JPH049749B2 - - Google Patents
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- JPH049749B2 JPH049749B2 JP58178226A JP17822683A JPH049749B2 JP H049749 B2 JPH049749 B2 JP H049749B2 JP 58178226 A JP58178226 A JP 58178226A JP 17822683 A JP17822683 A JP 17822683A JP H049749 B2 JPH049749 B2 JP H049749B2
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- cylinder liner
- partially stabilized
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Landscapes
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、セラミツクスを素材とした断熱デイ
ーゼルエンジンのシリンダライナのように、耐
熱、耐摩耗性の要求される部品に使用されるセラ
ミツク製シリンダライナに関するものである。
ーゼルエンジンのシリンダライナのように、耐
熱、耐摩耗性の要求される部品に使用されるセラ
ミツク製シリンダライナに関するものである。
内燃機関、特に断熱デイーゼルエンジンのシリ
ンダライナとしてセラミツクスを使用することが
種々検討されている。
ンダライナとしてセラミツクスを使用することが
種々検討されている。
セラミツクスは耐熱性、耐摩耗性に優れている
ため断熱エンジンのシリンダライナに使用すれば
熱効率が大幅に向上する利点があるが、セラミツ
クスの最大の欠点であるもろさのために実用化に
至つていない。
ため断熱エンジンのシリンダライナに使用すれば
熱効率が大幅に向上する利点があるが、セラミツ
クスの最大の欠点であるもろさのために実用化に
至つていない。
近年、熱膨脹率が鉄と同じで、しかも極めて弾
力性のある部分安定化ジルコニアを、断熱エンジ
ンのシリンダライナとして使用することが検討さ
れてきている。
力性のある部分安定化ジルコニアを、断熱エンジ
ンのシリンダライナとして使用することが検討さ
れてきている。
純粋な酸化ジルコニア（ZrO2）は高融点（約
2700℃）を有するため、本来優れた耐熱材料とし
ての性質をもつているが、次に示すような相変態
を起す。
2700℃）を有するため、本来優れた耐熱材料とし
ての性質をもつているが、次に示すような相変態
を起す。
単斜晶〜1100℃
―――――→
←―――――
〜900℃正方晶〜2370℃
←―――――→
立方晶
この転移は可逆的であり、しかも転移により体
積変化を伴うために破壊してしまう。この欠点を
取り除くためにZrO2に、CaO，MgO，Y2O3など
の安定化剤を固溶させると、最高温相であるホタ
ル石型立方晶が、かなり低温まで安定相として存
在するようになる。このように固溶体にすること
によつて転移を示さなくなつた立方晶ジルコニア
或いは正方晶ジルコニア固溶体を安定化ジルコニ
アと呼んでいる。安定化ジルコニアは耐熱性、耐
摩耗性が良好で、且つ熱伝導率が低いので断熱部
材として優れた性能をもつているが、他のセラミ
ツクスと同様もろいため断熱エンジンのシリンダ
ライナとしては使用できない。
積変化を伴うために破壊してしまう。この欠点を
取り除くためにZrO2に、CaO，MgO，Y2O3など
の安定化剤を固溶させると、最高温相であるホタ
ル石型立方晶が、かなり低温まで安定相として存
在するようになる。このように固溶体にすること
によつて転移を示さなくなつた立方晶ジルコニア
或いは正方晶ジルコニア固溶体を安定化ジルコニ
アと呼んでいる。安定化ジルコニアは耐熱性、耐
摩耗性が良好で、且つ熱伝導率が低いので断熱部
材として優れた性能をもつているが、他のセラミ
ツクスと同様もろいため断熱エンジンのシリンダ
ライナとしては使用できない。
部分安定化ジルコニアは、ジルコニアの転移を
利用して高い抗折強度と、強靭性の有するセラミ
