JPH03198971A - セラミックスの鋳ぐるみ方法 - 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、セラミックスを金属で鋳ぐるんで複合製品を
得るためのセラミックスの鋳ぐるみ方法に関する。

（従来の技術） セラミックスは耐熱性、耐摩耗性、耐食性等に優れてい
ることより、その用途が拡大しつ覧あるが、靭性が不足
しており、このため、例えばエンジンの排気ボート、排
気マニホールドなどの衝撃を受ける用途には、セラミッ
クス体を金属で鋳ぐるんで成る複合体を用いる例が多く
見られる。ところで、セラミックスを金属で鋳ぐるむ場
合の問題点として、溶湯を鋳込んだ際の熱衝撃によりセ
ラミックス体に割れが生じ易いこと、鋳込み後の鋳ぐる
み金属の凝固収縮によりセラミックス体に大きな締付力
が作用し、同様にセラミックス体に割れが生じ易いこと
などが挙げられる。

そこで、上記セラミックス体の割れ防止対策として、例
えば、予めセラミックス体にセラミックス、カーボン、
ホウ化物等の繊維から成る緩衝材を巻付ける対策（特開
昭５９−８４１５０号公報、特開昭８２−２７５５８２
号公報等）、あるいはセラミックス体の表面に耐火物粉
末を含む樹脂をコーティングした後、これを加熱して樹
脂を消失させ、該セラミックス体の表面に多孔質の緩衝
材層を設ける対策（特開昭８０−２１１７３号公報）な
どが、既に試みられていた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来の対策によれば、緩衝材（層）
の存在により熱衝撃は緩和されるものの、該緩衝材（層
）の変形能が小さいため、鋳ぐるみ金属の凝固収縮にと
もなう締付力を効果的に吸収するができず、セラミック
ス体の割れ防止に万全とはならないという問題があった
。

本発明は、上記従来の問題を解決することを課題として
なされたもので、その目的とするとことは、熱衝撃と締
付力とに起因するセラミックス体の割れを確実に防止す
ることができるセラミックスの鋳ぐるみ方法を提供する
ことにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記目的を達成するため、セラミックス体の
外周を鋳ぐるみ金属より融点の低い材料で被覆した後、
この周りに鋳ぐるみ金属を鋳込むように構成したことを
特徴とする。

本発明において、上記セラミックス体の外周を被覆する
材料は、鋳ぐるみ金属の融点より低くかつ製品としての
使用温度より高ければ、特にその種類を問わないもので
、例えば鋳ぐるみ金属としてｌを用いる場合は、Ｚｎ、
Ｐｂ、Ｓｎ等の低融点金属またはこれら合金を、鋳ぐる
み金属としてＦｅを用いる場合は、Ｃｕ、Ａｉ、Ｍｇ等
の金属またはこれらの合金をそれぞれ選択することがで
きる。またこの被覆材料は、前記金属類に代えて、有機
または無機物質から成る化合物（フラックス）を選択す
ることができる。

本発明において、上記被覆材料によりセラミックス体を
覆う方法は任意であり、金属材料を用いる場合は、例え
ばその細線または板をセラミックス体に一層または多層
に巻き付け、あるいは金属溶湯中にセラミックス体を浸
漬して溶着させる方法を用いることができる。またフラ
ックスを用いる場合は、その溶融層にセラミックス体を
浸漬して付着させる方法、あるいはフラックスにバイン
ダーを混入してスラリー化し、このスラリーをセラミッ
クス体に塗布する方法を用いることができる。セラミッ
クス体を覆うこれら材料の厚さとしては、あまり薄けれ
ば所望の効果が得られず、逆に厚過ぎると複合体（製品
）としての強度低下を招くので、１〜３ｍｍ程度とする
のが望ましい。

