JPH0516382B2 - - Google Patents
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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・金属複合体に関するも
のである。更に詳しくは、アルミニウム部材とセ
ラミツク部材を鉄系部材及び中間金属体を介して
一体的に結合したセラミツクス・金属複合体に関
するものである。
のである。更に詳しくは、アルミニウム部材とセ
ラミツク部材を鉄系部材及び中間金属体を介して
一体的に結合したセラミツクス・金属複合体に関
するものである。
［従来の技術］
アルミニウムは比重が小さく、展延性や耐食性
が優れているため航空機、車両、船舶、産業機械
等の構造材料や部品として使用されている。しか
し、アルミニウムは融点が低く、しかも柔らかい
ため耐熱性や耐摩耗性が乏しい。
が優れているため航空機、車両、船舶、産業機械
等の構造材料や部品として使用されている。しか
し、アルミニウムは融点が低く、しかも柔らかい
ため耐熱性や耐摩耗性が乏しい。
一方、セラミツクスは耐熱性や耐摩耗性が優れ
ている特性を有している。このため、従来からア
ルミニウム部材の一部にセラミツク部材を結合し
て、軽量で且つ耐熱性や耐摩耗性に優れた内燃機
械用ピストンやロツカアーム等の機械部品を作る
ことが検討されている。
ている特性を有している。このため、従来からア
ルミニウム部材の一部にセラミツク部材を結合し
て、軽量で且つ耐熱性や耐摩耗性に優れた内燃機
械用ピストンやロツカアーム等の機械部品を作る
ことが検討されている。
例えば、実開昭59−130047号公報には、セラミ
ツク焼結体の外周にねじ部を有する鉄製枠体を焼
嵌めし、該枠体のねじ部とアルミニウム合金製ピ
ストン本体の頭部に形成したねじ部とを螺合した
内燃機関用ピストンが開示されている。
ツク焼結体の外周にねじ部を有する鉄製枠体を焼
嵌めし、該枠体のねじ部とアルミニウム合金製ピ
ストン本体の頭部に形成したねじ部とを螺合した
内燃機関用ピストンが開示されている。
また、特開昭56−122659号公報には、セラミツ
ク製頂板の外周に鉄系金属部材を焼嵌めし、該金
属部材の周囲にアルミニウム合金よりなるピスト
ン本体を鋳込む方法が開示されている。
ク製頂板の外周に鉄系金属部材を焼嵌めし、該金
属部材の周囲にアルミニウム合金よりなるピスト
ン本体を鋳込む方法が開示されている。
さらにまた、実開昭58−178401号公報には、セ
ラミツク製チツプを有機質接着剤によりロツカア
ーム本体に接着した内燃機械用ロツカアームが開
示されている。
ラミツク製チツプを有機質接着剤によりロツカア
ーム本体に接着した内燃機械用ロツカアームが開
示されている。
［発明が解決しようとする問題点］
しかしながら、実開昭59−130047号公報に開示
されているピストンにあつては、結合が螺合のた
め、ねじ部に存在する不必要な空隙が爆発圧力や
圧縮圧力の低下をもたらし、エンジン効率を低下
させる欠点がある。さらにまた、螺合ではセラミ
ツク部材とピストン本体の位置を常に一定の位置
に固定することが極めて困難であり、螺合でセラ
ミツク部材とピストン本体の位置を常に一定の位
置に固定するには特別な工夫を必要とする。
されているピストンにあつては、結合が螺合のた
め、ねじ部に存在する不必要な空隙が爆発圧力や
圧縮圧力の低下をもたらし、エンジン効率を低下
させる欠点がある。さらにまた、螺合ではセラミ
ツク部材とピストン本体の位置を常に一定の位置
に固定することが極めて困難であり、螺合でセラ
ミツク部材とピストン本体の位置を常に一定の位
置に固定するには特別な工夫を必要とする。
一方、特開昭56−122659号公報に開示の鋳ぐる
みによる方法では、鋳型の構造が複雑となる上、
鋳込み中及び鋳込み後の作業工程でセラミツク部
材が破損しないように細心の注意を必要とする欠
点があり、このため、作業の自動化には高度の技
術を必要とする。
みによる方法では、鋳型の構造が複雑となる上、
鋳込み中及び鋳込み後の作業工程でセラミツク部
材が破損しないように細心の注意を必要とする欠
点があり、このため、作業の自動化には高度の技
術を必要とする。
また、実開昭58−178401号公報に開示の考案の
ような有機質の接着剤による結合体では接合部の
温度が上昇する用途には使用出来ない欠点があ
る。
ような有機質の接着剤による結合体では接合部の
温度が上昇する用途には使用出来ない欠点があ
る。
以上の通り、従来提案されている螺合、鋳ぐる
みならびに接着等の方法により結合されたセラミ
ツク部材とアルミニウム部材の結合体は実用的な
ものではない。
みならびに接着等の方法により結合されたセラミ
ツク部材とアルミニウム部材の結合体は実用的な
ものではない。
