JPH0436062B2 - - Google Patents
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- JPH0436062B2 JPH0436062B2 JP58188990A JP18899083A JPH0436062B2 JP H0436062 B2 JPH0436062 B2 JP H0436062B2 JP 58188990 A JP58188990 A JP 58188990A JP 18899083 A JP18899083 A JP 18899083A JP H0436062 B2 JPH0436062 B2 JP H0436062B2
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Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
本発明は例えば内燃機関のシリンダーやピスト
ン等に適用されるセラミクス−金属複合体の製造
方法に関するものである。 従来、この種のセラミクス−金属複合体はセラ
ミクス芯材表面に金属層を鋳造することによつて
製造されていたが、セラミクス芯材表面が高温の
溶湯に曝露されることによる熱衝撃によつてセラ
ミクス芯材に亀裂が生じ、複合体の強度が著るし
く低下すると言う問題点があつた。 本発明は上記問題点を解決することを目的とし
セラミクス表面をセラミクス溶射層もしくはセラ
ミクス−金属混合体の溶射層によつて保護するこ
とを骨子とするものである。 本発明を以下に詳細に説明する。 本発明に用いられるセラミクス芯材とは例えば
アルミナ(Al2O3)、ジルコニア(ZrO2)、ジルコ
ン(ZrSiO4)、酸化クロム(Cr2O3)、チタンアル
ミナ(TiAl2O5)等の一般的なセラミクスの粉末
を所望なれば合成樹脂結着剤を添加して所定形状
に付き固め、その後焼成することによつて該粉末
を焼結せしめたものである。 本発明に用いられるセラミクス溶射層とは上記
芯材に用いるセラミクスあるいはシリカ、シヤモ
ツト、マグネシア、ホルステライト、もしくはガ
ラスのような多元複合物等のセラミクスを棒状あ
るいは粉末状で酸素−アセチレンガスの炎、ある
いはプラズマジエツトによつて上記セラミクス芯
材表面に溶射したものである。本発明においては
上記セラミクス溶射層に代えてセラミクス−金属
混合物の溶射層を用いてもよい。該混合物の溶射
層に用いる金属としては例えばチタン、ジルコ
ン、クロム、鉄、ニツケル、コバルト等の遷移金
属、アルミニウム、ガリウム等の土類金属、ある
いはステンレス鋼、ジユラルミン、ハステロイ、
インコネル、コンスタンタン等の合金等である。
セラミクス−金属混合物における混合比は種々に
とられてよい。また溶射層内で例えばセラミクス
芯材に接触する最内部をセラミクス100重量%と
しそれから漸次金属比率を増大させて金属層に接
触する最外部では金属100重量%とするような組
成変化をさせてもよい。上記溶射層に用いるセラ
ミクスは必ずしもセラミクス芯材と同種のもので
ある必要はないが、溶射層の熱膨張係数がセラミ
クス芯材のそれと余り差がないようなセラミクス
あるいは金属を選択することが望ましい。 セラミクスもしくはセラミクスと金属混合物を
溶射する際にセラミクス芯材表面に及ぼされる溶
射熱は鋳造時の溶湯の温度と殆んど同等な場合も
あるが、溶射熱は鋳造の場合とはことなりセラミ
クス芯材表面の極く一部分に及ぼされるのである
からセラミクス芯材は溶射熱には充分に耐え亀裂
は生じない。 かくしてセラミクス芯材表面は上記均一な多孔
質構造を有する溶射層によつて保護されるから、
これを所定の鋳型内にインサートして溶湯を注入
し溶射層表面に金属層を鋳造する。鋳造時には溶
湯の高温は上記溶射層に及ぼされるが溶射層は均
一な多孔質構造を有しているから熱衝撃を容易に
吸収し亀裂を生じない。そしてセラミクス芯材は
溶射層によつて直接溶湯が接しないように確実に
保護され亀裂発生を防止される。上記溶射層は通
常0.1〜1mm程度の厚さにされるが、溶射層の薄
い場合、例えば0.5mm以下の場合には溶射層によ
つて保護されたセラミクス芯材を予熱することが
望ましい。溶射によればこのような溶射層の厚み