本発明において、セラミックス体の周りを覆う材料は鋳
ぐるみ金属の溶湯の熱により溶融状態となるが、鋳ぐる
み金属の凝固は、該被覆材料および鋳型に接触する部分
から進行するので、鋳込みの初期でセラミックス体の周
りに金属の凝固殻が形成され、したがって被覆材料の鋳
ぐるみ金属溶湯中への溶出はそれほど起こらない、ただ
し、被覆材料として、鋳ぐるみ金属と共晶をつくり易い
ものを選択した場合には、材料の溶出が多くなる虞れが
あるので、この場合には、該被覆材料の周りをさらに高
融点材料で覆ってから鋳ぐるみ金属を鋳込むようにする
のが望ましい。

（作用） 上記のように構成したセラミックスの鋳ぐるみ方法にお
いては、被覆材料の存在により、鋳ぐるみ金属の鋳込み
に際してその溶湯が直接セラミックス体に接触せず、セ
ラミ−２クス体に加わる熱衝撃は緩和される。また鋳ぐ
るみ金属の熱で低融点の被覆材料が溶融状態となるので
。

鋳ぐるみ金属の凝固収縮に応じて被覆材料が自由に流動
し、鋳ぐるみ金属からの締付力が吸収される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明する
。

第１図は、本発明の一実施例で得た複合体を示したもの
である。同図中、１は、チタン酸アルミニウムから成る
セラミックスパイプで　このセラミックスパイプｌの外
周には低融点合金（融点２２０℃）から成る第１の中間
層２とアルミニウムから成る第２の中間層３とが積層形
成され、さらにこの上にアルミニウム合金から成る鋳ぐ
るみ金属層４が密着形成されている。セラミックスパイ
プｌは、−例として外径４０■鵬、肉厚４■程度の大き
さを有し、また第１の中間層２、第２の中間層３および
鋳ぐるみ金属層４は、各２．０腸＠　、　０．２履■、
１．６膳腸程度の厚さに形成されている。

以下、上記複合体を製造する方法を、第２図を参照して
説明する。

先ず、セラミックスパイプｌを適宜の回転冶具に保持し
、これを回転させながら、その周りに低融点合金製の細
線（直径０．８＋ｓｓ　）　５を二重に巻付けてセラミ
ックスパイプｌの外周を完全に覆う０次に、同じくセラ
ミックスパイプｌを回転させながら、前記細線５の周り
にアルミニウムシート（厚さ０．２ｍｍ　）　６を巻付
け、細線５の周りを完全に覆う、その後、この細線５お
よびアルミニウムシート６を巻付けたセラミックスパイ
プｌｔ−鋳型（図示路）にセットし、その周りにアルミ
ニウム合金（Ｍぐるみ金属）を鋳込む、この鋳込みによ
りアルミニウム合金の溶湯は、アルミニウムシート６お
よび鋳型に接触する部分から凝固し始め、この間、その
溶湯の熱により細線５が溶解し、セラミックスパイプｌ
とアルミニウムシート６との間に低融点合金の溶湯が介
在するようになる。

上記鋳込みに際し、アルミニウム合金の溶湯は、アルミ
ニウムシート６と細線５とを介してセラミックスパイプ
ｌに接触し、これによってセラミックスパイプｌに加わ
る熱衝撃が緩和されて、熱衝撃によるセラミックスパイ
プｌの割れは防止される。一方、該アルミニウム合金は
、凝固の完了と同時に凝固収縮を始めるが、この時、セ
ラミックスパイプ１とアルミニウムシート６との間に低
融点合金の溶湯が存在するので、アルミニウム合金の凝
固収縮に応じて該低融点合金の溶湯が流動し、したがっ
て鋳ぐるみ金属の締付力は、この溶湯の流動によって吸
収され、締付力によるセラミックスパイプ１の割れは未
然に防止される。なお、前記低融点合金が溶融状態にあ
る間は、セラミックスパイプ１もわずか移動できるので
、例えばセラミックスパイプに屈曲部や異形部があって
も、該セラミックスパイプが応力を解放する方向へ移動
し、その割れ防止はより確実となる。

