを
溶出除去によって形成されたセラミックス焼結体の空隙
５に金属を充填しつつ鋳造成形する工程，から成るもの
である。
キャビティ11を形成する型10は，円形孔を有する筒状
外型15,底面を構成する底型14及びリング状即ちループ
状のキャビティ11を形成するように中央部位に配置され
た柱状内型16によって構成されている。キャビティ11を
形成した型10内に設けたガイド（図示せず）に従って外
側の筒状の仕切板12と内側の筒状の仕切板13を設置す
る。勿論，筒状の仕切板は，図では２個が示されている
が，所望に応じて増加又は減少させることができる。内
側の筒状の仕切板13と柱状内型16との間に形成される筒
状区分室2Cには，セラミックス造粒粉を密に充填する。
内側の筒状の仕切板13と外側の筒状の仕切板12との間に
形成される筒状区分室3Cには，セラミックス造粒粉に少
量のアルミニウム粉末又は有機物を混合させた混合物を
充填する。更に，外側の筒状の仕切板12と筒状外型15と
の間に形成される筒状区分室4Cには，少量のセラミック
ス造粒粉に多量のアルミニウム粉末又は有機物を混合さ
せた混合物を充填する。アルミニウム粉末は，アルミニ
ウム又はアルミニウム合金から成る。
外型15,底面を構成する底型14及びリング状即ちループ
状のキャビティ11を形成するように中央部位に配置され
た柱状内型16によって構成されている。キャビティ11を
形成した型10内に設けたガイド（図示せず）に従って外
側の筒状の仕切板12と内側の筒状の仕切板13を設置す
る。勿論，筒状の仕切板は，図では２個が示されている
が，所望に応じて増加又は減少させることができる。内
側の筒状の仕切板13と柱状内型16との間に形成される筒
状区分室2Cには，セラミックス造粒粉を密に充填する。
内側の筒状の仕切板13と外側の筒状の仕切板12との間に
形成される筒状区分室3Cには，セラミックス造粒粉に少
量のアルミニウム粉末又は有機物を混合させた混合物を
充填する。更に，外側の筒状の仕切板12と筒状外型15と
の間に形成される筒状区分室4Cには，少量のセラミック
ス造粒粉に多量のアルミニウム粉末又は有機物を混合さ
せた混合物を充填する。アルミニウム粉末は，アルミニ
ウム又はアルミニウム合金から成る。
各区分室2C,3C,4Cにセラミックス，アルミニウム粉末
又は有機物を充填した後，仕切板12,13を型10から引き
抜いて除去する。次いで，下面を所定の形状に構成され
た筒状の上パンチ17で混合物を加圧し，該混合物を所定
の形状に成形する。図では，混合物はリング状の成形体
に形成されている。このリング状成形体を，加熱し，ア
ルミニウム粉末又は有機物を溶融除去し，セラミックス
加熱成形体を形成する。このセラミックス加熱成形体
は，内周部がセラミックスの緻密質に且つ中間から外周
部がセラミックスの多孔質に形成される。更に，セラミ
ックス加熱成形体を焼成してセラミックス焼結体を形成
する。このセラミックス焼結体の多孔質の空隙に，アル
ミニウム合金等の金属が充填されるように鋳造し，アル
ミニウム合金等の金属とセラミックスの結合体を形成す
る。
又は有機物を充填した後，仕切板12,13を型10から引き
抜いて除去する。次いで，下面を所定の形状に構成され
た筒状の上パンチ17で混合物を加圧し，該混合物を所定
の形状に成形する。図では，混合物はリング状の成形体
に形成されている。このリング状成形体を，加熱し，ア
ルミニウム粉末又は有機物を溶融除去し，セラミックス
加熱成形体を形成する。このセラミックス加熱成形体
は，内周部がセラミックスの緻密質に且つ中間から外周
部がセラミックスの多孔質に形成される。更に，セラミ
ックス加熱成形体を焼成してセラミックス焼結体を形成
する。このセラミックス焼結体の多孔質の空隙に，アル
ミニウム合金等の金属が充填されるように鋳造し，アル
ミニウム合金等の金属とセラミックスの結合体を形成す
る。
次に，この発明による金属とセラミックスの結合体の
製造方法について，具体的に説明する。
製造方法について，具体的に説明する。
−実施例１− まず，セラミックスと有機物の混合物の原料として，
平均粒径50μｍ程度の窒化ケイ素（Si3N4）造粒粉に,10
重量部，平均粒径500μｍ程度のポリエチレンワックス
を1,3,5重量部配合した各種の配合の混合粉末を製造す
る。
平均粒径50μｍ程度の窒化ケイ素（Si3N4）造粒粉に,10
重量部，平均粒径500μｍ程度のポリエチレンワックス
を1,3,5重量部配合した各種の配合の混合粉末を製造す
る。
次いで，第３図に示すように，各区分室2C,3C,4Cにセ
ラミックス粉末及び上記混合粉末を，所定量充填した。
この場合に，内周側の区分室2Cには窒化ケイ素（Si
3N4）のみから成る粉末2Pを充填し，外周になるに従っ
て有機物5Pであるポリエチレンワックスの量が多くなる
組成にして区分室3C,4Cに充填した。