は簡単に調節出来る。溶射層としてセラミクス−
金属混合物を用いると金属層鋳造の際に溶湯の熱
を溶射層内の金属が融解熱として奪うから溶湯の
熱はセラミクス単独の溶射層よりも更にセラミク
ス芯材に及びにくくなる。また溶射層の金属とし
て金属層の金属と同種のものあるいは該金属と固
溶体もしくは化合物を作り得るものを選択すれば
溶射層と金属層との結合力は大きくなる。上記融
解効果、冶金学的効果は溶射層内のセラミクス−
金属組成比を変化させ、溶射層表面を金属100重
量%とした場合に顕著になることは言うまでもな
い。また前記したように溶射層の最内部をセラミ
クス100重量%、最外部を金属100重量%とすると
該溶射層はセラミクス芯材の熱膨張にも、金属層
の熱膨張にも対応出来るようになる。 かくして例えば第1図に示すようなセラミクス
−金属複合体からなる筒体10を得るが、該筒体
10において、1はセラミクス芯材、2は溶射
層、3は金属層である。 本発明は上記したようにセラミクス芯材表面を
均一な多孔質構造を有するセラミクスまたはセラ
ミクス−金属混合物の溶射層で保護するから金属
層鋳造の際の溶湯の高温による熱衝撃は溶射層に
吸収され、セラミクス芯材に亀裂が生ずることを
防止される。溶射によればセラミクス芯材の形状
の如何によらず簡単に均一な多孔質構造のセラミ
クス層が所望の厚さで得られる。そして金属層を
鋳造によつて形成すればセラミクス芯材の形状あ
るいは最終製品の形状が如何なるものであつても
容易に適用され、また金属層冷却の際の収縮によ
つてセラミクス芯材に圧縮応力が及ぼされ構造が
強化される。 実施例 1 第1図に示すような筒体10を製造した。セラ
ミクス芯材1は炭化珪素成形物からなる直径30
mm、長さ30mm、肉厚3mmの筒状体であり、該芯材
1の表面にはジルコニア粉末を酸水素炎によつて
溶射して肉厚0.5mmの溶射層2を形成した。上記
溶射層2によつて保護された芯材1を鋳型内にイ
ンサートし1450℃のインコネル713C溶湯を注入
して冷却固化せしめ金属層3を形成した。かくし
て得られた製品10においては芯材1に亀裂の発
生は全く見られなかつた。比較として溶射層2に
よつて保護されない芯材1に直接金属層3を鋳造
した場合には芯材1に亀裂の発生を見た。 実施例 2 実施例1の筒体10において溶射層2をジルコ
ニア−インコネル713C混合物にて形成し、該ジ
ルコニア−インコネル713Cの組成は溶射層2の
最内部ではジルコニア100重量部、最外部ではイ
ンコネル713C100重量%になるように溶射層2内
で変化させた。かくして得られた製品10におい
ては芯材1の亀裂発生は全く見られないことは勿
論であるが、層間結合力の増加により第1表に示
すように耐久性が向上した。 実施例 3 実施例1の筒体10において溶射層2の肉厚を
1mmに増加させた場合、芯材1を予熱することな
く金属層3を鋳造しても芯材1には亀裂が発生し
なかつた。 実施例 4 実施例3の筒体10において、芯材1および溶
射層2の材料をアルミナとし、金属層3の材料を
アルミニウムとしても実施例3と同様な製品10
が得られ、芯材1には全く亀裂が発生しなかつ
た。 実施例 5 実施例3の筒体10において、芯材1の材料を
ジルコンとし、溶射層2の材料を酸化クロムと
し、金属層3の材料をクロムとしても実施例3と
同様な製品が得られ、芯材1には全く亀裂が発生
しなかつた。 耐久性試験 上記各実施例で得られた製品を800℃で5分間
加熱した後5分間空冷する加熱−冷却サイクルを
繰返し芯材1と金属層3とが剥離するまでの回数
を求めた。結果は第1表に示される。
ン等に適用されるセラミクス−金属複合体の製造
方法に関するものである。 従来、この種のセラミクス−金属複合体はセラ
ミクス芯材表面に金属層を鋳造することによつて
製造されていたが、セラミクス芯材表面が高温の
溶湯に曝露されることによる熱衝撃によつてセラ
ミクス芯材に亀裂が生じ、複合体の強度が著るし
く低下すると言う問題点があつた。 本発明は上記問題点を解決することを目的とし
セラミクス表面をセラミクス溶射層もしくはセラ
ミクス−金属混合体の溶射層によつて保護するこ
とを骨子とするものである。 本発明を以下に詳細に説明する。 本発明に用いられるセラミクス芯材とは例えば
アルミナ(Al2O3)、ジルコニア(ZrO2)、ジルコ
