JPH0157989B2 - - Google Patents
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- JPH0157989B2 JPH0157989B2 JP13361984A JP13361984A JPH0157989B2 JP H0157989 B2 JPH0157989 B2 JP H0157989B2 JP 13361984 A JP13361984 A JP 13361984A JP 13361984 A JP13361984 A JP 13361984A JP H0157989 B2 JPH0157989 B2 JP H0157989B2
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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- B22D13/00—Centrifugal casting; Casting by using centrifugal force
- B22D13/04—Centrifugal casting; Casting by using centrifugal force of shallow solid or hollow bodies, e.g. wheels or rings, in moulds rotating around their axis of symmetry
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
〈産業上の利用分野〉
本発明は、多孔質のセラミツクス成型体の気孔
中に所望の金属が完全に浸透されたセラミツクス
−金属複合体を製造する方法に関する。 〈従来の技術〉 耐摩耗ローラや断熱ローラの胴部外殻材とし
て、金属酸化物、ケイ化物、窒化物、金属炭化
物、ホウ化物等の粒子（以下、セラミツクス粒子
と称す。）と金属との複合体が用いられており、
その製造法として、セラミツクス粒子を金属溶湯
中に投入、撹拌することにより均一分散化を計か
り、その後成形凝固させる方法や、容器内に粉末
を充填しておきそれに金属溶湯を圧入する方法等
を挙げることができる。 しかし、大型の製品や円筒状の複合体を工業的
に得るのに適していないばかりか、セラミツクス
粒子の稠密度が低く耐摩耗性や耐熱性にも劣ると
いう欠点があつた。 〈問題を解決するための手段〉 本発明は以上の点に鑑みなされたもので、その
目的とするところは、耐摩耗ローラや断熱ローラ
の胴部外殻材として使用されるセラミツクス−金
属複合体を工業的高生産性の下で製造すると共
に、セラミツクス粒子の充填率が高く耐摩耗性や
断熱性の優れた複合体の製造法を提供するにあ
り、その技術的手段は遠心力鋳造用金型内に、気
孔率15〜50％の多孔質の円筒状セラミツクス成型
体を装着し、該成型体をGNO.で200以上に回転し
た後、前記成型体の内面に金属溶湯を注湯し、該
成型体の気孔中に前記溶湯を完全に浸透させるも
のである。 〈作用〉 上記手段によれば、気孔率が15〜50％である低
気孔率のセラミツクス成型体であつても、該成型
体をGNO.で200以上に回転させて、所望の金属を
遠心力鋳造するから、該溶湯金属を容易かつ完全
に前記成型体の気孔中に浸透させることができ、
耐摩耗性、耐熱性に優れかつ強度性にも優れたセ
ラミツクス−金属複合体を容易に得ることができ
る。また、注湯すべき溶湯量を適宜増量するだけ
で、前記成型体の気孔に金属が浸透した浸透層の
内面に、鋳造金属からなる内層を容易に形成せし
めることができる。 〈実施例〉 次に図面を参照して本発明の実施例につき詳述
する。 先ず、本発明の製造目的とするセラミツクス−
金属複合体について説明する。 第１図において、セラミツクス−金属複合体１
は、多孔質の円筒状セラミツクス成型体２に所望
の金属が浸透した浸透層３と、該浸透層３の内面
に形成された内層４とから構成される。内層４の
鋳造金属は、浸透層３の浸透金属と治的に一体鋳
造されており、又、内層４が形成されていない場
合もある。 セラミツクス成型体２は、セラミツクス粒子の
焼成により形成され、その材質はAl2O3、ZrO2、
BeO、TiC、SiC、TiN、Si3N4等の酸化物、ケ
イ化物、窒化物、金属炭化物、ホウ化物が用いら
れる。また、これらのセラミツクス材は、目的の
耐摩耗性、断熱性（熱伝導率）、金属とのぬれ性、
熱膨張係数、強度等を考慮して選択される。 セラミツクス成型体２の気孔率は、15〜50％と
する。気孔率については、０％に近いほどセラミ
ツクス本来の耐摩耗性、断熱性の特性が失なわれ
