JP3856939B2

JP3856939B2 - Engine parts and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP3856939B2
Application number: JP08459998A
Authority: JP
Inventors: 政宏佐藤; 啓久瀬知
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-03-30
Filing date: 1998-03-30
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2018-03-30
Also published as: JPH11278921A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピストン、シリンダー、チャンバー等の断熱性が要求される部品として好適なエンジン部品とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
コージェライト系焼結体は、従来から低熱膨張のセラミックスとして知られており、フィルター、ハニカム、耐火物などに応用されている。このコージェライト系焼結体は、コージェライト粉末、あるいはコージェライトを形成するＭｇＯ、
Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂粉末を配合して、これに焼結助剤として、希土類元素酸化物や、ＳｉＯ₂、ＣａＯ、ＭｇＯなどの添加し、所定形状に成形後、１０００〜１４００℃の温度で焼成することによって製造される（特公昭５７−３６２９号、特開平２−２２９７６０号）。
【０００３】
近年、自動車用エンジンは高出力化に伴い、高温燃焼化が進んでいる。そのため燃焼室周りの高温化が進み、その断熱性が重要になってきている。また省エネルギー、高効率化の観点からも熱の発散を防ぐことが重要である。そこで、従来より、チタン酸アルミニウム、コージェライト等の低熱伝導性セラミックスがエンジン部品に用いられてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらのセラミックスは断熱性に優れ、低熱膨張であるため、耐熱衝撃性にある程度優れるものの、緻密体が得にくく、強度も４０ＭＰａ程度と低く、構造部材として使用できる範囲および条件は限られていた。
【０００５】
一方、高温高強度材料として窒化珪素等のセラミックスが知られているが、窒化ケイ素セラミックスは、熱伝導率は３０Ｗ／ｍ・Ｋと高く断熱性に乏しいものであり、断熱性と、強度特性を兼ね備えた材料はこれまで得られていなかった。
【０００６】
従って、本発明は、それ自体低熱伝導性を有するとともに、高強度を有するエンジン部品と、それを安定に製造することのできるエンジン部品の製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題に対し鋭意研究を重ねた結果、コージェライトに希土類元素酸化物を適量添加し、その焼結体の粒径を制御するとともに、コージェライト結晶粒界に特定の結晶相を析出させることにより、低熱伝導特性を保持しつつ緻密化を促進し、且つ強度を大幅に高めることができることを見いだし、本発明に至った。
【０００８】
即ち、本発明のエンジン部品は、コージェライトを８０〜９５．５重量％、希土類元素（ＲＥ）を酸化物換算で０．５〜２０重量％の割合で含み、コージェライト結晶粒子の平均粒径が１０μｍ以下、気孔率が５％以下であり、前記コージェライト結晶粒子の粒界に希土類元素酸化物と酸化ケイ素との複合酸化物結晶相が析出してなるとともに、室温における熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることを特徴とするものであり、特に、室温から８００℃までの抗折強度が８０ＭＰａ以上であることを特徴とし、また、コージェライトを８０〜９９．５重量％、希土類元素（ＲＥ）を酸化物換算で０．５〜２０重量％の割合で含有する成分を７０重量％以上、窒化珪素、炭化珪素および酸窒化けい素の中から選ばれる少なくとも１種を３０重量％以下の割合で含み、前記コージェライト結晶粒子の粒界に希土類元素酸化物と酸化ケイ素との複合酸化物結晶相が析出してなるとともに、室温における熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明のエンジン部品の製造方法は、平均粒径５μｍ以下のコージェライト粉末を８０〜９５．５重量％、平均粒径２μｍ以下の希土類元素酸化物を０．５〜２０重量％の割合で配合した成形体を、１２００〜１５００℃の温度範囲で焼結した後、１０００℃までを１０℃／ｍｉｎ以下の速度で冷却することを特徴とするものであり、さらには、窒化珪素、炭化珪素および酸窒化けい素の中から選ばれる少なくとも１種を３０重量％以下の割合で添加することを特徴とするものであり、また、平均粒径５μｍ以下のコージェライト粉末を８０〜９９．５重量％、平均粒径２μｍ以下の希土類元素酸化物を０．５〜２０重量％の割合で配合した成分を７０重量％以上、窒化珪素、炭化珪素および酸窒化けい素の中から選ばれる少なくとも１種を３０重量％以下の割合で混合した成形体を、１２００〜１５００℃の温度範囲で焼結した後、１０００℃までを１０℃／ｍｉｎ以下の速度で冷却することを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のエンジン部品は、組成上、２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂で表される複合酸化物のコージェライトを８０〜９９．５重量％、特に８５〜９５重量％の割合で含有するとともに、このコージェライト結晶相は、平均粒径が１〜１０μｍ、好ましくは１〜５μｍの微細な結晶粒子として存在することが重要であり、このような微粒な結晶構造によって、低熱伝導性を損なわず、強度を向上させることができる。