ラミックス粉末及び上記混合粉末を，所定量充填した。
この場合に，内周側の区分室2Cには窒化ケイ素（Si
3N4）のみから成る粉末2Pを充填し，外周になるに従っ
て有機物5Pであるポリエチレンワックスの量が多くなる
組成にして区分室3C,4Cに充填した。
次に，第４図に示すように，型10から仕切板12,13を
抜き取り，上パンチ17をガイド（図示せず）に嵌め，プ
レス機により,1ton/cm2の圧力をかけることによって成
形体を形成した。この成形体を，最高500℃まで加熱す
ることによって，ポリエチレンワックスを揮発除去し，
この部分に空隙を形成した。更に，有機物を揮発除去し
たセラミックス成形体を，最高1700℃まで加熱焼成し，
セラミックス焼結体を製造した，このセラミックス焼結
体は，内周が緻密な窒化ケイ素（Si3N4）となり，外周
になるに従って多孔質の窒化ケイ素（Si3N4）に形成さ
れたリング状焼結体を得た。このリング状焼結体を，鋳
造機内に配置し，アルミニウム合金溶湯を鋳込んで，セ
ラミックス焼結体の空隙に充填し，これを炉冷後鋳造機
内から取り出し，金属とセラミックスの結合体を製造し
た。次いで，この金属とセラミックスの結合体に対して
所定の加工を施し，例えば，第２図に示すように，リエ
ントラントピストンを製作した。
抜き取り，上パンチ17をガイド（図示せず）に嵌め，プ
レス機により,1ton/cm2の圧力をかけることによって成
形体を形成した。この成形体を，最高500℃まで加熱す
ることによって，ポリエチレンワックスを揮発除去し，
この部分に空隙を形成した。更に，有機物を揮発除去し
たセラミックス成形体を，最高1700℃まで加熱焼成し，
セラミックス焼結体を製造した，このセラミックス焼結
体は，内周が緻密な窒化ケイ素（Si3N4）となり，外周
になるに従って多孔質の窒化ケイ素（Si3N4）に形成さ
れたリング状焼結体を得た。このリング状焼結体を，鋳
造機内に配置し，アルミニウム合金溶湯を鋳込んで，セ
ラミックス焼結体の空隙に充填し，これを炉冷後鋳造機
内から取り出し，金属とセラミックスの結合体を製造し
た。次いで，この金属とセラミックスの結合体に対して
所定の加工を施し，例えば，第２図に示すように，リエ
ントラントピストンを製作した。
−実施例２− セラミックスと金属粉末の混合物の原料として，平均
粒径50μｍ程度の窒化ケイ素（Si3N4）造粒粉に,10重量
部，平均粒径100μｍ程度のアルミニウム粉末を1,3,5重
量部配合した各種の配合の混合粉末を製造する。
粒径50μｍ程度の窒化ケイ素（Si3N4）造粒粉に,10重量
部，平均粒径100μｍ程度のアルミニウム粉末を1,3,5重
量部配合した各種の配合の混合粉末を製造する。
次いで，上記実施例と同様の方法で，成形体を形成し
た。この成形体を，不活性雰囲気内で最高1000℃まで加
熱することによって，アルミニウム分を溶出させ，この
部分に空隙を形成した。更に，アルミニウム分を溶出さ
せたセラミックス成形体を，上記実施例と同様の方法
で，加熱焼成し，セラミックス焼結体を製造した，この
セラミックス焼結体は，内周が緻密な窒化ケイ素（Si3N
4）となり，外周になるに従って多孔質の窒化ケイ素（S
i3N4）に形成されたリング状焼結体を得た。次いで，リ
ング状焼結体を，鋳造機内に配置し，アルミニウム合金
溶湯を鋳込んで，セラミックス焼結体の空隙に充填し，
これを炉冷後鋳造機内から取り出し，金属とセラミック
スの結合体を製造した。次いで，この金属とセラミック
スの結合体に対して所定の加工を施し,,例えば，第２図
に示すように，リエントラントピストンを製作した。
た。この成形体を，不活性雰囲気内で最高1000℃まで加
熱することによって，アルミニウム分を溶出させ，この
部分に空隙を形成した。更に，アルミニウム分を溶出さ
せたセラミックス成形体を，上記実施例と同様の方法
で，加熱焼成し，セラミックス焼結体を製造した，この
セラミックス焼結体は，内周が緻密な窒化ケイ素（Si3N
4）となり，外周になるに従って多孔質の窒化ケイ素（S
i3N4）に形成されたリング状焼結体を得た。次いで，リ
ング状焼結体を，鋳造機内に配置し，アルミニウム合金
溶湯を鋳込んで，セラミックス焼結体の空隙に充填し，
これを炉冷後鋳造機内から取り出し，金属とセラミック
スの結合体を製造した。次いで，この金属とセラミック
スの結合体に対して所定の加工を施し,,例えば，第２図
に示すように，リエントラントピストンを製作した。
このアルミニウム粉末を用いた場合の金属とセラミッ
クスの結合体の製造方法では，アルミニウム分を溶出さ
せた後，セラミックス粒子の表面に残留アルミニウム成
分との反応層が形成され，これがアルミニウム合金溶湯
とのぬれ性を助長するため，空隙部への付き回りが良好
になり，好ましい金属とセラミックスの結合体が製造で
きた。