ず良好であるが、セラミツクスと金属との複合体
を形成するためには、セラミツクスの気孔中に金
属を浸透させるために、最小限の気孔率を有する
ことが必要になる。気孔率が15％未満のときは、
セラミツクス粒子を小さくすることが必要で、こ
のため必然的に気孔も小さくなり金属溶湯の十分
な浸透が得られ難く、金属の侵入しない独立気孔
が生じることになり、斯かる部分は脆く品質上の
欠陥となる。一方、50％を越えると、セラミツク
ス粒子面積が少なく、本来の耐摩耗性、断熱性の
特性が著しく低下する。 また、セラミツクス成型体２の肉厚は、製品の
直径にもよるが２mmから30mm程度が好ましい。２
mm未満では断熱効果が少なくかつ強度が不足し取
り扱い上難があり、一方30mmを越えると、溶湯金
属が全範囲に亘り浸透し難いからである。 このような多孔質セラミツクス成型体２の成形
方法には、50μｍ〜1.5mmのセラミツクス粒子に熱
可塑性結合剤を混合し、成型、焼成する方法、又
は、所望の形状に成形されたウレタンフオームに
泥状のセラミツクスの微粒子を吸着させ、セラミ
ツクス粒子を焼成すると共にフオームを消失させ
る方法等がある。 セラミツクス成型体２に浸透し、また内層４を
形成する金属材質としては、用途により選択され
るが、一般には高級鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、鋳
鋼、その他合金鋳造材、非鉄金属鋳造材が挙げら
れる。この中で、高級鋳鉄は、セラミツクス成型
体への浸透が良好である。 次に、叙上のセラミツクス−金属複合体の製造
法について詳述する。 第２図に示すように、竪型遠心力鋳造用金型５
内に、セラミツクス成型体２を石綿等の断熱材６
を介して装着し、その上端をバンド７で固定した
後、所期の回転の下で、前記成型体２の気孔中に
浸透させると共に内層４を形成させるべき金属溶
湯を注湯樋８によつて金型内へ注湯する。同図
中、９は回転台、１０は金型の砂型底面である。 第２図では遠心力鋳造手段として竪型遠心力鋳
造の例を示したが、本法は竪型に限らず、水平
型、傾斜型等自由に適用できる。尤も、気孔率の
少ないセラミツクス成形体２に金属溶湯を完全に
浸透させるには、後述するように遠心力を大きく
作用させる必要があるが、安全性が十分確保され
かつ高速回転が得られ易く、経済的な面からする
と竪型遠心力鋳造法が好適である。 セラミツクス成形体２の金型５への装着に際し
ては、石綿等の断熱材６を介するのがよい。この
ようにすると、セラミツクス成形体２と金型５の
ガタツキをなくしかつ空気の流通があるため、セ
ラミツクス内面に注入された溶湯が容易に外表面
に浸透しやすいからである。 断熱材６を介して金型５に装着されたセラミツ
クス成型体２は、GNO.で200以上に回転される。
GNO.は一般に GNO.＝D.N2／179000 但し、 Ｎ：回転数（rpm） Ｄ：成型体の外径（cm） で示され、GNO.が大きくなる程大きな遠心力が作
用する。GNO.が200未満のときは、成型体２の気
孔率が50％以下になると、金属溶湯は、成型体２
の全体に亘り完全に浸透するのが困難になり、独
立気孔が多数存在し、その部分の強度が劣ること
になる。 叙上の如く高速回転されたセラミツクス成型体
２内への金属溶湯の注湯に際しては、該成型体２
を予め400〜1200℃に予熱することが望ましい。
斯かる予熱は金属溶湯の浸透を容易にし、かつ鋳
造による熱衝撃により成型体２に割れが生じるの
を防止し、また鋳造後の両者の収縮差による割れ
防止にも効果がある。 次に、上記予熱されたセラミツクス成型体２内
へ所望の金属溶湯が注湯されるが、セラミツクス
−金属複合体１が得られるが、注湯量を適宜増量
するだけで、内層４厚さを自由に形成できる。即
ち、成型体２に浸透するだけの溶湯量を注湯すれ
ば、該内層４は生じないし、それより多く溶湯す
れば所望の肉厚の内層４が形成される。該内層４
は、機械加工により容易に高精度の軸穴を形成で
きる等、ローラーへの適用に当つては好適であ
る。 次に、具体的製造実施例を掲げて説明する。 外径φ250×内径φ200mm、長さ200mmlの断熱・
耐摩耗ローラ用外殻の製造実施例。 (1) 外径φ250×内径φ200mm、長さ200mmlであつ
て、第１表に示す気孔率のAl2O3のセラミツク
ス成型体を、第２図の如く、竪型遠心力鋳造用
金型内に同心状にセツトした。このとき、金型
は、内径φ280×長さ200mmlであり、金型内面と
成型体外面との間に石綿が充填された。 (2) これを、竪型遠心力鋳造機にセツトし、第１
表に示すGNO.で回転させ、注湯前までガスバー
ナーで赤熱状態までセラミツクス成型体を予熱
した。
中に所望の金属が完全に浸透されたセラミツクス
