JPH02289466A - セラミックスのストークス - 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］ 本発明は例えばアルミニウム合金の低圧鋳造装置におい
て、溶湯を溶湯槽から鋳型に押上げる流路として用いる
ストークスに関する。

［従来の技術］ 第３図は低圧鋳造装置の概念図である。溶湯槽１２内の
例えばアルミニウム合金溶湯１３は、加圧ガス導入管１
４から加圧室８内に導入される例えば０．５気圧のＮ、
ガスにより加圧されて、ストークス１１内を矢印９方向
に押上げられ、移動型５と固定型６とで形成された鋳造
空間７内に注入されてアルミニウム合金鋳物となる。鋳
造後は加圧室８内を常圧に戻すが、未凝固溶湯はストー
クス１１内を降下し、溶湯は第３図の状態に戻る。アル
ミニウム合金鋳物は取り出され、移動型５と固定型６と
を再度組合せて鋳造空間７を形成する。低圧鋳造装置で
は、このサイクルを縁り返して１例えばアルミニウム合
金鋳物の製造を繰り返す。

ストークス１１としては、耐火性のモルタルを表面に塗
布した鋳鉄管が使用されている。しかしこのストークス
は、耐火性のモルタルと鋳鉄の熱膨張率が異なるため耐
火性のモルタルは剥がれ易い。

耐火性のモルタルが剥がれると鋳鉄は通過するアルミニ
ウム合金の溶湯によって溶損し、アルミニウム合金の溶
湯に含有されて、アルミニウム合金鋳物の品質を損なう
。

ストークスとして、焼成セラミックス管を用いる試みも
行われている。ストークスの内部は加圧された溶湯が通
過するため、ストークスとしては溶損に耐える緻密質な
セラミックスが適している。

溶湯の上昇が開始するとストークス内には溶湯が充満し
てストークスは急に昇温され、また鋳造が終るとストー
クス内には溶湯がなくなってストークスの温度は急に降
下する。このためストークスには熱衝撃が繰り返し付加
される。従ってストークスとしては熱衝撃に対して強く
優れた靭性を有するセラミックスが適している。

以上述べた如く、ストークスとしては、緻密質でかつ熱
衝撃に強いセラミックスが望まれるが、通常のセラミッ
クスでは緻密質なものは熱衝撃で破損し易いため、スト
ークスとしての特性を十分に満足させるには至っていな
い。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明者等は、ウィスカーを分散複合せしめかつ靭性を
改善した、常圧で成形焼結したセラミックスを発明して
、特願昭６３−３２９４２７号で特許出願した０本発明
者等はこのセラミックスをストークスに使用する研究を
更に行い、本発明をなすに至つた 即ち本発明は、緻密質であるために加圧した溶湯を保持
あるいは通過させても溶湯が浸透し難くまた溶損に耐え
、かつ熱衝撃に強いために熱衝撃を繰り返し付加しても
破損することのなく、更に高い歩留りで製造が可能なセ
ラミックスのストークスを提供するものである。

［課題を解決するための手段および作用］本発明のセラ
ミックスのストークスは、炭化珪素のウィスカーが窒化
珪素のマトリックスに、ストークスの壁面と略平行にか
つ２次元にランダムに配向し分散されている。

以下に具体的に説明する。本発明では炭化珪素のウィス
カーを窒化珪素のマトリックスに分散せしめる。炭化珪
素のウィスカーは高温でも極めて高強度であるため、炭
化珪素のウィスカーを分散せしめる事により、高温で高
強度のストークスが得られる０本発明の炭化珪素のウィ
スカーは１例えば直径が約０．１〜１μで長さが約５〜
１００μの炭化珪素の短繊維で、マトリックスに対して
例えば５〜３０重量％用いる。

本発明のストークスのマトリックスは窒化珪素である。

窒化珪素は例えば溶融アルミニウムとの濡れ性が悪く、
従ってマトリックスが窒化珪素のセラミックスは溶湯が
浸透し難くまた溶損に耐える。本発明で窒化珪素のマト
リックスは、平均粒径が例えば約１μの窒化珪素粉を用
いて形成する。

本発明で炭化珪素のウィスカーは、ストークスの壁面と
略平行にかつ２次元にランダムな向きに配向して、マト
リックス中に分散されている。

第１図は本発明のストークスにおけるウィスカーの配向
の説明図で、第１図（Ａ）はストークスの円筒部分の壁
面の例を示す図、第１図（Ｂ）は第１図（Ａ）の縦断面
の説明図、第１図（Ｃ）は第１図（Ａ）のイーイ断面を
展開した説明図である。