クスの結合体の製造方法では，アルミニウム分を溶出さ
せた後，セラミックス粒子の表面に残留アルミニウム成
分との反応層が形成され，これがアルミニウム合金溶湯
とのぬれ性を助長するため，空隙部への付き回りが良好
になり，好ましい金属とセラミックスの結合体が製造で
きた。
この発明による金属とセラミックスの結合体及びその
製造方法は，以上のように構成したので，径方向となる
リング状のセラミック部品と金属との強固な結合体を簡
単に製作することができる。即ち，第１部分と第２部分
とは同一のセラミック材料で強固に結合され，また，第
２部分と第３部分とは，第２部分に存在する金属と第３
部分との金属とが強固に結合される。従って，全体とし
て，金属とセラミックスとが強固に結合されることにな
る。
製造方法は，以上のように構成したので，径方向となる
リング状のセラミック部品と金属との強固な結合体を簡
単に製作することができる。即ち，第１部分と第２部分
とは同一のセラミック材料で強固に結合され，また，第
２部分と第３部分とは，第２部分に存在する金属と第３
部分との金属とが強固に結合される。従って，全体とし
て，金属とセラミックスとが強固に結合されることにな
る。
また，この金属とセラミックスの結合体の製造方法
は，上記のように構成したので，多孔質のセラミック部
分に形成された空隙に金属を容易に充填させることがで
き，該空隙に充填された金属が該多孔質のセラミック部
分の周囲に配置される金属と強固に結合され，従って，
半径方向に配合の異なる材料を配置した状態でセラミッ
クス部分と金属部分とを強固に結合した状態の結合体を
得ることができる。
は，上記のように構成したので，多孔質のセラミック部
分に形成された空隙に金属を容易に充填させることがで
き，該空隙に充填された金属が該多孔質のセラミック部
分の周囲に配置される金属と強固に結合され，従って，
半径方向に配合の異なる材料を配置した状態でセラミッ
クス部分と金属部分とを強固に結合した状態の結合体を
得ることができる。
しかも，前記加圧成形体を製作するのに，アルミニウ
ム粉末等の粒状金属を用いると，アルミニウム等の金属
分を溶出させた後，セラミックス粒子の表面に残留金属
成分との反応層が形成され，これが金属溶湯とのぬれ性
を助長するため，空隙部への付き回りが良好になり，好
ましい金属とセラミックスの結合体が製造できる。
ム粉末等の粒状金属を用いると，アルミニウム等の金属
分を溶出させた後，セラミックス粒子の表面に残留金属
成分との反応層が形成され，これが金属溶湯とのぬれ性
を助長するため，空隙部への付き回りが良好になり，好
ましい金属とセラミックスの結合体が製造できる。
上記のように，この金属とセラミックスの結合体の製
造方法によって，断熱ピストン等のリエントラントピス
トンを製作すれば，極めて強度に富み，耐久性，断熱
性，耐熱性に富んだ金属とセラミックスの結合体から成
るピストンを製作することができる。
造方法によって，断熱ピストン等のリエントラントピス
トンを製作すれば，極めて強度に富み，耐久性，断熱
性，耐熱性に富んだ金属とセラミックスの結合体から成
るピストンを製作することができる。
第１図はこの発明による金属とセラミックスの結合体の
一実施例を示す断面図，第２図はこの金属とセラミック
スの結合体の製造方法で製作した金属とセラミックスの
結合体をピストンに適用した例を示す断面図，第３図は
この金属とセラミックスの結合体の製造方法を達成する
ための製造工程を示す断面図，及び第４図は第３図に引
き続く工程を示す説明図である。 １……外側部分,2……内側部分,2C,3C4C……区分室,2P
……セラミック造粒粉,3,4……中間部分,3P,4P……混合
物,5……空隙,5P……粒状金属又は有機物,6……先端部
分,7……燃焼室,10……型,11……キャビティ,12,13……
仕切板。
一実施例を示す断面図，第２図はこの金属とセラミック
スの結合体の製造方法で製作した金属とセラミックスの
結合体をピストンに適用した例を示す断面図，第３図は
この金属とセラミックスの結合体の製造方法を達成する
ための製造工程を示す断面図，及び第４図は第３図に引
き続く工程を示す説明図である。 １……外側部分,2……内側部分,2C,3C4C……区分室,2P
……セラミック造粒粉,3,4……中間部分,3P,4P……混合
物,5……空隙,5P……粒状金属又は有機物,6……先端部
分,7……燃焼室,10……型,11……キャビティ,12,13……
仕切板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 37/02 B23K 20/00 F02F 3/00 301 F02F 3/00 302
Claims (6)
- 【請求項１】セラミックスの緻密質構造から成るループ
状のエッジ部を備えたリップ部を構成する第１部分，該
第１部分の外周囲に位置して前記第１部分と一体構造に