ツクスとしたもので、ZrO2にMgO，Y2O3などの
安定化剤を少量加えて高温で焼結したものを、低
温でアニールして、安定化ジルコニアのマトリツ
クス内に単斜晶の非安定化ジルコニアの微粒子を
析出させたものである。単斜晶の非安定化ジルコ
ニアは析出の際に立方晶から正方晶に、正方晶か
ら単斜晶に転移し、その際に粒界近傍に微少クラ
ツクや応力を生じさせる。これら無数の微少クラ
ツクや応力は、全体の破壊に至る大きなクラツク
の伝播を阻止したり、内部で緩和する働きをする
ために、結果として部分安定化ジルコニアは、衝
撃や熱応力に対して強い性質を有すると共に熱伝
導性が低く、耐摩耗性及び金属との相性が良好で
断熱エンジンのシリンダライナとして優れた性質
をもつている。
利用して高い抗折強度と、強靭性の有するセラミ
ツクスとしたもので、ZrO2にMgO，Y2O3などの
安定化剤を少量加えて高温で焼結したものを、低
温でアニールして、安定化ジルコニアのマトリツ
クス内に単斜晶の非安定化ジルコニアの微粒子を
析出させたものである。単斜晶の非安定化ジルコ
ニアは析出の際に立方晶から正方晶に、正方晶か
ら単斜晶に転移し、その際に粒界近傍に微少クラ
ツクや応力を生じさせる。これら無数の微少クラ
ツクや応力は、全体の破壊に至る大きなクラツク
の伝播を阻止したり、内部で緩和する働きをする
ために、結果として部分安定化ジルコニアは、衝
撃や熱応力に対して強い性質を有すると共に熱伝
導性が低く、耐摩耗性及び金属との相性が良好で
断熱エンジンのシリンダライナとして優れた性質
をもつている。
しかしながら、断熱エンジンのシリンダライナ
内の温度は700℃にも達するため、部分安定化ジ
ルコニアをそのままシリンダライナとして使用す
ると低温でアニールされた状態となり、安定化さ
れたはずの正方晶ジルコニア或いは立方晶ジルコ
ニアが安定化剤と離れて分離し、単斜晶ジルコニ
アを析出してしまう。この場合、正方晶から単斜
晶に転移する際には体積が4.6％程度膨脹するた
め、シリンダライナの内径は小さくなり、ピスト
ンとの摺動により剥げ落ちてしまい、シリンダラ
イナとして全く使用できなくなる。
内の温度は700℃にも達するため、部分安定化ジ
ルコニアをそのままシリンダライナとして使用す
ると低温でアニールされた状態となり、安定化さ
れたはずの正方晶ジルコニア或いは立方晶ジルコ
ニアが安定化剤と離れて分離し、単斜晶ジルコニ
アを析出してしまう。この場合、正方晶から単斜
晶に転移する際には体積が4.6％程度膨脹するた
め、シリンダライナの内径は小さくなり、ピスト
ンとの摺動により剥げ落ちてしまい、シリンダラ
イナとして全く使用できなくなる。
本発明の目的は、上述の部分安定化ジルコニア
の優れた性質を利用し、しかも部分安定化ジルコ
ニアの欠点を補うことができ、耐熱性、耐摩耗
性、耐衝撃性、抗折強度、相性にすぐれたセラミ
ツク製シリンダライナを提供するものである。
の優れた性質を利用し、しかも部分安定化ジルコ
ニアの欠点を補うことができ、耐熱性、耐摩耗
性、耐衝撃性、抗折強度、相性にすぐれたセラミ
ツク製シリンダライナを提供するものである。
本発明は、上記目的を達成するために、イツト
リアなどが主成分の安定化剤を固溶させた部分安
定化ジルコニアを素材とし、この素材を用いたシ
リンダライナの内面のみを加熱してその表面に単
斜晶ジルコニア層を形成すると共に、その単斜晶
ジルコニア層を削り落して単斜晶ジルコニアと部
分安定化ジルコニアとが混在した層を露出させた
ものである。
リアなどが主成分の安定化剤を固溶させた部分安
定化ジルコニアを素材とし、この素材を用いたシ
リンダライナの内面のみを加熱してその表面に単
斜晶ジルコニア層を形成すると共に、その単斜晶
ジルコニア層を削り落して単斜晶ジルコニアと部
分安定化ジルコニアとが混在した層を露出させた
ものである。
上記構成よれば、シリンダの内面のみをもとも
と1000℃以下の低温で安定な単斜晶ジルコニアの
リツチな層とし、他の部分は部分安定化ジルコニ
アとして、断熱エンジンのシリンダライナを形成
することで、700℃程度の燃焼ガスと直接接触し
てもシリンダライナ内面は単斜晶ジルコニアの層
であるため相変化せず、しかもその単斜晶ジルコ
ニア層が耐熱性が良好なため、部分安定化ジルコ
