JPH05262577A - セラミックスと金属との複合体 - Google Patents
セラミックスと金属との複合体Info
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- JPH05262577A JPH05262577A JP6072992A JP6072992A JPH05262577A JP H05262577 A JPH05262577 A JP H05262577A JP 6072992 A JP6072992 A JP 6072992A JP 6072992 A JP6072992 A JP 6072992A JP H05262577 A JPH05262577 A JP H05262577A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 室温から高温までの温度で接合面に間隙や割
れが発生することなく、切削加工による成形も容易にで
き、安定して使用できるセラミックスと金属との複合体
を提供する。 【構成】 低熱膨張鋳鉄から成る金属円筒体６とセラミ
ックス円柱体１を嵌合することによって作製されてなる
セラミックスと金属との複合体である。
れが発生することなく、切削加工による成形も容易にで
き、安定して使用できるセラミックスと金属との複合体
を提供する。 【構成】 低熱膨張鋳鉄から成る金属円筒体６とセラミ
ックス円柱体１を嵌合することによって作製されてなる
セラミックスと金属との複合体である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックスと金属と
の複合体に係り、更に詳しくは、室温だけでなく高温に
於いても金属とセラミックスの間に間隙や内部応力を発
生することがなく、安定して使用することができるセラ
ミックスと金属との複合体に関する。
の複合体に係り、更に詳しくは、室温だけでなく高温に
於いても金属とセラミックスの間に間隙や内部応力を発
生することがなく、安定して使用することができるセラ
ミックスと金属との複合体に関する。
【０００２】
【従来の技術】セラミックスは耐熱性、耐摩耗性及び耐
食性はあるが靱性が低く、金属は靱性はあるが耐熱性、
耐摩耗性、および耐食性が不足する。そのため、耐熱
性、耐摩耗性、および耐食性と同時に靱性も求められる
構造部材にはセラミックスと金属との複合体を使用する
ことが検討されている。そこで、従来、セラミックスと
金属との複合体を製造するには、圧入、かしめ、ろう付
け、鋳ぐるみ、機械的な接続、その他の方法が目的によ
って適宜選択され、セラミックス部材と金属部材が接合
されている。
食性はあるが靱性が低く、金属は靱性はあるが耐熱性、
耐摩耗性、および耐食性が不足する。そのため、耐熱
性、耐摩耗性、および耐食性と同時に靱性も求められる
構造部材にはセラミックスと金属との複合体を使用する
ことが検討されている。そこで、従来、セラミックスと
金属との複合体を製造するには、圧入、かしめ、ろう付
け、鋳ぐるみ、機械的な接続、その他の方法が目的によ
って適宜選択され、セラミックス部材と金属部材が接合
されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、それらの接合
体は室温で使用することはできても、一般に金属はセラ
ミックスに比べて線熱膨張係数が大きいので、使用温度
が高くなるに従い、セラミックスよりも金属の方が大き
く膨張して接合面に間隙や割れが生じたり、あるいは内
部応力が発生し、セラミックスまたは金属の何れかが破
壊される等の問題があった。
体は室温で使用することはできても、一般に金属はセラ
ミックスに比べて線熱膨張係数が大きいので、使用温度
が高くなるに従い、セラミックスよりも金属の方が大き
く膨張して接合面に間隙や割れが生じたり、あるいは内
