JPH0116592B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、セラミツクスの一部を多孔質で形成
し、これに金属を浸透させた円筒状セラミツクス
−金属複合材の製造方法に関する。

（従来の技術） 従来、セラミツクス成形体のみでは強度が不足
する耐摩耗ローラー、表面での断熱性が要求され
る熱間鋼材搬送ローラー等、セラミツクスと金属
の両者の特性を兼ね備えた特性の要求される分野
で円筒状セラミツクス−金属複合材が使用されて
いる。

より詳しく説明すると、第１図に示す如く、金
属炭化物、ホウ化物、酸化物、ケイ化物、窒化物
等の成形体（以下、セラミツクス成形体という。）
からなる外層１の内面に金属材からなる内層２が
形成された円筒状セラミツクス−金属複合材があ
る。

従来、該複合材は、円筒状のセラミツクス成形
体を鋳型の中心にセツトして、その内部に金属溶
湯を鋳込み、両者を溶着させて製造されていた。
しかし、両者の境界において、セラミツクス成形
体と金属材の諸性質の相異、セラミツクスの金属
のぬれ性の問題等から、両者の結合状態は弱く、
そのため、金属の凝固収縮に伴つて剥離が生じ
る、などの問題があつた。

（発明が解決しようとする課題） このような問題を解決するには、第２図に示す
ように、セラミツクスの外層４と金属材の内層６
との間に、外層４の内周面に多孔質のセラミツク
ス層を連続的に形成し、その多孔質部の空隙に金
属材を浸透させた浸透層５を設ければよい。

このような円筒状セラミツクス−金属複合材３
を製作するには、緻密質の外層の内面に多孔質の
浸透前層が連続一体的に焼結形成された複合セラ
ミツクス筒体を鋳型にセツトし、その内部に金属
溶湯を鋳込めばよい。

しかしながら、単に鋳込むだけでは浸透前層に
金属溶湯が浸透し難く、外層と浸透前層との境界
部では金属の浸透しない部分が生じ易い。また、
鋳型内面に当接する前記筒体の両端面は冷却され
易いので、両端部の浸透前層には金属溶湯の浸透
しない部分が生じる。これらの未浸透部分が生じ
ると強度低下を招来し、又製造歩留りの低下を余
儀なくされる。

本発明はかかる問題点に鑑みなされたもので、
複合セラミツクス筒体の浸透前層に金属溶湯が確
実に浸透する円筒状セラミツクス−金属複合材の
製造方法を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するためになされた本発明の円
筒状セラミツクス−金属複合材の製造方法は、緻
密質の外層の内面に多孔質の浸透前層が焼結によ
り連続的に形成された複合セラミツクス筒体を遠
心力鋳造用金型に装入し、該金型の内部側の端面
に鋳造用凹部が形成された湯止め用バンドを前記
金型の両端開口に装着し、この装着によつて前記
凹部開口の周縁部を外層の軸方向端面に当接させ
て複合セラミツクス筒体を前記金型内に固定する
と共に浸透前層の軸方向端面と前記凹部底面との
間に鋳造空間を形成し、次に該鋳造空間及び前記
浸透前層の焼結粒子空隙に金属溶湯を遠心力鋳造
することを発明の構成とするものである。

また、前記鋳造空間及び浸透前層の焼結粒子空
隙に浸透性良好な金属溶湯を遠心力鋳造した後、
その内面に異種の金属溶湯を遠心力鋳造すること
を他の発明の構成とするものである。

（実施例） まず、本発明に使用される複合セラミツクス筒
体について説明し、第２図に示した円筒状セラミ
ツクス複合材３を製造対象として、本発明を説明
する。

第３図に示すように、複合セラミツクス筒体７
は、TiC、SiC、Al₂O₃、ZrO₂、BeO、TiN、
Si₃N₄等の金属炭化物、ホウ化物、酸化物、ケイ
化物、窒化物から使用目的により適宜選択された
セラミツクス粉末の焼結体であつて、粉末相互間
の空隙がまつたく無いか、有つても極めて少ない
緻密質外層８の内面に多孔質の浸透前層９が連続
一体的に形成されたものである。

該複合セラミツクス筒体７は、圧粉成型時、外
層相当部に比較して、浸透前層相当部のセラミツ
クス粒子に熱可塑性結合材の混合率を多くした
り、セラミツクス粒子の粒度を大きくしたり、ま
た成型圧を小さくする等により、圧粉成型し焼結
することにより製作される。