ニア層まで燃焼ガスの温度が伝わらず部分安定化
ジルコニアが単斜晶ジルコニアを析出することが
なく、高い抗折強度、耐衝撃性など部分安定化ジ
ルコニアのもつている優れた性質をそのまま使用
できる効果がある。
と1000℃以下の低温で安定な単斜晶ジルコニアの
リツチな層とし、他の部分は部分安定化ジルコニ
アとして、断熱エンジンのシリンダライナを形成
することで、700℃程度の燃焼ガスと直接接触し
てもシリンダライナ内面は単斜晶ジルコニアの層
であるため相変化せず、しかもその単斜晶ジルコ
ニア層が耐熱性が良好なため、部分安定化ジルコ
ニア層まで燃焼ガスの温度が伝わらず部分安定化
ジルコニアが単斜晶ジルコニアを析出することが
なく、高い抗折強度、耐衝撃性など部分安定化ジ
ルコニアのもつている優れた性質をそのまま使用
できる効果がある。
以下、本発明に係るセラミツク製シリンダライ
ナの好適一実施例を添付図面に基づいて説明す
る。
ナの好適一実施例を添付図面に基づいて説明す
る。
第１図において、１はイツトリア（Y2O3）が
主成分の安定化剤を固溶させた部分安定化ジルコ
ニアで形成した断熱エンジンのシリンダライナで
ある。部分安定化ジルコニアの製法自体は公知で
あり、特に説明は省略するが、安定化剤として
は、イツトリア（Y2O3）の他にMgO，CaOなど
を複合して使用できる。シリンダライナ１の外径
は、シリンダブロツク（図示せず）に嵌め込める
ような径に、また内径は、所定のシリンダ内径よ
り若干小さな径に形成しておく。
主成分の安定化剤を固溶させた部分安定化ジルコ
ニアで形成した断熱エンジンのシリンダライナで
ある。部分安定化ジルコニアの製法自体は公知で
あり、特に説明は省略するが、安定化剤として
は、イツトリア（Y2O3）の他にMgO，CaOなど
を複合して使用できる。シリンダライナ１の外径
は、シリンダブロツク（図示せず）に嵌め込める
ような径に、また内径は、所定のシリンダ内径よ
り若干小さな径に形成しておく。
このシリンダライナ１の外側を油などの冷却液
２の入つた冷却槽３で包囲し、その状態でシリン
ダライナ１の内側に1000〜1600℃のホツトガスを
数時間流したのち徐冷する。
２の入つた冷却槽３で包囲し、その状態でシリン
ダライナ１の内側に1000〜1600℃のホツトガスを
数時間流したのち徐冷する。
第２図に示すように部分安定化ジルコニア中の
正方晶ジルコニア（あるいは立方晶ジルコニア）
は1400℃程度の高温になると正方晶率が急激に落
ち、単斜晶ジルコニアに転移する。
正方晶ジルコニア（あるいは立方晶ジルコニア）
は1400℃程度の高温になると正方晶率が急激に落
ち、単斜晶ジルコニアに転移する。
従つて、シリンダライナ１の内側にホツトガス
を流し外側を冷却することによりシリンダライナ
１の内面には第３図に示すように単斜晶ジルコニ
ア層４が、また外側は部分安定化ジルコニア層５
がそのまま変化せず残り、さらに単斜晶ジルコニ
ア層４と部分安定化ジルコニア層５の中間には単
斜晶ジルコニアと部分安定化ジルコニアとが混在
した混合層６が形成される。
を流し外側を冷却することによりシリンダライナ
１の内面には第３図に示すように単斜晶ジルコニ
ア層４が、また外側は部分安定化ジルコニア層５
がそのまま変化せず残り、さらに単斜晶ジルコニ
ア層４と部分安定化ジルコニア層５の中間には単
斜晶ジルコニアと部分安定化ジルコニアとが混在
した混合層６が形成される。
この熱処理後のシリンダライナ１の内面をダイ
ヤモンド砥粒などで研磨し、内面に析出した単斜
晶ジルコニア層４を削り落し、表面に単斜晶ジル
コニアと部分安定化ジルコニアとが混在した混合
層６を露出させる。
ヤモンド砥粒などで研磨し、内面に析出した単斜
晶ジルコニア層４を削り落し、表面に単斜晶ジル
コニアと部分安定化ジルコニアとが混在した混合
層６を露出させる。
ジルコニア自体の熱伝導率は低いためシリンダ
ライナ１の外周は冷却槽３で冷却せず、空冷のま
まにしてもよい。また図では単斜晶ジルコニア層
４及び混合層６は比較的厚く描いてあるが、実際
にはシリンダライナ１の肉厚に対して充分薄いも
のが形成される。
ライナ１の外周は冷却槽３で冷却せず、空冷のま
まにしてもよい。また図では単斜晶ジルコニア層
