JPH02207963A - アルミナ焼結体の鋳ぐるみ体 - Google Patents

アルミナ焼結体の鋳ぐるみ体

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JPH02207963A
JPH02207963A JP2779389A JP2779389A JPH02207963A JP H02207963 A JPH02207963 A JP H02207963A JP 2779389 A JP2779389 A JP 2779389A JP 2779389 A JP2779389 A JP 2779389A JP H02207963 A JPH02207963 A JP H02207963A
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JP
Japan
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sintered body
alumina sintered
cast
bending strength
metal
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Pending
Application number
JP2779389A
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English (en)
Inventor
Yoshiaki Yamamoto
義昭 山本
Koji Okashiro
康治 岡城
Manabu Sasaki
学 佐々木
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Kitagawa Iron Works Co Ltd
Original Assignee
Kitagawa Iron Works Co Ltd
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Publication date
Application filed by Kitagawa Iron Works Co Ltd filed Critical Kitagawa Iron Works Co Ltd
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

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1 本発明は、適宜強度のアルミナ焼結体を、金属で鋳ぐる
み耐熱性、耐摩耗性、耐薬品性と共に加工性、耐117
!性をも同時に具備せしめたアルミナ焼結体の鋳ぐるみ
体に関するものである。
【従来の技術] アルミナ焼結体を1機械構造部材に広く活用すべく、金
属で鋳ぐるむとの提案は従来からなされていた。 かかる提案を支障なく実現するには、耐熱撃性が劣ると
いうアルミナ焼結体の宿命的な欠点、換言すれば、熱衝
撃により割れが発生し、また1歩留りが悪くなり機械構
造部材として使用しえなくなるという事態をいかにして
回避するかにある。 従来は1次のようになして上述欠点を解消するものであ
った。 ■ アルミナ焼結体を予め加熱して、溶融金属との温度
差を縮少せしめ、しかる後に金属で鋳ぐるむことにより
、アルミナ焼結体の鋳ぐるみ体を得る。 ■ アルミナ焼結体に直接熱衝撃が作用するのを防ぐ見
地から、鋳ぐるまれるアルミナ焼結体を内層とし、金属
を外層とし、内外層間に前記アルミナ焼結体に作用する
熱衝撃を緩和する機能を負うセラミックス繊維製または
、セラミックス焼結体製の緩衝層を設けるようなさしめ
た3層構造のアルミナ焼結体の鋳ぐるみ体とする。 【発明が解決しようとする課題1 しかしながら、上述の従来技術には次のような問題点が
ある。 すなわち。 ■の提案によると、鋳ぐるまれるアルミナ焼結体に加熱
を行う余分の工程が必要となる。 ■の提案によっても、緩衝層をアルミナ焼結体の外周に
密着固定せしめる余分の工程が必要となる。 しかも、緩衝層にセラミックス焼結体を用いる場合にお
いては、アルミナ焼結体の形状に適合する形状に焼成し
なければならず、かように焼成することは、前記アルミ
ナ焼結体の形状が複雑化するにともない困難度が増すも
のであった。 上述のような問題点が生ずるのは、従来のアルミナ焼結
体は強度が低く、シかも強度のバラツキが大きいという
特性を備えており、かかる好ましからざる特性を放置し
たまま、単に、迅速に鋳ぐるむべくなすために、アルミ
ナ焼結体をダイレクトに注湯温度760℃以下の金属で
鋳ぐるんだからである。このため、鋳ぐるみの際に、必
ず熱衝撃により前記アルミナ焼結体に割れが生じるので
。 機械構造部材として使用に耐える鋳ぐるみ体とすること
は不可能となる。かかる事態を回避するうえから従来技
術においては、前述の余分の工程を付加することを余儀
なくされていたものである。 fim題を解決するための手段】 本発明は、アルミナ焼結体の破壊が1曲げ強度に大きく
依存し、しかも曲げ強度が大きいほど鋳ぐるみ時の破壊
確率が低下する点と、ある数値以上のウイブル係数とな
したアルミナ焼結体であれば、一定レベル以上の曲げ強
度がバラツキなく具備されていることが保証されたアル
