JPH01172536A - 断熱、耐熱性セラミックス多孔体複合金属材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はセラミックス多孔体複合金属材料に関する。

［従来の技術・発明が解決しようとする問題点］近時、
ターボ、スーパーチャージャーなどの装着や、ディーゼ
ルエンジンの低容量高出力化などによりガソリンエンジ
ン、ディーゼルエンジンともにピストンへの熱負荷か高
まってきている。それに伴ない、ピストンリング溝の摩
耗やダレ、さらにクラウン部の耐熱性などの対策が必要
となっている。

従来アルミニウム合金製ピストンのばあい、ピストンリ
ング溝の耐摩耗性、およびクラウン部の耐熱性を向上さ
せる手段としては陽極酸化処理が採られており、最近で
は炭化ケイ素ウィスカーを分散させたアルミニウム複合
材料を使用することも提案されている。

しかし前者においては耐摩耗性には効果があるが耐熱性
が充分でなく、後者においては炭化ケイ素ウィスカーが
非常に高価であるためコスト的に問題がある。ピストン
リング溝の摩耗は、その部分が高温になることにより促
進されるため、頂部の燃焼熱を断熱することにより耐摩
耗性は向上する。

本発明は前記の点に鑑みて、断熱、耐熱性がすぐれ、と
くにエンジンのピストンなどに好適に使用される腹合材
料を安価に提供することを目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、セラミックス多孔体の孔中に金属が充填され
てなる断熱、耐熱性セラミックス多孔体複合金属材料に
関する。

［作　用］ 断熱、耐熱性のすぐれたセラミックス多孔体と金属との
複合材料であるため、断熱、耐熱性がすぐれている。し
かもピストンに適用するばあいセラミックス多孔体の連
続孔に金属製ピストン本体の金属が連続相として充填さ
れた形態で両者を一体化できるため、セラミックスと金
属との接合強度が大きい。

［実施例］ つぎに本発明の複合材料をエンジンのピストンに適用し
たばあいについて説明するが、これに限定されるもので
はなく、たとえばシリンダ、シリンダヘッド、ロッカー
アームなどにも適用しうるちのである。

第１図は本発明のピストンの一実施例を示す断面図であ
る。

第１図において、（１）はピストン本体、（２）はその
クラウン部、（３）はリング溝部、（４）はスカート部
、（５）はピストンピンボス、（６）はピストンピン孔
である。リング溝部（３）には複数個の環状溝が設けら
れており、これらにコンプレッションリング、オイルリ
ングなどのピストンリングが装着される。

本体（１）はアルミニウム合金などの金属製である。ク
ラウン部（２）はその外周部を除いてセラミックス多孔
体Ｏ○）から構成され、多孔体００）の孔（ＩＩ）中に
本体（１）の金属が充填され、多孔体Ｏ０と本体（１）
が複合一体化されている。

金属と複合化されたセラミックス多孔体（１０）の厚さ
が大きいほど断熱性は良好となるが、ピストン形状や用
いるセラミックス多孔体の材質などを考慮して要求され
る断熱性レベルになるように選択すればよい。通常は５
　＋ｎＩｍ程度以上の厚さが好ましい。多孔体００）の
厚さが５　ｍｍ未満では断熱性が充分でなく、結果とし
てクラウン部全体の耐熱性が低下する。

前記のピストンはつぎのようにして製造される。

まずセラミックス多孔体００を製造する。

このものは泥漿鋳込み成形法に阜じた方法により製造可
能で、たとえばつぎに述べるように製造できるが、これ
に限定されるものではない。

セラミックスの泥漿鋳込み成形法は、セラミックス原料
、バインダー類および水などの媒体からなる泥漿を石コ
ウ型などの吸収性成形型に注入し、水分を成形型に吸収
させて所望の成形体をうるちのである。

第２図に示されるごとく、石コウ板製の底板（２１）と
外ワクのとからなる型■に後に加熱により分解除去しう
る有機連続多孔体のを収め、そのうえから泥漿（２４を
注ぐ。このばあい型を密閉型とし、泥漿（２１１を加圧
下に注入するようにしてもよい。そうすると泥漿は有機
連続多孔体のの連続孔中に侵入し、水分は石コウ板に吸
収される。

水分が吸収されたのち、外ワクを外し、多孔体力と一体
となっている成形体を取出し、低温（たとえば４５０〜
６００°Ｃ）で加熱して多孔体のを分解除去したのち高
温で焼成するか、あるいは直接焼成して多孔体力の分解
除去と焼結を同時に行なうことによって、第３図に示さ
れるごときセラミックス多孔体（至）かえられる。

有機連続多孔体のとしては加熱により分解除去しうるち
のであればとくに制限されないが、５００°Ｃ程度の低
温で容易に分解除去しつる点から、樹脂発泡体、とくに
ポリウレタン発泡体が好ましく用いられる。

つぎに第４図に示されるごとく、セラミックス多孔体（
１０）を、外型（３１）と内型（３２）とからなる成形
型（３１）に収め、溶湯鍛造する。すなわち、ピストン
本体（１）となるアルミニウム合金の溶湯（３５）を外
型（３１）と内型（３２）との間に注ぎ、リング体（３
３）を介してプレス（３４）で加圧することによって溶
湯（３５）を多孔体００）の空孔（１１１内に充填せし
め、ついで冷却後型（刀から取出す。

