JP5582813B2 - Manufacturing method of ceramic member for molten metal - Google Patents

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本発明は、アルミニウム溶湯のような溶融金属との接触環境下で使用される溶融金属用セラミックス部材及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a molten metal ceramic member used in a contact environment with a molten metal such as molten aluminum and a method for producing the same.

従来、低圧鋳造装置において、溶融金属るつぼから溶融金属(代表的にはアルミニウム溶湯)を排出するための給湯管路を構成するストークなど、溶融金属との接触環境下で使用される溶融金属用部品が知られている。   Conventionally, in low-pressure casting equipment, parts for molten metal used in a contact environment with molten metal, such as stalk that constitutes a hot water supply pipe for discharging molten metal (typically molten aluminum) from a molten metal crucible It has been known.

近年、このような溶融金属用部品としてセラミックスが用いられている。特に、耐熱性や耐蝕性と共に、強度や熱的・機械的衝撃に対する抵抗性も高く、構造材料としての安定性にすぐれる窒化ケイ素(Si)系セラミックス焼結品が多くの用途に実用されている。 In recent years, ceramics have been used as such molten metal parts. In particular, silicon nitride (Si 3 N 4 ) -based ceramic sintered products that have high heat resistance and corrosion resistance, as well as high strength, resistance to thermal and mechanical shock, and excellent stability as structural materials are used in many applications. It is practically used.

しかしながら、窒化ケイ素系セラミックス焼結品で形成された溶融金属用セラミックス部材であっても、長期間使用されると、表面に溶融金属の地金やその酸化物、スラグ等が付着し、その付着堆積物により使用できなくなるという問題が発生する。例えば、溶融金属るつぼの蓋に形成された穴に挿通される、管状の溶融金属用セラミックス部材である場合、その外周面の付着堆積物により穴から抜き取れなくなるというような問題などがある。   However, even if it is a ceramic member for molten metal formed of a silicon nitride ceramic sintered product, if it is used for a long period of time, the molten metal ingot, its oxide, slag, etc. will adhere to the surface. The problem of being unusable due to deposits arises. For example, in the case of a tubular molten metal ceramic member inserted into a hole formed in the lid of the molten metal crucible, there is a problem that it cannot be removed from the hole due to the deposited deposit on the outer peripheral surface thereof.

このような問題の対策として、溶融金属に対する濡れ性の小さい材料(例えば、窒化硼素)により表面層を形成する技術が知られている(非特許文献1)。また、特許文献1には、窒化ケイ素系セラミックス成形体を窒化硼素(BN)粉末中に埋没させておき、この成形体を焼結することで、表面に窒化硼素を主体とする層を形成する技術が記載されている。また、特許文献2には、サイアロン系セラミックスの成形体に窒化硼素を含有するセラミックス粉末を有機バインダーとともにスプレー又は刷毛塗りし焼結させることで、窒化硼素を主成分とする表面層を形成する技術が記載されている。   As a countermeasure against such a problem, a technique is known in which a surface layer is formed from a material having low wettability to molten metal (for example, boron nitride) (Non-Patent Document 1). Further, in Patent Document 1, a silicon nitride ceramic molded body is embedded in boron nitride (BN) powder, and this molded body is sintered to form a layer mainly composed of boron nitride on the surface. The technology is described. Patent Document 2 discloses a technique for forming a surface layer containing boron nitride as a main component by spraying or brushing a ceramic powder containing boron nitride together with an organic binder on a sialon-based ceramic compact and sintering. Is described.

ただし、特許文献1・2では、窒化硼素を含む表面層は、加圧成形されることなく焼結することで得られている。そのため、断続的な使用により表面層が剥がれ易く、その効果を長期間安定に持続させることができない。   However, in Patent Documents 1 and 2, the surface layer containing boron nitride is obtained by sintering without being pressure-molded. Therefore, the surface layer is easily peeled off by intermittent use, and the effect cannot be stably maintained for a long time.

そこで、特許文献3では、成形型を構成する型部材の所要領域表面に窒化硼素と母材セラミックスとの混合粉末の塗膜を形成した後に、成形型に母材セラミックスの粉末を充填させ、冷間静水等方圧プレスにより加圧成形している。そして、成形体を焼結することで窒化硼素を含む表面層が形成された溶融金属用セラミックス部材を製造している。   Therefore, in Patent Document 3, after forming a coating film of mixed powder of boron nitride and base ceramic on the surface of a required region of the mold member constituting the mold, the mold is filled with the powder of the base ceramic and cooled. It is pressure-molded by isostatic pressing with isostatic water. And the ceramic member for molten metals in which the surface layer containing a boron nitride was formed by sintering a molded object is manufactured.

図13は、特許文献3に記載の製造方法の流れを示す図である。まず、図13の(a)で示されるように、成形型を構成する芯金112の表面に、窒化硼素と母材セラミックスとの混合粉末を含むスラリーを塗布して、窒化硼素と母材セラミックスとが混合された混合塗膜134を形成する。図13の(b)は、混合塗膜134が形成された状態を示している。   FIG. 13 is a diagram showing the flow of the manufacturing method described in Patent Document 3. First, as shown in FIG. 13 (a), a slurry containing a mixed powder of boron nitride and base ceramic is applied to the surface of a cored bar 112 constituting the mold, and boron nitride and base ceramics are applied. Is formed. FIG. 13B shows a state in which the mixed coating film 134 is formed.

次に、図13の(c)で示されるように、芯金112と軸心が一致する円筒形状のゴム型111を配置する。その後、図13の(d)で示されるように、芯金112とゴム型111との間に母材セラミックス原料の造粒物121を充填し、ゴム蓋114により密閉する。そして、冷間静水等方圧プレス(CIP)により加圧することにより、図13の(e)で示されるように、造粒物121が加圧成形された圧粉体122と、その内周面上に形成され、混合塗膜134が加圧成形された圧粉層135とからなる成形体が得られる。   Next, as shown in FIG. 13 (c), a cylindrical rubber mold 111 whose axis coincides with the cored bar 112 is disposed. Thereafter, as shown in FIG. 13 (d), a granulated material 121 made of a base ceramic material is filled between the core metal 112 and the rubber mold 111 and sealed with a rubber lid 114. And by pressurizing with cold isostatic press (CIP), as shown in (e) of FIG. 13, the compact 122 by which the granulated material 121 was press-molded, and its internal peripheral surface A molded body is obtained which is formed on the green compact layer 135 formed on the pressure-molded mixed coating film 134.

その後、図13の(f)で示されるように、圧粉体122の外径が所定寸法になるように表面を切削する。そして、焼結することにより、母材セラミックスの原料粉末の焼結体である基体部102と、基体部102の内周面上に形成された、窒化硼素と母材セラミックスとの混合粉末の焼結体である複合層103とを備える溶融金属用セラミックス部材を製造している。   Thereafter, as shown in FIG. 13F, the surface is cut so that the outer diameter of the green compact 122 becomes a predetermined dimension. Then, by sintering, the base portion 102, which is a sintered body of the raw material powder of the base ceramic, and the mixed powder of boron nitride and base ceramic formed on the inner peripheral surface of the base portion 102 are sintered. A ceramic member for molten metal including a composite layer 103 which is a bonded body is manufactured.

特開昭63−190786号公報(1988年8月8日公開)JP 63-190786 A (published on August 8, 1988) 特開平1−176289号公報(1989年7月12日公開)Japanese Unexamined Patent Publication No. 1-176289 (published July 12, 1989) 特開平5−301757号公報(1993年11月16日公開)Japanese Patent Laid-Open No. 5-301757 (published on November 16, 1993)

土田二朗、他2名、「窒化けい素セラミックス表面の濡れ特性の改善」、クボタ技報、株式会社クボタ、No.29、P82-91、1995年Jiro Tsuchida and two others, “Improvement of Wetting Characteristics on Silicon Nitride Ceramics Surface”, Kubota Technical Report, Kubota Corporation, No.29, P82-91, 1995

特許文献3の技術では、冷間静水等方圧プレスにより加圧成形された圧粉層を焼結することにより複合層を形成しているため、複合層の密度が比較的高く、また基体部と複合層との密着性も高い。そのため、複合層が剥がれ落ちることを防止できる。ただし、複合層は、長期間の使用により磨耗するという問題がある。そのため、耐用年数を長くするためには複合層の厚みを厚くすることが望まれる。しかしながら、特許文献3の技術では、窒化硼素と母材セラミックスとの混合粉末を含むスラリーを型部材に塗布することにより混合塗膜を形成しているため、窒化硼素を含む複合層を厚くすることが困難であった。   In the technique of Patent Document 3, since the composite layer is formed by sintering the compacted layer that has been press-formed by cold isostatic pressing, the density of the composite layer is relatively high, and the base portion Adhesiveness to the composite layer is also high. Therefore, it can prevent that a composite layer peels off. However, there is a problem that the composite layer is worn out by long-term use. Therefore, it is desirable to increase the thickness of the composite layer in order to increase the service life. However, in the technique of Patent Document 3, since a mixed coating film is formed by applying a slurry containing a mixed powder of boron nitride and a base ceramic material to a mold member, the composite layer containing boron nitride is made thick. It was difficult.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、溶融金属に対する濡れ性が小さい材料を含む厚い複合層を表面に有する溶融金属用セラミックス部材及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a ceramic member for molten metal having a thick composite layer containing a material having low wettability with respect to the molten metal on the surface, and a method for producing the same. To do.

本発明に係る溶融金属用セラミックス部材の製造方法は、溶融金属と接触する溶融金属用セラミックス部材の製造方法であって、母材セラミックスの原料粉末を加圧成形することにより第1成形体を作製する第1成形工程と、上記第1成形体の表面の少なくとも一部の領域と成形型との間に、上記溶融金属に対する濡れ性が上記母材セラミックスよりも低い材料である低濡れ性材料の粉末と上記母材セラミックスの原料粉末との混合粉末を充填させ、加圧成形することにより第2成形体を作製する第2成形工程と、上記第2成形体を焼結する焼結工程と、を含むことを特徴とする。   The method for producing a ceramic member for molten metal according to the present invention is a method for producing a ceramic member for molten metal that comes into contact with the molten metal, and a first molded body is produced by pressure molding a raw material powder of a base ceramic material. A low wettability material, which is a material having lower wettability with respect to the molten metal than the base ceramic, between the first molding step and at least a part of the surface of the first molded body and the mold. Filling a mixed powder of the powder and the raw material powder of the base ceramic material, and forming a second molded body by pressure molding; a sintering process for sintering the second molded body; It is characterized by including.

上記の構成によれば、第1成形体と成形型との間に、低濡れ性材料の粉末と母材セラミックスの原料粉末との混合粉末を充填させ、加圧成形することにより第2成形体を作製している。そのため、第2成形体は、第1成形体と、第1成形体の表面に接合された、上記混合粉末の圧粉層とを含むこととなる。そして、第2成形体を焼結することにより、母材セラミックスを原料とする第1成形体が焼結された基体部と、基体部の少なくとも一部の表面を被覆する、低濡れ性材料と母材セラミックスとを含む圧粉層の焼結体である複合層とが一体となった溶融金属用セラミックス部材を製造することができる。   According to the above configuration, the second molded body is formed by filling a mixed powder of the low wettability material powder and the raw material powder of the base ceramic material between the first molded body and the molding die, and performing pressure molding. Is making. Therefore, a 2nd molded object will contain the 1st molded object and the compacting layer of the said mixed powder joined to the surface of the 1st molded object. And, by sintering the second molded body, the base part in which the first molded body made of the base ceramic material is sintered, and the low wettability material covering at least a part of the surface of the base part, A ceramic member for molten metal in which a composite layer, which is a sintered compact of a dust layer containing a base ceramic material, is integrated can be manufactured.

ここで、圧粉層の厚みは、第1成形体と成形型との間の距離に依存するため、成形型の形状を適宜設定することにより、圧粉層の厚みを厚くすることができる。そのため、厚い複合層を表面に有する溶融金属用セラミックス部材を製造することができる。   Here, since the thickness of the dust layer depends on the distance between the first molded body and the mold, the thickness of the dust layer can be increased by appropriately setting the shape of the mold. Therefore, a ceramic member for molten metal having a thick composite layer on the surface can be produced.

なお、第1成形体および第2成形体の形状は成形型を適宜選択することにより、様々な形状にすることができる。例えば、第1成形工程において中空円筒形状の成形型を用いた場合、第2成形工程においても、第1成形体の外周面との間に空間が形成されるような中空円筒形状の成形型を用いれば、中空円筒形状の基体部の外周面にも厚い複合層が形成された溶融金属用セラミックス部材を製造することができる。   In addition, the shape of the 1st molded object and the 2nd molded object can be made into various shapes by selecting a shaping | molding die suitably. For example, when a hollow cylindrical mold is used in the first molding step, a hollow cylindrical mold in which a space is formed between the outer periphery of the first molded body also in the second molding step. If it uses, the ceramic member for molten metal in which the thick composite layer was formed also in the outer peripheral surface of the hollow cylindrical base | substrate part can be manufactured.