ン(ZrSiO4)、酸化クロム(Cr2O3)、チタンアル
ミナ(TiAl2O5)等の一般的なセラミクスの粉末
を所望なれば合成樹脂結着剤を添加して所定形状
に付き固め、その後焼成することによつて該粉末
を焼結せしめたものである。 本発明に用いられるセラミクス溶射層とは上記
芯材に用いるセラミクスあるいはシリカ、シヤモ
ツト、マグネシア、ホルステライト、もしくはガ
ラスのような多元複合物等のセラミクスを棒状あ
るいは粉末状で酸素−アセチレンガスの炎、ある
いはプラズマジエツトによつて上記セラミクス芯
材表面に溶射したものである。本発明においては
上記セラミクス溶射層に代えてセラミクス−金属
混合物の溶射層を用いてもよい。該混合物の溶射
層に用いる金属としては例えばチタン、ジルコ
ン、クロム、鉄、ニツケル、コバルト等の遷移金
属、アルミニウム、ガリウム等の土類金属、ある
いはステンレス鋼、ジユラルミン、ハステロイ、
インコネル、コンスタンタン等の合金等である。
セラミクス−金属混合物における混合比は種々に
とられてよい。また溶射層内で例えばセラミクス
芯材に接触する最内部をセラミクス100重量%と
しそれから漸次金属比率を増大させて金属層に接
触する最外部では金属100重量%とするような組
成変化をさせてもよい。上記溶射層に用いるセラ
ミクスは必ずしもセラミクス芯材と同種のもので
ある必要はないが、溶射層の熱膨張係数がセラミ
クス芯材のそれと余り差がないようなセラミクス
あるいは金属を選択することが望ましい。 セラミクスもしくはセラミクスと金属混合物を
溶射する際にセラミクス芯材表面に及ぼされる溶
射熱は鋳造時の溶湯の温度と殆んど同等な場合も
あるが、溶射熱は鋳造の場合とはことなりセラミ
クス芯材表面の極く一部分に及ぼされるのである
からセラミクス芯材は溶射熱には充分に耐え亀裂
は生じない。 かくしてセラミクス芯材表面は上記均一な多孔
質構造を有する溶射層によつて保護されるから、
これを所定の鋳型内にインサートして溶湯を注入
し溶射層表面に金属層を鋳造する。鋳造時には溶
湯の高温は上記溶射層に及ぼされるが溶射層は均
一な多孔質構造を有しているから熱衝撃を容易に
吸収し亀裂を生じない。そしてセラミクス芯材は
溶射層によつて直接溶湯が接しないように確実に
保護され亀裂発生を防止される。上記溶射層は通
常0.1〜1mm程度の厚さにされるが、溶射層の薄
い場合、例えば0.5mm以下の場合には溶射層によ
つて保護されたセラミクス芯材を予熱することが
望ましい。溶射によればこのような溶射層の厚み
は簡単に調節出来る。溶射層としてセラミクス−
金属混合物を用いると金属層鋳造の際に溶湯の熱
を溶射層内の金属が融解熱として奪うから溶湯の
熱はセラミクス単独の溶射層よりも更にセラミク
ス芯材に及びにくくなる。また溶射層の金属とし
て金属層の金属と同種のものあるいは該金属と固
溶体もしくは化合物を作り得るものを選択すれば
溶射層と金属層との結合力は大きくなる。上記融
解効果、冶金学的効果は溶射層内のセラミクス−
金属組成比を変化させ、溶射層表面を金属100重
量%とした場合に顕著になることは言うまでもな
い。また前記したように溶射層の最内部をセラミ
クス100重量%、最外部を金属100重量%とすると
該溶射層はセラミクス芯材の熱膨張にも、金属層
の熱膨張にも対応出来るようになる。 かくして例えば第1図に示すようなセラミクス
−金属複合体からなる筒体10を得るが、該筒体
10において、1はセラミクス芯材、2は溶射
層、3は金属層である。 本発明は上記したようにセラミクス芯材表面を
均一な多孔質構造を有するセラミクスまたはセラ
ミクス−金属混合物の溶射層で保護するから金属
層鋳造の際の溶湯の高温による熱衝撃は溶射層に
吸収され、セラミクス芯材に亀裂が生ずることを
防止される。溶射によればセラミクス芯材の形状
の如何によらず簡単に均一な多孔質構造のセラミ
クス層が所望の厚さで得られる。そして金属層を
鋳造によつて形成すればセラミクス芯材の形状あ
るいは最終製品の形状が如何なるものであつても
容易に適用され、また金属層冷却の際の収縮によ
つてセラミクス芯材に圧縮応力が及ぼされ構造が
強化される。 実施例 1 第1図に示すような筒体10を製造した。セラ
ミクス芯材1は炭化珪素成形物からなる直径30