ミナ焼結体であることを、工業的生産過程において容易
に確認でき、信頼度の高い鋳ぐるみ体を量産するうえで
便利である点に着眼したものである。 具体的には、JISE点曲げ強度測定用テストピースに
て測定した場合の物理的特性を、平均曲げ強度40kg
f/■3以上、ワイブル係数8以上となさしめたアルミ
ナ焼結体が金属により鋳ぐるまれるアルミナ焼結体の鋳
ぐるみ体となすことにより、*述の従来技術の課題を解
決するものである。 1作 用1 アルミナ焼結体を、砂形中に配設した後、760℃に加
熱された溶融金属を注湯すると、該溶融金属の熱で、前
記アルミナ焼結体に熱衝撃が作用する。 この際、前記アルミナ焼結体の内側には、引張り応力が
発生する。 しかし、前記アルミナ焼結体はJIS三点曲げ強度測定
用テストピースで平均曲げ強度40kgf/−8.ワイ
ブル係数8なる物理的特性を備えており、上述の引張り
応力が作用しても破壊しない。 ついで、前記金属が凝固し、室温に至るまで冷却するが
、かかる冷却過程において、熱膨張係数が異なる異種の
物体が接しているので収縮量の差が生じる。このためア
ルミナ焼結体には、圧縮応力が作用し、金属により固定
される。 この結果、前記アルミナ焼結体は、熱衝撃によって破壊
することなく、金属により重着保持される。
【実施例1 本発明の実施例を1図面を参照して説明する。 鋳ぐるまれるアルミナ焼結体は、下記手順にて製造され
る。 まず1重量%でAl5O,を99.54%、Na。 0を0.02%、Fe2O,を0.01%、SiO。 を0.02%、MgOを0.05%、LOI (0−1
100℃)を0.36%となし且つ平均粒径を0.6μ
mとなした粉末状の原料を用意する0次に該原料を10
0とし、セルナD−305(商品名)の10wt%哨液
を5部、インプロパツールを1部、H,Oを20部加え
、直径1.51のアルミナ磁器ボールを用い、ボールミ
ルにて湿式混線を20時間行う、ついで、ポリビニルア
ルコールの10wt%水溶液を1部、アンチックス(商
品名)を0.5部、H,Oを5部追加投入して、さらに
1時間混練を行った後、真空ポンプにより脱泡処理し、
90〜t20cpのスラリーを得る。 その後、該スラリーを、石こう製の鋳型で排泥法により
成形をした後、脱型して乾燥を行い円筒状の成形体を得
た。 しかる後に、該成形体を昇温速度120℃/hr、焼結
温度1600℃なる条件下にて1.5hr保持した状態
で焼結することにより、円筒状のアルミナ焼結体を得る
。 なお、上述手順にて得られたアルミナ焼結体は、次のよ
うな特性を備えている。 すなわち、 ■ 表面粗さが内側(#泥を行った面)でRmax=1
.8〜2.2μm、外側(石こう型と接触した面)でR
sax=9.6−14.5μm。 ■ その他の特性は第1図に図示するごとくである。ま
た、前記アルミナ焼結体のサイズは、外径が16−と3
2■、厚さが2.0mと3.0mのものがあり、平均曲
げ強度が40kgf/m”、ワイブル係数が8であった
。 本実施例において1発明者がアルミナ焼結体の平均曲げ
強度とワイブル係数に注目し、しかも各要因に対し、特
定の数値限定をしたことに合理的根拠があることを実証
するため、原料及び製造方法をかえて、平均曲げ強度及
びワイブル係数の異なるアルミナ焼結体を製造した。 本実施例において製造されたすべてのアルミナ焼結体に
関するデータを、第3図の、鋳ぐるまれるアルミナ焼結
体の物理的特性に関するデータ―に示す。 次に1以上のようになして製造されたすべてのアルミナ
焼結体をアルミニウム合金にて鋳ぐるんだ後の、鰭ぐる
み体の状況をamしてみる。 まず、個々のアルミナ焼結体22を第2図Aに図示する
砂型21中に配設する。 ついで、JIS3種へのアルミナ溶湯を湯口23より注
湯して、前記アルミナ焼結体22を被包した。 冷却後脱型すると、第2図Bに図示するアルミニウム合
金24で鋳ぐるまれたアルミナ焼結体の鋳ぐるみ体25
が得られた。 上述の鰭ぐるみ結果をまとめたものが第3図の鋳ぐるみ
実験に係るデータ欄である。 同図に図示するように、A−Dllを比較対照してみる
と、ujぐるまれるセラミックス焼結体の平均曲げ強度
及びワイブル係数の相違により、熱衝撃が作用しても、
アルミナ焼結体が破壊することなく金属により重着保持
できる割合を表示する。 鋳ぐるみの成功率に、顕著な格差があることが明らかど
なった。 かかる実験結果は、熱衝撃破壊抵抗(Re)値を示す関
係式Ra=St ・ (1−9)k/E・a(E:ヤン
グ率、に:熱伝導率、St:強度、α:線膨張係数、9
:ポアソン比)と符合する。 本発明者は、本発明に用いた前述の好ましい特性を備え
たセラミックス焼結体の有利性をさらに明らかにすべ(
、ジルコニア焼結体を上述と同様な方法で鋳ぐるみを行
い、その挙動を検証した。 この結果、Bぐるみ時の熱衝撃により、鋳ぐるまれたジ
ルコニア焼結体は全て、注湯が完了した後、2〜3 s
ecで破壊した。 この原因として次のように考えられる。 前記ジルコニア焼結体の物理的特性は、前記セラミック
ス焼結体と比較すると1曲げ強度については120kg
f/s+a”であって、格段に高いが、熱伝導率につい
ては、 O2OO5ca Q / cm−sscであり
前記セラミックス焼結体の0.07caQ/c++・s
eeと比較し非常に低い。 従って、前述の熱衝撃破壊抵抗(Re)値を示す関係式