また、本発明に係る溶融金属用セラミックス部材の製造方法は、溶融金属と接触する溶融金属用セラミックス部材の製造方法であって、母材セラミックスの原料粉末を加圧成形することにより第1成形体を作製する第1成形工程と、上記第1成形体を成形対象とし、当該成形対象の表面の少なくとも一部の領域と成形型との間に、上記溶融金属に対する濡れ性が上記母材セラミックスよりも低い材料である低濡れ性材料の粉末と上記母材セラミックスの原料粉末との混合粉末を充填させ、加圧成形することで中間成形体を作製する低濡れ性材料成形処理を行う第2成形工程と、上記中間成形体を成形対象として上記低濡れ性材料成形処理を少なくとも1回行うことにより第2成形体を作製する第3成形工程と、上記第2成形体を焼結する焼結工程と、を含み、複数回の上記低濡れ性材料成形処理の各々において、上記混合粉末における低濡れ性材料の重量比率を、前回の低濡れ性材料成形処理で用いた混合粉末における低濡れ性材料の重量比率よりも大きくすることを特徴とする。   Moreover, the manufacturing method of the ceramic member for molten metal which concerns on this invention is a manufacturing method of the ceramic member for molten metal which contacts a molten metal, Comprising: The 1st molded object by press-molding the raw material powder of a base material ceramics And forming the first molded body as a molding object, and the wettability with respect to the molten metal is higher than that of the base material ceramic between at least a part of the surface of the molding object and the molding die. The second molding that performs the low wettability material molding process of filling the mixed powder of the low wettability material powder, which is a low material, and the raw material powder of the above-mentioned base material ceramics, and forming an intermediate molded body by pressure molding A step of forming a second molded body by performing the low wettability material molding process at least once with the intermediate molded body as a molding target, and sintering for sintering the second molded body In each of the plurality of low wettability material molding processes, the weight ratio of the low wettability material in the mixed powder is set to the low wettability in the mixed powder used in the previous low wettability material molding process. It is characterized by being larger than the weight ratio of the material.

上記の構成によれば、複数回の低濡れ性材料成形処理を行うために、第1成形体を焼結させた基体部の表面の少なくとも一部の領域に、低濡れ性材料と母材セラミックスとの複合層を複数積層することができる。   According to said structure, in order to perform the low wettability material shaping | molding process of multiple times, low wettability material and base material ceramics are formed in the at least one part area | region of the surface of the base | substrate part which sintered the 1st molded object. A plurality of composite layers can be stacked.

さらに、低濡れ性材料成形処理の各々において、混合粉末における低濡れ性材料の重量比率を、前回の低濡れ性材料成形処理で用いた混合粉末における低濡れ性材料の重量比率よりも大きくしている。そのため、第1成形体とそれに隣接する複合層との間の焼結時の収縮率や焼結後における熱膨張率の差を小さくすることができる。また、同様に、隣接する複合層間でも、焼結時の収縮率や焼結後における熱膨張率の差を小さくすることができる。その結果、第1成形体とそれに隣接する複合層との間の界面、および、隣接する複合層間の界面に生じる応力を緩和することができ、溶融金属用セラミックス部材の品質を向上させることができる。   Further, in each of the low wettability material molding processes, the weight ratio of the low wettability material in the mixed powder is set to be larger than the weight ratio of the low wettability material in the mixed powder used in the previous low wettability material molding process. Yes. Therefore, the difference between the shrinkage rate during sintering and the thermal expansion coefficient after sintering between the first molded body and the composite layer adjacent thereto can be reduced. Similarly, the difference between the shrinkage ratio during sintering and the thermal expansion coefficient after sintering can be reduced also between adjacent composite layers. As a result, the stress generated at the interface between the first molded body and the adjacent composite layer and the interface between adjacent composite layers can be relaxed, and the quality of the ceramic member for molten metal can be improved. .

また、本発明に係る溶融金属用セラミックス部材の製造方法は、溶融金属と接触し、中空円筒形状の溶融金属用セラミックス部材の製造方法であって、円柱形状芯金の外周面に、母材セラミックスの原料粉末と、上記溶融金属に対する濡れ性が上記母材セラミックスよりも低い材料である低濡れ性材料の粉末との混合粉末の塗膜を形成する塗膜形成工程と、上記円柱形状芯金と、当該円柱形状芯金と軸心が一致する、弾性体からなる中空円筒形状型とを有する成形型の中に、上記母材セラミックスの原料粉末を充填し、冷間静水等方圧プレスにより加圧成形することにより第1成形体を作製する第1成形工程と、上記第1成形体を上記成形型の中に再度配置する配置工程と、上記第1成形体と上記中空円筒形状型との間に上記混合粉末を充填し、冷間静水等方圧プレスにより加圧成形することにより第2成形体を作製する第2成形工程と、上記第2成形体を焼結する焼結工程と、を含むことを特徴とする。   A method for producing a ceramic member for molten metal according to the present invention is a method for producing a ceramic member for molten metal having a hollow cylindrical shape in contact with a molten metal, wherein the matrix ceramic is formed on the outer peripheral surface of a cylindrical cored bar. A coating film forming step for forming a coating film of a mixed powder of the raw material powder and a powder of a low wettability material which is a material having lower wettability with respect to the molten metal than the base material ceramic; and the columnar core Then, the base ceramic powder material powder is filled in a mold having a hollow cylindrical mold made of an elastic body whose axial center coincides with the cylindrical core metal, and is pressed by cold isostatic pressing. A first molding step for producing a first molded body by pressure molding, an arrangement step for arranging the first molded body again in the mold, and the first molded body and the hollow cylindrical mold. Filled with the above mixed powder , Characterized in that it comprises a second forming step of preparing a second molded body by pressure molding by cold hydrostatic isostatic pressing, a sintering step of sintering the second mold body.

上記の構成によれば、母材セラミックスの焼結体である中空円筒形状の基体部の内周面に、上記塗膜の圧粉層を焼結させた、低濡れ性材料と母材セラミックスとの複合層を形成できる。さらに、基体部の外周面にも、第1成形体と型部材との間に充填された混合粉末の圧粉層を焼結させた、低濡れ性材料と母材セラミックスとの複合層を形成できる。そして、外周面に形成された複合層は、成形型の寸法を適宜選択することにより厚くすることができる。外周面は、他の部品と接触する可能性が高く、耐磨耗性が要求されるが、上記の構成により、厚い複合層を外周面に形成することで、溶融金属用セラミックス部材の耐用年数を長くすることができる。   According to the above configuration, the low wettability material and the base material ceramics, in which the powder layer of the coating film is sintered on the inner peripheral surface of the hollow cylindrical base body which is a sintered body of the base material ceramics, The composite layer can be formed. Further, a composite layer of a low wettability material and a base ceramic is formed on the outer peripheral surface of the base body by sintering a powder layer of the mixed powder filled between the first molded body and the mold member. it can. And the composite layer formed in the outer peripheral surface can be thickened by selecting the dimension of a shaping | molding die suitably. The outer peripheral surface is highly likely to come into contact with other parts, and wear resistance is required, but with the above configuration, a thick composite layer is formed on the outer peripheral surface, so that the service life of the ceramic member for molten metal is increased. Can be lengthened.

また、第1成形工程と第2成形工程とで同じ成形型を用いることができるため、製造コストを抑えることができる。   Moreover, since the same shaping | molding die can be used by a 1st shaping | molding process and a 2nd shaping | molding process, manufacturing cost can be held down.

さらに、本発明に係る溶融金属用セラミックス部材の製造方法において、上記第2成形工程における加圧成形の圧力P2は、上記第1成形工程における加圧成形の圧力P1以上であることが好ましい。   Furthermore, in the method for producing a ceramic member for molten metal according to the present invention, it is preferable that the pressure P2 for pressure forming in the second forming step is equal to or higher than the pressure P1 for pressure forming in the first forming step.

上記の構成によれば、第2成形工程において、低濡れ性材料と母材セラミックスの原料との混合粉末にも十分に圧力を加えることができ、混合粉末の圧粉層をより確実に成形することができる。   According to said structure, in a 2nd shaping | molding process, sufficient pressure can be applied also to the mixed powder of the low wettability material and the raw material of base material ceramics, and the compacted layer of mixed powder is shape | molded more reliably. be able to.

なお、P2=P1であってもよいが、P2>P1である方が好ましい。P2>P1であれば、第2成形工程において第1成形体はさらに収縮することとなる。そのため、第2成形工程において、低濡れ性材料と母材セラミックスの原料との混合粉末の一部が第1成形体に侵入し、第1成形体と、当該混合粉末の圧粉層との接合性を向上させることができる。   In addition, although P2 = P1 may be sufficient, it is more preferable that P2> P1. If P2> P1, the first molded body further contracts in the second molding step. Therefore, in the second molding step, a part of the mixed powder of the low wettability material and the raw material of the base ceramic material enters the first molded body, and the first molded body is bonded to the green compact layer of the mixed powder. Can be improved.

また、P2>P1であれば、第1成形工程および第2成形工程において、内部空間が中空円筒形状の成形型を用い、第2成形工程において第1成形体の内周面と成形型との間に、低濡れ性材料と母材セラミックスの原料との混合粉末を充填させている場合であっても、混合粉末に圧力が適切に加わり、成形することができる。   Further, if P2> P1, in the first molding step and the second molding step, a molding die whose inner space is a hollow cylindrical shape is used, and in the second molding step, the inner peripheral surface of the first molded body and the molding die are used. Even when the mixed powder of the low wettability material and the raw material of the base ceramic material is filled in between, pressure can be appropriately applied to the mixed powder and molding can be performed.

さらに、本発明に係る溶融金属用セラミックス部材の製造方法において、上記母材セラミックスが窒化ケイ素系セラミックスであり、上記低濡れ性材料が窒化ホウ素であり、上記混合粉末に対する上記低濡れ性材料の重量比率が5〜50重量%であることが好ましい。   Furthermore, in the method for producing a ceramic member for molten metal according to the present invention, the base ceramic is a silicon nitride ceramic, the low wettability material is boron nitride, and the weight of the low wettability material with respect to the mixed powder. The ratio is preferably 5 to 50% by weight.

上記の構成によれば、混合粉末に対する低濡れ性材料の重量比率を5重量%以上にすることで、低濡れ性材料と母材セラミックスとの混合粉末を焼結させた複合層において、低濡れ性の効果を発揮することができる。また、低濡れ性材料の重量比率を50重量%以下にすることで、強度において問題がなく、焼結時の割れも発生しにくい溶融金属用セラミックス部材を提供できる。   According to the above configuration, by setting the weight ratio of the low wettability material to the mixed powder to 5% by weight or more, in the composite layer in which the mixed powder of the low wettability material and the base ceramic is sintered, low wettability is achieved. Sexual effects can be exhibited. Further, by setting the weight ratio of the low wettability material to 50% by weight or less, it is possible to provide a ceramic member for molten metal that has no problem in strength and is less likely to crack during sintering.

さらに、本発明に係る溶融金属用セラミックス部材の製造方法において、上記第1成形工程及び第2成形工程における加圧成形は、冷間静水等方圧プレスによる成形であることが好ましい。   Furthermore, in the method for manufacturing a ceramic member for molten metal according to the present invention, the pressure molding in the first molding step and the second molding step is preferably molding by cold isostatic pressing.

上記の構成によれば、第1成形工程及び第2成形工程において粉末に均一に圧力を印加することができる。その結果、均質な溶融金属用セラミックス部材を提供できる。   According to said structure, a pressure can be uniformly applied to powder in a 1st shaping | molding process and a 2nd shaping | molding process. As a result, a homogeneous ceramic member for molten metal can be provided.

さらに、本発明に係る溶融金属用セラミックス部材の製造方法は、上記第1成形工程において、加圧成形により得られた圧粉体の表面を削ることにより、所定寸法の上記第1成形体を作製してもよい。   Furthermore, the manufacturing method of the ceramic member for molten metal which concerns on this invention produces the said 1st molded object of a predetermined dimension by shaving the surface of the green compact obtained by pressure forming in the said 1st shaping | molding process. May be.

上記の構成によれば、第1成形工程の加圧成形により得られた圧粉体の表面に凹凸があったとしても、所定寸法の第1成形体を得ることができる。   According to said structure, even if there exists an unevenness | corrugation on the surface of the green compact obtained by the pressure molding of a 1st shaping | molding process, the 1st molded object of a predetermined dimension can be obtained.