部応力が発生し、セラミックスまたは金属の何れかが破
壊される等の問題があった。
【０００４】また、インバー、スーパーインバー、コバ
ール等の低熱膨張金属材料とセラミックスの接合体では
両部材の線熱膨張係数の差による問題は発生しにくいが
金属部材の鋳造性や切削加工性が著しく悪く、複合材を
製造するには工業上、好ましくなかった。
ール等の低熱膨張金属材料とセラミックスの接合体では
両部材の線熱膨張係数の差による問題は発生しにくいが
金属部材の鋳造性や切削加工性が著しく悪く、複合材を
製造するには工業上、好ましくなかった。
【０００５】従って、本発明は上記の課題を解決し、室
温から高温までの温度で接合面に間隙や割れが、また問
題になるような大きさの内部応力が発生したりすること
なく、切削加工による成形も容易にでき、安定して使用
することができるセラミックスと金属との複合体を提供
することを目的とする。
温から高温までの温度で接合面に間隙や割れが、また問
題になるような大きさの内部応力が発生したりすること
なく、切削加工による成形も容易にでき、安定して使用
することができるセラミックスと金属との複合体を提供
することを目的とする。
【０００６】なお、線熱膨張係数が小さく、一定の温度
範囲内ではセラミックスと線熱膨張係数に近い合金が開
発され、特開平２ー２９８２３６号に開示されている。
しかし、この文献はセラミックスと金属との複合体には
全く触れていない。
範囲内ではセラミックスと線熱膨張係数に近い合金が開
発され、特開平２ー２９８２３６号に開示されている。
しかし、この文献はセラミックスと金属との複合体には
全く触れていない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明によれば、
低熱膨張鋳鉄とセラミックス部材を嵌合することによっ
て作製されてなることを特徴とするセラミックスと金属
との複合体、が提供される。
低熱膨張鋳鉄とセラミックス部材を嵌合することによっ
て作製されてなることを特徴とするセラミックスと金属
との複合体、が提供される。
【０００８】また、本発明においては、セラミックス部
材に圧縮応力がかかる構造であることが好ましい。ま
た、本発明においては、低熱膨張鋳鉄が鋳造性及び切削
性に優れていることが好ましい。更に、本発明において
は、低熱膨張鋳鉄の線熱膨張係数が室温から４００℃ま
でに於いて３ｘ１０ー6／℃以上５ｘ１０ー6／℃以下であ
ることが好ましい。
材に圧縮応力がかかる構造であることが好ましい。ま
た、本発明においては、低熱膨張鋳鉄が鋳造性及び切削
性に優れていることが好ましい。更に、本発明において
は、低熱膨張鋳鉄の線熱膨張係数が室温から４００℃ま
でに於いて３ｘ１０ー6／℃以上５ｘ１０ー6／℃以下であ
ることが好ましい。
【０００９】
【作用】本発明に係るセラミックスと金属との複合体
は、低熱膨張鋳鉄とセラミックス部材を嵌合することに
よって作製されてなることを特徴とし、低熱膨張鋳鉄と
セラミックス部材がどのように嵌合しているかによって
限定されるものではない。しかし、低熱膨張鋳鉄をセラ
ミックス部材に圧入すること又はかしめることによって
両部材が嵌合することは、好ましい。本発明によれば、
低熱膨張鋳鉄部材とセラミックス部材との複合体が提供
されるが、この複合体は様々な構造を取り得る。金属部
材もセラミックス部材も一とは限られず、複数の金属部
材と複数のセラミックス部材の組み合わせからなる構造
でもよい。例えば、円柱、多角柱、平行六面体、直方
体、円錐、多角錐、回転楕円体、若しくは球等の形状、
これらの形状を任意の方向に塑性変形して得られる形
状、又はこれらの形状を任意の方向に平面もしくは曲面
で切断して得られる形状の何れかを有する一のセラミッ
クス部材の外表面を一の低熱膨張鋳鉄部材が覆い、セラ
ミックス部材に圧縮応力がかかる構造がある。