から明らかなごと<、#記ジルコニア焼結体の熱**破
壊抵抗値が低くなり、上述のように極めて容易に破壊し
たものである。 上述した原因かられかるように1本発明に用いたセラミ
ックス焼結体は、耐熱衝撃性を支配するあらゆる要因に
つき、好ましい特性を備えていることが明らかとなった
。 なお1本実施例において、特にIJ#泥法により成形し
たのは、この法によれば、排泥を行った面と接触する内
面が前記ごとく平滑であるので熱衝撃により発生する引
張応力が作用しても、破壊の起点となる応力集中がおこ
る部分が少なく、アルミナ焼結体を破壊することなく金
属で密着保持するに有利であるからである。 以上の実m例では、円筒状のセラミックス焼結体をアル
ミニウム合金にて鋳ぐるむ場合を詳述したが、これに限
定されず鋳ぐるみに用いる金属として亜鉛合金、鉛合金
、スズ合金のいずれかであってもまた。焼成されるアル
ミナ焼結体の形状が。 中実ないしは中空の円筒状、角筒状、エルボ状、球状で
あっても、支障なく、鋳ぐるみ可能である。 なお、鋳ぐるまれるアルミナ焼結体の物理的特性ならび
に、鋳ぐるみ条件につき前述のような数値限定をしたの
は次のような理由があるからである。 すなわち、平均曲げ強度を40kgf/sm”以上、ワ
イブル係数8以上としたのは、この条件に合致すれば、
鋳ぐるみ時に作用する熱衝撃に耐えることができ、しか
もかかる特性の再現性に優れたアルミナ焼結体を鋳ぐる
むことが可能となる。従って機械構造部材として使用に
耐える鋳ぐるみ体を効率よく製造することができるので
、鋳造時の歩留りが向上し、工業的に有用であると考え
られたからである。 注湯温度を760℃以下としたのは、鋳造時の歩留りに
悪影響を与えない範囲だからである。 その他、アルミナ焼結体は、化学組成、純度、結晶粒径
と平均曲げ強度及びワイブル係数間の相関関係が深いの
で、以上の物理的特性値を安定して再現するには、Al
2O,が99.9 w t%以上、MgOが0.03−
0.07 w t%、S i O,が0゜02wt%以
下、Fe、03が0.01wt%以下、NaイOが0.
02 w t%以下なる範囲の化学組成となす必要があ
る。 【発明の効果】 本発明は、上述のようになされているので、次のような
著効を奏する。 ■ アルミナ焼結体が備えている好ましい特性。 すなわち、耐熱性、耐摩耗性、耐薬品性に加え。 さらに、加工性、耐衝撃をも兼備した鋳ぐるみ体を、鋳
型に装着するだけのごく単純な工程のみにて製造するこ
とができる。 ■ 製造されるアルミナ焼結体の物理的特性の再現性が
よいので、機械構造部材として使用に耐える信頼度の高
い鋳ぐるみ体を、工業的手段で容易に量産することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は鋪ぐるまれるアルミナ焼結体の特性を表示した
図表、第2図はアルミナ焼結体を鋳ぐるむ状態を図示し
たものであって、同図Aは鋳ぐるみに用いる砂型を図示
した断面図、同図Bはアルミナ焼結体の鋳ぐるみ体の構
造を図示した断面図。 第3図はアルミナ焼結体の物理的特性、Uぐるみ条件、
ならびに鋳ぐるみの成功率を表示した図表である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)JIS三点曲げ強度測定用テストピースにて測定
    した場合の物理的特性を、平均曲げ強度40kgf/m
    m^2以上、ワイブル係数8以上となさしめたアルミナ
    焼結体が、金属により鋳ぐるまれていることを特徴とす
    るアルミナ焼結体の鋳ぐるみ体。
  2. (2)前記アルミナ焼結体が注湯温度760℃以下の金
    属により鋳ぐるまれていることを特徴とする請求項第1
    項記載のアルミナ焼結体の鋳ぐるみ体。
  3. (3)アルミナ焼結体が、Al_2O_3を99.9w
    t%以上、MgOを0.03〜0.07wt%、SiO
    _2を0.02wt%以下、Fe_2O_3を0.01
    wt%以下、Na_2Oを0.02wt%以下となした
    化学組成であって、且つ平均結晶粒径が5μmであるこ
    とを特徴とする請求項第1項または第2項に記載のアル
    ミナ焼結体の鋳ぐるみ体。
  4. (4)前記金属が、アルミニウム合金、亜鉛合金、鉛合
    金、スズ合金のうちのいずれかであることを特徴とする
    請求項第1項から第3項のいずれかに記載のアルミナ焼
    結体の鋳ぐるみ体。
JP2779389A 1989-02-06 1989-02-06 アルミナ焼結体の鋳ぐるみ体 Pending JPH02207963A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07193358A (ja) * 1992-12-17 1995-07-28 Dowa Mining Co Ltd セラミックス電子回路基板の製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07193358A (ja) * 1992-12-17 1995-07-28 Dowa Mining Co Ltd セラミックス電子回路基板の製造方法

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