前記浸透前層９の厚さは、１〜５mmが好まし
い。１mm未満では、浸透層５が薄くなり、緻密な
外層４から内層６の金属層への材質変化が急激と
なり、境界剥離抵抗性が悪くなる。一方、５mmを
越えると、本発明によつても金属の浸透の不十分
な部分が出来易くなり、材質劣化となるので好ま
しくない。また、浸透前層９の空隙率は、15〜80
％の間で、内表面側にいく程大きくなることが望
ましい。15％未満では、浸透が不十分となり易
く、浸透層５と金属層である内層６との材質変化
が急激となり、逆に80％を越えると、外層４と浸
透層５の間の境界における材質変化が急激にな
り、共に剥離しやすくなるからである。

本発明を実施するには、第４図に示すように、
遠心力鋳造用金型１１の内部に耐火物層１６を介
して前記複合セラミツクス筒体７を装入し、該金
型１１の両端開口に湯止め用バンド１０，１０を
装着する。

この湯止め用バンド１０の前記金型１１の内部
側の端面には、該バンド１０が前記金型に装着さ
れたとき、前記筒体７の外層８の軸方向端面に当
接する周縁部が形成されると共にその内側に鋳造
用凹部が形成されている。従つて、湯止め用バン
ド１０，１０が前記金型１１の両端開口に装着さ
れると、前記筒体７の外層８の軸方向両端面が該
バンド１０，１０の周縁部に当接して、該筒体７
が遠心力鋳造用金型１１内に固定される。一方、
進透前層９の軸方向端面と前記凹部底面との間に
鋳造空間１５，１５が形成される。

次に該金型１１をローラー１２，１２で回転さ
せ、内層６を形成するための所期の金属溶湯を、
注湯用樋１３を介して、浸透前層９をおおう様に
注入する。この場合、金属溶湯１４は、遠心力の
作用で浸透前層９に速やかに確実に浸透すると共
に、前記鋳造空間１５，１５を満たす。このた
め、浸透前層９の軸方向両端部も冷却されること
なく確実に浸透される。

尚、複合セラミツクス筒体７は、鋳造に際し、
予め、400〜1000℃に予熱することが望ましい。
この際、予熱による酸化等の変質を防止するため
に、不活性ガス中で予熱することが望ましい。該
予熱は、鋳造により生ずる熱衝撃による該筒体７
の割れ防止及び鋳造後の両者の収縮差による割れ
防止の効果もある。

前記遠心力鋳造の際の金型回転数については、
G_NO.が大きく、鋳込温度が高い方が浸透を助長す
る。一般にG_NO.はG20〜G150程度であるが勿論
G150以上でも浸透を促進するのでよい。特に、
浸透前層９のセラミツクスの粒子が小さく空隙率
が小さい場合、又その層厚が厚い場合は、G_NO.を
大きくすればよい。このように、遠心力鋳造によ
れば、浸透前層９の粒子間空隙の状態に拘わらず
金属を容易に浸透させることができ好適である。

前記金属溶湯としては、所望の機械的性質によ
り、高級鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、鋳鋼等の鉄系金
属やアルミニウム、銅及びこれらの合金等の非鉄
金属を適宜選択することができる。浸透性につい
ていえば、鉄系金属では高級鋳鉄が最良である。

前記内層１４を鋳造した後は、高温の状態下で
型バラシして、保熱炉、熱処理炉等で十分徐冷す
ることが望ましい。

本発明によれば、第５図の如く、鋳造材の鋳込
量を少なくして、セラミツクス外層４と、浸透層
５のみからなる複合材とすることも可能である。
この場合は、既述した第２図の円筒状セラミツク
ス−金属複合材３の内層６を加工により除去して
も得ることができる。

また、第６図に示す如く、空隙率の高い浸透前
層９へは浸透しやすい金属、例えば高級鋳鉄を用
いて、その肉厚丁度にするか、又は少し余分に鋳
造し浸透層５′を形成し、次いでその内側へ強度
の要求される金属、例えば鋳鋼又はアダマイト、
黒鉛鋳鋼等を鋳造した内層６′を形成させれば、
浸透の容易さを損なうことなく強靭な機械的強度
を容易に兼備させることができる。

次に具体的製造実施例を掲げて説明する。

外径φ305×全長400×肉厚50tmmの搬送ロー
ラー材の製造実施例。

外径φ305×全長400で外層10tmm浸透前層
（空隙率５〜50％）5tmmの複合セラミツクス筒
体を準備し、800℃に予熱した後前述した第４
図の如く、遠心力鋳造用金型内へ、耐火物層を
介して、設置した。