第３図は、上記鋳ぐるみ時におけるセラミックスパイプ
ｌの外壁における温度変化とセラミックスパイプ１に生
じる歪の変化とを見たものである。ご覧で、温度変化は
セラミックスパイプ１の外壁に熱電対を接合して測定す
る方法により、歪の変化は有限要素法（ＦＥＷ）を用い
て解析する方法により求めた。なお比較のため、中間層
を設けることなく、単にセラミックスパイプｌをアルミ
ニウム合金で直接鋳ぐるんだ比較例についても、同様に
温度変化と歪の変化とを調査した。

第３図に示す結果より、比較例の場合、セラミックスパ
イプｌの外周温度は、破＆ｌＡで示すように、鋳ぐるみ
金属（アルミニウム合金）を注湯した直後に該金属の凝
固温度（共晶温度）Ｔ１以上に達し、その後、共晶温度
Ｔ１で一端停滞した後、時間の経過とともに低下する。

また比較例の場合、セラミックスパイプｌに発生する歪
（圧縮歪）は、破線Ａ°で表されるように、時間の経過
すなわち温度の低下とともにその歪が増大し、常温に到
達した段階ではδａ（約−１ｌＸＩＯ−’）と大きな値
となる。これに対して、本実施例の場合、実線Ｂで示す
ように、アルミニウム合金が凝固した後も、低融点合金
の凝固温度範囲Ｔ２よりも高い温度がかなりの時間維持
されるので、この間、低融点合金の溶融状態が維持され
てセラミックスパイプ１に歪は発生しない、そして低融
点合金が凝固を始める段階から、実線Ｂ°に示すように
、セラミックスパイプｌに歪が発生し始めるが、その時
点から常温までの時間はわずかであり、したがってその
常温における歪δｂ　（約−３Ｘ１０−’）は、前記比
較例における歪δａに比して著しく小さくなる（約１／
２　）　、これにより、セラミックスパイプｌに発生す
る応力も半減し、結果としてその割れは未然に防止され
る。

なお、上記実施例において第２の中間層３を比較的薄肉
（０，２層層）に形成したが、この第２の中間層は、第
４図および第５図に示すように、比較的厚肉（２履■程
度）の中間層３°とすることができる。この場合、該中
間層３′を形成するだめのアルミニウムシートとして厚
肉のものを用い、その相互間に幅δの隙１０を設けるこ
とにより、鋳ぐるみに際して低融点合金の溶湯がこの隙
ｌＯに流入し、溶融した低融点合金が外部へ溢出ことが
なくセラミックスパイプ１に発生する歪を低減できる。

（発明の効果） 以上、詳細に説明したように、本発明にか−るセラミッ
クスの鋳ぐるみ方法によれば、低融点の被覆材料がセラ
ミックス体に加わる熱衝撃を緩和し、しかもその溶融状
態により鋳ぐるみ金属の締付力を吸収するので、鋳ぐる
みに際して発生し易いセラミックスの割れを確実に防止
する効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例で得た複合体の構造を示す
断面図、第２図は、本発明の途中工程である被覆材巻付
は工程を示す斜視図、第３図は、本実施例の鋳ぐるみ中
における温度変化と歪変化とを比較例と対比して示す線
図、第４図は、本発明の他の実施例で得た複合体の構造
を示す断面図、第５図は、第４図のＡ部拡大断面図であ
る。 ｌ　・・・　セラミックスパイプ ２　・・・　第１の中間層（低融点材料）３　・・・　
第２の中間層（金属） ４　・・・　鋳ぐるみ金属層 ５　・・・　細線（低融点合金） ６　・・・　金属シート （ほか２名） 第１ 図 第５ 図 第３ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミックス体の外周を鋳ぐるみ金属より融点の
   低い材料で被覆した後、この周りに鋳ぐるみ金属を鋳込
   むことを特徴とするセラミックスの鋳ぐるみ方法。