また、本発明に係る溶融金属用セラミックス部材は、溶融金属と接触する溶融金属用セラミックス部材であって、母材セラミックスの原料粉末を加圧成形することにより得られた圧粉体を焼結させた基体部と、上記基体部の表面の少なくとも一部の領域の上に形成された、上記溶融金属に対する濡れ性が上記母材セラミックスよりも低い材料である低濡れ性材料と上記母材セラミックスとを含む複合層とを備え、上記複合層は、上記低濡れ性材料の粉末及び上記母材セラミックスの原料粉末の混合粉末と上記圧粉体とを加圧成形することにより形成された上記混合粉末の圧粉層を焼結することにより形成されることを特徴とする。   The ceramic member for molten metal according to the present invention is a ceramic member for molten metal that comes into contact with the molten metal, and sinters the green compact obtained by pressure-molding the raw material powder of the base ceramic material. A base portion, a low wettability material formed on at least a partial region of the surface of the base portion, and having a lower wettability with respect to the molten metal than the base ceramic, and the base ceramic. The composite layer is formed by press-molding the powder mixture of the low wettability material and the raw material powder of the base ceramic material and the green compact. It is characterized by being formed by sintering the green compact layer.

上記の構成によれば、複合層は、上記低濡れ性材料の粉末及び上記母材セラミックスの原料粉末の混合粉末と上記圧粉体とを加圧成形することにより形成された圧粉層を焼結することにより形成される。そのため、加圧成形する際に、圧粉体と成形型との間に混合粉末を充填させることで圧粉層を形成することができる。また、この間隔を大きくすることにより、圧粉層の厚みを厚くすることができる。そのため、複合層の厚みを厚くすることができる。   According to the above configuration, the composite layer bakes the green compact layer formed by pressing the powder of the low wettability material and the mixed powder of the raw material powder of the base ceramic and the green compact. It is formed by tying. Therefore, when the pressure molding is performed, the powder compact layer can be formed by filling the mixed powder between the compact and the mold. Moreover, the thickness of a compacting layer can be thickened by enlarging this space | interval. Therefore, the thickness of the composite layer can be increased.

また、本発明に係る溶融金属用セラミックス部材は、アルミ溶湯と接触する溶融金属用セラミックス部材であって、窒化ケイ素系セラミックスで形成された中空円筒形状の基体部と、上記基体部の表面のうちの上記アルミ溶湯と接触する部位の少なくとも一部の領域の上に形成された、窒化ケイ素系セラミックスと窒化ホウ素とを含む複合層とを備え、上記複合層の厚みが0.5mmより大きいことを特徴とする。   The ceramic member for molten metal according to the present invention is a ceramic member for molten metal that comes into contact with molten aluminum, and includes a hollow cylindrical base portion made of silicon nitride-based ceramic, and a surface of the base portion. A composite layer containing silicon nitride-based ceramics and boron nitride formed on at least a part of a region in contact with the molten aluminum, wherein the composite layer has a thickness greater than 0.5 mm. Features.

上記の構成によれば、厚い複合層を有する溶融金属用セラミックスを提供することができる。   According to said structure, the ceramics for molten metals which have a thick composite layer can be provided.

本発明に係る溶融金属用セラミックス部材の製造方法は、母材セラミックスの原料粉末を加圧成形することにより第1成形体を作製する第1成形工程と、上記第1成形体の表面の少なくとも一部の領域と成形型との間に、上記溶融金属に対する濡れ性が上記母材セラミックスよりも低い材料である低濡れ性材料の粉末と上記母材セラミックスの原料粉末との混合粉末を充填させ、加圧成形することにより第2成形体を作製する第2成形工程と、上記第2成形体を焼結する焼結工程と、を含む。   The method for producing a ceramic member for molten metal according to the present invention includes a first forming step of producing a first formed body by pressure forming a raw material powder of a base ceramic material, and at least one of the surfaces of the first formed body. Filling the mixed powder of the low wettability material powder, which is a material whose wettability to the molten metal is lower than that of the base ceramic, and the raw material powder of the base ceramic, between the region of the part and the mold, It includes a second molding step for producing a second molded body by pressure molding, and a sintering step for sintering the second molded body.

また、本発明に係る溶融金属用セラミックス部材は、母材セラミックスの原料粉末を加圧成形することにより得られた圧粉体を焼結させた基体部と、上記基体部の表面の少なくとも一部の領域の上に形成された、上記溶融金属に対する濡れ性が上記母材セラミックスよりも低い材料である低濡れ性材料と上記母材セラミックスとを含む複合層とを備え、上記複合層は、上記低濡れ性材料の粉末及び上記母材セラミックスの原料粉末の混合粉末と上記圧粉体とを加圧成形することにより形成された圧粉層を焼結することにより形成される。   The ceramic member for molten metal according to the present invention includes a base portion obtained by sintering a green compact obtained by pressure forming a raw material powder of a base ceramic material, and at least a part of the surface of the base portion. A composite layer including a low wettability material, which is a material having lower wettability with respect to the molten metal than the base ceramic material, and the base ceramic material, and the composite layer includes: It is formed by sintering a powder layer formed by press-molding a powder mixture of a low wettability material and a raw material powder of the base ceramic material and the green compact.

また、本発明に係る溶融金属用セラミックス部材は、複合層の厚みが0.5mmより大きい。   In the ceramic member for molten metal according to the present invention, the thickness of the composite layer is greater than 0.5 mm.

それゆえ、溶融金属に対する濡れ性が小さい材料を含む厚い複合層を表面に有する溶融金属用セラミックス部材及びその製造方法を提供することができる。   Therefore, it is possible to provide a ceramic member for molten metal having a thick composite layer including a material having low wettability with respect to the molten metal on the surface, and a method for manufacturing the same.

本発明の一実施形態に係る溶融金属用セラミックス部材を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the ceramic member for molten metals which concerns on one Embodiment of this invention. 第1の製造方法の工程の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the process of a 1st manufacturing method. 第1の製造方法の第1の型充填工程から第2の型充填工程における成形型及び圧粉体を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the shaping | molding die and green compact in the 2nd type | mold filling process from the 1st type | mold filling process of a 1st manufacturing method. 第1の製造方法の第2の型充填工程から焼成工程における成形型、圧粉体及び完成品を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the shaping | molding die from the 2nd mold filling process of a 1st manufacturing method to a baking process, a green compact, and a finished product. 第2の製造方法の工程の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the process of a 2nd manufacturing method. 第2の製造方法により製造された溶融金属用セラミックス部材の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the ceramic member for molten metals manufactured by the 2nd manufacturing method. 第3の製造方法の工程の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the process of a 3rd manufacturing method. 第3の製造方法における成形型、成形体及び完成品を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the shaping | molding die in a 3rd manufacturing method, a molded object, and a finished product. 実施例1の溶融金属用セラミックス部材の断面を示す図である。2 is a view showing a cross section of a ceramic member for molten metal of Example 1. FIG. 実施例2の溶融金属用セラミックス部材の外観写真を示す図である。It is a figure which shows the external appearance photograph of the ceramic member for molten metals of Example 2. FIG. 実施例2の溶融金属用セラミックス部材における、基体部と複合層との界面付近の外観写真を示す図である。6 is a view showing an external appearance photograph of the vicinity of an interface between a base portion and a composite layer in a ceramic member for molten metal of Example 2. FIG. 実施例2の溶融金属用セラミックス部材に対するアルミニウムの付着結果を示す図である。It is a figure which shows the adhesion result of the aluminum with respect to the ceramic member for molten metals of Example 2. FIG. 従来の溶融金属用セラミックス部材の製造方法における成形型、成形体及び完成品を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the shaping | molding die, molded object, and completed product in the manufacturing method of the conventional ceramic member for molten metals.

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

本実施形態に係る溶融金属用セラミックス部材は、溶融金属との接触環境下で使用される部品である。ここで、溶融金属とは、例えば、アルミニウム溶湯やアルミ合金溶湯などである。以下、アルミニウムを主成分とする溶融金属をアルミ溶湯という。   The ceramic member for molten metal according to the present embodiment is a component that is used in a contact environment with the molten metal. Here, the molten metal is, for example, molten aluminum or molten aluminum alloy. Hereinafter, the molten metal mainly composed of aluminum is referred to as molten aluminum.

(溶融金属用セラミックス部材の構造)
図1は、本実施形態に係る溶融金属用セラミックス部材の一例を示す斜視図である。図1に示されるように、溶融金属用セラミックス部材1は、耐熱性や耐蝕性等に優れた母材セラミックスの原料粉末の焼結体である基体部2と、基体部2の表面の少なくとも一部の領域の上に形成され、溶融金属に対する濡れ性が低い低濡れ性材料と母材セラミックスの原料との混合粉末の焼結体である複合層3とを備える。
(Structure of ceramic member for molten metal)
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a ceramic member for molten metal according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, a ceramic member 1 for molten metal includes a base portion 2 that is a sintered body of a raw material powder of a base ceramic material excellent in heat resistance and corrosion resistance, and at least one of the surfaces of the base portion 2. And a composite layer 3 which is a sintered body of a mixed powder of a low wettability material having low wettability to a molten metal and a raw material of a base ceramic material.

基体部2の材料となる母材セラミックスは、耐熱性、耐蝕性、熱的・機械的衝撃に対する抵抗性などを考慮して適宜選択すればよい。   The base ceramic material used as the material of the base portion 2 may be appropriately selected in consideration of heat resistance, corrosion resistance, resistance to thermal and mechanical shocks, and the like.

母材セラミックスとしては、例えば、窒化ケイ素(Si)系セラミックスを用いることができる。窒化ケイ素系セラミックスは、アルミ溶湯のような高温下であっても機械的強度に優れ、急熱急冷にも耐えることができ、腐食にも強いことで知られている。なお、窒化ケイ素系セラミックスは、窒化ケイ素を主成分とする多結晶体であり、YやMgO等の各種の焼結助剤を含んでいてもよい。また、窒化ケイ素のケイ素と窒素の一部をそれぞれアルミニウムと酸素で置換したサイアロンも窒化ケイ素系セラミックスに含まれる。 As the base material ceramic, for example, silicon nitride (Si 3 N 4 ) -based ceramics can be used. Silicon nitride ceramics are known to have excellent mechanical strength even at high temperatures such as molten aluminum, can withstand rapid heating and quenching, and are resistant to corrosion. The silicon nitride-based ceramic is a polycrystal having silicon nitride as a main component, and may contain various sintering aids such as Y 2 O 3 and MgO. Silicon nitride ceramics also include sialon in which silicon and nitrogen are partially substituted with aluminum and oxygen, respectively.

複合層3に含まれる低濡れ性材料としては、溶融金属に対する濡れ性が基体部2を構成する母材セラミックスよりも小さい材料を適宜選択すればよい。   As the low wettability material included in the composite layer 3, a material having a wettability with respect to a molten metal smaller than that of the base material ceramic constituting the base portion 2 may be appropriately selected.

ここで、濡れ性とは、一般に、液体(ここでは溶融金属)が固体表面に接触しているときの、液体の自由表面が、その接触する固体表面となす角度である接触角の大きさにより評価され、接触角が大きいほど濡れ性が低い。   Here, the wettability is generally determined by the size of the contact angle, which is the angle formed by the free surface of the liquid and the solid surface with which the liquid (here, the molten metal) is in contact with the solid surface. The wettability is lower as the contact angle is larger.

例えば、1000℃のアルミ溶湯に対して、窒化ケイ素の接触角は126°であるのに対し、窒化硼素の接触角は157°であることが知られている(非特許文献1参照)。そのため、溶融金属がアルミ溶湯であり、母材セラミックスが窒化ケイ素系セラミックスである場合、低濡れ性材料として窒化硼素を用いることが好ましい。   For example, it is known that the contact angle of silicon nitride is 126 ° with respect to 1000 ° C. molten aluminum, whereas the contact angle of boron nitride is 157 ° (see Non-Patent Document 1). Therefore, when the molten metal is a molten aluminum and the base ceramic is a silicon nitride ceramic, it is preferable to use boron nitride as the low wettability material.

なお、以下の理由から、母材セラミックスが窒化ケイ素系セラミックスであり、低濡れ性材料が窒化硼素である場合、複合層3を構成するセラミックス原料(すなわち、窒化ケイ素系セラミックスと窒化硼素との混合粉末)における、窒化硼素の重量比率は、5重量%〜50重量%であることが好ましい。   For the following reasons, when the base ceramic is a silicon nitride ceramic and the low wettability material is boron nitride, the ceramic raw material constituting the composite layer 3 (that is, a mixture of silicon nitride ceramic and boron nitride). The weight ratio of boron nitride in the powder is preferably 5% by weight to 50% by weight.

窒化硼素の濡れ性が低い効果を発揮するためには、複合層3の表面に窒化硼素をある程度露出させる必要がある。窒化硼素と母材セラミックスの原料との混合粉末の圧粉体を焼結させた焼結体をアルミ溶湯へ浸漬させ、焼結体へのアルミニウムの付着を評価したところ、複合層3における窒化硼素の重量比率が5重量%以上であれば、アルミニウムの付着量の低下効果を発揮することが確認された。そのため、窒化硼素の重量比率は、5重量%以上であることが好ましい。   In order to exhibit the effect of low wettability of boron nitride, it is necessary to expose boron nitride to the surface of the composite layer 3 to some extent. A sintered compact obtained by sintering a green compact of a mixed powder of boron nitride and a base ceramic material was immersed in molten aluminum, and the adhesion of aluminum to the sintered body was evaluated. It was confirmed that the effect of lowering the adhesion amount of aluminum is exhibited when the weight ratio is 5% by weight or more. Therefore, the weight ratio of boron nitride is preferably 5% by weight or more.