金型を回転させ、金型回転をG_NO.で150とし
た。

次に、浸透用金属及び内層金属として、高級
鋳鉄を1380℃で鋳込んだ。

内層の凝固後、高温状態下で金型からセラミ
ツクス−金属複合材を取り出し、型バラシして
保熱炉に入れ、徐冷した。

以上のようにして、前記浸透前層の全域に高
級鋳鉄が完全に浸透したセラミツクス−金属複
合搬送ローラー材を得た。

（発明の効果） 以上説明した通り、本発明の円筒状セラミツク
ス−金属複合材の製造方法によれば、複合セラミ
ツクス筒体の浸透前層に金属溶湯を遠心力鋳造す
るので、該浸透前層のセラミツクス粒子相互間の
空隙の状態に拘わらず確実な浸透が得られる。ま
た、浸透前層の軸方向両端面には鋳造用凹部が形
成された湯止め用バンドの装着によつて鋳造空間
が形成され、この空間にも金属溶湯が遠心力鋳造
されるため、浸透前層の軸方向両端部においても
金属溶湯が確実に浸透し、浸透前層の全域に亘つ
て、金属溶湯が確実容易に浸透され、複合材の品
質向上、製造歩留りの向上に資することができ
る。

また、金属溶湯として浸透性良好な金属溶湯を
用い、該溶湯を浸透前層に遠心力鋳造した後、そ
の内面に異種の金属溶湯を遠心力鋳造するので、
複合材の内層材として浸透性のよくない高靭性鉄
材でも浸透性を損うことなく用いることができ
る。

そして、本発明によつて製造された複合材は、
浸透層中の多孔質セラミツクスからなる浸透前層
は外層の緻密なセラミツクスと連続一体的に焼結
形成されたものであるから、セラミツクスの外層
と金属材の内層との結合状態が強固で剥離の虞れ
がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のセラミツクス−金属複合材の構
造を示す断面図、第２図は本発明を適用した円筒
状セラミツクス−金属複合材の構造を示す断面
図、第３図は本発明に係る複合セラミツクス筒体
の構造を示す断面図、第４図は本発明を実施する
ための遠心力鋳造用金型の一例を示す断面図、第
５図は外層と浸透層のみからなる本発明適用の複
合材の部分断面図、第６図は内層の金属と浸透層
の金属とが異材質である場合の本発明適用の複合
材の構造を示す部分断面図を示す。 ３……円筒状セラミツクス−金属複合材、４…
…外層、５，５′……浸透層、６，６′……内層、
７……複合セラミツクス筒体、８……外層、９…
…浸透前層、１０……湯止め用バンド、１１……
遠心力鋳造用金型、１５……鋳造空間。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 緻密質の外層の内面に多孔質の浸透前層が焼
   結により連続的に形成された複合セラミツクス筒
   体を遠心力鋳造用金型に装入し、該金型の内部側
   の端面に鋳造用凹部が形成された湯止め用バンド
   を前記金型の両端開口に装着し、この装着によつ
   て前記凹部開口の周縁部を外層の軸方向端面に当
   接させて複合セラミツクス筒体を前記金型内に固
   定すると共に浸透前層の軸方向端面と前記凹部底
   面との間に鋳造空間を形成し、次に該鋳造空間及
   び前記浸透前層の焼結粒子空隙に金属溶湯を遠心
   力鋳造することを特徴とする円筒状セラミツクス
   −金属複合材の製造方法。 ２ 緻密質の外層の内面に多孔質の浸透前層が焼
   結により連続的に形成された複合セラミツクス筒
   体を遠心力鋳造用金型に装入し、該金型の内部側
   の端面に鋳造用凹部が形成された湯止め用バンド
   を前記金型の両端開口に装着し、この装着によつ
   て前記凹部開口の周縁部を外層の軸方向端面に当
   接させて複合セラミツクス筒体を前記金型内に固
   定すると共に浸透前層の軸方向端面と前記凹部底
   面との間に鋳造空間を形成し、次に該鋳造空間及
   び前記浸透前層の焼結粒子空隙に浸透性良好な金
   属溶湯を遠心力鋳造した後、その内面に異種の金
   属溶湯を遠心力鋳造することを特徴とする円筒状
   セラミツクス−金属複合材の製造方法。