【００１１】
また、この焼結体中には、焼結助剤成分として希土類元素を酸化物換算で０．５〜２０重量％、特に５〜１５重量％の割合で含有するものである。このようなこれらは、焼結過程でコージェライトの一部と反応し、焼結助剤として働き、低温での焼結を可能とし、組織を微粒化するとともに緻密化を促進する。希土類元素としては、Ｙ、Ｙｂ，Ｅｒ、Ｓｍ等が挙げられる。
【００１２】
なお、上記コージェライトおよび希土類元素の量を上記の比率に限定したのは、コージェライトが９９．５重量％よりも多い、言い換えれば上記希土類元素量が
０．５重量％よりも少ないと、緻密化が阻害され、焼結温度を高くする必要があり、その結果、コージェライトの結晶粒径が大きくなり、低熱伝導性、高強度が達成されない。また、コージェライト量が８０重量％よりも少ない、言い換えれば上記希土類元素量が２０重量％よりも大きいと、粒成長が促進され、かつ粒界相が多くなるため、低熱伝導性や高温での高強度が達成されない。
【００１３】
また、このセラミックスは、開気孔率が５％以下、特に３％以下の緻密体からなることが重要であり、開気孔率が５％よりも大きいと、気孔が破壊源となり、強度が低下する。
【００１４】
また、このセラミックスにおいては、コージェライト結晶相の粒界に希土類元素酸化物と酸化ケイ素との複合酸化物結晶相が析出してなることも重要である。
【００１５】
このように粒界に上記結晶相が析出することにより、高温強度を高めることができる。希土類元素酸化物（ＲＥ₂Ｏ₃）と酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）との複合酸化物結晶相としては、モノシリケート（ＲＥ₂ＳｉＯ₅）、ダイシリケート（ＲＥ₂Ｓｉ₂Ｏ₇）等が挙げられる。
【００１６】
本発明によれば、上記の構成によって、室温において５Ｗ／ｍ・Ｋ以下、特に３Ｗ／ｍ・Ｋ以下の低熱伝導性とともに、室温から８００℃の温度範囲において、ＪＩＳ−Ｒ−１６０１に基づく４点曲げ抗折強度において、８０ＭＰａ以上、特に１００ＭＰａ以上の高強度化を達成することができる。
【００１７】
また、本発明によれば、更に強度を高める上で、コージェライトを８０〜９９．５重量％、希土類元素（ＲＥ）を酸化物換算で０．５〜２０重量％の割合で含有する成分を７０重量％以上、窒化珪素、炭化珪素および酸窒化けい素の群から選ばれる少なくとも１種を３０重量％以下、好ましくは１０〜２０重量％の割合で含有させることが望ましく、さらに前記コージェライト結晶粒子の粒界に希土類元素酸化物と酸化ケイ素との複合酸化物結晶相が析出してなるとともに、室温における熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることを特徴とするものである。
【００１８】
但し、これらの含有量が３０重量％を超えると、低熱伝導性が失われてしまうために望ましくない。
【００１９】
このようなセラミックスは、エンジン部品として用いられる。そこで、図１のエンジンの概略断面図を示した。図１において、本発明におけるセラミックスは、ピストンクラウン１、シリンダライナ２、ピストン耐摩環３、シリンダヘッドライナ４、チャンバ５、さらには、排気ポートライナ６などにも好適に採用される。特に、ピストンクラウンとして最も好適である。
【００２０】
上記のようなセラミックスを作製するには、まず、平均粒子径５μｍ以下、好ましくは３μｍ以下のコージェライト粉末を８０〜９９．５重量％、好ましくは８５〜９５重量％、平均粒径２μｍ以下、特に１μｍ以下の希土類元素酸化物を０．５〜２０重量％、好ましくは５〜１５重量％の割合で添加混合する。また、強度改善のために、コージェライト粉末を８０〜９９．５重量％、平均粒径２μｍ以下の希土類元素酸化物を０．５〜２０重量％の割合で配合した系を７０重量％以上、窒化珪素、炭化珪素、酸窒化けい素の中から少なくとも１種を３０重量％以下、特に１０〜２０重量％の割合で混合する。
【００２１】
そして、上記の比率で各成分を配合した後、ボールミルなどにより十分に混合し、所定形状に所望の成形手段、例えば、金型プレス，冷間静水圧プレス，押出し成形等により任意の形状に成形後、焼成する。
【００２２】
焼成は、大気中もしくは、真空、Ａｒ、Ｎ₂などの不活性ガス雰囲気中で１２００〜１５００℃、好ましくは１２５０〜１４００℃の温度範囲で１〜１０時間程度焼結することにより、相対密度９５％以上に緻密化することができる。
【００２３】
このときの焼成温度が１２００℃よりも低いと緻密化できず、１５００℃を越えると、成形体が溶融したり、粒成長を伴い、低熱伝導性、高強度の特性を損なう。
【００２４】
また、セラミックスの粒界に希土類元素酸化物と酸化ケイ素との複合酸化物結晶相が析出させるためには、焼成後の冷却過程で、最高焼成温度から１０００℃までの温度領域を１０℃／ｍｉｎ以下、特に５℃／ｍｉｎ以下の速度で冷却すればよい。この温度領域の冷却速度が１０℃／ｍｉｎよりも速いと粒界に希土類元素酸化物と酸化ケイ素との複合酸化物結晶相を析出させることが困難である。なお、徐冷温度領域は、最高焼成温度から１０００℃以下の領域まで拡大しても何ら差し支えない。
【００２５】
【実施例】
平均粒径が１〜６μｍのコージライト粉末と、平均粒径が０．５〜３μｍの希土類元素酸化物粉末、さらに平均粒径が１μｍ以下の窒化珪素、炭化珪素、酸窒化珪素の各粉末を用いて、表１に示す組成になるように調合後、ボールミルで２４時間混合した後、１ｔ／ｃｍ²の圧力で金型成形した。そして、その成形体をアルミナの匣鉢に入れて大気中もしくは窒化珪素、炭化珪素、酸窒化珪素を含むものは窒素雰囲気中、表１の条件で焼成した後、さらに１０００℃までの温度領域を表１の冷却速度で冷却した。
【００２６】