また、窒化硼素は難焼結材であり、機械的強度が低い。そのため、窒化硼素の重量比率を増やしすぎると強度が低下してしまう。また、母材セラミックスである窒化ケイ素系セラミックスとの熱膨張率の差により、焼結時に割れが発生する可能性が高くなる。複合層3における窒化硼素の配合比率が50重量%以下であれば、強度において問題がなく、焼結時の割れも発生しにくいため、窒化硼素の重量比率は50重量%以下であることが好ましい。   Boron nitride is a hard-to-sinter material and has low mechanical strength. Therefore, if the weight ratio of boron nitride is increased too much, the strength will decrease. In addition, the possibility of cracking during sintering increases due to the difference in coefficient of thermal expansion with silicon nitride ceramics, which are the base material ceramics. If the compounding ratio of boron nitride in the composite layer 3 is 50% by weight or less, there is no problem in strength, and cracking during sintering is less likely to occur. Therefore, the weight ratio of boron nitride is preferably 50% by weight or less. .

複合層3は、後述する製造方法により従来よりも厚く形成されており、具体的には0.5mmより厚い。これにより、多少磨耗したとしても複合層3がなくなることがなく、耐用年数を長期化することができる。なお、複合層3の厚みは、0.5mmより大きいことが好ましく、より好ましくは0.8mm以上、さらに好ましくは1.0mm以上である。   The composite layer 3 is formed thicker than before by a manufacturing method to be described later, specifically, thicker than 0.5 mm. Thereby, even if it is worn down to some extent, the composite layer 3 is not lost, and the service life can be prolonged. In addition, it is preferable that the thickness of the composite layer 3 is larger than 0.5 mm, More preferably, it is 0.8 mm or more, More preferably, it is 1.0 mm or more.

なお、上述したように窒化硼素は母材セラミックスよりも強度が低いため、複合層3における窒化硼素の重量比率Aが小さいほど複合層3の厚みを厚くすることができる。つまり、複合層3における窒化硼素の重量比率Aの大きさに反比例して、複合層3の厚みの上限値Dmaxを設定すればよい。具体的には、Dmaxは、α×(1/A) (αは基体部2の形状等を考慮して設定される定数) で設定することができる。   Since boron nitride has a lower strength than the base ceramic as described above, the thickness of the composite layer 3 can be increased as the weight ratio A of boron nitride in the composite layer 3 is smaller. That is, the upper limit value Dmax of the thickness of the composite layer 3 may be set in inverse proportion to the size of the weight ratio A of boron nitride in the composite layer 3. Specifically, Dmax can be set by α × (1 / A) (α is a constant set in consideration of the shape of the base body 2 and the like).

ここで、基体部2が図1に示されるように中空円筒形状であり、その表面に複合層3を形成する場合、複合層3の曲率半径が大きいほど強度が高くなる傾向にある。そのため、複合層3が形成される基体部2の表面の曲率半径をRとしたとき、αがRに比例した値に設定することができる。   Here, the base portion 2 has a hollow cylindrical shape as shown in FIG. 1, and when the composite layer 3 is formed on the surface thereof, the strength tends to increase as the curvature radius of the composite layer 3 increases. Therefore, when the radius of curvature of the surface of the base portion 2 on which the composite layer 3 is formed is R, α can be set to a value proportional to R.

なお、図1では、基体部2の形状を中空円筒形状としたが、基体部2の形状はこれに限定されない。例えば、熱電対保護管やヒータ保護管である場合には、有底中空円筒形状となる。また、箱状や皿状、板状であってもよい。   In FIG. 1, the shape of the base portion 2 is a hollow cylindrical shape, but the shape of the base portion 2 is not limited to this. For example, in the case of a thermocouple protection tube or a heater protection tube, it has a bottomed hollow cylindrical shape. Moreover, a box shape, a dish shape, and a plate shape may be sufficient.

(第1の製造方法)
次に、本実施形態に係る溶融金属用セラミックス部材の第1の製造方法について説明する。図2は、第1の製造方法の各工程の流れを示すフローチャートである。なお、以下では、基体部2を構成する母材セラミックスを窒化ケイ素系セラミックスとし、低濡れ性材料を窒化硼素として説明する。また、中空円筒形状の溶融金属用セラミックス部材を製造する場合を例として説明する。
(First manufacturing method)
Next, the 1st manufacturing method of the ceramic member for molten metals which concerns on this embodiment is demonstrated. FIG. 2 is a flowchart showing the flow of each process of the first manufacturing method. In the following description, it is assumed that the base ceramic constituting the base portion 2 is a silicon nitride ceramic and the low wettability material is boron nitride. Further, a case where a hollow cylindrical ceramic member for molten metal is manufactured will be described as an example.

<S(STEP)1:原料秤量工程>
まず、基体部2及び複合層3の各々を構成するセラミックスの原料を秤量する。基体部2については、窒化ケイ素系セラミックスの原料となる、窒化ケイ素、Yなどの焼結助剤等の粉末を所定比になるように秤量する。一方、複合層3については、低濡れ性材料である窒化硼素と、窒化ケイ素系セラミックスの原料となる窒化ケイ素、Yなどの焼結助剤等との原料粉末を所定比になるように秤量する。窒化硼素の粒子は主として凝集粒であり、その粒径は例えば5〜20μmである。
<S (STEP) 1: Raw material weighing step>
First, the raw materials for the ceramics constituting each of the base portion 2 and the composite layer 3 are weighed. For the base 2, powders of sintering aids such as silicon nitride and Y 2 O 3 which are raw materials for silicon nitride ceramics are weighed so as to have a predetermined ratio. On the other hand, for the composite layer 3, the raw material powder of boron nitride, which is a low wettability material, and a silicon nitride, a sintering aid such as Y 2 O 3 , which is a raw material for silicon nitride ceramics, has a predetermined ratio. Weigh. The boron nitride particles are mainly agglomerated particles, and the particle size is, for example, 5 to 20 μm.

<S2:混合粉砕工程>
次に、基体部2及び複合層3の各々の原料について、S1の原料秤量工程で得られた粉末を混合粉砕する。混合粉砕の方法としては、各種の乾式粉砕機、湿式粉砕機を用いればよい。これにより、基体部2を構成する母材セラミックスの原料粉末と、複合層3を構成するセラミックスの混合粉末とのそれぞれを得ることができる。
<S2: mixing and grinding step>
Next, the powder obtained in the raw material weighing step of S1 is mixed and pulverized for each raw material of the base portion 2 and the composite layer 3. Various dry pulverizers and wet pulverizers may be used as the mixing and pulverizing method. Thereby, each of the raw material powder of the base material ceramics which comprises the base | substrate part 2, and the mixed powder of the ceramics which comprises the composite layer 3 can be obtained.

<S3:造粒工程>
続いて、基体部2及び複合層3の各々について、S2で得られた粉末を顆粒状に造粒する。この際、粉末を顆粒状にするために、バインダー樹脂を添加する。造粒の方法としては、例えば、スプレードライヤーを用いることができる。ただし、造粒方法はこれに限定されるものではなく、公知の技術を用いることができる。
<S3: Granulation process>
Subsequently, the powder obtained in S2 is granulated into granules for each of the base portion 2 and the composite layer 3. At this time, a binder resin is added to make the powder granular. As a granulation method, for example, a spray dryer can be used. However, the granulation method is not limited to this, and a known technique can be used.

<S4:第1の型充填工程>
加圧成形用の成形型の中に、S3で得られた、基体部2を構成する母材セラミックスの原料粉末の造粒物を充填する。
<S4: First mold filling step>
The granulated product of the raw material powder of the base material ceramics constituting the base portion 2 obtained in S3 is filled into a molding die for pressure molding.

図3の(a)は、母材セラミックスの原料粉末の造粒物21が充填された成形型の一例を示す断面図である。図3の(a)に示す例では、成形型は、中空円筒形状を有するゴム型(中空円筒形状型、成形型)11と、ゴム型11と軸心が一致するように配置された円柱形状の芯金(成形型)12と、ゴム型11の一方の開口端面に取り付けられた金型13と、ゴム型11の他方の開口端面に取り付けられたゴム蓋14とを有している。そして、成形型の内部の中空円筒形状の空間に、母材セラミックスの原料粉末の造粒物21が充填されている。   FIG. 3A is a cross-sectional view showing an example of a molding die filled with a granulated product 21 of a raw material powder of a base ceramic material. In the example shown in FIG. 3A, the molding die is a rubber die (hollow cylindrical shape mold) 11 having a hollow cylindrical shape, and a columnar shape arranged so that the rubber die 11 and the axis coincide with each other. A metal core (molding die) 12, a metal mold 13 attached to one opening end face of the rubber mold 11, and a rubber lid 14 attached to the other opening end face of the rubber mold 11. The hollow cylindrical space inside the mold is filled with a granulated product 21 of the raw material powder of the base ceramic material.

なお、ここでは、中空円筒形状型としてゴム型11を用いる場合を例として説明するが、中空円筒形状型の材質はゴムに限定されるものではなく、弾性体であればよい。   Here, the case where the rubber mold 11 is used as the hollow cylindrical mold will be described as an example. However, the material of the hollow cylindrical mold is not limited to rubber, and may be an elastic body.

<S5:第1の加圧成形工程>
次に、母材セラミックスの原料粉末の造粒物21が充填された成形型に圧力を加え、母材セラミックスの原料粉末を成形する。
<S5: First pressure molding step>
Next, pressure is applied to the forming die filled with the granulated material 21 of the raw material powder of the base ceramic material to form the raw material powder of the base material ceramic material.

例えば、図3に示す例では、冷間静水等方圧プレス(CIP)により加圧することで、母材セラミックスの原料粉末の造粒物21を成形することができる。CIPを用いた場合、高い圧力の均一な作用により、均一な密度を有する圧粉体(第1成形体)22を形成することができる。なお、CIPを用いた場合、例えば、圧力 約50〜150MPa,保持時間 約10〜60秒で成形することができる。   For example, in the example shown in FIG. 3, the granulated product 21 of the raw material powder of the base ceramic material can be formed by pressurizing with a cold isostatic press (CIP). When CIP is used, a green compact (first molded body) 22 having a uniform density can be formed by a uniform action at a high pressure. In addition, when using CIP, it can shape | mold, for example with a pressure of about 50-150 MPa, and holding time of about 10-60 seconds.

なお、一軸プレス成形法を用いて加圧成形してもよい。   In addition, you may press-mold using a uniaxial press molding method.

<S6:第1の表面加工工程>
母材セラミックスの原料粉末の造粒物21を加圧成形して得られた圧粉体22を成形型から取り出し、所定の寸法になるように表面加工を行う。特に、図3の(a)に示すようなゴム型11を用いてCIPによる加圧成形を行った場合、ゴム型11と接していた表面に凹凸ができる。図3の(b)は、図3の(a)に示す成形型から取り出した圧粉体22を示す断面図である。図示されるように、ゴム型11と接していた外周面に凹凸があることがわかる。そこで、所定の寸法になるように、外周面を平滑化する表面加工を行う。具体的には、旋盤等を用いて表面を切削すればよい。
<S6: First surface processing step>
A green compact 22 obtained by pressure-molding the granulated material 21 of the raw material powder of the base ceramic material is taken out from the mold and subjected to surface processing so as to have a predetermined size. In particular, when pressure molding by CIP is performed using a rubber mold 11 as shown in FIG. 3A, the surface in contact with the rubber mold 11 is uneven. FIG. 3B is a cross-sectional view showing the green compact 22 taken out from the mold shown in FIG. As shown in the drawing, it can be seen that the outer peripheral surface in contact with the rubber mold 11 has irregularities. Therefore, surface processing for smoothing the outer peripheral surface is performed so as to obtain a predetermined dimension. Specifically, the surface may be cut using a lathe or the like.

なお、ゴム型を用いず、金型だけを用いた一軸プレス成形法を用いる場合、S6の表面加工工程を省略してもよい。   In addition, when using the uniaxial press molding method using only a metal mold | die without using a rubber mold, the surface processing process of S6 may be omitted.

<S7:第2の型充填工程>
S6の工程により得られた圧粉体22を再度成形型の中に配置する。そして、圧粉体22と成形型との隙間に、S3で得られた、複合層3を構成するセラミックス原料の混合粉末の造粒物を充填する。
<S7: Second mold filling step>
The green compact 22 obtained in the step S6 is again placed in the mold. Then, the gap between the green compact 22 and the molding die is filled with the granulated product of the mixed powder of the ceramic raw material constituting the composite layer 3 obtained in S3.

例えば、図3の(a)と同じ成形型を用いる場合、図3の(d)に示されるように、圧粉体22の外周面と、ゴム型11との間に隙間が形成されるため、低濡れ性材料と母材セラミックスの原料との混合粉末の造粒物をこの隙間に充填すればよい。   For example, when the same mold as that shown in FIG. 3A is used, a gap is formed between the outer peripheral surface of the green compact 22 and the rubber mold 11 as shown in FIG. The gap may be filled with a granulated product of a mixed powder of the low wettability material and the raw material of the base ceramic material.