−金属複合体を製造する方法に関する。 〈従来の技術〉 耐摩耗ローラや断熱ローラの胴部外殻材とし
て、金属酸化物、ケイ化物、窒化物、金属炭化
物、ホウ化物等の粒子（以下、セラミツクス粒子
と称す。）と金属との複合体が用いられており、
その製造法として、セラミツクス粒子を金属溶湯
中に投入、撹拌することにより均一分散化を計か
り、その後成形凝固させる方法や、容器内に粉末
を充填しておきそれに金属溶湯を圧入する方法等
を挙げることができる。 しかし、大型の製品や円筒状の複合体を工業的
に得るのに適していないばかりか、セラミツクス
粒子の稠密度が低く耐摩耗性や耐熱性にも劣ると
いう欠点があつた。 〈問題を解決するための手段〉 本発明は以上の点に鑑みなされたもので、その
目的とするところは、耐摩耗ローラや断熱ローラ
の胴部外殻材として使用されるセラミツクス−金
属複合体を工業的高生産性の下で製造すると共
に、セラミツクス粒子の充填率が高く耐摩耗性や
断熱性の優れた複合体の製造法を提供するにあ
り、その技術的手段は遠心力鋳造用金型内に、気
孔率15〜50％の多孔質の円筒状セラミツクス成型
体を装着し、該成型体をGNO.で200以上に回転し
た後、前記成型体の内面に金属溶湯を注湯し、該
成型体の気孔中に前記溶湯を完全に浸透させるも
のである。 〈作用〉 上記手段によれば、気孔率が15〜50％である低
気孔率のセラミツクス成型体であつても、該成型
体をGNO.で200以上に回転させて、所望の金属を
遠心力鋳造するから、該溶湯金属を容易かつ完全
に前記成型体の気孔中に浸透させることができ、
耐摩耗性、耐熱性に優れかつ強度性にも優れたセ
ラミツクス−金属複合体を容易に得ることができ
る。また、注湯すべき溶湯量を適宜増量するだけ
で、前記成型体の気孔に金属が浸透した浸透層の
内面に、鋳造金属からなる内層を容易に形成せし
めることができる。 〈実施例〉 次に図面を参照して本発明の実施例につき詳述
する。 先ず、本発明の製造目的とするセラミツクス−
金属複合体について説明する。 第１図において、セラミツクス−金属複合体１
は、多孔質の円筒状セラミツクス成型体２に所望
の金属が浸透した浸透層３と、該浸透層３の内面
に形成された内層４とから構成される。内層４の
鋳造金属は、浸透層３の浸透金属と治的に一体鋳
造されており、又、内層４が形成されていない場
合もある。 セラミツクス成型体２は、セラミツクス粒子の
焼成により形成され、その材質はAl2O3、ZrO2、
BeO、TiC、SiC、TiN、Si3N4等の酸化物、ケ
イ化物、窒化物、金属炭化物、ホウ化物が用いら
れる。また、これらのセラミツクス材は、目的の
耐摩耗性、断熱性（熱伝導率）、金属とのぬれ性、
熱膨張係数、強度等を考慮して選択される。 セラミツクス成型体２の気孔率は、15〜50％と
する。気孔率については、０％に近いほどセラミ
ツクス本来の耐摩耗性、断熱性の特性が失なわれ
ず良好であるが、セラミツクスと金属との複合体
を形成するためには、セラミツクスの気孔中に金
属を浸透させるために、最小限の気孔率を有する
ことが必要になる。気孔率が15％未満のときは、
セラミツクス粒子を小さくすることが必要で、こ
のため必然的に気孔も小さくなり金属溶湯の十分
な浸透が得られ難く、金属の侵入しない独立気孔
が生じることになり、斯かる部分は脆く品質上の
欠陥となる。一方、50％を越えると、セラミツク
ス粒子面積が少なく、本来の耐摩耗性、断熱性の
特性が著しく低下する。 また、セラミツクス成型体２の肉厚は、製品の
直径にもよるが２mmから30mm程度が好ましい。２
mm未満では断熱効果が少なくかつ強度が不足し取
り扱い上難があり、一方30mmを越えると、溶湯金
属が全範囲に亘り浸透し難いからである。 このような多孔質セラミツクス成型体２の成形
方法には、50μｍ〜1.5mmのセラミツクス粒子に熱
可塑性結合剤を混合し、成型、焼成する方法、又
は、所望の形状に成形されたウレタンフオームに
泥状のセラミツクスの微粒子を吸着させ、セラミ
ツクス粒子を焼成すると共にフオームを消失させ
る方法等がある。 セラミツクス成型体２に浸透し、また内層４を
形成する金属材質としては、用途により選択され
るが、一般には高級鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、鋳
鋼、その他合金鋳造材、非鉄金属鋳造材が挙げら
れる。この中で、高級鋳鉄は、セラミツクス成型
体への浸透が良好である。 次に、叙上のセラミツクス−金属複合体の製造
法について詳述する。 第２図に示すように、竪型遠心力鋳造用金型５
内に、セラミツクス成型体２を石綿等の断熱材６
を介して装着し、その上端をバンド７で固定した