得られたセラミックスを研磨し、１０ｍｍφ×３ｍｍ、３×４×１５ｍｍの大きさに研削加工し、この試料の室温、８００℃のＪＩＳＲ１６０１に基づく４点曲げ強度を測定した。また、レーザーフラッシュ法（試料厚み３ｍｍ）により室温における熱伝導率を測定した。また焼結体を鏡面加工し、走査型電子顕微鏡写真からインタセプト法に基づきコージェライト結晶相の平均粒径を測定した。さらに、Ｘ線回折測定によって、セラミックス中の結晶相を同定した。結果は、表１に示した。
【００２７】
【表１】

【００２８】
【表２】

【００２９】
表１、２の結果から明らかなように、従来のコージェライトト焼結体である試料Ｎo.１では、熱伝導率が３Ｗ／ｍ・Ｋと低熱伝導率であるが、８００℃における強度が３０ＭＰａと低い。
【００３０】
これに対して、本発明に基づき、希土類元素酸化物を所定比率で添加するとともに、コージェライト結晶の平均粒径、開気孔率、粒界結晶相を制御することにより、熱伝導率を５Ｗ／ｍ・Ｋを達成しながら、８００℃における強度を８０ＭＰａ以上に高めることができた。
【００３１】
しかし、希土類元素量が酸化物換算で２０重量％よりも多い試料Ｎo.８や０．５重量％より低い試料Ｎo.９では、結晶粒径が１０μｍを越え、８００℃における強度が８０ＭＰａよりも低く、熱伝導率も５Ｗ／ｍ・Ｋを超えるものであった。
【００３２】
また、原料粉末に粒径の大きいコージェライト粉末や希土類元素酸化物粉末を用いた試料Ｎo.１２，１５でも、コージェライト結晶粒径が１０μｍを越え、８００℃における強度が強度が８０ＭＰａよりも低く、熱伝導率も５Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものであった。
【００３３】
また、添加成分を適量配合した系に、窒化珪素、炭化珪素、酸窒化珪素を添加することにより強度の向上が見られた。しかし、その量が３０重量％を越える試料Ｎo.２６では、熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋを越えてしまい目的に適さないものであった。
【００３４】
また、焼成温度については、１２００℃よりも低い試料Ｎo.２２では、緻密化することができず開気孔率が大きく、１５００℃よりも高い試料Ｎo.２３では、強度の低下、熱伝導率の向上がみられた。
【００３５】
さらに、冷却速度が１０℃／ｍｉｎよりも速い試料Ｎo.２９では、粒界に希土類元素酸化物と酸化ケイ素との結晶相が析出しておらず、その結果、低熱伝導性を有するものの、８００℃における強度が不十分であった。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明のエンジン用部品は、コージェライトの優れた低熱伝導率を維持しつつ、８００℃の高温での強度を高めることができる。その結果、断熱性に優れしかも高い強度が要求されるピストン、シリンダ等のエンジン部品等として用いることにより、エンジンにおける信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジンの概略断面図である。
【符号の説明】
１ピストンクラウン
２シリンダライナ
３ピストン耐摩環
４シリンダヘッドライナ
５チャンバ
６排気ポートライナ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an engine component suitable as a component that requires heat insulation, such as a piston, a cylinder, and a chamber, and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
Cordierite-based sintered bodies are conventionally known as low thermal expansion ceramics and are applied to filters, honeycombs, refractories and the like. This cordierite-based sintered body includes cordierite powder, or MgO that forms cordierite,
Al ₂ O ₃ , SiO ₂ powder is blended, and rare earth element oxide, SiO ₂ , CaO, MgO, etc. are added as a sintering aid to this, and after forming into a predetermined shape, a temperature of 1000 to 1400 ° C. (No. 57-3629, JP-A-2-229760).
[0003]
In recent years, high-temperature combustion has been promoted with an increase in output of automobile engines. For this reason, the temperature around the combustion chamber is increasing, and its heat insulation is becoming important. It is also important to prevent heat dissipation from the viewpoint of energy saving and high efficiency. Therefore, conventionally, low thermal conductive ceramics such as aluminum titanate and cordierite have been used for engine parts.