一方、上記以外のセラミツク部材とアルミニウ
ム部材の結合に適用可能な方法として、融接、圧
接、ろう接等の各種溶接法が考えられる。しかし
セラミツクスとアルミニウムは通常の方法では、
融接したりろう接したりすることが出来ない。
ム部材の結合に適用可能な方法として、融接、圧
接、ろう接等の各種溶接法が考えられる。しかし
セラミツクスとアルミニウムは通常の方法では、
融接したりろう接したりすることが出来ない。
さらに、上記実開昭59−130047号公報や特開昭
56−122659号公報に開示されているように、セラ
ミツク部材に鉄製部材を嵌合しても、該鉄製部材
とアルミニウム部材を融接で結合することが出来
ない。なぜなら、融接は両方の被結合体を溶融さ
せて結合する方法であるが、鉄製部材とアルミニ
ウム部材の融点の温度差が大きすぎるため鉄製部
材が融ける前にアルミニウム部材が融けてしまう
からである。
56−122659号公報に開示されているように、セラ
ミツク部材に鉄製部材を嵌合しても、該鉄製部材
とアルミニウム部材を融接で結合することが出来
ない。なぜなら、融接は両方の被結合体を溶融さ
せて結合する方法であるが、鉄製部材とアルミニ
ウム部材の融点の温度差が大きすぎるため鉄製部
材が融ける前にアルミニウム部材が融けてしまう
からである。
［問題点を解決するための手段］
従つて本発明は前記従来の問題点に鑑みなされ
たもので、耐摩耗性、耐熱性に優れているばかり
でなく、製造並びに取扱いが容易な、セラミツク
部材とアルミニウム部材とを鉄系部材及び中間金
属体を介して一体的に結合されてなるセラミツク
ス・金属複合体を提供することを目的とする。そ
して、この目的は、本発明によれば、(a) エンジ
ン部品の一部を構成するセラミツク部材、(b) 該
セラミツク部材に結合された鉄系部材、(c) 該鉄
系部材に接合された中間金属体、(d) 該中間金属
体に接合されたアルミニウム製エンジン部品から
なり、前記セラミツク部材と前記アルミニウム製
エンジン部品とを前記鉄系部材及び前記中間金属
体を介して一体的に結合するとともに、前記中間
金属体と前記アルミニウム製エンジン部品とが溶
接されているセラミツクス・金属複合体を提供す
ることによつて達成される。
たもので、耐摩耗性、耐熱性に優れているばかり
でなく、製造並びに取扱いが容易な、セラミツク
部材とアルミニウム部材とを鉄系部材及び中間金
属体を介して一体的に結合されてなるセラミツク
ス・金属複合体を提供することを目的とする。そ
して、この目的は、本発明によれば、(a) エンジ
ン部品の一部を構成するセラミツク部材、(b) 該
セラミツク部材に結合された鉄系部材、(c) 該鉄
系部材に接合された中間金属体、(d) 該中間金属
体に接合されたアルミニウム製エンジン部品から
なり、前記セラミツク部材と前記アルミニウム製
エンジン部品とを前記鉄系部材及び前記中間金属
体を介して一体的に結合するとともに、前記中間
金属体と前記アルミニウム製エンジン部品とが溶
接されているセラミツクス・金属複合体を提供す
ることによつて達成される。
本発明のセラミツクス・金属複合体を構成する
セラミツク部材としては、酸化物セラミツクス、
窒化物セラミツクス並びに炭化物セラミツクスか
らなる部材を使用することができる。
セラミツク部材としては、酸化物セラミツクス、
窒化物セラミツクス並びに炭化物セラミツクスか
らなる部材を使用することができる。
本発明のセラミツクス・金属複合体で、エンジ
ン部品のように高温で使用される機械部品を構成
する場合には、セラミツクスとして、高温強度、
耐摩耗性及び耐熱衝撃性が優れている非酸化物セ
ラミツクスが好ましく、窒化珪素、炭化珪素及び
サイアロンよりなる群から選ばれた少なくとも一
種のセラミツク材料が特に好ましい。
ン部品のように高温で使用される機械部品を構成
する場合には、セラミツクスとして、高温強度、
耐摩耗性及び耐熱衝撃性が優れている非酸化物セ
ラミツクスが好ましく、窒化珪素、炭化珪素及び
サイアロンよりなる群から選ばれた少なくとも一
種のセラミツク材料が特に好ましい。
また、ベアリング等のように高温にならない用
途に使用する機械部品を構成する場合には、セラ
ミツクスとして各種の酸化物セラミツクスも使用
することができる。
途に使用する機械部品を構成する場合には、セラ
ミツクスとして各種の酸化物セラミツクスも使用
することができる。
次に鉄系部材としては、熱膨張係数がセラミツ
ク部材の熱膨張係数に近い金属材料が好ましい。
かかる金属としては、例えば、Fe−Ni合金、Fe
−Ni−Co合金、ステンレス鋼、オーステナイト
球状黒鉛鋳鉄あるいは球状黒鉛鋳鉄がある。この
金属材料のうち、Fe−Ni合金には42合金や52合
金等のようにFe、Niからなる合金の他にインバ
ーのように少量の他元素を含む低膨張合金も含ま
