JPH02199082A

JPH02199082A - 部分強化セラミック部材およびその製造方法

Info

Publication number: JPH02199082A
Application number: JP1018916A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Ushio; 牛尾　英明; Seiji Nishimoto; 清治西本
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1989-01-28
Filing date: 1989-01-28
Publication date: 1990-08-07

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】Ａ１発明の目的（１）　　産業上の利用分野本発明は、高強度を要求される部位を備えた部分強化セ
ラミック部材およびその製造方法に関する。

（２）従来の技術従来、この種セラミック部材として、前記部位に、無機
繊維よりなる緩衝部材を巻着したものが知られている。

（３）発明が解決しようとする課題しかしながら前記のように構成すると、前記部位の形状
、特に曲率半径の小さい円弧形状によっては、緩衝部材
を巻着することができない場合があり、したがって形状
に伴う強化上の制約が大きく、また緩衝部材の耐久性劣
化の問題もある。その上、セラミック部材を鋳造体に鋳
ぐるむ場合、緩衝部材に対する溶湯の充填が十分に行わ
れないことがあり、その結果、鋳造品質にばらつきを生
じるといった問題もある。

本発明は前記問題を解決し得る前記部分強化セラミック
部材およびその製造方法を捷供することを目的とする。

Ｂ１発明の構成（１）　　課題を解決するための手段本発明に係る部分強化セラミック部材は、高強度を要求
される部位を、該部位の組織を微細化して強化したこと
を特徴とする。

また本発明に係る部分強化セラミック部材は、高強度を
要求される部位を、該部位の粒界に金属酸化物を分散さ
せて強化したことを特徴とする。

本発明は、高強度を要求される部位を強化した部分強化
セラミック部材を製造するに当り、前記部位を有するセ
ラミック素材を、製造し、次いで前記セラミック素材の
前記部位に、該部位のセラミック成分に拡散する金属酸
化物として、５ｉＯ１、Ｚｒ０ｚ　、ＭｇＯ１Ｆ　ｅ　
ｔ　Ｏｓ　、Ｓ　ｎ０２から選択される少なくとも一種
を含む溶液を塗布し、その後前記セラミック素材に拡散
化処理を施すことを特徴とする。

（２）作　用前記部分強化セラミック部材において、高強度を要求さ
れる部位は、その部材製造過程で確実に強化され、また
前記部位の形状に伴う強化上の制約は大幅に緩和される
。その上、前記部材を鋳造体に鋳ぐるんだ場合、前記部
位の一定した強化能により鋳造品質のば°らつきが解消
される。

前記製造方法によれば、Ｓｉｎ、等の金属酸化物をセラ
ミック成分に拡散させて前記部位を、組織の微細化およ
び／または粒界における金属酸化物の分散により強化し
た部分強化セラミック部材が容易に、且つ安定して得ら
れる。

（３）実施例第１．第２図において、エンジン用シリンダへラド１は
、多岐管形吸気ポート、図示例では１個の入口２および
２個の出口３を有する二股管形吸気ポート４と、多岐管
形排気ポート、図示例では２個の入口５および１個の出
口６を有する二股管形排気ポート７とを備え、アルミニ
ウム合金製シリンダヘッド本体８と、そのシリンダヘッ
ド本体８鋳造時シリンダヘッド本体８に鋳ぐるまれだ部
分強化セラミック部材としての、排気ポート７を形成す
る多岐管形、図示例では二股管形ライナ９とを有する。

第２〜第６Ａ図において、ライナ９は、セラミック原料
としてアルミナチタネート（ＡｌｚＯｓ・ＴｊＯ□）を
用いて構成され、中空の集合体ｌＯと、その集合体ｌＯ
に集合する第１．第・２筒体１１＋、ｌｌｚ　とを有す
る。１２はバルブステム挿通用孔部である。

アルミナチタネートは、比較的小さな三点曲げ破断応力
σ８と、比較的低いヤング率Ｅを有し、その上、熱膨張
係数および熱伝導率が小さく、さらに優れた耐熱衝撃性
を有する。

下表はアルミナチタネートの各種物性を示す。

この場合、鋳造後におけるシリンダヘッド本体８の残留
応力を緩和するためには、ライナ９は所定の破断歪、即
ちσ、／Ｅ≧４ＸｌＯ−’を持ち、且つヤング率Ｅ≦１
０００　ｋｇ／ｍ”　、好ましくはＥ≦１５０　ｋｇ７
ａｍ”であることが望ましい。

ライナ９の分岐領域Ｒにおいて、集合体ｌＯの周壁端部
は第４図に示すように両筒体１１１，１１ｔの延出方向
に向い先細りに形成され、したがって集合体１００周壁
には第５図に明示するように一対の凹所１３ｔが相対向
して形成される。