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, since these ceramics have excellent heat insulation properties and low thermal expansion, although they are excellent in thermal shock resistance to some extent, it is difficult to obtain a dense body and the strength is as low as about 40 MPa, and the range and conditions that can be used as structural members are limited. It was.
[0005]
On the other hand, ceramics such as silicon nitride are known as high-temperature and high-strength materials, but silicon nitride ceramics have a high thermal conductivity of 30 W / m · K and are poor in heat insulation properties. So far, no material has been obtained.
[0006]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an engine component having low thermal conductivity and high strength, and a method of manufacturing an engine component capable of stably manufacturing the engine component.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive research on the above problems, the present inventors have added an appropriate amount of rare earth element oxide to cordierite, controlled the grain size of the sintered body, and specified crystals in the cordierite grain boundaries. It has been found that by precipitating the phase, it is possible to promote densification while maintaining low thermal conductivity, and to greatly increase the strength, and the present invention has been achieved.
[0008]
That is, the engine component of the present invention contains cordierite in an amount of 80 to 95.5% by weight and rare earth element (RE) in an amount of 0.5 to 20% by weight in terms of oxide, and the average particle size of the cordierite crystal particles. Is 10 μm or less, and the porosity is 5% or less. A complex oxide crystal phase of rare earth element oxide and silicon oxide is precipitated at the grain boundaries of the cordierite crystal particles, and the thermal conductivity at room temperature is 5 W. / M · K or less, in particular, the bending strength from room temperature to 800 ° C. is 80 MPa or more, and cordierite is 80 to 99.5% by weight, 70 wt% or more of a component containing 0.5 to 20 wt% of rare earth element (RE) in terms of oxide, and 30 wt% of at least one selected from silicon nitride, silicon carbide, and silicon oxynitride % Wherein a ratio below with complex oxide crystal phase of silicon oxide and the rare earth oxide is precipitated at the grain boundaries of the cordierite crystal grains, the thermal conductivity is not more than 5W / m · K at room temperature It is characterized by this.