後、所期の回転の下で、前記成型体２の気孔中に
浸透させると共に内層４を形成させるべき金属溶
湯を注湯樋８によつて金型内へ注湯する。同図
中、９は回転台、１０は金型の砂型底面である。 第２図では遠心力鋳造手段として竪型遠心力鋳
造の例を示したが、本法は竪型に限らず、水平
型、傾斜型等自由に適用できる。尤も、気孔率の
少ないセラミツクス成形体２に金属溶湯を完全に
浸透させるには、後述するように遠心力を大きく
作用させる必要があるが、安全性が十分確保され
かつ高速回転が得られ易く、経済的な面からする
と竪型遠心力鋳造法が好適である。 セラミツクス成形体２の金型５への装着に際し
ては、石綿等の断熱材６を介するのがよい。この
ようにすると、セラミツクス成形体２と金型５の
ガタツキをなくしかつ空気の流通があるため、セ
ラミツクス内面に注入された溶湯が容易に外表面
に浸透しやすいからである。 断熱材６を介して金型５に装着されたセラミツ
クス成型体２は、GNO.で200以上に回転される。
GNO.は一般に GNO.＝D.N2／179000 但し、 Ｎ：回転数（rpm） Ｄ：成型体の外径（cm） で示され、GNO.が大きくなる程大きな遠心力が作
用する。GNO.が200未満のときは、成型体２の気
孔率が50％以下になると、金属溶湯は、成型体２
の全体に亘り完全に浸透するのが困難になり、独
立気孔が多数存在し、その部分の強度が劣ること
になる。 叙上の如く高速回転されたセラミツクス成型体
２内への金属溶湯の注湯に際しては、該成型体２
を予め400〜1200℃に予熱することが望ましい。
斯かる予熱は金属溶湯の浸透を容易にし、かつ鋳
造による熱衝撃により成型体２に割れが生じるの
を防止し、また鋳造後の両者の収縮差による割れ
防止にも効果がある。 次に、上記予熱されたセラミツクス成型体２内
へ所望の金属溶湯が注湯されるが、セラミツクス
−金属複合体１が得られるが、注湯量を適宜増量
するだけで、内層４厚さを自由に形成できる。即
ち、成型体２に浸透するだけの溶湯量を注湯すれ
ば、該内層４は生じないし、それより多く溶湯す
れば所望の肉厚の内層４が形成される。該内層４
は、機械加工により容易に高精度の軸穴を形成で
きる等、ローラーへの適用に当つては好適であ
る。 次に、具体的製造実施例を掲げて説明する。 外径φ250×内径φ200mm、長さ200mmlの断熱・
耐摩耗ローラ用外殻の製造実施例。 (1) 外径φ250×内径φ200mm、長さ200mmlであつ
て、第１表に示す気孔率のAl2O3のセラミツク
ス成型体を、第２図の如く、竪型遠心力鋳造用
金型内に同心状にセツトした。このとき、金型
は、内径φ280×長さ200mmlであり、金型内面と
成型体外面との間に石綿が充填された。 (2) これを、竪型遠心力鋳造機にセツトし、第１
表に示すGNO.で回転させ、注湯前までガスバー
ナーで赤熱状態までセラミツクス成型体を予熱
した。
【表】
(3) 高級鋳鉄30Kgを1500℃の温度で注湯し、凝固
完了後、高温で型バラシして、熱処理炉にて徐
冷した。 (4) この結果、実施例１及び２ともセラミツクス
成型体の外面まで高級鋳鉄層が形成されてお
り、セラミツクス成型体全体に溶湯が浸透し、
完全なるAl2O3−高級鋳鉄の複合体が得られ
た。尚、前記成型体の外面に形成された鋳鉄層
は、機械加工により除去した。 実施例２につき、その横断面における金属組
織顕微鏡写真（×50）を第３図に示す。該組織
写真より鋳鉄金属がセラミツクス成型体の気孔
に完全に充填されているのが確認される。 〈発明の効果〉 以上述べたように、本発明によれば、気孔率が
15〜50％のセラミツクス成型体を用いて、所望の
金属溶湯を前記成型体にGNO.200以上で遠心力鋳
造するから、セラミツクスを体積割合で50％を越
えて含有するが故に耐摩耗性、耐熱性に極めて優
れ、しかも鋳造金属の未浸透部が皆無の高品質の
セラミツクス−金属複合体を容易かつ工業的に得
ることができる。このように、本発明は、セラミ
ツクス−金属複合体の製造方法として工業的価値
は著大である。
完了後、高温で型バラシして、熱処理炉にて徐
冷した。 (4) この結果、実施例１及び２ともセラミツクス
成型体の外面まで高級鋳鉄層が形成されてお
り、セラミツクス成型体全体に溶湯が浸透し、
完全なるAl2O3−高級鋳鉄の複合体が得られ
た。尚、前記成型体の外面に形成された鋳鉄層
は、機械加工により除去した。 実施例２につき、その横断面における金属組
織顕微鏡写真（×50）を第３図に示す。該組織
写真より鋳鉄金属がセラミツクス成型体の気孔
に完全に充填されているのが確認される。 〈発明の効果〉 以上述べたように、本発明によれば、気孔率が