れる。同様に、Fe−Ni−Co合金にはコバールや
スーパーインバーのようにFe、Ni、Coからなる
合金の他に、インコロイ903のように少量の他元
素を含む低膨張合金も含まれる。
ク部材の熱膨張係数に近い金属材料が好ましい。
かかる金属としては、例えば、Fe−Ni合金、Fe
−Ni−Co合金、ステンレス鋼、オーステナイト
球状黒鉛鋳鉄あるいは球状黒鉛鋳鉄がある。この
金属材料のうち、Fe−Ni合金には42合金や52合
金等のようにFe、Niからなる合金の他にインバ
ーのように少量の他元素を含む低膨張合金も含ま
れる。同様に、Fe−Ni−Co合金にはコバールや
スーパーインバーのようにFe、Ni、Coからなる
合金の他に、インコロイ903のように少量の他元
素を含む低膨張合金も含まれる。
また、上記ステンレス鋼はフエライト系ステン
レス、マルテンサイト系ステンレス及び析出硬化
型ステンレス等熱膨張係数の小さいステンレス鋼
を意味するものである。
レス、マルテンサイト系ステンレス及び析出硬化
型ステンレス等熱膨張係数の小さいステンレス鋼
を意味するものである。
次に本発明に用いる中間金属体としては、融点
が上記鉄系部材の融点より低く、アルミニウム部
材の融点と同等以上であるとともに、アルミニウ
ム部材との溶接が可能な金属が好ましい。
が上記鉄系部材の融点より低く、アルミニウム部
材の融点と同等以上であるとともに、アルミニウ
ム部材との溶接が可能な金属が好ましい。
かかる金属としては、アルミニウム、アルミニ
ウム合金、銅、銅合金、銀及び銀合金からなる群
から選ばれた少なくとも一種の金属が好ましく、
アルミニウムあるいはアルミニウム合金がより好
ましい。
ウム合金、銅、銅合金、銀及び銀合金からなる群
から選ばれた少なくとも一種の金属が好ましく、
アルミニウムあるいはアルミニウム合金がより好
ましい。
さらに、本発明に用いるアルミニウム部材とし
ては、純アルミニウムとアルミニウム合金の展伸
材あるいは鋳造材の中から溶接性の良いものを選
択して利用する。上記純アルミニウムはJIS−
1100に相当する工業用純アルミニウムと同等以上
の純度を有するアルミニウムを意味する。上記ア
ルミニウム合金のうち、展伸材としては、Al−
Mn系、Al−Mn−Mg系、Al−Mg系、Al−Mg
−Si系の合金が好ましく、Al−Mn系、Al−Mg
系、Al−Mg−Si系が特に好ましいものである。
これらのアルミニウム合金としては、例えばAl
−Mn系：JIS−3003、Al−Mn−Mg系：JIS−
3004、Al−Mg系：JIS−5005、5050、5052、
5083、5086、Al−Mg−Si系：JIS−6061等が利
用できる。上記アルミニウム合金のうち、鋳造材
としては、JIS Ｈ 5202のアルミニウム合金鋳物
ならびにJIS Ｈ 5302のアルミニウム合金ダイカ
ストに規定されている合金が利用できる。
ては、純アルミニウムとアルミニウム合金の展伸
材あるいは鋳造材の中から溶接性の良いものを選
択して利用する。上記純アルミニウムはJIS−
1100に相当する工業用純アルミニウムと同等以上
の純度を有するアルミニウムを意味する。上記ア
ルミニウム合金のうち、展伸材としては、Al−
Mn系、Al−Mn−Mg系、Al−Mg系、Al−Mg
−Si系の合金が好ましく、Al−Mn系、Al−Mg
系、Al−Mg−Si系が特に好ましいものである。
これらのアルミニウム合金としては、例えばAl
−Mn系：JIS−3003、Al−Mn−Mg系：JIS−
3004、Al−Mg系：JIS−5005、5050、5052、
5083、5086、Al−Mg−Si系：JIS−6061等が利
用できる。上記アルミニウム合金のうち、鋳造材
としては、JIS Ｈ 5202のアルミニウム合金鋳物
ならびにJIS Ｈ 5302のアルミニウム合金ダイカ
ストに規定されている合金が利用できる。
次に、本発明における前記各部材の結合方法に
ついて説明する。
ついて説明する。
まず、セラミツク部材と鉄系部材は、接合、嵌
合あるいは接合と嵌合を併用することにより結合
することができる。
合あるいは接合と嵌合を併用することにより結合
することができる。
接合ではろう付け及び拡散接合が利用できる。
セラミツク部材が酸化物セラミツクスからなる
場合には、特公昭60−6910号公報に記載の如く、
予めセラミツク部材の金属部材との被接合部表面
にメタライズ処理を施してから接合する。
場合には、特公昭60−6910号公報に記載の如く、
予めセラミツク部材の金属部材との被接合部表面
にメタライズ処理を施してから接合する。
また、セラミツク部材が窒化珪素や炭化珪素等
の非酸化物セラミツクスからなる場合には、活性
金属を含むろう、あるいは活性金属をインサート
の一部として使用して接合する。この場合には、
セラミツク部材の表面にメタライズ処理を施さな