また、図4(a)に示すように、第1の加圧成形工程で用いた芯金12の代わりに、当該芯金12よりも外径の小さい芯金12’を用いてもよい。これにより、圧粉体22の内周面と芯金12’との間にも隙間が形成されるため、この隙間にも低濡れ性材料と母材セラミックスの原料との混合粉末の造粒物31を充填させることができる。なお、この場合、圧粉体22と芯金12’との軸心が一致するように圧粉体22を成形型の中に配置する。   As shown in FIG. 4A, a cored bar 12 'having an outer diameter smaller than that of the cored bar 12 may be used instead of the cored bar 12 used in the first pressure molding step. As a result, a gap is also formed between the inner peripheral surface of the green compact 22 and the cored bar 12 ′, and a granulated product of the mixed powder of the low wettability material and the raw material of the base ceramic material is also formed in this gap. 31 can be filled. In this case, the green compact 22 is placed in the mold so that the axis of the green compact 22 and the cored bar 12 'coincide.

<S8:第2の加圧成形工程>
そして、再度成形型に圧力を加え成形する。これにより、母材セラミックスの原料粉末の圧粉体22の表面の少なくとも一部の領域の上に、低濡れ性材料と母材セラミックスの原料との混合粉末が加圧成形された圧粉層32が接合された成形体を作製することができる。
<S8: Second pressure molding step>
Then, molding is performed again by applying pressure to the mold. Thereby, the powder layer 32 in which the mixed powder of the low wettability material and the raw material of the base ceramic is pressure-molded on at least a part of the surface of the green compact 22 of the raw material powder of the base ceramic. Can be produced.

例えば、図4に示す例では、CIPにより加圧することで成形することができる。図4の(a)に示す成形型を用いた場合、母材セラミックスの原料粉末からなる、中空円筒形状の圧粉体22の外周面及び内周面に、低濡れ性材料と母材セラミックスの原料との混合粉末の圧粉層32が接合された成形体(第2成形体)を得ることができる。   For example, in the example shown in FIG. 4, it can shape | mold by pressurizing by CIP. When the mold shown in FIG. 4A is used, the low wettability material and the base ceramic material are formed on the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the green compact 22 made of the raw material powder of the base ceramic material. It is possible to obtain a molded body (second molded body) to which the powder layer 32 of the mixed powder with the raw material is bonded.

また、図3の(d)に示す成形型を用いた場合、中空円筒形状の圧粉体22の外周面に、低濡れ性材料と母材セラミックスの原料との混合粉末の圧粉層32が接合された成形体を得ることができる。   In addition, when the mold shown in FIG. 3D is used, a powder powder layer 32 of a mixed powder of a low wettability material and a raw material of the base ceramic material is formed on the outer peripheral surface of the powder compact 22 having a hollow cylindrical shape. A joined molded body can be obtained.

CIPを用いた場合、例えば、圧力 約50〜150MPa ,保持時間 約10〜60秒で成形することができる。   When CIP is used, for example, the molding can be performed at a pressure of about 50 to 150 MPa and a holding time of about 10 to 60 seconds.

なお、第2の加圧成形工程における圧力P2は、第1の加圧成形工程における圧力P1と同じであってもよいし、圧力P1よりも大きくてもよい。   The pressure P2 in the second pressure molding step may be the same as the pressure P1 in the first pressure molding step, or may be larger than the pressure P1.

圧力P2を圧力P1よりも大きな値に設定する場合、第1の加圧成形で得られた圧粉体22は、第2の加圧成形時においてさらに収縮することになる。そのため、第2の加圧成形工程において、低濡れ性材料と母材セラミックスの原料との混合粉末の一部が第1の加圧成形で得られた圧粉体22に侵入し、圧粉体22との接合性をより向上させることができる。   When the pressure P2 is set to a value larger than the pressure P1, the green compact 22 obtained by the first pressure molding is further contracted during the second pressure molding. Therefore, in the second pressure forming step, a part of the mixed powder of the low wettability material and the raw material of the base ceramic enters the green compact 22 obtained by the first pressure forming, and the green compact is obtained. Bondability with 22 can be further improved.

例えば、窒化ケイ素系セラミックスの原料粉末をCIPにより加圧成形する場合、成形圧が80MPaのとき成形体の相対密度が約57.0%、成形圧が100MPaのとき成形体の相対密度が約58.5%、成形圧が150MPaのとき成形体の相対密度が約60.0%と、成形圧が上がるにつれ成形体の密度も上がることが確認されている。そのため、例えば、圧力P1を80MPaとし、圧力P2を例えば100MPaと設定すればよい。   For example, when a silicon nitride ceramic raw material powder is pressure-molded by CIP, the relative density of the molded body is about 57.0% when the molding pressure is 80 MPa, and the relative density of the molded body is about 58 when the molding pressure is 100 MPa. When the molding pressure is 150 MPa, the relative density of the molded body is about 60.0%, and it is confirmed that the density of the molded body increases as the molding pressure increases. Therefore, for example, the pressure P1 may be set to 80 MPa and the pressure P2 may be set to 100 MPa, for example.

また、図4の(a)に示す例のように、第1の加圧成形工程で得られた中空円筒形状の圧粉体22の内周面と芯金12’との間にも、低濡れ性材料と母材セラミックスの原料との混合粉末を充填させている場合も、圧力P2を圧力P1よりも大きな値に設定することが好ましい。これにより、第2の加圧成形工程において、第1の加圧成形工程で得られた圧粉体22の内周面と芯金12との間に充填された混合粉末にも圧力が適切に加わり、成形することができる。   Further, as in the example shown in FIG. 4 (a), the gap between the inner peripheral surface of the hollow cylindrical green compact 22 obtained in the first pressure molding step and the cored bar 12 ′ is also low. Even when the mixed powder of the wettability material and the raw material of the base ceramic material is filled, it is preferable to set the pressure P2 to a value larger than the pressure P1. Thereby, in the second pressure molding step, the pressure is appropriately applied to the mixed powder filled between the inner peripheral surface of the green compact 22 obtained in the first pressure molding step and the cored bar 12. Can be added and molded.

<S9:第2の表面加工工程>
第2の加圧成形工程を終えると、成形型から成形体を取り出し、再度所定の寸法になるように表面加工を行う。上述したように、CIPによる加圧成形を行った場合、ゴム型11と接していた表面に凹凸ができるため、表面を平滑化するために表面加工を行う。これにより、図4の(b)で示されるように、母材セラミックスの原料粉末の圧粉体22と、圧粉体22の表面の少なくとも一部の領域の上に形成された、低濡れ性材料と母材セラミックスの原料との混合粉末の圧粉層32とが一体となり、所望の形状を有する成形体を得ることができる。
<S9: Second surface processing step>
When the second pressure molding step is completed, the molded body is taken out from the mold and surface-treated so as to have a predetermined size again. As described above, when pressure molding by CIP is performed, the surface that has been in contact with the rubber mold 11 is uneven, and thus surface processing is performed to smooth the surface. Thereby, as shown in FIG. 4B, the low density wettability formed on the green compact 22 of the base material ceramic raw material powder and at least a part of the surface of the green compact 22. The green compact 32 of the mixed powder of the material and the raw material of the base ceramic is integrated, and a molded body having a desired shape can be obtained.

なお、ゴム型11を用いず、金型だけを用いた一軸プレス成形法を用いる場合、成形型から取り出した成形体の表面は平滑であるため、S9の表面加工工程を省略してもよい。   In addition, when using the uniaxial press molding method which uses only the metal mold | die without using the rubber mold | type 11, since the surface of the molded object taken out from the shaping | molding die is smooth, you may abbreviate | omit the surface processing process of S9.

<S10:焼成工程>
S9で得られた成形体を焼結させる。具体的には、まず最初に、S3の造粒工程で添加したバインダー樹脂を除去するために、焼結温度よりも低い温度で脱脂焼成を行い、その後に、成形体を焼結させるための本焼成を行う。本焼成では、常圧焼結法を適用し、非酸化性雰囲気において、温度 約1600〜1800℃に適当時間(例えば、約1〜3Hr)保持すればよい。そして、最後に、焼成工程により得られた焼成品のばり等を除去する加工を行うことで、溶融金属用セラミックス部材の製造が完了する。
<S10: Firing step>
The molded body obtained in S9 is sintered. Specifically, first, in order to remove the binder resin added in the granulation step of S3, degreasing firing is performed at a temperature lower than the sintering temperature, and then a book for sintering the compact. Firing is performed. In this firing, a normal pressure sintering method is applied, and the temperature may be maintained at a temperature of about 1600 to 1800 ° C. for an appropriate time (eg, about 1 to 3 hours) in a non-oxidizing atmosphere. And finally, manufacture of the ceramic member for molten metals is completed by performing the process which removes the flash etc. of the baked product obtained by the baking process.

図4の(c)は、焼結後の製品を示す図である。図4の(b)及び(c)に示されるように、母材セラミックスの原料粉末の圧粉体22が焼結することで形成された基体部2と、低濡れ性材料と母材セラミックスの原料との混合粉末の圧粉層32が焼結することで形成された複合層3とが一体化された溶融金属用セラミックス部材1が完成される。   (C) of FIG. 4 is a figure which shows the product after sintering. As shown in FIGS. 4B and 4C, the base portion 2 formed by sintering the green compact 22 of the raw material powder of the base ceramic, the low wettability material, and the base ceramic The ceramic member 1 for molten metal in which the composite layer 3 formed by sintering the powder layer 32 of the mixed powder with the raw material is sintered is completed.

(第2の製造方法)
次に、本発明の別の実施形態に係る溶融金属用セラミックス部材の第2の製造方法について説明する。図5は、第2の製造方法の各工程の流れを示すフローチャートである。なお、説明の便宜上、第1の製造方法にて説明した図面と同じ工程については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
(Second manufacturing method)
Next, the 2nd manufacturing method of the ceramic member for molten metals which concerns on another embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 5 is a flowchart showing the flow of each process of the second manufacturing method. For convenience of explanation, the same steps as those in the drawings described in the first manufacturing method are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図5に示されるように、第2の製造方法は、第2の型充填工程、第2の加圧成形工程、及び第2の表面加工工程を複数回(N回、Nは2以上の整数)繰り返す点で第1の製造方法と異なる。なお、第2の型充填工程、第2の加圧成形工程、及び第2の表面加工工程は、低濡れ性材料を圧粉体22の表面上に成形する低濡れ性材料成形処理である。   As shown in FIG. 5, in the second manufacturing method, the second mold filling step, the second pressure molding step, and the second surface processing step are performed a plurality of times (N times, where N is an integer of 2 or more). ) Different from the first manufacturing method in that it is repeated. The second mold filling step, the second pressure forming step, and the second surface processing step are low wettability material forming processes for forming a low wettability material on the surface of the green compact 22.

第2の製造方法では、1回目の第2の型充填工程〜第2の表面加工工程(第2成形工程)は、第1の表面加工工程で得られた圧粉体(第1成形体)22を成形対象として行う。一方、2回目以降の第2の型充填工程〜第2の表面加工工程(第3成形工程)は、前回の第2の表面加工工程で得られた中間成形体を成形対象として行う。これにより、N層の複合層3を積層させることができる。なお、以下では、基体部2に近い順に1〜N層目の複合層と呼ぶ。すなわち、基体部2に最も近い複合層を1層目の複合層と呼び、n層目の複合層の上であり、基体部2と反対側に形成された複合層を(n+1)層目の複合層と呼ぶ。   In the second manufacturing method, the first second mold filling step to the second surface processing step (second molding step) are the green compacts (first molded body) obtained in the first surface processing step. 22 is performed as a molding target. On the other hand, in the second and subsequent second mold filling steps to the second surface processing step (third forming step), the intermediate formed body obtained in the previous second surface processing step is performed as a molding target. Thereby, the N composite layers 3 can be stacked. In the following description, the first to Nth composite layers are referred to in order from the base part 2. That is, the composite layer closest to the base portion 2 is called the first composite layer, and the composite layer formed on the nth composite layer and on the side opposite to the base portion 2 is the (n + 1) th layer. This is called a composite layer.

図6は、第2の製造方法により製造された溶融金属用セラミックス部材1の一例を示す斜視図である。図6は、2層の複合層3を積層した例であり、1層目の複合層3−1と、2層目の複合層3−2とを有している。   FIG. 6 is a perspective view showing an example of the ceramic member 1 for molten metal manufactured by the second manufacturing method. FIG. 6 is an example in which two composite layers 3 are stacked, and includes a first composite layer 3-1 and a second composite layer 3-2.