本発明の炭化珪素のウィスカー１は第１図（Ｂ）にみら
れる如く、外面が２で内面が２′のストークスの壁面と
略平行に外面２から内面２′に至る全肉厚に亘って配さ
れている。また第１図（Ｃ）にみられる如くウィスカー
は２次元にランダムな向きに分散している１例えば溶湯
がストークス内に充満されると、ストークスの内面２′
は昇熱し膨張してストークスの外面２には、引張り応力
が付与されるが、高強度な炭化珪素のウィスカーがこの
応力に耐えるために、マトリックス３に作用する引張り
応力は軽減されて、クラック等の欠陥の発生を防止する
。また第１図でマトリックス３に例えば微細クラック４
や４′が発生しても、４や４′が炭化珪素のウィスカー
１に達すると、微細クラックは進行が停止する。

ストークスの壁面と平行にかつ２次元にランダムに配向
した炭化珪素のウィスカーは、ストークスの表面に付加
される引張り応力から、窒化珪素のマトリックスを最も
有効に保護する。本発明のストークスは、分散せしめた
全ての炭化珪素のウィスカーがストークスの壁面と略平
行に配向しかつ２次元にランダムに配向しているため、
衝撃力に対して強い靭性を有している。

次に本発明のストークスの製造方法の例を説明する０本
発明者等は例えば平均粒径が約１μの窒化珪素粉と、窒
化珪素粉の１０重量％の直径が約１μで長さが約１００
μの炭化珪素ウィスカーと、窒化珪素粉の１５重量％の
コージェライト系の焼結助剤とを、分散媒である分散剤
を加えた水と混合して粘度が３．０ボイズ以下の泥漿と
した１本発明で泥漿の粘度とは、ＪＩＳ　Ｚ　８８０９
による粘度計校正用標準液で校正された回転型粘度計で
測定した粘度をいう。

本発明のストークスの製造に際しては、泥漿の粘度を３
．０ボイズ以下に調整しこの泥漿を石膏型に注入し、着
肉せしめ、残余の泥漿を排泥して密度が６０％以上のグ
リーン成形体とする。

泥漿の粘度は、例えば分散媒の添加量やＰＨ等を調整し
て３．０ボイズ以下とする。粘度が３．０ボイズ以下の
泥漿を用いたこのグリーン成形体は密度が高く、更に炭
化珪素のウィスカーはストークスの壁面となるグリーン
成形体の外面と略平行にかつ２次元にランダムに配向し
て分散されている。

このグリーン成形体は乾燥し、更に焼結するが、グリー
ン成形体の密度が高いために焼結して得られるストーク
スは緻密質である。また焼結に際してはウィスカーの配
向は河原ないため、焼結して得られたストークスに分散
されているウィスカーは、ストークスの壁面と略平行に
かつ２次元にランダムに配向して分散されている。

本発明者等は、前記の泥漿にＣＭＣを加えて粘度を調整
し、粘度が約１０ポイズの泥漿と約５ポイズの泥漿を作
成し、これを用いたストークス（比較材）を作成した。

第２図は粘度が約１０ボイスの泥漿を用いた際の。

グリーン成形体における炭化珪素のウィスカーの配向を
説明する図である。粘度が約１０ポイズの泥漿を用いる
と、ウィスカーが３次元にランダムな向きに配向したグ
リーン成形体となるが、炭化珪素のウィスカーを３次元
にランダムな向きに配向させると、密度が６０％以上の
グリーン成形体が得られない、ウィスカーが３次元にラ
ンダムな向きに配向し密度が６０％未満のグリーン成形
体は、焼結しても緻密質なストークスとならないし、ま
た焼結に際してはウィスカーの配向が変わらないため、
焼結して得られたストークスに分散されているウィスカ
ーは、ストークスの壁面に対して３次元にランダムな向
きに配向されて靭性の改善効果が少ない。

粘度が約５ポイズの泥漿を用いると、炭化珪素のウィス
カーが窒化珪素のマトリックスにストークスの壁面と略
平行にかつ２次元にランダムに配向して分散され、−見
したところ第１図と同様のグリーン成形体やストークス
が得られる。またグリーン成形体の密度は６０％以上と
なる。しかし粘度が約５ポイズの泥漿を用いて製作した
グリーン成形体は、後で述べる焼成に際して、肉厚方向
の収縮率にばらつきが大きく、また焼成後のストークス
には多数のミクロクラックが観察される。

泥漿の粘度が約５ポイズの際に、ストークスに多数のミ
クロクラックが発生する理由は下記の如くと思考される
。ウィスカーはグリーン成形体内部で網状体を形成する
が、泥漿の粘度が約５ポイズでは網状体の形成が十分に
は均一ではない、網状体が不均一に形成したグリーン成
形体を焼成すると、網状体が密に形成された部分と疎に
形成された部分とで収縮量が相違し、この収縮量の相違
によってミクロクラックが発生する。この多数のミクロ
クラックが発生したストークスは、−見したところ第１
図と同様に炭化珪素のウィスカーが配向していても、靭
性の改善が不十分である。