いで、セラミツク部材と金属部材を接合すること
が出来る。一方、嵌合には焼嵌め、冷やし嵌めあ
るいは圧入が含まれる。
の非酸化物セラミツクスからなる場合には、活性
金属を含むろう、あるいは活性金属をインサート
の一部として使用して接合する。この場合には、
セラミツク部材の表面にメタライズ処理を施さな
いで、セラミツク部材と金属部材を接合すること
が出来る。一方、嵌合には焼嵌め、冷やし嵌めあ
るいは圧入が含まれる。
以上の接合方法はセラミツク部材の種類、形状
あるいは使用目的等により適時選択する。
あるいは使用目的等により適時選択する。
鉄系部材と中間金属体は、金属と金属の接合に
用いられる通常の手段により結合することができ
る。例えば、融接、圧接、ろう切などの溶接が挙
げられる。
用いられる通常の手段により結合することができ
る。例えば、融接、圧接、ろう切などの溶接が挙
げられる。
中間金属体とアルミニウム部材の接合には、
（株式会社）産業技術サービスセンター発行の最
新接合技術総覧記載の各種溶接が利用できるが、
この文献に記載の溶接法のうち、被覆アーク溶
接、イナートガスアーク溶接、酸素アセチレン溶
接、スポツト溶接、バツト溶接、ろう付け、電子
ビーム溶接、摩擦溶接が好ましく、イナートガス
アーク溶接、酸素アセチレン溶接、電子ビーム溶
接、摩擦溶接がより好ましい。
（株式会社）産業技術サービスセンター発行の最
新接合技術総覧記載の各種溶接が利用できるが、
この文献に記載の溶接法のうち、被覆アーク溶
接、イナートガスアーク溶接、酸素アセチレン溶
接、スポツト溶接、バツト溶接、ろう付け、電子
ビーム溶接、摩擦溶接が好ましく、イナートガス
アーク溶接、酸素アセチレン溶接、電子ビーム溶
接、摩擦溶接がより好ましい。
［実施例］
次に添付の図を参照して本発明を実施例につい
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
第１図及び第２図は、それぞれ本発明のセラミ
ツクス・金属複合体の実施例である結合部構造を
示す断面図である。
ツクス・金属複合体の実施例である結合部構造を
示す断面図である。
第１図のセラミツクス・金属複合体では、円板
状セラミツク部材１の片面に円板状鉄系部材２の
片面が接合され、該鉄系部材２の他の片面には円
板状中間金属体３が接合されている。さらに該中
間金属体の他の片面には円柱状のアルミニウム部
材４が溶接されている。
状セラミツク部材１の片面に円板状鉄系部材２の
片面が接合され、該鉄系部材２の他の片面には円
板状中間金属体３が接合されている。さらに該中
間金属体の他の片面には円柱状のアルミニウム部
材４が溶接されている。
次に第２図のセラミツクス・金属複合体では、
円板状セラミツク部材１の外周に円筒状の鉄系部
材２が嵌合され、該円筒状鉄系部材２の一端面に
円板状の中間金属体３が接合されている。さら
に、該中間金属体３の他の片面には円柱状のアル
ミニウム部材４が溶接されている。
円板状セラミツク部材１の外周に円筒状の鉄系部
材２が嵌合され、該円筒状鉄系部材２の一端面に
円板状の中間金属体３が接合されている。さら
に、該中間金属体３の他の片面には円柱状のアル
ミニウム部材４が溶接されている。
第３図は、本発明のセラミツクス・金属複合体
を用いて、ピストンヘツドがセラミツク部材並び
に鉄系部材からなり、ピストン本体がアルミニウ
ム合金からなるピストンを作つた場合の結合部構
造の一実施例を示すものである。
を用いて、ピストンヘツドがセラミツク部材並び
に鉄系部材からなり、ピストン本体がアルミニウ
ム合金からなるピストンを作つた場合の結合部構
造の一実施例を示すものである。
第３図においては、ピストンヘツドの一部を構
成する凹状のセラミツク部材１１の底部外表面に
円板状鉄系部材１２′が接合されており、該凹状
セラミツク部材１１の側面外周には円筒状鉄系部
材１２が嵌合されている。そして鉄系部材１２′
の片面並びに鉄系部材１２の一端面には、円板状
の中間金属体１３が接合されている。さらに上記
中間金属体１３の他の片面にはピストン本体に相
当するアルミニウム部材１４が溶接されている。
成する凹状のセラミツク部材１１の底部外表面に
円板状鉄系部材１２′が接合されており、該凹状
セラミツク部材１１の側面外周には円筒状鉄系部
材１２が嵌合されている。そして鉄系部材１２′
の片面並びに鉄系部材１２の一端面には、円板状
の中間金属体１３が接合されている。さらに上記
中間金属体１３の他の片面にはピストン本体に相
当するアルミニウム部材１４が溶接されている。
第３図に示す構造のピストンは、例えば次のよ
うにして作成することができる。
うにして作成することができる。
まず、所定形状のセラミツク部材１１、鉄系部
材１２、鉄系部材１２′、中間金属体１３並びに
アルミニウム部材１４を作る。次に、セラミツク
部材１１の底部外表面に鉄系部材１２′をろう付