[0009]
In addition, the method for producing an engine component according to the present invention includes a cordierite powder having an average particle diameter of 5 μm or less in a proportion of 80 to 95.5 wt% and a rare earth element oxide having an average particle diameter of 2 μm or less in a ratio of 0.5 to 20 wt%. After the molded body blended in Step 1 is sintered in a temperature range of 1200 to 1500 ° C., it is cooled to 1000 ° C. at a rate of 10 ° C./min or less. all SANYO characterized by adding in a proportion of 30 wt% or less of at least one member selected from the group consisting of silicon and oxynitride silicon, also, the following cordierite powder having an average particle size of 5 [mu] m 80 to 99. At least 70% by weight of a component in which 5% by weight and a rare earth element oxide having an average particle size of 2 μm or less in a proportion of 0.5 to 20% by weight is selected from silicon nitride, silicon carbide, and silicon oxynitride 1 A molded body in a mixing ratio of 30 wt% or less, after sintering at a temperature range of 1200 to 1500 ° C., and is characterized in that cooled to 1000 ° C. at a rate 10 ° C. / min.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The engine component of the present invention contains, in composition, cordierite of a composite oxide represented by 2MgO · 2Al ₂ O ₃ · 5SiO ₂ in a proportion of 80 to 99.5% by weight, particularly 85 to 95% by weight. It is important that the cordierite crystal phase is present as fine crystal particles having an average particle diameter of 1 to 10 μm, preferably 1 to 5 μm. Such a fine crystal structure does not impair the low thermal conductivity. , The strength can be improved.
[0011]
The sintered body contains rare earth elements as a sintering aid component in an amount of 0.5 to 20% by weight, particularly 5 to 15% by weight in terms of oxide. These react with a part of cordierite during the sintering process, work as a sintering aid, enable sintering at a low temperature, atomize the structure and promote densification. Examples of rare earth elements include Y, Yb, Er, Sm and the like.
[0012]
Note that the amount of the cordierite and the rare earth element is limited to the above ratio because the cordierite is more than 99.5% by weight, in other words, the rare earth element is less than 0.5% by weight. Therefore, it is necessary to increase the sintering temperature. As a result, the crystal grain size of cordierite increases, and low thermal conductivity and high strength cannot be achieved. In addition, when the cordierite content is less than 80% by weight, in other words, when the rare earth element content is greater than 20% by weight, grain growth is promoted and the grain boundary phase is increased. High strength is not achieved.
[0013]
Further, it is important that this ceramic is composed of a dense body having an open porosity of 5% or less, particularly 3% or less. If the open porosity is larger than 5%, the pores become a source of destruction and the strength is lowered. .
[0014]
In this ceramic, it is also important that a complex oxide crystal phase of a rare earth element oxide and silicon oxide is precipitated at the grain boundary of the cordierite crystal phase.
[0015]
Thus, the high-temperature strength can be increased by the precipitation of the crystal phase at the grain boundaries. Examples of the composite oxide crystal phase of rare earth element oxide (RE ₂ O ₃ ) and silicon oxide (SiO ₂ ) include monosilicate (RE ₂ SiO ₅ ) and disilicate (RE ₂ Si ₂ O ₇ ). .
[0016]
According to the present invention, according to the above-described configuration, a low thermal conductivity of 5 W / m · K or less, particularly 3 W / m · K or less at room temperature, and a temperature range from room temperature to 800 ° C. according to JIS-R-1601 4 In the point bending strength, it is possible to achieve a high strength of 80 MPa or more, particularly 100 MPa or more.
[0017]
In addition, according to the present invention, in order to further increase the strength, a component containing cordierite in an amount of 80 to 99.5% by weight and rare earth element (RE) in an amount of 0.5 to 20% by weight in terms of oxide. 70 wt% or more, silicon nitride, 30 wt% of at least one selected from the group consisting of silicon carbide and oxynitride silicon less, rather preferably desirable to be contained in a proportion of 10 to 20 wt%, further wherein Koje A composite oxide crystal phase of rare earth element oxide and silicon oxide is precipitated at the grain boundaries of the light crystal grains, and has a thermal conductivity of 5 W / m · K or less at room temperature. .