本製造方法では、n回目の第2の型充填工程で充填する、低濡れ性材料と母材セラミックスの原料との混合粉末における低濡れ性材料の重量比率を、(n−1)回目の第2の型充填工程で充填する混合粉末における低濡れ性材料の重量比率よりも大きくする。例えば、2層の複合層3を積層させる場合、1回目の第2の型充填工程での低濡れ性材料の重量比率を5重量%とし、2回目の第2の型充填工程での低濡れ性材料の重量比率を10重量%とする。これにより、1層目の複合層3での低濡れ性材料の重量比率を小さくし、基体部2から離れる方向に沿って順に低濡れ性材料の重量比率を大きくすることができる。   In this manufacturing method, the weight ratio of the low wettability material in the mixed powder of the low wettability material and the raw material of the base ceramic material, which is filled in the second mold filling step of the nth time, is set to the (n-1) th It is made larger than the weight ratio of the low wettability material in the mixed powder filled in the mold filling step. For example, when two composite layers 3 are laminated, the weight ratio of the low wettability material in the first second mold filling step is set to 5% by weight, and the low wetting in the second second mold filling step is performed. The weight ratio of the functional material is 10% by weight. Thereby, the weight ratio of the low wettability material in the first composite layer 3 can be reduced, and the weight ratio of the low wettability material can be increased in order along the direction away from the base portion 2.

母材セラミックスと低濡れ性材料とは、その組成の違いにより、焼結時の収縮率や焼結後における熱膨張率に差がある。焼結時の収縮率の差が大きい場合には、焼結工程において基体部2と複合層3との界面において割れが発生する可能性がある。また、熱膨張率の差が大きい場合には、基体部2と複合層3との界面に比較的大きな熱応力が加わり、溶融金属用セラミックス部材の耐用年数が短くなる可能性がある。   The base material ceramic and the low wettability material have a difference in shrinkage ratio during sintering and thermal expansion coefficient after sintering due to the difference in composition. If the difference in shrinkage rate during sintering is large, cracks may occur at the interface between the base portion 2 and the composite layer 3 in the sintering process. In addition, when the difference in thermal expansion coefficient is large, a relatively large thermal stress is applied to the interface between the base portion 2 and the composite layer 3, and the service life of the molten metal ceramic member may be shortened.

しかしながら、本製造方法によれば、複数(N層)の複合層3を形成し、基体部2から離れるに従って、各複合層3における低濡れ性材料の重量比率を徐々に大きくすることができる。そのため、母材セラミックスと低濡れ性材料との焼結時の収縮率や熱膨張率の差が大きい場合であっても、基体部2と1層目の複合層3との焼結時の収縮率や焼結後における熱膨張率の差を小さくすることができる。また、n層目の複合層3と(n+1)層目の複合層3との焼結時の収縮率や焼結後における熱膨張率の差も小さくすることができる。その結果、基体部2と1層目の複合層3との界面、及び、隣接する複合層3間の界面において、焼結時の収縮率に起因する応力、及び、熱膨張率の差に起因した応力を緩和することができ、溶融金属用セラミックス部材の品質を向上させることができる。   However, according to the present manufacturing method, the weight ratio of the low wettability material in each composite layer 3 can be gradually increased as a plurality (N layers) of composite layers 3 are formed and separated from the base portion 2. Therefore, even when the difference between the shrinkage rate and the thermal expansion coefficient during sintering between the base ceramic material and the low wettability material is large, the shrinkage during the sintering of the base portion 2 and the first composite layer 3 is performed. The difference in the coefficient of thermal expansion and the coefficient of thermal expansion after sintering can be reduced. In addition, the difference between the shrinkage ratio during sintering and the thermal expansion coefficient after sintering between the nth composite layer 3 and the (n + 1) th composite layer 3 can also be reduced. As a result, at the interface between the base portion 2 and the first composite layer 3 and at the interface between the adjacent composite layers 3, the stress is caused by the shrinkage rate during sintering and the difference in the thermal expansion coefficient. Stress can be relieved and the quality of the ceramic member for molten metal can be improved.

(第3の製造方法)
次に、本発明のさらに別の実施形態に係る溶融金属用セラミックス部材の第3の製造方法について説明する。図7は、第3の製造方法の各工程の流れを示すフローチャートである。なお、説明の便宜上、第1の製造方法にて説明した図面と同じ工程については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
(Third production method)
Next, the 3rd manufacturing method of the ceramic member for molten metals which concerns on another embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 7 is a flowchart showing the flow of each process of the third manufacturing method. For convenience of explanation, the same steps as those in the drawings described in the first manufacturing method are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

上記の第1の製造方法では、中空円筒形状であり、その内周面に複合層が形成された溶融金属用セラミックス部材を作製する場合、図3の(a)及び図4の(a)に示すように、第2の加圧成形工程で用いる成形型の芯金12’の径を、第1の加圧成形工程で用いる成形型の芯金12の径よりも小さくした。そのため、芯金を2つ用意する必要があり、コストが高くなる。   In the first manufacturing method described above, when producing a ceramic member for molten metal having a hollow cylindrical shape and having a composite layer formed on the inner peripheral surface thereof, the method shown in (a) of FIG. 3 and (a) of FIG. As shown, the diameter of the cored bar 12 ′ of the mold used in the second pressure molding process was made smaller than the diameter of the cored bar 12 of the mold used in the first pressure molding process. Therefore, it is necessary to prepare two cored bars, which increases the cost.

このような中空円筒形状であり内周面及び外周面のいずれも溶融金属と接触する溶融金属用セラミックス部材としては、低圧鋳造装置における給湯管路を構成するストークがある。溶融金属が貯蔵された容器に対してストークを脱着する作業時に、ストークの外周面が他の部材と擦れることが考えられる。そのため、外周面は、内周面よりも磨耗しやすく、厚い複合層を形成することが望まれる。   As a ceramic member for molten metal, which has such a hollow cylindrical shape and both the inner peripheral surface and the outer peripheral surface are in contact with the molten metal, there is a stalk that constitutes a hot water supply pipe line in a low-pressure casting apparatus. It is conceivable that the outer peripheral surface of the stalk rubs against other members during the operation of removing the stalk from the container in which the molten metal is stored. Therefore, the outer peripheral surface is more easily worn than the inner peripheral surface, and it is desired to form a thick composite layer.

そこで、第3の製造方法では、内周面については特許文献3に記載の技術を用いて複合層3を形成し、外周面については別の方法を用いて複合層3を形成する。これにより、耐摩耗性が要求される外周面に厚い複合層3を形成することができる。以下、図7を参照しながら第3の製造方法について説明する。なお、図7に示されるように、第3の製造方法は、スラリー調合工程(S12)及び塗膜形成工程(S13)を有する点で第1の製造方法と異なるため、この点を主に説明する。   Therefore, in the third manufacturing method, the composite layer 3 is formed on the inner peripheral surface using the technique described in Patent Document 3, and the composite layer 3 is formed on the outer peripheral surface using another method. Thereby, the thick composite layer 3 can be formed in the outer peripheral surface where abrasion resistance is required. Hereinafter, the third manufacturing method will be described with reference to FIG. Note that, as shown in FIG. 7, the third manufacturing method is different from the first manufacturing method in that it has a slurry blending step (S12) and a coating film forming step (S13), so this point is mainly described. To do.

<S12:スラリー調合工程>
本製造方法では、S3の造粒工程とは別に、内周面側の複合層3を形成するために、低濡れ性材料と母材セラミックスの原料との混合粉末を含むスラリーを作製するスラリー調合工程を行う。このスラリーの作製方法は次の2つに大別される。1つは、母材セラミックスの原料粉末(主として造粒物)と低濡れ性材料の粉末とを、所望の配合割合で、分散媒に混合懸濁することでスラリーを作製する方法である。この場合、S3で作製した母材セラミックスの原料粉末の造粒物21を用いることができる。他の1つは、S3と同様の方法で作製した、母材セラミックスの原料粉末と低濡れ性材料の粉末とを所望の配合割合で混合した混合粉末の造粒物31を作製し、これを分散媒に懸濁することでスラリーを作製する方法である。なお、スラリーはエチルアルコール等を分散媒とし、塗布に適した濃度(例えば、固形分10〜40%)に調整すればよい。
<S12: Slurry blending process>
In this manufacturing method, in addition to the granulation step of S3, slurry preparation for producing a slurry containing a mixed powder of a low wettability material and a raw material of the base ceramic material in order to form the inner peripheral surface side composite layer 3 Perform the process. The method for preparing the slurry is roughly divided into the following two. One is a method of preparing a slurry by mixing and suspending a raw material powder (mainly granulated material) of a base material ceramic and a powder of a low wettability material in a dispersion medium at a desired blending ratio. In this case, the granulated material 21 of the raw material powder of the base ceramic produced in S3 can be used. The other one is a granulated product 31 of a mixed powder prepared by the same method as S3, in which a raw material powder of a base ceramic and a powder of a low wettability material are mixed in a desired blending ratio. This is a method for producing a slurry by suspending in a dispersion medium. In addition, what is necessary is just to adjust a slurry to the density | concentration (for example, solid content 10-40%) suitable for application | coating by using ethyl alcohol etc. as a dispersion medium.

例えば、母材セラミックスとして窒化ケイ素系セラミックス(焼結助剤成分10重量部含む)の粉末100重量部に対し、低濡れ性材料として窒化硼素の粉末(平均粒径:6μm)20重量部を混合し、さらにエチルアルコール130重量部を加えてスラリーとする(固形分濃度:48%)。   For example, 20 parts by weight of boron nitride powder (average particle size: 6 μm) as a low wettability material is mixed with 100 parts by weight of silicon nitride ceramic powder (including 10 parts by weight of a sintering aid component) as a base material ceramic. Further, 130 parts by weight of ethyl alcohol is added to form a slurry (solid content concentration: 48%).

<S13:塗膜形成工程>
次に、図8の(a)で示されるように、S12で作製したスラリーを、スプレーまたは刷毛塗り等で、型部材の芯金(円柱形状芯金)12の表面に塗布することにより、低濡れ性材料と母材セラミックスの原料との混合粉末を含む混合塗膜34を形成する。なお、S12で作製したスラリーを芯金12の上部から芯金表面に流し塗布することで混合塗膜34を形成してもよい。その塗膜厚さは、例えば200〜500μmである。
<S13: Coating film forming step>
Next, as shown in FIG. 8 (a), the slurry produced in S12 is applied to the surface of the core metal (cylindrical core metal) 12 of the mold member by spraying or brushing, etc. A mixed coating film 34 including a mixed powder of the wettability material and the raw material of the base ceramic material is formed. Note that the mixed coating film 34 may be formed by pouring and applying the slurry prepared in S12 from the upper part of the cored bar 12 to the cored bar surface. The coating thickness is, for example, 200 to 500 μm.

<S4以降の工程について>
その後、図8の(b)及び(c)に示されるように、ゴム型(中空円筒形状型)11を設置し、母材セラミックスの原料粉末の造粒物21を成形型の中に充填してから、ゴム蓋14により密閉する(S4)。そして、S5の第1の加圧成形工程を行う。なお、混合塗膜34が形成された成形型内への母材セラミックスの造粒物21の充填及び加圧成形は、その混合塗膜34が湿潤状態を有している間に行うことが望ましい。これにより、母材セラミックスの原料粉末の造粒物21を成形型の中に充填する際に、混合塗膜34が剥がれて落ちることを防止できる。また、混合塗膜34と母材セラミックスの原料粉末の造粒物21との接合性を高めることができる。
<About steps after S4>
Thereafter, as shown in FIGS. 8B and 8C, a rubber mold (hollow cylindrical mold) 11 is installed, and a granulated product 21 of the raw material powder of the base ceramic material is filled in the mold. After that, it is sealed with a rubber lid 14 (S4). Then, the first pressure molding step of S5 is performed. In addition, it is desirable to perform filling and pressure molding of the granulated material 21 of the base material ceramics into the mold in which the mixed coating film 34 is formed while the mixed coating film 34 is in a wet state. . Thereby, when the granulated material 21 of the raw material powder of the base ceramic material is filled in the mold, it is possible to prevent the mixed coating film 34 from being peeled off. Further, it is possible to improve the bonding property between the mixed coating film 34 and the granulated material 21 of the raw material powder of the base ceramic material.

このように低濡れ性材料と母材セラミックスとの混合塗膜34を型部材に塗布して母材セラミックス粉末の加圧成形を行う場合は、その混合塗膜34は、成形型内に充填された母材セラミックス粉末とのなじみが良く、加圧成形により混合塗膜34と成形型内の母材セラミックス粉末とが一体化し、その混合塗膜34は、得られる成形体の表面層となる。   When the mixed coating film 34 of the low wettability material and the base ceramic material is applied to the mold member and the base ceramic powder is pressure-molded as described above, the mixed coating film 34 is filled in the mold. The mixed coating film 34 and the matrix ceramic powder in the mold are integrated by pressure molding, and the mixed coating film 34 becomes a surface layer of the obtained molded body.