けする。この際、鉄系部材１２′の外径はセラミ
ツク部材１１の外径と同等以下とする。セラミツ
ク部材１１の底部外表面が予めメタライズ処理さ
れている場合には、銀ろう等の通常のろうを使用
すればよい。一方、セラミツク部材１１の底部外
表面がメタライズ処理されていない場合には、活
性金属ろうを使用してろう付けを行う。
材１２、鉄系部材１２′、中間金属体１３並びに
アルミニウム部材１４を作る。次に、セラミツク
部材１１の底部外表面に鉄系部材１２′をろう付
けする。この際、鉄系部材１２′の外径はセラミ
ツク部材１１の外径と同等以下とする。セラミツ
ク部材１１の底部外表面が予めメタライズ処理さ
れている場合には、銀ろう等の通常のろうを使用
すればよい。一方、セラミツク部材１１の底部外
表面がメタライズ処理されていない場合には、活
性金属ろうを使用してろう付けを行う。
該活性金属ろうとしては、活性金属としてZr、
Ti、Ｂ、Hf、Ｖ、Cr、La、Sc、Ｙ、Ce、Be及
びMoよりなる群から選ばれた少なくとも一種の
金属を含む合金、上記活性金属が被覆してある金
属板あるいは上記活性金属の箔と金属板の積層体
が好ましく、上記活性金属が被覆してある金属板
に特に好ましい。
Ti、Ｂ、Hf、Ｖ、Cr、La、Sc、Ｙ、Ce、Be及
びMoよりなる群から選ばれた少なくとも一種の
金属を含む合金、上記活性金属が被覆してある金
属板あるいは上記活性金属の箔と金属板の積層体
が好ましく、上記活性金属が被覆してある金属板
に特に好ましい。
セラミツク部材１１と鉄系部材１２′のろう付
けが終了後、セラミツク部材１１と鉄系部材１
２′の外周に鉄系部材１２を嵌合する。嵌合は焼
嵌めあるいは圧入のどちらで行つてもよい。
けが終了後、セラミツク部材１１と鉄系部材１
２′の外周に鉄系部材１２を嵌合する。嵌合は焼
嵌めあるいは圧入のどちらで行つてもよい。
上記嵌合が終了後、上記嵌合体に中間金属体１
３を通常の方法で接合する。
３を通常の方法で接合する。
最後に、上記嵌合体に接合した中間金属体１３
とアルミニウム部材１４を溶接し、ピストンとし
ての仕上げ加工を行う。
とアルミニウム部材１４を溶接し、ピストンとし
ての仕上げ加工を行う。
第４図は、本発明のセラミツクス・金属複合体
を用いて、先端がセラミツクスからなる内燃機関
用ロツカアームを作つた場合の結合部構造の一実
施例を示す。第４図では、アルミニウム合金製の
ロツカアーム本体に相当するアルミニウム部材２
４の先端に鉄系部材２２と中間金属体２３を介し
てセラミツク部材２１が結合されている。
を用いて、先端がセラミツクスからなる内燃機関
用ロツカアームを作つた場合の結合部構造の一実
施例を示す。第４図では、アルミニウム合金製の
ロツカアーム本体に相当するアルミニウム部材２
４の先端に鉄系部材２２と中間金属体２３を介し
てセラミツク部材２１が結合されている。
第４図に示す構造のロツカアームは、例えば次
のようにして作ることができる。
のようにして作ることができる。
まず、所定形状のセラミツク部材２１、鉄系部
材２２、中間金属体２３並びにアルミニウム部材
２４を準備する。次いで、セラミツク部材２１の
片面の鉄系部材２２の片面を接合した後、該鉄系
部材２２を他の片面に中間金属体２３の片面を接
合し、一端がセラミツク部材２１、他端が中間金
属体２３からなる結合体とする。しかる後、該結
合体の中間金属体２３の片面とアルミニウム部材
２４に相当するロツカアームの先端を接合し一体
とする。
材２２、中間金属体２３並びにアルミニウム部材
２４を準備する。次いで、セラミツク部材２１の
片面の鉄系部材２２の片面を接合した後、該鉄系
部材２２を他の片面に中間金属体２３の片面を接
合し、一端がセラミツク部材２１、他端が中間金
属体２３からなる結合体とする。しかる後、該結
合体の中間金属体２３の片面とアルミニウム部材
２４に相当するロツカアームの先端を接合し一体
とする。
以下、本発明のセラミツクス・金属複合体の効
果に関し、その実施結果を具体的に示す。
果に関し、その実施結果を具体的に示す。
実施例 １
セラミツク部材として、常圧焼結法による窒化
珪素で直径10mm、厚さ10mmの円板を作製し、鉄系
部材として、主たる化学成分がNi：29wt％、
Co：17wt％、Fe：残部のコバール合金、で直径
10mm、厚さ３mmの円板を作製した。また、中間金
属体として、純アルミニウム（JIS：1050）から
なる直径10mm、厚さ５mmの円板を作製した。更
に、アルミニウム部材として、アルミニウム合金
（JIS：AC8A）からなる直径18mm、長さ100mmの
棒を鋳造し、該鋳造棒から直径10mm、長さ50mmの
丸棒を作製した。
珪素で直径10mm、厚さ10mmの円板を作製し、鉄系
部材として、主たる化学成分がNi：29wt％、
Co：17wt％、Fe：残部のコバール合金、で直径