構成されたセラミックスの多孔質構造から成るループ状
の第２部分，該第２部分の前記多孔質構造の空隙中に充
填されている金属，及び前記第２部分の外周囲に位置し
て前記第２部分と一体構造に構成され且つ前記第２部分
の前記金属と結合する金属から成る第３部分を有し，前
記第１部分の前記リップ部及び前記第２部分は，前記第
１部分及び前記第２部分に対応した形状の下面を有する
筒状の上パンチによって加圧成形されていることから成
る金属とセラミックスの結合体。 - 【請求項２】前記セラミックスは窒化ケイ素，炭化ケイ
素又はその複合材であることから成る請求項１に記載の
金属とセラミックスの結合体。 - 【請求項３】前記金属はアルミニウム系の合金であるこ
とから成る請求項１に記載の金属とセラミックスの結合
体。 - 【請求項４】前記第１部分はリエントラントピストンに
形成された燃焼室のループ状の前記エッジ部の前記リッ
プ部を構成し，前記第３部分は前記燃焼室を構成するキ
ャビティを形成した金属製ピストンヘッド部を構成し，
前記第２部分は前記リップ部を前記ピストンヘッド部に
結合する部分を構成していることから成る請求項１に記
載の金属とセラミックスの結合体。 - 【請求項５】前記型内キャビティを筒状の仕切板で仕切
ってセラミックスの緻密質構造から成るループ状のエッ
ジ部を備えたリップ部を形成した第１部分と該第１部分
の外周に位置する空隙中に金属が充填された多孔質構造
のセラミックスから成るループ状の第２部分とを成形す
るための複数の区分室に区分する工程，前記各区分室に
配合比の異なるセラミックス造粒粉と粒状金属又は有機
物から成る混合物を充填する工程，前記仕切板を前記型
内キャビティから抜き取る工程，前記型内キャビティ内
の各種の前記混合物を，前記第１部分と前記第２部分と
の形状に対応する形状の下面を有する筒状の上パンチに
よって同時に加圧して成形体を成形する工程，前記成形
体を加熱して前記粒状金属又は前記有機物を除去して空
隙を持つ構造のセラミックス成形体を作る工程，前記セ
ラミックス成形体を焼成してセラミックス焼結体を製作
する工程，及び前記セラミックス焼結体の前記空隙に金
属を充填しつつ鋳造成形する工程から成る金属とセラミ
ックスの結合体の製造方法。 - 【請求項６】前記粒状金属がアルミニウム又はアルミニ
ウム合金であることから成る請求項５に記載の金属とセ
ラミックスの結合体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2211690A JP3060498B2 (ja) | 1990-08-13 | 1990-08-13 | 金属とセラミックスの結合体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2211690A JP3060498B2 (ja) | 1990-08-13 | 1990-08-13 | 金属とセラミックスの結合体及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0497964A JPH0497964A (ja) | 1992-03-30 |
| JP3060498B2 true JP3060498B2 (ja) | 2000-07-10 |
Family
ID=16609976
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2211690A Expired - Lifetime JP3060498B2 (ja) | 1990-08-13 | 1990-08-13 | 金属とセラミックスの結合体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3060498B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2862893B1 (fr) * | 2003-11-28 | 2006-02-24 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif de remplissage d'un moule par une poudre ou un melange de poudres |
| WO2015029117A1 (ja) | 2013-08-26 | 2015-03-05 | 日本碍子株式会社 | 内燃機関 |
-
1990
- 1990-08-13 JP JP2211690A patent/JP3060498B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0497964A (ja) | 1992-03-30 |
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