４及び混合層６は比較的厚く描いてあるが、実際
にはシリンダライナ１の肉厚に対して充分薄いも
のが形成される。
シリンダライナ１に露出した混合層６の表面は
大部分が単斜晶ジルコニアであり、これを断熱エ
ンジンのシリンダライナとして使用すれば、燃焼
ガスで相変化することはなく半永久的に安定な相
となる。また単斜晶ジルコニアは耐摩耗性がある
が、上述したように他のセラミツクスと同様もろ
いため、単斜晶ジルコニアの大部分を削り落し、
部分安定化ジルコニア層５の内面にわずかに単斜
晶ジルコニアを残すことにより、単斜晶ジルコニ
アのもろさを部分安定化ジルコニア層５が保護
し、また表面の単斜晶ジルコニアは、断熱効果が
あるため、部分安定化ジルコニア層５がシリンダ
内の温度で相変化することを防止する。
大部分が単斜晶ジルコニアであり、これを断熱エ
ンジンのシリンダライナとして使用すれば、燃焼
ガスで相変化することはなく半永久的に安定な相
となる。また単斜晶ジルコニアは耐摩耗性がある
が、上述したように他のセラミツクスと同様もろ
いため、単斜晶ジルコニアの大部分を削り落し、
部分安定化ジルコニア層５の内面にわずかに単斜
晶ジルコニアを残すことにより、単斜晶ジルコニ
アのもろさを部分安定化ジルコニア層５が保護
し、また表面の単斜晶ジルコニアは、断熱効果が
あるため、部分安定化ジルコニア層５がシリンダ
内の温度で相変化することを防止する。
以上詳細してきたことから明らかなように本発
明によれば次の如き優れた効果を発揮する。
明によれば次の如き優れた効果を発揮する。
(1) 部分安定化ジルコニアを素材とし、その素材
の一面を加熱して低温型の単斜晶ジルコニアを
析出させ、その単斜晶ジルコニアを削り落すこ
とにより部分安定化ジルコニアの表面に、単斜
晶ジルコニアの大部分の層を露出させることが
できるので、断熱エンジンの各種ライナとして
最適である。
の一面を加熱して低温型の単斜晶ジルコニアを
析出させ、その単斜晶ジルコニアを削り落すこ
とにより部分安定化ジルコニアの表面に、単斜
晶ジルコニアの大部分の層を露出させることが
できるので、断熱エンジンの各種ライナとして
最適である。
(2) 機械的強度や衝撃は部分安定化ジルコニアが
受け、熱に対しては単斜晶ジルコニアが受ける
ことができ、しかも単斜晶ジルコニアの層は充
分薄くても熱に対して部分安定化ジルコニアを
保護できると共に薄くすることにより単斜晶ジ
ルコニアのもろさを保護できる。
受け、熱に対しては単斜晶ジルコニアが受ける
ことができ、しかも単斜晶ジルコニアの層は充
分薄くても熱に対して部分安定化ジルコニアを
保護できると共に薄くすることにより単斜晶ジ
ルコニアのもろさを保護できる。
(3) 単斜晶ジルコニア及び部分安定化ジルコニア
は単に結晶構造が相違するだけで、熱伝導率、
熱膨脹率も同じで、かつそれらは極めて小さい
ため寸法変化が生せず、且つ２相により熱的な
割れなどは全くない。
は単に結晶構造が相違するだけで、熱伝導率、
熱膨脹率も同じで、かつそれらは極めて小さい
ため寸法変化が生せず、且つ２相により熱的な
割れなどは全くない。
(4) 耐熱性、耐摩耗性、性衝撃性、抗折強度、相
性にすぐれたライナとするが可能である。
性にすぐれたライナとするが可能である。
第１図は本発明に係るセラミツク製シリンダラ
イナの熱処理の状態を示す正面断面図、第２図は
本発明に係るセラミツク製シリンダライナに使用
する部分安定化ジルコニアの熱的特性を示すグラ
フ、第３図は第１図の状態で熱処理して得られる
セラミツク製シリンダライナの正面断面図、第４
図は本発明に係るセラミツク製シリンダライナの
正面断面図である。 図中、１はシリンダライナ、３は冷却槽、４は
単斜晶ジルコニア層、５は部分安定化ジルコニア
層、６は混合層である。
イナの熱処理の状態を示す正面断面図、第２図は
本発明に係るセラミツク製シリンダライナに使用
する部分安定化ジルコニアの熱的特性を示すグラ
フ、第３図は第１図の状態で熱処理して得られる
セラミツク製シリンダライナの正面断面図、第４
図は本発明に係るセラミツク製シリンダライナの
正面断面図である。 図中、１はシリンダライナ、３は冷却槽、４は
単斜晶ジルコニア層、５は部分安定化ジルコニア