10mm、厚さ３mmの円板を作製した。また、中間金
属体として、純アルミニウム（JIS：1050）から
なる直径10mm、厚さ５mmの円板を作製した。更
に、アルミニウム部材として、アルミニウム合金
（JIS：AC8A）からなる直径18mm、長さ100mmの
棒を鋳造し、該鋳造棒から直径10mm、長さ50mmの
丸棒を作製した。
これらの各部材を以下に述べる方法で結合して
本発明のセラミツクス・金属複合体とし、該セラ
ミツクス・金属複合体から接合強度測定用試験片
を作製した。
本発明のセラミツクス・金属複合体とし、該セラ
ミツクス・金属複合体から接合強度測定用試験片
を作製した。
まず、上記窒化珪素円板の両表面に上記コバー
ル円板を活性金属ろうで接合した。接合は、窒化
珪素円板表面とコバール円板表面の間に、厚さ
0.1mmの銀ろう板（JIS：BAg8）の表面に厚さ
0.01mmの金属チタンを蒸着して得た活性金属ろう
を挟み、真空中で850℃に加熱して行つた。
ル円板を活性金属ろうで接合した。接合は、窒化
珪素円板表面とコバール円板表面の間に、厚さ
0.1mmの銀ろう板（JIS：BAg8）の表面に厚さ
0.01mmの金属チタンを蒸着して得た活性金属ろう
を挟み、真空中で850℃に加熱して行つた。
次に、窒化珪素円板の両表面に接合されている
コバール円板の未接合の表面に上記純アルミニウ
ム円板をアルミニウム合金ろうで接合した。接合
は、コバール円板の表面とアルミニウム円板の表
面の間に厚さ0.1mmのアルミニウム合金ろう
（JIS：BA4004）を挟み、真空中で600℃に加熱
して行つた。
コバール円板の未接合の表面に上記純アルミニウ
ム円板をアルミニウム合金ろうで接合した。接合
は、コバール円板の表面とアルミニウム円板の表
面の間に厚さ0.1mmのアルミニウム合金ろう
（JIS：BA4004）を挟み、真空中で600℃に加熱
して行つた。
かくして、窒化珪素製の円板状セラミツク部材
の両表面に、コバール製の円板状鉄系部材を介し
て純アルミニウム製の円板状中間金属体を接合し
た結合体が得られた。
の両表面に、コバール製の円板状鉄系部材を介し
て純アルミニウム製の円板状中間金属体を接合し
た結合体が得られた。
最後に、該結合体両端面の純アルミニウム製中
間金属体と上記アルミニウム部材をアルゴンアー
ク溶接で接合し、セラミツク部材とアルミニウム
部材が鉄系部材と中間金属体を介して一体的に結
合されてなる本発明のセラミツクス・金属複合体
を作製した。このセラミツクス・金属複合体の外
径を機械加工により仕上げ、直径９mm、長さ約
126mmの接合強度測定用試験片を作製した。
間金属体と上記アルミニウム部材をアルゴンアー
ク溶接で接合し、セラミツク部材とアルミニウム
部材が鉄系部材と中間金属体を介して一体的に結
合されてなる本発明のセラミツクス・金属複合体
を作製した。このセラミツクス・金属複合体の外
径を機械加工により仕上げ、直径９mm、長さ約
126mmの接合強度測定用試験片を作製した。
該試験片について室温において引張試験を行つ
たところ、接合強度７Kg／mm2でコバール製鉄系部
材と純アルミニウム製中間金属体の接合部から破
断した。
たところ、接合強度７Kg／mm2でコバール製鉄系部
材と純アルミニウム製中間金属体の接合部から破
断した。
実施例 ２
セラミツク部材として、イツトリアを含むジル
コニアセラミツクスで直径10mm、厚さ10mmの円板
を作製し、鉄系部材として、球状黒鉛鋳鉄で直径
10mm、厚さ３mmの円板を作製した。また、中間金
属体として、アルミニウム合金（JIS：3003）か
らなる直径10mm、厚さ５mmの円板を作製した。更
に、アルミニウム部材として、アルミニウム合金
（JIS：AC8A）からなる直径18mm、長さ100mmの
棒を鋳造し、該棒から直径10mm、長さ50mmの丸棒
を作製した。
コニアセラミツクスで直径10mm、厚さ10mmの円板
を作製し、鉄系部材として、球状黒鉛鋳鉄で直径
10mm、厚さ３mmの円板を作製した。また、中間金
属体として、アルミニウム合金（JIS：3003）か
らなる直径10mm、厚さ５mmの円板を作製した。更
に、アルミニウム部材として、アルミニウム合金
（JIS：AC8A）からなる直径18mm、長さ100mmの
棒を鋳造し、該棒から直径10mm、長さ50mmの丸棒
を作製した。
これらの各部材を以下に述べる方法で結合して
本発明のセラミツクス・金属複合体とし、該セラ
ミツクス・金属複合体から接合強度測定用試験片
を作製した。
本発明のセラミツクス・金属複合体とし、該セラ
ミツクス・金属複合体から接合強度測定用試験片
を作製した。
まず、上記ジルコニアセラミツクス円板の両表
面に、特公昭60−6910号公報に記載の方法でメタ
ライズ処理を行つた後、該メタライズ表面に上記