[0018]
However, if the content of these exceeds 30% by weight, low thermal conductivity is lost, which is not desirable.
[0019]
Such ceramics are used as engine parts. Therefore, a schematic sectional view of the engine of FIG. 1 is shown. In FIG. 1, the ceramic according to the present invention is suitably used for a piston crown 1, a cylinder liner 2, a piston wear-resistant ring 3, a cylinder head liner 4, a chamber 5, and an exhaust port liner 6. In particular, it is most suitable as a piston crown.
[0020]
In order to produce the above ceramics, first, cordierite powder having an average particle size of 5 μm or less, preferably 3 μm or less is 80 to 99.5 % by weight , preferably 85 to 95% by weight, and an average particle size of 2 μm or less. In particular, a rare earth element oxide of 1 μm or less is added and mixed in a proportion of 0.5 to 20 wt%, preferably 5 to 15 wt%. Further, in order to improve the strength, a system in which cordierite powder is blended in an amount of 80 to 99.5% by weight and a rare earth element oxide having an average particle size of 2 μm or less in a proportion of 0.5 to 20% by weight is 70% by weight or more. At least one of silicon nitride, silicon carbide, and silicon oxynitride is mixed at a ratio of 30 wt% or less, particularly 10 to 20 wt%.
[0021]
Then, after blending each component at the above ratio, mix thoroughly with a ball mill or the like, and shape into a desired shape by a desired molding means such as a die press, cold isostatic press, extrusion molding, etc. After that, it is fired.
[0022]
Firing is performed by sintering in the atmosphere or in an inert gas atmosphere such as vacuum, Ar, N _2, etc. at a temperature range of 1200 to 1500 ° C., preferably 1250 to 1400 ° C. for about 1 to 10 hours. % Can be densified.
[0023]
If the firing temperature at this time is lower than 1200 ° C., densification cannot be achieved, and if it exceeds 1500 ° C., the molded body is melted or accompanied by grain growth, thereby impairing the properties of low thermal conductivity and high strength.
[0024]
Further, in order to deposit a complex oxide crystal phase of rare earth element oxide and silicon oxide at the grain boundary of ceramics, a temperature range from the maximum firing temperature to 1000 ° C. is set to 10 ° C./min in the cooling process after firing. Hereinafter, it may be cooled at a rate of 5 ° C./min or less. When the cooling rate in this temperature region is faster than 10 ° C./min, it is difficult to precipitate a complex oxide crystal phase of rare earth element oxide and silicon oxide at the grain boundary. The slow cooling temperature region may be expanded from the maximum firing temperature to a region of 1000 ° C. or lower.
[0025]
【Example】
Cordierite powder with an average particle size of 1 to 6 μm, rare earth element oxide powder with an average particle size of 0.5 to 3 μm, and silicon nitride, silicon carbide, and silicon oxynitride powders with an average particle size of 1 μm or less The mixture was prepared so as to have the composition shown in Table 1, mixed with a ball mill for 24 hours, and then molded at a pressure of 1 t / cm ² . Then, the molded body is put in an alumina sagger and baked in the atmosphere or in a nitrogen atmosphere in the atmosphere containing silicon nitride, silicon carbide, and silicon oxynitride. It cooled at the cooling rate of Table 1.
[0026]
The obtained ceramic was polished and ground to a size of 10 mmφ × 3 mm and 3 × 4 × 15 mm, and the four-point bending strength based on JIS R1601 at room temperature and 800 ° C. was measured. Further, the thermal conductivity at room temperature was measured by a laser flash method (sample thickness: 3 mm). Further, the sintered body was mirror-finished, and the average particle diameter of the cordierite crystal phase was measured based on the intercept method from a scanning electron micrograph. Furthermore, the crystal phase in the ceramic was identified by X-ray diffraction measurement. The results are shown in Table 1.
[0027]
[Table 1]

[0028]
[Table 2]

[0029]
As is apparent from the results in Tables 1 and 2, the sample No. 1 which is a conventional cordierite sintered body has a low thermal conductivity of 3 W / m · K, but the strength at 800 ° C. As low as 30 MPa.