は、低熱膨張鋳鉄とセラミックス部材を嵌合することに
よって作製されてなることを特徴とし、低熱膨張鋳鉄と
セラミックス部材がどのように嵌合しているかによって
限定されるものではない。しかし、低熱膨張鋳鉄をセラ
ミックス部材に圧入すること又はかしめることによって
両部材が嵌合することは、好ましい。本発明によれば、
低熱膨張鋳鉄部材とセラミックス部材との複合体が提供
されるが、この複合体は様々な構造を取り得る。金属部
材もセラミックス部材も一とは限られず、複数の金属部
材と複数のセラミックス部材の組み合わせからなる構造
でもよい。例えば、円柱、多角柱、平行六面体、直方
体、円錐、多角錐、回転楕円体、若しくは球等の形状、
これらの形状を任意の方向に塑性変形して得られる形
状、又はこれらの形状を任意の方向に平面もしくは曲面
で切断して得られる形状の何れかを有する一のセラミッ
クス部材の外表面を一の低熱膨張鋳鉄部材が覆い、セラ
ミックス部材に圧縮応力がかかる構造がある。
【００１０】セラミックスの線熱膨張係数は一般に小さ
く、例えば、窒化珪素では約３．５ｘ１０ー6／℃、アル
ミナでは７．０ｘ１０ー6／℃である。これに対し、金属
の線熱膨張係数は一般にセラミックスの線熱膨張係数よ
り大きく、例えば、炭素鋼や鋳鉄では約１２ｘ１０ー6／
℃、オーステナイトステンレス鋼では約１７ｘ１０ー6／
℃、アルミニウム合金では約２０ｘ１０ー6／℃であり、
セラミックスの３〜５倍の値を有している。このため室
温において同じ寸法のセラミックス体と金属体では、温
度の上昇につれて金属体の方がセラミックス体よりも大
きくなり、この熱膨張による体積差自体も温度の上昇に
つれて増加する。この現象によりセラミックスと金属と
の複合体においては、温度上昇につれてセラミックスと
金属との間に間隙や内部応力が発生・増大し、複合体の
構造によっては嵌合部が緩んだり、場合によっては破壊
にいたる。
く、例えば、窒化珪素では約３．５ｘ１０ー6／℃、アル
ミナでは７．０ｘ１０ー6／℃である。これに対し、金属
の線熱膨張係数は一般にセラミックスの線熱膨張係数よ
り大きく、例えば、炭素鋼や鋳鉄では約１２ｘ１０ー6／
℃、オーステナイトステンレス鋼では約１７ｘ１０ー6／
℃、アルミニウム合金では約２０ｘ１０ー6／℃であり、
セラミックスの３〜５倍の値を有している。このため室
温において同じ寸法のセラミックス体と金属体では、温
度の上昇につれて金属体の方がセラミックス体よりも大
きくなり、この熱膨張による体積差自体も温度の上昇に
つれて増加する。この現象によりセラミックスと金属と
の複合体においては、温度上昇につれてセラミックスと
金属との間に間隙や内部応力が発生・増大し、複合体の
構造によっては嵌合部が緩んだり、場合によっては破壊
にいたる。
【００１１】本発明で用いる低熱膨張鋳鉄の線熱膨張係
数は室温から４００℃までの温度範囲で３〜５ｘ１０ー6
／℃であり、またこの値は同一温度範囲でのセラミック
スの線熱膨張係数に近似する。よってこの低熱膨張鋳鉄
とセラミックスとの複合体では、この温度範囲に於いて
熱による膨張差が発生しないか、またはきわめて小さい
ので、安定した接合状態を維持することができる。
数は室温から４００℃までの温度範囲で３〜５ｘ１０ー6
／℃であり、またこの値は同一温度範囲でのセラミック
スの線熱膨張係数に近似する。よってこの低熱膨張鋳鉄
とセラミックスとの複合体では、この温度範囲に於いて
熱による膨張差が発生しないか、またはきわめて小さい
ので、安定した接合状態を維持することができる。
【００１２】本発明で用いる低熱膨張鋳鉄は、具体的に
は重量比で、Ｃ ０．３〜２．０％、Ｎｉ ２５〜３２
％、 Ｃｏ １２〜２０％、Ｓｉ ０．３〜２．０％、
Ｎｂ ０．２〜０．８％、Ｍｇ又はＣａ ０．０１〜
０．２％、Ｍｎ １．０％以下で残部がＦｅ及び不可避
不純物からなる合金が好ましい。