球状黒鉛鋳鉄円板を銀ろう（JIS：BAg8）で接
合した。接合は真空中で850℃に加熱して行つた。
面に、特公昭60−6910号公報に記載の方法でメタ
ライズ処理を行つた後、該メタライズ表面に上記
球状黒鉛鋳鉄円板を銀ろう（JIS：BAg8）で接
合した。接合は真空中で850℃に加熱して行つた。
次に、ジルコニアセラミツク円板の両表面に接
合されている球状黒鉛鋳鉄円板の未接合の表面に
上記アルミニウム合金円板をアルミニウム合金ろ
うで接合した。
合されている球状黒鉛鋳鉄円板の未接合の表面に
上記アルミニウム合金円板をアルミニウム合金ろ
うで接合した。
接合は、球状黒鉛鋳鉄円板の表面にニツケルメ
ツキを施した後、該ニツケルメツキ面とアルミニ
ウム合金円板の表面の間に、厚さ0.1mmのアルミ
ニウム合金ろう（JIS：BA4004）を挟み、真空
中で600℃に加熱して行つた。
ツキを施した後、該ニツケルメツキ面とアルミニ
ウム合金円板の表面の間に、厚さ0.1mmのアルミ
ニウム合金ろう（JIS：BA4004）を挟み、真空
中で600℃に加熱して行つた。
かくして、ジルコニアセラミツクス製の円板状
セラミツク部材の両表面に、球状黒鉛鋳鉄製の円
板状鉄系部材を介してアルミニウム合金製の円板
状中間金属体を接合した結合体が得られた。
セラミツク部材の両表面に、球状黒鉛鋳鉄製の円
板状鉄系部材を介してアルミニウム合金製の円板
状中間金属体を接合した結合体が得られた。
最後に、該結合体両端面のアルミニウム合金製
中間金属体と上記アルミニウム部材をアルゴンア
ーク溶接で接合し、セラミツク部材とアルミニウ
ム部材が鉄系部材と中間金属体を介して一体的に
結合されてなる本発明のセラミツクス・金属複合
体を作製した。
中間金属体と上記アルミニウム部材をアルゴンア
ーク溶接で接合し、セラミツク部材とアルミニウ
ム部材が鉄系部材と中間金属体を介して一体的に
結合されてなる本発明のセラミツクス・金属複合
体を作製した。
このセラミツクス・金属複合体の外径を機械加
工により仕上げ、直径９mm、長さ約126mmの接合
強度測定用試験片とした。該試験片について、室
温において引張試験を行つたところ、接合強度６
Kg／mm2で球状黒鉛鋳鉄製鉄系部材とアルミニウム
合金製中間金属体の接合部から破断した。
工により仕上げ、直径９mm、長さ約126mmの接合
強度測定用試験片とした。該試験片について、室
温において引張試験を行つたところ、接合強度６
Kg／mm2で球状黒鉛鋳鉄製鉄系部材とアルミニウム
合金製中間金属体の接合部から破断した。
［発明の効果］
以上説明したように、本発明のセラミツクス・
金属複合体によれば、次に述べる顕著な効果が奏
せられる。
金属複合体によれば、次に述べる顕著な効果が奏
せられる。
(a) アルミニウム部材とアルミニウムより高融点
の鉄系部材と接合が中間金属体を介することで
可能となつた。
の鉄系部材と接合が中間金属体を介することで
可能となつた。
(b) セラミツク部材とアルミニウム部材の接合が
両者の間に鉄系部材並びに中間金属体を配する
ことで可能となつた。
両者の間に鉄系部材並びに中間金属体を配する
ことで可能となつた。
(c) 以上の結果、セラミツク部材とアルミニウム
部材の結合が容易となり、セラミツクスの特長
である耐熱性、耐摩耗性並びに耐酸化性とアル
ミニウムの特長である軽量並びに高靭性を共に
備えた機械構造用部品としてのセラミツクス・
金属複合体の製造が容易となつた。
部材の結合が容易となり、セラミツクスの特長
である耐熱性、耐摩耗性並びに耐酸化性とアル
ミニウムの特長である軽量並びに高靭性を共に
備えた機械構造用部品としてのセラミツクス・
金属複合体の製造が容易となつた。
これらのセラミツクス・金属複合体はその特長
を生かして、ピストン、ロツカアーム、シリンダ
ーヘツド等の内燃機関用部品、更には一般の産業
機械部品として利用できる。
を生かして、ピストン、ロツカアーム、シリンダ
ーヘツド等の内燃機関用部品、更には一般の産業
機械部品として利用できる。
第１図は本発明のセラミツクス・金属複合体の
一実施例を示す断面図、第２図は本発明のセラミ
ツクス・金属複合体の他の実施例を示す断面図、
第３図及び第４図はそれぞれ本発明のセラミツク
ス・金属複合体の応用例を示す断面図である。 １……セラミツク部材、２……鉄系部材、３…
…中間金属体、４……アルミニウム部材、１１…
…セラミツク部材、１２……鉄系部材、１２′…
…鉄系部材、１３……中間金属体、１４……アル
ミニウム部材、２１……セラミツク部材、２２…
…鉄系部材、２３……中間金属体、２４……アル
ミニウム部材。
一実施例を示す断面図、第２図は本発明のセラミ
ツクス・金属複合体の他の実施例を示す断面図、
第３図及び第４図はそれぞれ本発明のセラミツク
ス・金属複合体の応用例を示す断面図である。 １……セラミツク部材、２……鉄系部材、３…