15〜50％のセラミツクス成型体を用いて、所望の
金属溶湯を前記成型体にGNO.200以上で遠心力鋳
造するから、セラミツクスを体積割合で50％を越
えて含有するが故に耐摩耗性、耐熱性に極めて優
れ、しかも鋳造金属の未浸透部が皆無の高品質の
セラミツクス−金属複合体を容易かつ工業的に得
ることができる。このように、本発明は、セラミ
ツクス−金属複合体の製造方法として工業的価値
は著大である。
第１図は、本発明の製造法の目的とするセラミ
ツクス−金属複合体及び該複合体の金属浸透前の
状態を示すセラミツクス成型体の縦断面図、第２
図は、竪型遠心力鋳造法によるセラミツクス−金
属複合体の製造過程における竪型遠心力鋳造機の
概略要部断面図、第３図は、本発明実施例のセラ
ミツクス−金属複合体の金属組織顕微鏡写真（50
倍）を示す。 １……セラミツクス−金属複合体、２……セラ
ミツクス成型体、３……浸透層、４……内層、５
……遠心力鋳造用金型、７……バンド、８……注
湯樋。
ツクス−金属複合体及び該複合体の金属浸透前の
状態を示すセラミツクス成型体の縦断面図、第２
図は、竪型遠心力鋳造法によるセラミツクス−金
属複合体の製造過程における竪型遠心力鋳造機の
概略要部断面図、第３図は、本発明実施例のセラ
ミツクス−金属複合体の金属組織顕微鏡写真（50
倍）を示す。 １……セラミツクス−金属複合体、２……セラ
ミツクス成型体、３……浸透層、４……内層、５
……遠心力鋳造用金型、７……バンド、８……注
湯樋。
Claims (1)
- １ 遠心力鋳造用金型内に、気孔率15〜50％の多
孔質の円筒状セラミツクス成型体を装着し、該成
型体をGNO.で200以上に回転した後、前記成型体
の内面に金属溶湯を注湯し、該成型体の気孔中に
前記溶湯を完全に浸透させることを特徴とするセ
ラミツクス−金属複合体の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13361984A JPS6114064A (ja) | 1984-06-27 | 1984-06-27 | セラミツクス−金属複合体の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13361984A JPS6114064A (ja) | 1984-06-27 | 1984-06-27 | セラミツクス−金属複合体の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6114064A JPS6114064A (ja) | 1986-01-22 |
| JPH0157989B2 true JPH0157989B2 (ja) | 1989-12-08 |
Family
ID=15109050
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13361984A Granted JPS6114064A (ja) | 1984-06-27 | 1984-06-27 | セラミツクス−金属複合体の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6114064A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6316543U (ja) * | 1986-03-28 | 1988-02-03 | ||
| DE68909522T2 (de) * | 1988-07-05 | 1994-02-24 | Shell Int Research | Metall-Matrix-Verbundschleudergiessen. |
| JPH0710548A (ja) * | 1993-06-18 | 1995-01-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | フッ化物ガラスの製造方法 |
| CN108571443A (zh) * | 2018-04-11 | 2018-09-25 | 合肥工业大学 | 一种双骨架结合的金属-陶瓷复合缸套及其制造方法 |
| CN111283176B (zh) * | 2020-03-16 | 2021-12-07 | 昆明理工大学 | 一种挤压辊的制备方法 |
-
1984
- 1984-06-27 JP JP13361984A patent/JPS6114064A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6114064A (ja) | 1986-01-22 |
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