は重量比で、Ｃ ０．３〜２．０％、Ｎｉ ２５〜３２
％、 Ｃｏ １２〜２０％、Ｓｉ ０．３〜２．０％、
Ｎｂ ０．２〜０．８％、Ｍｇ又はＣａ ０．０１〜
０．２％、Ｍｎ １．０％以下で残部がＦｅ及び不可避
不純物からなる合金が好ましい。
【００１３】次に各成分の数値限定の理由を説明する。
まずＣを０．３〜２．０％としたのは、この範囲内では
炭素が脱酸剤として作用して溶湯の流動性が向上するか
らであり、また凝固時に黒鉛が析出することによる体積
増加が凝固収縮による体積減少の一部を相殺し、引け巣
の発生を抑制するため総合的に鋳造性がよくなるからで
ある。また、この成分の範囲内に於いては、素地中に分
散した析出黒鉛が切削加工時等に於いて切り粉分断作用
を生じ、優れた加工性を得ることができる。特に、Ｃが
０．８〜１．２％の範囲では優れた鋳造性及び切削加工
性を得ることができるので好ましい。しかし、Ｃが０．
３％未満では大気中での溶解・鋳造が難しく、特殊なス
ラグによる溶解や真空溶解等が必要になるので、特殊な
製造設備を要し、製造コストも上昇する点で好ましくな
い。一方、Ｃが１．２％を越えると線熱膨張係数が増加
するので好ましくない。
まずＣを０．３〜２．０％としたのは、この範囲内では
炭素が脱酸剤として作用して溶湯の流動性が向上するか
らであり、また凝固時に黒鉛が析出することによる体積
増加が凝固収縮による体積減少の一部を相殺し、引け巣
の発生を抑制するため総合的に鋳造性がよくなるからで
ある。また、この成分の範囲内に於いては、素地中に分
散した析出黒鉛が切削加工時等に於いて切り粉分断作用
を生じ、優れた加工性を得ることができる。特に、Ｃが
０．８〜１．２％の範囲では優れた鋳造性及び切削加工
性を得ることができるので好ましい。しかし、Ｃが０．
３％未満では大気中での溶解・鋳造が難しく、特殊なス
ラグによる溶解や真空溶解等が必要になるので、特殊な
製造設備を要し、製造コストも上昇する点で好ましくな
い。一方、Ｃが１．２％を越えると線熱膨張係数が増加
するので好ましくない。
【００１４】Ｎｉ、Ｎｂ、及びＣｏでは合金の線熱膨張
係数が低下するように重量比の範囲を限定した。つま
り、Ｎｉを２５〜３２％、Ｎｂを０．２〜０．８％とし
たのは、この範囲内では広い温度範囲において線熱膨張
係数を従来の合金より更に低下するからである。特にＮ
ｉが２７〜３０％、あるいはＮｂが０．３〜０．５％の
範囲では最も小さな値をとり、安定化する。
係数が低下するように重量比の範囲を限定した。つま
り、Ｎｉを２５〜３２％、Ｎｂを０．２〜０．８％とし
たのは、この範囲内では広い温度範囲において線熱膨張
係数を従来の合金より更に低下するからである。特にＮ
ｉが２７〜３０％、あるいはＮｂが０．３〜０．５％の
範囲では最も小さな値をとり、安定化する。
【００１５】Ｃｏを１２〜２０％としたのは、この範囲
内では室温より高い温度範囲（室温〜約４００℃）に於
いて線熱膨張係数が低下するからである。特にＣｏを１
３〜１５％とすると最も小さな値になるので好ましい。
内では室温より高い温度範囲（室温〜約４００℃）に於
いて線熱膨張係数が低下するからである。特にＣｏを１
３〜１５％とすると最も小さな値になるので好ましい。
【００１６】Ｓｉを０．３〜２．０％としたのは鋳造を
良くするためであり、０．３％未満ではその効果が認め
られず、逆に２．０％を越えるとオーステナイト素地に
固溶し、線熱膨張係数が増加したり鋳鉄を脆弱化するの
で好ましくない。Ｓｉが１．０〜１．２％の範囲では鋳
造性と切削加工性が特に良好になるので好ましい。
良くするためであり、０．３％未満ではその効果が認め
られず、逆に２．０％を越えるとオーステナイト素地に
固溶し、線熱膨張係数が増加したり鋳鉄を脆弱化するの
で好ましくない。Ｓｉが１．０〜１．２％の範囲では鋳
造性と切削加工性が特に良好になるので好ましい。