かくして、第１図に示されるピストンかえられる。

セラミックス原料としては、アルミナ、シリカ、ジルコ
ニアなどの各種酸化物、チッ化ケイ素などのチッ化物、
ホウ化ジルコニウムなどのホウ化物、炭化ケイ素などの
炭化物などから適宜選択使用され、泥漿の調製に用いる
バインダー剤、分散剤なども従来のものがいずれも使用
される。

本発明に用いるセラミックス原料としては前記酸化物系
原料と非酸化物系原料との混合物が、原料費の低減、易
焼結化、多孔体単体の強度および複合材料の高温強度の
向上などの点から好ましく用いられる。なかでも、アル
ミナ、シリカ、ジルコニアなどの酸化物系原料とチッ化
ケイ素、炭化ケイ素、サイアロンなどのいわゆるエンジ
ニアリングセラミックス原料との混合物がコスト面およ
び強度面から有利である。酸化物系原料と非酸化物系原
料との使用割合は重量比で７０〜９５：５〜３０の範囲
が好ましい。

セラミックス多孔体（１０）の空隙率（容積％）が低す
ぎると金属の侵入量が少なすぎ、空隙率が高すぎるとセ
ラミックス量が少なすぎ、いずれのばあいも良好な調合
効果かえられがたい。この観点からセラミックス多孔体
Ｏ０の空隙率は５０〜９８％の範囲が好ましい。

またセラミックス多孔体（１０１におけるセラミックス
骨骸構造およびそこに侵入して形成された金属の骨骸構
造に共に充分な強度を具備せしめる点から、多孔体ＱＯ
Ｉの連続孔０１）の平均孔径は０、Ｏ１〜５　ｍｍ＋程
度が好ましい。

ピストン本体（１）の金属としては通常アルミニウム合
金が使用されるが、銅や鉄系のものも使用できる。

前記においては、ピストンのクラウン部を複合化するば
あいについて述べたが、ピストンリング溝部も複合化す
るようにしてもよい。

つぎに実施例をあげて本発明を説明する。

実施例 第２図に示される石コウ型の底部に厚さ１２市のポリウ
レタン連続発泡体（空隙率９０％、平均孔径０．５ｍｍ
）を収容し、その上からっぎの組成の鋳込み用泥漿を注
いだ。

成　　分　　　　　　　　　　　　　　　　　重量部ム
ライト（３＃２０３　　・　２Ｓｉ０２）　　　　　　
　８ＢｊＣＩ３ ポリビニルアルコール　　　　　　　　　０．５セルナ
Ｄ−７３５（中東油脂■製分散剤）０．５水　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　６０３
０分間放置後、成形体を脱型し、焼成炉に入れて５００
℃で６０分間加熱してポリウレタン連続発泡体を分解除
去し、ついで大気中にて１，２００℃で６０分間加熱し
て焼結した。かくして厚さ１０ｍｌ１１のセラミックス
多孔体（空隙率８０％、平均孔径０．３＋ａｍ）をえた
。

かくしてえられたセラミックス多孔体を、第４図に示す
ごとき成形型に収め、内型と外型の間にアルミニウム合
金（Ｓｉ：１２　％、Ｆｃ：０．８％、Ｃｕ：０．８％
、Ｍｇ：０．７％、残部Ｍ）の溶湯を注ぎ、プレスてり
、０００ｋｇ／ａＩｉの圧力下に１分間加圧し、冷却後
型から取出し、第１図に示されるごときピストンをえた
。クラウン部外周部の金属層の厚さは　０．５順とした
。

えられたピストンについて、熱的特性試験および断熱性
試験を行なった。

断熱性試験は、ピストンのクラウン部を加熱炉内に挿入
し、クラウン部以外は炉外にあるようにセットシ、炉内
のクラウン部の表面と炉外のクラウン部の裏面に熱雷対
を取付け、炉内温度をあげながら、前記表面温度と裏面
温度を測定し、その差（△Ｔ）を求めた。

なお、比較のために陽極酸化処理したアルミニウム合金
ピストンについても前記と同様に試験を行なった。

前記試験の結果を第１表および第２表に示す。

第　　１　　表 第２表 第１〜２表のデータから明らかなごとく、本発明の複合
材料をピストンクラウン部に適用したばあい、その低熱
伝導性、すぐれた断熱性により、ピストンリング溝部の
温度が従来例より低くなるので、ピストンリング溝部の
耐摩耗性が向上される。

［発明の効果］ 本発明の複合材料をピストンのクラウン部に適用したば
あい、そのすぐれた断熱、耐熱性により、エンジン出力
の向上、ピストンリング溝部の耐摩耗性の向上などが図
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の複合材料をピストンに適用したばあい
の一例を示す１折面図、第２〜４図は前記のピストンの
製造法を工程順に示す説明図である。 （図面の主要符号） （１）：ピストン本体 （２）：クラウン部 ｆｌｏ）　、セラミックス多孔体 旧）：連続孔 第１　臣 才３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　セラミックス多孔体の孔中に金属が充填されてなる
   断熱、耐熱性セラミックス多孔体複合金属材料。