このようにして、第1の加圧成形工程(S5)を行うことにより、図8の(d)に示されるように、母材セラミックスの原料粉末が加圧成形された、中空円筒形状の圧粉体22と、圧粉体22の内周面に形成された、混合塗膜34が加圧成形された圧粉層35とが一体化された成形体(第1成形体)を得る。   In this way, by performing the first pressure forming step (S5), as shown in FIG. 8D, the pressure of the hollow cylindrical shape in which the raw material powder of the base ceramic material is pressure formed. A molded body (first molded body) in which the powder 22 and the green compact layer 35 formed by pressure molding the mixed coating film 34 formed on the inner peripheral surface of the green compact 22 is obtained.

その後、図8の(e)に示されるように、第1の表面加工工程(S6)を行うことで、所定寸法の圧粉体22を形成する。そして、第1の製造方法と同様に、第2の型充填工程(S7)を行う。図8の(f)は、第2の型充填工程における成形型の断面を示す図である。図示されるように、混合塗膜34が加圧成形された圧粉層35を内周面上に有する圧粉体22の外周面と成形型との間に、低濡れ性材料と母材セラミックスの原料との混合粉末の造粒物31が充填される。これをCIPによる第2の加圧成形工程(S8)及び第2の表面加工工程(S9)を行うことで、図8の(g)に示されるように、圧粉体22と、圧粉体22の外周面上に形成された、低濡れ性材料と母材セラミックスの原料との混合粉末の圧粉層32とが一体となった成形体(第2成形体)を得ることができる。そして、焼結工程を経ることで、図8の(h)に示されるように、中空円筒形状の基体部2と、その内周面を被覆する複合層3と、その外周面を被覆する複合層3とを有する溶融金属用セラミックス部材1を製造することができる。   Thereafter, as shown in FIG. 8E, the green compact 22 having a predetermined size is formed by performing the first surface processing step (S6). Then, the second mold filling step (S7) is performed as in the first manufacturing method. (F) of FIG. 8 is a figure which shows the cross section of the shaping | molding die in a 2nd type | mold filling process. As shown in the drawing, a low wettability material and a base material ceramic are provided between the outer peripheral surface of the green compact 22 having a green compact layer 35 on which the mixed coating film 34 is press-molded on the inner peripheral surface and the mold. A granulated product 31 of a mixed powder with the raw material is filled. By performing the second pressure forming step (S8) and the second surface processing step (S9) by CIP, as shown in FIG. 8 (g), the green compact 22 and the green compact are obtained. Thus, a molded body (second molded body) formed on the outer peripheral surface 22 and integrated with the powder layer 32 of the mixed powder of the low wettability material and the raw material of the base ceramic material can be obtained. Then, through the sintering process, as shown in FIG. 8 (h), the hollow cylindrical base 2, the composite layer 3 covering the inner peripheral surface, and the composite covering the outer peripheral surface A ceramic member 1 for molten metal having the layer 3 can be manufactured.

本製造方法によれば、外周面に形成される複合層3は、圧粉体22と成形型との間に充填された造粒物31を加圧成形することにより得られるため、厚くすることができる。その結果、他の部材との接触による磨耗があっても耐用年数を長くすることができる。   According to this manufacturing method, the composite layer 3 formed on the outer peripheral surface is obtained by pressure-molding the granulated material 31 filled between the green compact 22 and the molding die, so that it is thickened. Can do. As a result, the service life can be extended even if there is wear due to contact with other members.

<適用例>
上記第1から第3の製造方法で製造された溶融金属用セラミックス部材1は様々な用途で使用される。例えば、低圧鋳造装置において、溶融金属るつぼから溶融金属(代表的にはアルミ溶湯)を排出するための給湯管路を構成するストークである。すなわち、アルミ溶湯が貯蔵された容器内に挿入され、容器内の気圧を高めることにより当該容器内のアルミ溶湯を外部に送るための給湯管として用いることができる。この場合、内周面及び外周面の両方が溶融金属と接触する。ただし、上述したように外周面は内周面よりも耐摩耗性が要求される。そのため、少なくとも、外周面上の複合層3は、低濡れ性材料及び母材セラミックスの原料の混合粉末と、焼結することで基体部2となる圧粉体22とを加圧成形することにより形成されることが好ましい。
<Application example>
The molten metal ceramic member 1 manufactured by the first to third manufacturing methods is used in various applications. For example, in a low-pressure casting apparatus, a stalk that constitutes a hot water supply pipe for discharging molten metal (typically molten aluminum) from a molten metal crucible. That is, it can be used as a hot water supply pipe that is inserted into a container in which molten aluminum is stored and increases the atmospheric pressure in the container to send the molten aluminum in the container to the outside. In this case, both the inner peripheral surface and the outer peripheral surface are in contact with the molten metal. However, as described above, the outer peripheral surface is required to have higher wear resistance than the inner peripheral surface. Therefore, at least the composite layer 3 on the outer peripheral surface is formed by pressure-molding the mixed powder of the raw material of the low wettability material and the base ceramic material and the green compact 22 that becomes the base portion 2 by sintering. Preferably it is formed.

その他、溶融金属の温度を測定するための熱電対を保護する熱電対保護管や、溶融金属に熱を供給するためのヒータを保護するヒータ保護管(ヒータチューブ)にも適用することができる。さらに、溶融金属が貯蔵された容器内に挿入され、溶融金属中に不活性ガスを供給し、溶融金属中の微細気泡等を取り除くための脱ガス用シャフト(パイプ)としても適用することができる。   In addition, the present invention can also be applied to a thermocouple protection tube for protecting a thermocouple for measuring the temperature of the molten metal and a heater protection tube (heater tube) for protecting a heater for supplying heat to the molten metal. Furthermore, it can be applied as a degassing shaft (pipe) that is inserted into a container in which molten metal is stored, supplies an inert gas into the molten metal, and removes fine bubbles and the like in the molten metal. .

なお、ストークやヒータ保護管に比べ、熱電対保護管や脱ガス用シャフトは、使用中に加わる機械的及び熱的な繰り返し応力が相対的に小さい。そのため、熱電対保護管や脱ガス用シャフトにおける複合層3の厚みの上限値は、ストークやヒータ保護管における複合層3の厚みの上限値よりも大きく(例えば2倍)設定することができる。   Note that the thermocouple protection tube and the degassing shaft have relatively small mechanical and thermal repetitive stress applied during use, compared to the stalk and heater protection tube. Therefore, the upper limit value of the thickness of the composite layer 3 in the thermocouple protection tube and the degassing shaft can be set larger (for example, twice) than the upper limit value of the thickness of the composite layer 3 in the stoke and heater protection tube.

例えば、ストークやヒータ保護管として中空円筒形状の本実施形態の溶融金属用セラミックス部材1を用いる場合、複合層3が形成される基体部2の表面の径をRmm、複合層3における窒化硼素の重量比率をA重量%とした場合、当該複合層3の厚みを、R/Amm以下にすることが好ましい。一方、熱電対保護管や脱ガス用シャフトとして中空円筒形状の本実施形態の溶融金属用セラミックス部材1を用いる場合、複合層3の厚みを、2×R/Amm以下にすることが好ましい。   For example, when the ceramic member 1 for molten metal of this embodiment having a hollow cylindrical shape is used as a stalk or heater protective tube, the diameter of the surface of the base portion 2 on which the composite layer 3 is formed is Rmm, and boron nitride in the composite layer 3 is made of When the weight ratio is A wt%, the thickness of the composite layer 3 is preferably R / A mm or less. On the other hand, when the hollow cylindrical ceramic member 1 for molten metal according to the present embodiment is used as a thermocouple protection tube or a degassing shaft, the thickness of the composite layer 3 is preferably 2 × R / Amm or less.

上記の第1の製造方法により製造した溶融金属用セラミックス部材の実施例について説明する。   Examples of the ceramic member for molten metal manufactured by the first manufacturing method will be described.

<実施例1>
(1)原料秤量工程〜(2)混合粉砕工程〜(3)造粒工程
基体部2となる母材セラミックスの原料粉末の造粒物21として、以下のようなものを作製した。
<Example 1>
(1) Raw material weighing step to (2) Mixing and pulverizing step to (3) Granulation step As the granulated product 21 of the raw material powder of the base ceramic material to be the base portion 2, the following was produced.

原料:窒化ケイ素系セラミックス KN−101(株式会社クボタ製)
造粒物の平均粒径:約70μm
また、複合層3となる混合粉末の造粒物31として、以下のようなものを作製した。
Raw material: Silicon nitride ceramics KN-101 (manufactured by Kubota Corporation)
Average particle size of the granulated product: about 70 μm
Moreover, the following was produced as the granulated product 31 of the mixed powder to be the composite layer 3.

混合粉末:窒化硼素粉末(平均粒径:6μm)20重量%、窒化ケイ素系セラミックス(焼結助剤10重量%を含む)80重量%
造粒物の平均粒径:約50μm(スプレードライヤーで造粒)。
Mixed powder: boron nitride powder (average particle size: 6 μm) 20% by weight, silicon nitride ceramics (including 10% by weight of sintering aid) 80% by weight
Average particle size of the granulated product: about 50 μm (granulated with a spray dryer).

(4)第1の型充填工程〜(5)第1の加圧成形工程
図3に示す成形型を使用した。なお、芯金12の外径は96mmである。成形型の中に、基体部2を構成する母材セラミックスの原料粉末の造粒粉21を充填し、CIPにより加圧成形を行った。
(4) First mold filling step to (5) First pressure molding step The molding die shown in FIG. 3 was used. The outer diameter of the cored bar 12 is 96 mm. The molding die was filled with the granulated powder 21 of the raw material powder of the base ceramic material constituting the base portion 2 and subjected to pressure molding by CIP.

圧力:100MPa、保持時間:30秒。   Pressure: 100 MPa, holding time: 30 seconds.

(6)表面加工工程
旋盤により、フランジ部以外の外径が120mmになるように、圧粉体22の外周面の切削加工を行った。
(6) Surface processing step The outer peripheral surface of the green compact 22 was cut by a lathe so that the outer diameter other than the flange portion was 120 mm.

(7)第2の型充填工程〜(8)第2の加圧成形工程
図4に示す成形型を使用した。なお、外径が92mmの芯金12’を用いた。成形型の中に、表面加工工程後の圧粉体22を、芯金12’と軸心が一致するように配置し、成形型と圧粉体22との間の隙間に、複合層3となる混合粉末の造粒粉31を充填させた。その後、CIPにより加圧成形を行った。
(7) Second mold filling step to (8) Second pressure molding step The molding die shown in FIG. 4 was used. A cored bar 12 ′ having an outer diameter of 92 mm was used. The green compact 22 after the surface processing step is arranged in the mold so that the core 12 ′ and the axis coincide with each other, and in the gap between the mold and the green compact 22, the composite layer 3 and The resulting mixed powder granulated powder 31 was filled. Thereafter, pressure molding was performed by CIP.

圧力:120MPa、保持時間:30秒。   Pressure: 120 MPa, holding time: 30 seconds.

(9)表面加工工程
旋盤により、外径が124mmになるように、成形体の外周面の切削加工を行った。
(9) Surface processing step The outer peripheral surface of the molded body was cut with a lathe so that the outer diameter was 124 mm.

(10)焼成工程
雰囲気ガス:窒素ガス
温度:1750℃、時間:2Hr。
(10) Firing step Atmospheric gas: Nitrogen gas Temperature: 1750 ° C., Time: 2 Hr.

上記の工程を経ることにより、図9に示すような、基体部2の外周面の一部及び内周面に複合層3を有する低圧鋳造用ストークを実施例1として製造した。実施例1の低圧鋳造用ストークは、基体部2の厚みが10mm、複合層3の厚みが1.5mmであった。また、基体部2の相対密度が99%、複合層3の相対密度が72%であった。   Through the above steps, a low pressure casting stalk having the composite layer 3 on a part of the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the base portion 2 as shown in FIG. In the low-pressure casting stalk of Example 1, the thickness of the base portion 2 was 10 mm, and the thickness of the composite layer 3 was 1.5 mm. Further, the relative density of the base portion 2 was 99%, and the relative density of the composite layer 3 was 72%.

<実施例2>
第2の型充填工程において外径96mmの芯金12を用い、第2の加圧成形工程における圧力を100MPaとした点以外の条件を実施例1と同じとし、実施例2を作製した。すなわち、第1の型充填工程と第1の型充填工程において、同じ外径の芯金12を用いているため、内周面には複合層を形成していない。
<Example 2>
Example 2 was produced by using the core metal 12 having an outer diameter of 96 mm in the second mold filling step and the same conditions as in Example 1 except that the pressure in the second pressure forming step was 100 MPa. That is, since the core metal 12 having the same outer diameter is used in the first mold filling process and the first mold filling process, no composite layer is formed on the inner peripheral surface.

図10は、実施例2の溶融金属用セラミックス部材1の外観写真を示す図である。また、図11は、複合層3と基体部2との界面付近を拡大した写真を示す図である。図示されるように、約2mmの複合層が外周面に形成されていることが確認された。また、複合層3と基体部2との界面において割れがなく、接合性においても問題ないことが確認された。   FIG. 10 is a view showing an external appearance photograph of the molten metal ceramic member 1 of Example 2. FIG. FIG. 11 is a view showing an enlarged photograph of the vicinity of the interface between the composite layer 3 and the base portion 2. As shown in the figure, it was confirmed that a composite layer of about 2 mm was formed on the outer peripheral surface. Further, it was confirmed that there was no crack at the interface between the composite layer 3 and the base portion 2 and there was no problem in the bonding property.