【００１７】Ｍｇ又はＣａは黒鉛を球状化、大気溶解で
の脱酸、脱硫効果の向上などの効果がある。０．０１％
未満ではその効果が不十分となる。一方、０．２％を越
えると切削性や黒鉛球状化は向上するが、ドロスの発生
や線熱膨張係数の増加をもたらすので、これらを抑える
ために０．２％以下とした。特にＭｇ又はＣａは０．０
３〜０．０８％の範囲が材料特性や作業性の理由により
好ましい。
の脱酸、脱硫効果の向上などの効果がある。０．０１％
未満ではその効果が不十分となる。一方、０．２％を越
えると切削性や黒鉛球状化は向上するが、ドロスの発生
や線熱膨張係数の増加をもたらすので、これらを抑える
ために０．２％以下とした。特にＭｇ又はＣａは０．０
３〜０．０８％の範囲が材料特性や作業性の理由により
好ましい。
【００１８】Ｍｎはスクラップ等から混入する元素であ
るが、重量比が高いと線熱膨張係数の増加を伴うので、
１．０％以下とした。
るが、重量比が高いと線熱膨張係数の増加を伴うので、
１．０％以下とした。
【００１９】更に本発明で用いる低熱膨張鋳鉄はインバ
ー、スーパーインバー、コバール等の難加工材料とは異
なり、黒鉛が素地組織中に分散するために切削加工性が
良好である。そして、黒鉛には固体潤滑と焼き付き防止
機能があること、さらに黒鉛がぬけた穴は油だまりにな
ること等の理由により、この複合体は摺動部材としても
好ましい性能を発揮する。
ー、スーパーインバー、コバール等の難加工材料とは異
なり、黒鉛が素地組織中に分散するために切削加工性が
良好である。そして、黒鉛には固体潤滑と焼き付き防止
機能があること、さらに黒鉛がぬけた穴は油だまりにな
ること等の理由により、この複合体は摺動部材としても
好ましい性能を発揮する。
【００２０】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて更に詳しく
説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるもので
はない。
説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるもので
はない。
【００２１】（複合体例１） （実施例１−４）直径３０mm. 高さ５０mm. のセラミッ
クス円柱体１を窒化珪素で作製した。また、ＮｉとＣｏ
の重量比を変えた４種類の低熱膨張鋳鉄を高周波誘導溶
解炉で溶解・鋳造して作製した。この４種類の低熱膨張
鋳鉄の成分は重量比は、Ｃ １％、Ｓｉ １．２％、Ｎ
ｂ ０．３％、Ｍｇ ０．０５％、Ｍｎ ０．１％を共
通に含有し、ＮｉとＣｏの重量比は表１に示すように調
整し、残部がＦｅ及び不可避不純物を共通に含有するも
のである。
クス円柱体１を窒化珪素で作製した。また、ＮｉとＣｏ
の重量比を変えた４種類の低熱膨張鋳鉄を高周波誘導溶
解炉で溶解・鋳造して作製した。この４種類の低熱膨張
鋳鉄の成分は重量比は、Ｃ １％、Ｓｉ １．２％、Ｎ
ｂ ０．３％、Ｍｇ ０．０５％、Ｍｎ ０．１％を共
通に含有し、ＮｉとＣｏの重量比は表１に示すように調
整し、残部がＦｅ及び不可避不純物を共通に含有するも
のである。
【００２２】
【表１】
【００２３】次に、図１に示すように、底の中心に押し
抜き試験用の直径２０mm.の円形の穴を有し、窒化珪素
セラミックス円柱体１を挿入できる円柱形状の窪みのあ
る円筒体形状となるように、直径６０mm. 高さ７０mm.
内径２９．９mm. の金属円筒体２を機械加工により作製
した。そして、セラミックス円柱体１を金属円筒体２の
円柱形状の窪み中に油圧プレスを用いて圧入し、図２に
示すようなセラミックスと金属との複合体を得、評価用
試験体とした。
抜き試験用の直径２０mm.の円形の穴を有し、窒化珪素
セラミックス円柱体１を挿入できる円柱形状の窪みのあ
る円筒体形状となるように、直径６０mm. 高さ７０mm.