…中間金属体、４……アルミニウム部材、１１…
…セラミツク部材、１２……鉄系部材、１２′…
…鉄系部材、１３……中間金属体、１４……アル
ミニウム部材、２１……セラミツク部材、２２…
…鉄系部材、２３……中間金属体、２４……アル
ミニウム部材。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ (a) エンジン部品の一部を構成するセラミツ
ク部材、 (b) 該セラミツク部材に結合された鉄系部材 (c) 該鉄系部材に接合された中間金属体、 (d) 該中間金属体に接合されたアルミニウム製エ
ンジン部品 からなり、前記セラミツク部材と前記アルミニウ
ム製エンジン部品とを前記鉄系部材及び前記中間
金属体を介して一体的に結合するとともに、前記
中間金属体と前記アルミニウム製エンジン部品と
が溶接されていることを特徴とするセラミツク
ス・金属複合体。 ２ 中間金属体が、アルミニウム、アルミニウム
合金、銅、銅合金、銀及び銀合金からなる群から
選ばれた少なくとも一種の金属であつて、且つそ
の融点が鉄系部材の融点より低く、アルミニウム
部材の融点と同等以上である金属からなるもので
ある特許請求の範囲第１項記載のセラミツクス・
金属複合体。 ３ セラミツク部材が内燃機関用ピストンヘツド
の少なくとも一部である特許請求の範囲第１項ま
たは第２項記載のセラミツクス・金属複合体。 ４ セラミツク部材が内燃機関用ロツカアームの
カムとの当接面の少なくとも一部である特許請求
の範囲第１項または第２項記載のセラミツクス・
金属複合体。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61022067A JPS62182174A (ja) | 1986-02-05 | 1986-02-05 | セラミツクス・金属複合体 |
| US07/001,750 US4746582A (en) | 1986-02-05 | 1987-01-09 | Ceramic-metal composite body |
| EP87300369A EP0232028B1 (en) | 1986-02-05 | 1987-01-16 | Ceramic-metal composite body |
| DE8787300369T DE3762124D1 (de) | 1986-02-05 | 1987-01-16 | Aus keramik und metall zusammengefuegter koerper. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61022067A JPS62182174A (ja) | 1986-02-05 | 1986-02-05 | セラミツクス・金属複合体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62182174A JPS62182174A (ja) | 1987-08-10 |
| JPH0516382B2 true JPH0516382B2 (ja) | 1993-03-04 |
Family
ID=12072546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61022067A Granted JPS62182174A (ja) | 1986-02-05 | 1986-02-05 | セラミツクス・金属複合体 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4746582A (ja) |
| EP (1) | EP0232028B1 (ja) |
| JP (1) | JPS62182174A (ja) |
| DE (1) | DE3762124D1 (ja) |
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| JPS609594A (ja) * | 1983-06-29 | 1985-01-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 複合物品の製造方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4746582A (en) | 1988-05-24 |
| JPS62182174A (ja) | 1987-08-10 |
| DE3762124D1 (de) | 1990-05-10 |
| EP0232028A1 (en) | 1987-08-12 |
| EP0232028B1 (en) | 1990-04-04 |
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