次に、実施例2の断片を試験片として、溶融金属の付着試験を行った。付着試験は、下記の溶融金属浴に、試験片を垂直の向きに浴中に3分間浸漬した後、浴上に引上げ、3分後再び浴中に浸漬(反復回数:260回)させた。   Next, the adhesion test of the molten metal was performed using the piece of Example 2 as a test piece. In the adhesion test, a test piece was immersed in the following molten metal bath in the vertical direction for 3 minutes, then pulled up on the bath, and after 3 minutes, immersed again in the bath (repetition number: 260 times).

溶融金属浴:アルミ合金(JIS H5202 AC−4B)
浴温:720℃。
Molten metal bath: Aluminum alloy (JIS H5202 AC-4B)
Bath temperature: 720 ° C.

図12の上部は、浸漬直後の試験片の複合層3上の様子を示す図である。図示されるように、アルミニウムが剥離しかけていることがわかる。その後、図12の下部のように、アルミニウムが全て剥離し、複合層3の表面にはアルミニウムが全く付着されていないことが確認された。このように、付着防止効果が優れていることがわかった。   The upper part of FIG. 12 is a diagram showing a state on the composite layer 3 of the test piece immediately after immersion. As shown in the figure, it can be seen that the aluminum is about to peel off. Thereafter, as shown in the lower part of FIG. 12, it was confirmed that all the aluminum was peeled off and no aluminum was adhered to the surface of the composite layer 3. Thus, it was found that the adhesion preventing effect was excellent.

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope shown in the claims. That is, embodiments obtained by combining technical means appropriately modified within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention.

本発明は、溶融金属と接触環境下で使用される、溶融金属の給湯配管であるストーク、熱電対保護管、ヒータ保護管、脱ガス用シャフトなどの用途に適用することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to uses such as stalk, a thermocouple protection tube, a heater protection tube, and a degassing shaft, which are molten metal hot water supply pipes used in a contact environment with molten metal.

1 溶融金属用セラミックス部材
2 基体部
3 複合層
11 ゴム型(中空円筒形状型、成形型)
12・12’ 芯金(成形型)
13 金型
14 ゴム蓋
21 造粒物
22 圧粉体
31 造粒物
32 圧粉層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ceramic member for molten metal 2 Base part 3 Composite layer 11 Rubber mold (hollow cylindrical shape mold, mold)
12.12 'Core (molding die)
13 Mold 14 Rubber lid 21 Granulated product 22 Green compact 31 Granulated product 32 Green compact layer

Claims (7)

溶融金属と接触する溶融金属用セラミックス部材の製造方法であって、
母材セラミックスの原料粉末を加圧成形することにより中空円筒形状の第1成形体を作製する第1成形工程と、
上記第1成形体の表面を平滑化する表面加工を行う表面加工工程と、
上記表面加工が行われた上記第1成形体の外周面および内周面の少なくとも一部の領域と成形型との間に、上記溶融金属に対する濡れ性が上記母材セラミックスよりも低い材料である低濡れ性材料の粉末と上記母材セラミックスの原料粉末との混合粉末を充填させ、加圧成形することにより第2成形体を作製する第2成形工程と、
上記第2成形体を焼結する焼結工程と、を含み、
上記母材セラミックスが窒化ケイ素系セラミックスであり、上記低濡れ性材料が窒化ホウ素であり、
上記焼結工程により得られた焼結体のうち、上記第1成形体が焼結した部分を基体部、上記混合粉末が焼結した部分を複合層とし、上記基体部における上記複合層との界面の曲率半径をR、上記複合層における上記低濡れ性材料の重量比率をA重量%としたとき、上記複合層の厚みが2×R/A以下になるように、上記第2成形工程において上記第2成形体を作製することを特徴とする溶融金属用セラミックス部材の製造方法。
A method for producing a ceramic member for molten metal that contacts a molten metal,
A first molding step for producing a hollow cylindrical first molded body by pressure-molding the raw material powder of the base ceramic material;
A surface processing step of performing a surface processing to smooth the surface of the first molded body;
Between the outer peripheral surface and at least a part of the inner peripheral surface of the first molded body on which the surface treatment has been performed, and the mold, the material is lower in wettability with respect to the molten metal than the base ceramic material. Filling a mixed powder of the low wettability material powder and the raw material powder of the base ceramic material, and forming a second molded body by pressure molding;
A sintering step of sintering the second molded body,
The base material ceramic is a silicon nitride-based ceramic, the low wettability material is boron nitride,
Of the sintered body obtained by the sintering step, a portion where the first molded body is sintered is a base portion, a portion where the mixed powder is sintered is a composite layer, and the composite layer in the base portion is In the second molding step, when the radius of curvature of the interface is R and the weight ratio of the low wettability material in the composite layer is A wt%, the thickness of the composite layer is 2 × R / A or less. A method for producing a ceramic member for molten metal, comprising producing the second molded body.
溶融金属と接触する溶融金属用セラミックス部材の製造方法であって、
母材セラミックスの原料粉末を加圧成形することにより中空円筒形状の第1成形体を作製する第1成形工程と、
上記第1成形体の表面を平滑化する第1表面加工を行う第1表面加工工程と、
上記第1表面加工が行われた上記第1成形体を成形対象とし、当該成形対象の外周面および内周面の少なくとも一部の領域と成形型との間に、上記溶融金属に対する濡れ性が上記母材セラミックスよりも低い材料である低濡れ性材料の粉末と上記母材セラミックスの原料粉末との混合粉末を充填させ、加圧成形することで中間成形体を作製する低濡れ性材料成形処理を行う第2成形工程と、
上記中間成形体の表面を平滑化する第2表面加工を行う第2表面加工工程と、
上記第2表面加工が行われた上記中間成形体を成形対象として上記低濡れ性材料成形処理を少なくとも1回行うことにより第2成形体を作製する第3成形工程と、
上記第2成形体を焼結する焼結工程と、を含み、
複数回の上記低濡れ性材料成形処理の各々において、上記混合粉末における低濡れ性材料の重量比率を、前回の低濡れ性材料成形処理で用いた混合粉末における低濡れ性材料の重量比率よりも大きくし、
上記母材セラミックスが窒化ケイ素系セラミックスであり、上記低濡れ性材料が窒化ホウ素であり、
上記焼結工程により得られた焼結体のうち、上記第1成形体が焼結した部分を基体部、上記混合粉末が焼結した部分を複合層とし、上記基体部における上記複合層との界面の曲率半径をR、上記複合層における上記低濡れ性材料の重量比率をA重量%としたとき、上記複合層の厚みが2×R/A以下になるように、上記第3成形工程において上記第2成形体を作製することを特徴とする溶融金属用セラミックス部材の製造方法。
A method for producing a ceramic member for molten metal that contacts a molten metal,
A first molding step for producing a hollow cylindrical first molded body by pressure-molding the raw material powder of the base ceramic material;
A first surface processing step of performing a first surface processing to smooth the surface of the first molded body;
The first molded body that has been subjected to the first surface processing is a molding target, and the wettability to the molten metal is between the outer peripheral surface and at least a part of the inner peripheral surface of the molding target and the molding die. Low wettability material molding process that fills a mixed powder of low wettability material powder, which is a lower material than the above-mentioned base ceramic material, and raw material powder of the above-mentioned base ceramic material, and produces an intermediate molded body by pressure molding A second molding step of performing
A second surface processing step for performing a second surface processing for smoothing the surface of the intermediate molded body;
A third molding step for producing the second molded body by performing the low wettability material molding process at least once on the intermediate molded body on which the second surface processing has been performed ;
A sintering step of sintering the second molded body,
In each of the plurality of low wettability material molding processes, the weight ratio of the low wettability material in the mixed powder is greater than the weight ratio of the low wettability material in the mixed powder used in the previous low wettability material molding process. Make it bigger
The base material ceramic is a silicon nitride-based ceramic, the low wettability material is boron nitride,
Of the sintered body obtained by the sintering step, a portion where the first molded body is sintered is a base portion, a portion where the mixed powder is sintered is a composite layer, and the composite layer in the base portion is In the third molding step, when the radius of curvature of the interface is R and the weight ratio of the low wettability material in the composite layer is A wt%, the thickness of the composite layer is 2 × R / A or less. A method for producing a ceramic member for molten metal, comprising producing the second molded body.
溶融金属と接触し、中空円筒形状の溶融金属用セラミックス部材の製造方法であって、
円柱形状芯金の外周面に、母材セラミックスの原料粉末と、上記溶融金属に対する濡れ性が上記母材セラミックスよりも低い材料である低濡れ性材料の粉末との混合粉末の塗膜を形成する塗膜形成工程と、
上記円柱形状芯金と、当該円柱形状芯金と軸心が一致する、弾性体からなる中空円筒形状型とを有する成形型の中に、上記母材セラミックスの原料粉末を充填し、冷間静水等方圧プレスにより加圧成形することにより第1成形体を作製する第1成形工程と、
上記第1成形体の表面を平滑化する表面加工を行う表面加工工程と、
上記表面加工が行われた上記第1成形体を上記成形型の中に再度配置する配置工程と、
上記第1成形体の外周面と上記中空円筒形状型との間に上記混合粉末を充填し、冷間静水等方圧プレスにより加圧成形することにより第2成形体を作製する第2成形工程と、
上記第2成形体を焼結する焼結工程と、を含み、
上記母材セラミックスが窒化ケイ素系セラミックスであり、上記低濡れ性材料が窒化ホウ素であり、
上記焼結工程により得られた焼結体のうち、上記第1成形体が焼結した部分を基体部、上記混合粉末が焼結した部分を複合層とし、上記基体部における上記複合層との界面の曲率半径をR、上記複合層における上記低濡れ性材料の重量比率をA重量%としたとき、上記複合層の厚みが2×R/A以下になるように、上記第2成形工程において上記第2成形体を作製することを特徴とする溶融金属用セラミックス部材の製造方法。
A method of manufacturing a ceramic member for a molten metal having a hollow cylindrical shape in contact with a molten metal,
A coating film of a mixed powder of a raw material powder of a base ceramic material and a powder of a low wettability material, which is a material having lower wettability with respect to the molten metal than the base ceramic material, is formed on the outer peripheral surface of a cylindrical cored bar Coating film forming process;
The raw material powder of the base material ceramic is filled in a forming die having the cylindrical cored bar and a hollow cylindrical mold made of an elastic body whose axial center coincides with the cylindrical cored bar, and cold isostatic A first molding step for producing a first molded body by pressure molding with an isotropic pressure press;
A surface processing step of performing a surface processing to smooth the surface of the first molded body;
An arrangement step of arranging the first molded body subjected to the surface treatment again in the mold;
A second molding step for producing a second molded body by filling the mixed powder between the outer peripheral surface of the first molded body and the hollow cylindrical mold and press-molding it with a cold isostatic press. When,
A sintering step of sintering the second molded body,
The base material ceramic is a silicon nitride-based ceramic, the low wettability material is boron nitride,
Of the sintered body obtained by the sintering step, a portion where the first molded body is sintered is a base portion, a portion where the mixed powder is sintered is a composite layer, and the composite layer in the base portion is In the second molding step, when the radius of curvature of the interface is R and the weight ratio of the low wettability material in the composite layer is A wt%, the thickness of the composite layer is 2 × R / A or less. A method for producing a ceramic member for molten metal, comprising producing the second molded body.
上記第2成形工程における加圧成形の圧力P2は、上記第1成形工程における加圧成形の圧力P1以上であることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の溶融金属用セラミックス部材の製造方法。   The pressure P2 for pressure molding in the second molding step is equal to or higher than the pressure P1 for pressure molding in the first molding step. A method for producing a ceramic member. 上記混合粉末に対する上記低濡れ性材料の重量比率が5〜50重量%であることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の溶融金属用セラミックス部材の製造方法。   The method for producing a ceramic member for molten metal according to any one of claims 1 to 4, wherein a weight ratio of the low wettability material to the mixed powder is 5 to 50% by weight. 上記第1成形工程及び第2成形工程における加圧成形は、冷間静水等方圧プレスによる成形であることを特徴とする請求項1、2、4、及び5の何れか1項に記載の溶融金属用セラミックス部材の製造方法。   The pressure molding in the first molding step and the second molding step is a molding by cold isostatic pressing, 6. Manufacturing method of ceramic member for molten metal. 上記第1成形工程において、加圧成形により得られた圧粉体の表面を削ることにより、所定寸法の上記第1成形体を作製することを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の溶融金属用セラミックス部材の製造方法。   The said 1st molded object of a predetermined dimension is produced in the said 1st shaping | molding process by shaving the surface of the green compact obtained by pressure forming, The any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned. A method for producing a ceramic member for molten metal as described in 1.
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