また分岐領域Ｒにおいて、両筒体１１．．Ｉｔ２基端に
存する周壁には第６図に示すように凹所ｉＬが形成され
る。

このような形状を有するライナ９をシリンダヘッド本体
８に鋳ぐるんだ場合、第５Ａ、第６Ａ図に示すように、
ライナ９外表面には湯圧およびシリンダヘッド本体８の
凝固収縮に伴い圧縮応力Ｓ、が作用し、それに起因して
両凹所１３１，１３２における排気ポート７に臨む内壁
部ａ１ｇａ！には引張り応力Ｓ、が作用することになる
。

このような引張り応力Ｓ２は、両凹所１３．。

１３□の内壁部ａＩ＋”！にクラックを発生させる原因
となるので、それら内壁部ａ　＋　＋　　ａ　＊には高
強度を持つことが要求される。

この要求に応じるため、本発明においては、両凹所１３
．，１３．は次のように構成される。

第５Ａ、第６Ａ図に明示するように、両凹所１３１．１
３□において、排気ポート７に臨む内壁部ａｌ＋８２は
、組織の微細化および／または粒界における金属酸化物
の分散といった手段を採用することにより強化されてい
る。この場合、外壁部す、、ｂ、の組織は、両凹所１３
ｔ、１３ｔを除く主体部の組織と同一であり、またそれ
らには金属酸化物は含まれていない。

ライナ９を前記のように構成すると、高強度を要求され
る両凹所１３＋、１３ｇの内壁部ａＩ。

ａｔは、ライナ９の製造過程で確実に強化され、また内
壁部ａｌ＋ａＺの形状に伴う強化上の制約は大幅に緩和
される。

その上、ライナ９をシリンダヘッド本体８に鋳ぐるむ場
合、内壁部ａ１ｇａ！の一定した強化能によりその部分
におけるクラックの発生を防止し、また強化部は両凹所
１３．，１３□の内壁部ａ１ａ２のみであるから、ライ
ナ９全体としての高強度化が抑制され、したがってライ
ナ９はアルミナチタネート特有の比較的低いヤング率を
有するので、シリンダヘッド本体８におけるクラック発
生の要因となる鋳造後の残留応力は緩和される。

これによりシリンダへラド１の鋳造品質のばらつきを解
消することができる。

前記のような組織等を備えたライナ９を得るに当っては
、アルミナチタネート粒子を用いてライナ９に対応する
セラミック素材としてのセラミック成形体を成形し、次
いでセラミック成形体の内壁部ａｌ、ａ、に存する空隙
に、アルミナチタネートに拡散する金属酸化物として、
ＳｉＯ，、Ｚｒｏｚ　、ＭｇＯ１Ｆｅ、Ｏ＋　、５ｎＯ
ｔから選択される少なくとも一種を含む溶液を塗布含浸
させ、その後セラミック成形体に拡散化処理を兼ねる焼
結処理を施すものである。

ライナ９の内壁部”Ｉ＋ａＺにおけるＳｉＯ□等の各金
属酸化物の含有量は、０．０５〜５重景％重量当である
。前記溶液における含有成分として、金属酸化物にアル
ミナチタネート、微量のＣａＯを配合することは、強化
上有効であり、アルミナチタネートを配合した場合には
溶液はスラリ状になることもある。

前記手法を採用すると、ＳｉＯ□等がアルミナチタネー
トに拡散して、両凹所１３．，１３□の内壁部ａ、、ａ
、において組織が微細化され、また粒界に金属酸化物が
分散する。

前記ライナ９の製造条件の一例について述べれば、次の
通りである。

アルミナチクネート粒子の直径０．１〜１０μｍ；成形
法　スリップキャスティング；溶液に用いられた金属酸
化物ＳｔＯ□、直径１μｍ以下、溶液における配合量２
０重量％、分散媒　水；焼結温度１５００°Ｃ１焼結時
間５時間。

前記溶液の塗布は、ライナ９に対応するセラミック素材
としてのセラミック焼結体に行ってもよく、この場合に
は塗布後のセラミック焼結体に、大気中にて、１３００
〜１６００°Ｃ１１〜５時間の拡散化処理を施す。

また前記溶液の塗布は、ライナ９に対応するセラミック
素材としての、３００〜１４００℃、０゜５時間の１次
焼結処理を施されたセラミック仮焼結体に行ってもよく
、この場合には塗布後のセラミック仮焼結体に１５００
〜１６００″Ｃ１３〜１０時間の拡散化処理を兼ねた２
次焼結処理を施す。

この２次焼結処理はアルミナチタネートにおける通常の
焼結処理に該当する。

前記ライナ９を用いたシリンダヘッド】の鋳造条件の一
例について述べれば、次の通りである。

ライナ９の予熱温度１５０℃、アルミニウム合金（Ｊ　
Ｉｓ　　ＡＣ２Ｂ）　の溶湯温度７５０°Ｃ１溶湯の注
入圧０．２５　ｋｇ　／　ｃＪ、低圧鋳造法の通用。

第７図は凹所１３．の内、外壁部ａＩ＋　　ｂｌを、前
記同様に紐繊の微細化および／または粒界における金属
酸化物の分散といった手段を採用することにより強化し
たものである。図面には省略したが、他方の凹所１３□
も同様に構成される。