層、６は混合層である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ イツトリアなどが主成分の安定化剤を固溶さ
せた部分安定化ジルコニアを素材とし、この素材
を用いたシリンダライナの内面のみを加熱してそ
の表面に単斜晶ジルコニア層を形成すると共に、
その単斜晶ジルコニア層を削り落して単斜晶ジル
コニアと部分安定化ジルコニアとが混在した層を
露出させてことを特徴とするセラミツク製シリン
ダライナ。 ２ 部分安定化ジルコニアのシリンダライナの内
面を一定時間加熱すると共に外周面を冷却する上
記特許請求の範囲第１項記載のセラミツク製シリ
ンダライナ。 ３ 削り落した面を、ライナ内面とし、外周面を
金属表面と接合させる上記特許請求の範囲第１項
または第２項に記載のセラミツク製シリンダライ
ナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58178226A JPS6071574A (ja) | 1983-09-28 | 1983-09-28 | セラミック製シリンダライナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58178226A JPS6071574A (ja) | 1983-09-28 | 1983-09-28 | セラミック製シリンダライナ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6071574A JPS6071574A (ja) | 1985-04-23 |
| JPH049749B2 true JPH049749B2 (ja) | 1992-02-21 |
Family
ID=16044793
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58178226A Granted JPS6071574A (ja) | 1983-09-28 | 1983-09-28 | セラミック製シリンダライナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6071574A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04248033A (ja) * | 1991-01-08 | 1992-09-03 | Endless Project:Kk | ショックアブソーバー |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5434309A (en) * | 1977-08-24 | 1979-03-13 | Yoshimitsu Hamano | Locally stabilized zirconia ceramic |
| JPS5992973A (ja) * | 1982-11-15 | 1984-05-29 | 株式会社豊田中央研究所 | ジルコニア材料およびジルコニア強化方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5879040U (ja) * | 1981-11-26 | 1983-05-28 | トヨタ自動車株式会社 | セラミツクス製シリンダライナ |
-
1983
- 1983-09-28 JP JP58178226A patent/JPS6071574A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5434309A (en) * | 1977-08-24 | 1979-03-13 | Yoshimitsu Hamano | Locally stabilized zirconia ceramic |
| JPS5992973A (ja) * | 1982-11-15 | 1984-05-29 | 株式会社豊田中央研究所 | ジルコニア材料およびジルコニア強化方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6071574A (ja) | 1985-04-23 |
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