mm、長さ30mm、肉厚3mmの筒状体であり、該芯材
1の表面にはジルコニア粉末を酸水素炎によつて
溶射して肉厚0.5mmの溶射層2を形成した。上記
溶射層2によつて保護された芯材1を鋳型内にイ
ンサートし1450℃のインコネル713C溶湯を注入
して冷却固化せしめ金属層3を形成した。かくし
て得られた製品10においては芯材1に亀裂の発
生は全く見られなかつた。比較として溶射層2に
よつて保護されない芯材1に直接金属層3を鋳造
した場合には芯材1に亀裂の発生を見た。 実施例 2 実施例1の筒体10において溶射層2をジルコ
ニア−インコネル713C混合物にて形成し、該ジ
ルコニア−インコネル713Cの組成は溶射層2の
最内部ではジルコニア100重量部、最外部ではイ
ンコネル713C100重量%になるように溶射層2内
で変化させた。かくして得られた製品10におい
ては芯材1の亀裂発生は全く見られないことは勿
論であるが、層間結合力の増加により第1表に示
すように耐久性が向上した。 実施例 3 実施例1の筒体10において溶射層2の肉厚を
1mmに増加させた場合、芯材1を予熱することな
く金属層3を鋳造しても芯材1には亀裂が発生し
なかつた。 実施例 4 実施例3の筒体10において、芯材1および溶
射層2の材料をアルミナとし、金属層3の材料を
アルミニウムとしても実施例3と同様な製品10
が得られ、芯材1には全く亀裂が発生しなかつ
た。 実施例 5 実施例3の筒体10において、芯材1の材料を
ジルコンとし、溶射層2の材料を酸化クロムと
し、金属層3の材料をクロムとしても実施例3と
同様な製品が得られ、芯材1には全く亀裂が発生
しなかつた。 耐久性試験 上記各実施例で得られた製品を800℃で5分間
加熱した後5分間空冷する加熱−冷却サイクルを
繰返し芯材1と金属層3とが剥離するまでの回数
を求めた。結果は第1表に示される。
【表】
第1表にみるように溶射層の内部組識を変化さ
せた実施例2は高い層間結合力を示す。
せた実施例2は高い層間結合力を示す。
第1図は本発明の一実施例の斜視図である。
図中、1……セラミクス芯材、2……溶射層、
3……金属層。
3……金属層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 セラミクス芯材表面にセラミクス溶射層を形
成した後、該溶射層表面に金属層を鋳造すること
を特徴とするセラミクス−金属複合体の製造方
法。 2 セラミクス芯材表面にセラミクス−金属混合
物の溶射層を形成した後、該溶射層表面に金属層
を鋳造することを特徴とするセラミクス−金属複
合体の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18899083A JPS6079945A (ja) | 1983-10-08 | 1983-10-08 | セラミクス−金属複合体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18899083A JPS6079945A (ja) | 1983-10-08 | 1983-10-08 | セラミクス−金属複合体の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6079945A JPS6079945A (ja) | 1985-05-07 |
JPH0436062B2 true JPH0436062B2 (ja) | 1992-06-15 |
Family
ID=16233450
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18899083A Granted JPS6079945A (ja) | 1983-10-08 | 1983-10-08 | セラミクス−金属複合体の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6079945A (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JPS6079945A (ja) | 1985-05-07 |
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