第８．第９図は、シリンダヘッド本体８の吸気側にも吸
気ポート４を形成する二股管形ライナ９、を鋳ぐるんだ
ものである。図面において、９ｔは排気側のライナを示
す。その他の構成要素については、前記実施例と同一符
号を付しである。

なお、前記シリンダヘッドｌにおいて、吸気側にのみラ
イナ９１を鋳ぐるむこともある。

また本発明は、前記ライナ９．Ｌ　、９を以外の他の中
空体、例えば吸、排気マニホルドにおける吸、排気通路
の少なくとも一方を形成するマニホルド形ライナにも適
用され、この場合には前記凹所はマニホルド形ライナの
各分岐領域に存する。

そして、前記凹所において、吸気通路および排気通路の
少なくとも一方に臨む内壁部のみを強化することもある
。

さらに、本発明は鋳ぐるみ用部材以外の部材にも適用さ
れる。

Ｃ１発明の効果第（１）、第（２）項記載の発明によれば、所定の部位
を確実に強化した、生産性の良い部分強化をラミック部
材を提供することができる。

第（３）項記載の発明によれば、高強度要求部位である
凹所を確実に強化して、鋳造時および鋳造後の凹所にお
けるクランクの発生を防止し、また鋳造後の鋳造体にお
ける残留応力を緩和してクラックの発生を防止すること
ができる。

第（９）項記載の発明によれば、前記部位を強化した部
分強化セラミック部材を容易に、且つ安定して得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜第６Ａ図は本発明の第１実施例を示し、第１図は
シリンダヘッドの縦断正面図で、第２図１−１線断面図
に対応し、第２図は第１図■−■矢視図、第３図はライ
ナの平面図、第４図は第３図ｆｔ／−ＩＶ線断面図、第
５図は第４図■−Ｖ線断面図、第５Ａ図は第５図Ｖａ矢
示部の拡大図、第６図は第４図■−■線断面図、第６Ａ
図は第６図■ａ矢示部の拡大図、第７図は第５Ａ図に対
応する本発明の第２実施例の拡大断面図、第８．第９図
は本発明の第３実施例を示し、第８図はシリンダヘッド
の縦断正面図で、第９図■−■線断面図に対応し、第９
図は第８図ＩＸ−ＩＸ矢視図である。Ｒ・・・分岐領域、ａ１ｇａ！・・・内壁部（高強度要
求部位）、１・・・シリンダヘッド、４・・・吸気ポー
ト、７・・・排気ポート、８・・・シリンダヘッド本体
、９゜９１．９工・・・ライナ（部分強化セラミンク部
材）、１３１．１３１・・・凹所（高強度要求部位）第
１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）高強度を要求される部位を、該部位の組織を微細
化して強化したことを特徴とする部分強化セラミック部
材。
（２）高強度を要求される部位を、該部位の粒界に金属
酸化物を分散させて強化したことを特徴とする部分強化
セラミック部材。
（３）前記部分強化セラミック部材は鋳ぐるみ用中空体
であり、前記部位は前記中空体の周壁に存する凹所であ
る、第（１）または第（２）項記載の部分強化セラミッ
ク部材。
（４）前記中空体は、エンジン用シリンダヘッドの多岐
管形吸気ポートおよび多岐管形排気ポートの少なくとも
一方を形成する多岐管形ライナであり、前記凹所は前記
多岐管形ライナの分岐領域に存する、第（３）項記載の
部分強化セラミック部材。
（５）前記凹所において、前記吸気ポートおよび排気ポ
ートの少なくとも一方に臨む内壁部のみを強化した、第
（４）項記載の部分強化セラミック部材。
（６）前記中空体は、エンジン用吸気マニホルドの吸気
通路および排気マニホルドの排気通路の少なくとも一方
を形成するマニホルド形ライナであり、前記凹所は前記
マニホルド形ライナの分岐領域に存する、第（３）項記
載の部分強化セラミック部材。
（７）前記凹所において、前記吸気通路および排気通路
の少なくとも一方に臨む内壁部のみを強化した、第（６
）項記載の部分強化セラミック部材。
（８）セラミック原料として、アルミナチタネートを用
いる、第（１），第（２），第（３），第（４），第（
５），第（６）または第（７）項記載の部分強化セラミ
ック部材。
（９）高強度を要求される部位を強化した部分強化セラ
ミック部材を製造するに当り、前記部位を有するセラミ
ック素材を製造し、次いで前記セラミック素材の前記部
位に、該部位のセラミック成分に拡散する金属酸化物と
して、ＳｉＯ＿２、ＺｒＯ＿２、ＭｇＯ、Ｆｅ＿２Ｏ＿
３、ＳｎＯ＿２から選択される少なくとも一種を含む溶
液を塗布し、その後前記セラミック素材に拡散化処理を
施すことを特徴とする部分強化セラミック部材の製造方
法。
（１０）セラミック原料として、アルミナチタネートを
用いる、第（９）項記載の部分強化セラミック部材の製
造方法。