[0030]
On the other hand, in accordance with the present invention, a rare earth element oxide is added at a predetermined ratio, and by controlling the average particle diameter, open porosity, and grain boundary crystal phase of the cordierite crystal, the thermal conductivity is 5 W / While achieving m · K, the strength at 800 ° C. could be increased to 80 MPa or more.
[0031]
However, in the sample No. 8 in which the rare earth element amount is more than 20% by weight in terms of oxide and in the sample No. 9 lower than 0.5% by weight, the crystal grain size exceeds 10 μm and the strength at 800 ° C. is more than 80 MPa. The thermal conductivity was low and exceeded 5 W / m · K.
[0032]
Also in samples Nos. 12 and 15 using a cordierite powder or a rare earth element oxide powder having a large particle size as the raw material powder, the cordierite crystal particle size exceeds 10 μm, and the strength at 800 ° C. is lower than 80 MPa. The thermal conductivity was 5 W / m · K or more.
[0033]
In addition, the strength was improved by adding silicon nitride, silicon carbide, and silicon oxynitride to a system in which an appropriate amount of the additive component was blended. However, Sample No. 26, whose amount exceeds 30% by weight, was unsuitable for the purpose because its thermal conductivity exceeded 5 W / m · K.
[0034]
Also, regarding the firing temperature, sample No. 22 lower than 1200 ° C. cannot be densified, and the open porosity is large, and sample No. 23 higher than 1500 ° C. has a decrease in strength and thermal conductivity. An improvement was seen.
[0035]
Further, in sample No. 29 having a cooling rate higher than 10 ° C./min, the crystal phase of rare earth element oxide and silicon oxide is not precipitated at the grain boundary, and as a result, although it has low thermal conductivity, 800 The strength at ° C was insufficient.
[0036]
【The invention's effect】
As described above in detail, the engine component of the present invention can increase the strength at a high temperature of 800 ° C. while maintaining the excellent low thermal conductivity of cordierite. As a result, the reliability of the engine can be enhanced by using it as an engine component such as a piston or cylinder that is excellent in heat insulation and requires high strength.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view of an engine.
[Explanation of symbols]
1 Piston crown 2 Cylinder liner 3 Piston wear-resistant ring 4 Cylinder head liner 5 Chamber 6 Exhaust port liner

Claims

Cordierite is contained in an amount of 80 to 99.5% by weight, rare earth element (RE) is contained in an amount of 0.5 to 20% by weight in terms of oxides, the average particle size of the cordierite crystal particles is 10 μm or less, and the open porosity is 5 And a composite oxide crystal phase of rare earth element oxide and silicon oxide is precipitated at the grain boundary of the cordierite crystal particles, and the thermal conductivity at room temperature is 5 W / m · K or less. Engine parts characterized by

The engine part according to claim 1, wherein the bending strength of the ceramics from room temperature to 800 ° C is 80 MPa or more.

80% to 99.5% by weight of cordierite, 70% by weight or more of components containing rare earth elements (RE) in an amount of 0.5 to 20% by weight in terms of oxide , silicon nitride, silicon carbide and silicon oxynitride It is seen containing a proportion of 30 wt% or less of at least one selected from among, along with the composite oxide crystal phase of silicon oxide and the rare earth oxide is precipitated at the grain boundaries of the cordierite crystal grains, room temperature features and to Rue engine components that thermal conductivity is not more than 5W / m · K at.

A compact in which cordierite powder having an average particle size of 5 μm or less is blended at a ratio of 80 to 99.5% by weight and a rare earth element oxide having an average particle size of 2 μm or less in a proportion of 0.5 to 20% by weight is 1200 to 1500 ° C. A method for manufacturing an engine component, comprising: sintering at a temperature range and then cooling to 1000 ° C at a rate of 10 ° C / min or less.

More than 70% by weight of a component comprising 80 to 99.5% by weight of cordierite powder having an average particle size of 5 μm or less and 0.5 to 20% by weight of a rare earth element oxide having an average particle size of 2 μm or less, silicon nitride Then, after sintering a molded body in which at least one selected from silicon carbide and silicon oxynitride is mixed at a ratio of 30% by weight or less in a temperature range of 1200 to 1500 ° C., up to 1000 ° C. features and to Rue engine component manufacturing method to cool with min or less speed.