本発明では、粘度が３ボイス以下の泥漿を使用するが、
粘度が３ポイズ以下の泥漿を用いると。

後で述べるグリーン成形体の焼成に際して、肉厚方向の
収縮率は均一で、また焼成時のストークスのミクロクラ
ックが防止されて、靭性の優れたストークスとなる。

本発明で粘度が約１０ポイズと約５ポイズの泥漿を、Ｃ
ＭＣを用いて粘度を調整した泥漿の例について説明した
が、他の方法例えば窒化珪素の粉末の粒度等を選定して
粘度を調整した泥漿についても、同様の結果が得られる
。

本発明で、粘度が３．０ボイズ以下の泥漿を用いて製造
したグリーン成形体は例えば１気圧の窒素雰囲気炉中で
１７００℃で３時間焼成するが、以上の工程を経て、緻
密質で、かつストークスの内面から外面に至る全肉厚に
亘っだ炭化珪素のウィスカーが窒化珪素のマトリックス
中に、ストークスの壁面と略平行に例えばストークスの
壁面との傾斜が３０°以下に配向され、更にミクロクラ
ックが防止された。セラミックスのストークスが得られ
る。

［実施例１］ 第１表でＮｏ、１は、窒化珪素単味の泥漿でグリーン成
形体を形成したストークスである。緻密質であるが衝撃
性が低い。

Ｎｏ２は炭化珪素のウィスカーを１５％含有する泥漿で
グリーン成形体を形成したストークスであるが。

粘度が１０ボイズの泥漿を使用したため、炭化珪素のウ
ィスカーはランダムに配向している。しかしこのストー
クスは相対密度が低くまた耐衝撃性が不十分である。

Ｎｏ３は粘度が１．２ポイズの泥漿を用いた本発明のス
トークスで、ウィスカーを１５％含有するが、ストーク
スの内面から外面に至る全肉厚に亘って、炭化珪素のウ
ィスカーはストークスの内面や外面と３０′″以下の傾
斜角度で分散配向され、またミクロクラックが防止され
ていた。このストークスは相対密度が高く、かつ優れた
耐衝撃性を備えている。

［実施例２］ 第２表でＮｏｌは窒化珪素単味の泥漿法でグリーン成形
体を成形し、常圧焼結で焼成したストークスである。成
形、焼成いずれの歩留も５０％程度と低く寿命も短い。

Ｎｏ２はＳｉＣウィスカー１５％を含有する泥漿法でグ
リーン成形体を成形したストークスであるが歩留はＮｏ
ｌより低下した。粘度１０ボイズの泥漿を使ったため、
ＳｉＣのウィスカーは三次元にランダムに配向し、相対
密度が低く、グリーン強度も低い。

寿命も大変短くなった。

Ｎｏ３はＳｉＣウィスカーは１５％含有するが粘度が５
ボイズの泥漿を使って成形したストークスである。

ＳｉＣウィスカーは殆どが外面と平行に配向していたが
、特にストークスフランジ部で一部配向の乱れたところ
があった。このストークスはＮｏｌに比べて歩留及び寿
命の向上をみた。

Ｎｏ４は本発明のストークスでＳｉＣウィスカーを１５
％含有するが、ストークスの内面から外面にいたるフラ
ンジ部においても、全肉厚にわたってＳｉＣウィスカー
がストークスの壁面と略平行に、すなわちストークスの
内面や外面及びフランジ面と３０”以下の傾斜角度で分
散配向されていた。このストークスは成形、焼成歩留が
著しく向上し、寿命も飛躍的にのびた。

本発明のストークスは、緻密質であり加圧した溶湯を保
持あるいは通過させても溶湯が浸透し難くまた溶損に耐
える。また本発明のストークスは熱衝撃に強いために熱
衝撃を繰り返し付加しても長期間に亘って破損する事が
ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のストークスの円筒部分におけるウィス
カーの配向の例の説明図、 第２図はウィスカーが３次元にランダムに配向した例の
説明図。 第３図は本発明のストークスを使用する低圧鋳造装置の
例を示す図、 である。 １；ウィスカー　　２ニストークスの外面、２１ニスト
ークスの内面、　３：マトリックス。 ４：微細クラック、　４′：微細クラック、５：移動型
、　６：固定型、　７：鋳造空間、８：加圧室、　１１
ニストークス、１３：溶湯。 特許出願人　日本重化学工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　炭化珪素のウィスカーを窒化珪素のマトリックスに分
   散複合せしめたセラミックスのストークスにおいて、炭
   化珪素のウィスカーが窒化珪素のマトリックスにストー
   クスの壁面と略平行に２次元にランダムに配向して分散
   され、かつ粘度が３．０ポイズ以下の泥漿を用いた泥漿
   法で製造されていることを特徴とする、セラミックスの
   ストークス。