内径２９．９mm. の金属円筒体２を機械加工により作製
した。そして、セラミックス円柱体１を金属円筒体２の
円柱形状の窪み中に油圧プレスを用いて圧入し、図２に
示すようなセラミックスと金属との複合体を得、評価用
試験体とした。
【００２４】このようにして得られた複合体を、図３に
示すように、圧縮試験機を用いて支持台５で該複合体の
金属円筒体２の部分を支え、この金属円筒体２の底の穴
から押し出し棒３でセラミックス円柱体１を押し抜くよ
うに取付け、該複合体のセラミックス円柱体１が金属円
筒体２から抜け始める荷重を測定した。ここでは２５
℃、２００℃、４００℃とで測定を行い、必要に応じて
複合体の金属円筒体２部分の回りに設けた加熱ヒーター
４で該複合体を測定前に加熱した。押し抜き試験の結果
を表２に示す。また鋳造性は欠陥の発生状況、切削性は
切り粉の連続性と切削加工面の平滑さを比較して判定し
た。
示すように、圧縮試験機を用いて支持台５で該複合体の
金属円筒体２の部分を支え、この金属円筒体２の底の穴
から押し出し棒３でセラミックス円柱体１を押し抜くよ
うに取付け、該複合体のセラミックス円柱体１が金属円
筒体２から抜け始める荷重を測定した。ここでは２５
℃、２００℃、４００℃とで測定を行い、必要に応じて
複合体の金属円筒体２部分の回りに設けた加熱ヒーター
４で該複合体を測定前に加熱した。押し抜き試験の結果
を表２に示す。また鋳造性は欠陥の発生状況、切削性は
切り粉の連続性と切削加工面の平滑さを比較して判定し
た。
【００２５】
【表２】
【００２６】（比較例１−６）ＮｉとＣｏの重量比を変
えた４種類の低熱膨張鋳鉄、ステンレス鋼ＳＵＳ３０
４、スーパーインバーの各々で、実施例１−４と同一の
形状を有する金属円筒体２を実施例１−４と同様に作製
した。特許請求の範囲を外れた組成の鋳鉄の性能を比較
評価するために、比較例１−４の４種類の低熱膨張鋳鉄
は、ＮｉとＣｏの重量比のみが表３に示すように実施例
１−４で用いた低熱膨張鋳鉄と異なる。ここで、ＳＵＳ
３０４、スーパーインバーは市販剤であり、ＳＵＳ３０
４による複合体が比較例５であり、スーパーインバーが
比較例６である。これらの金属円筒体２を用い、実施例
と同様に作製したセラミックス円柱体１とで圧入によ
り、セラミックスと金属との複合体を実施例と同様に作
製し、評価用試験体とした。
えた４種類の低熱膨張鋳鉄、ステンレス鋼ＳＵＳ３０
４、スーパーインバーの各々で、実施例１−４と同一の
形状を有する金属円筒体２を実施例１−４と同様に作製
した。特許請求の範囲を外れた組成の鋳鉄の性能を比較
評価するために、比較例１−４の４種類の低熱膨張鋳鉄
は、ＮｉとＣｏの重量比のみが表３に示すように実施例
１−４で用いた低熱膨張鋳鉄と異なる。ここで、ＳＵＳ
３０４、スーパーインバーは市販剤であり、ＳＵＳ３０
４による複合体が比較例５であり、スーパーインバーが
比較例６である。これらの金属円筒体２を用い、実施例
と同様に作製したセラミックス円柱体１とで圧入によ
り、セラミックスと金属との複合体を実施例と同様に作
製し、評価用試験体とした。
【００２７】
【表３】
【００２８】次に、２５℃、２００℃、４００℃とで実
施例と同様にこれらの評価用試験体の押し抜き試験を行
った。その結果を表４に示す。
施例と同様にこれらの評価用試験体の押し抜き試験を行
った。その結果を表４に示す。
【００２９】
【表４】
【００３０】表２と表４との比較より明きらかなよう
に、実施例１−４の本発明に係るセラミックスと金属と
の複合体は、室温から高温にかけて優れた密着性を保っ
ているのに対して、比較例１−６の複合体は、本発明の
ものと異なり、高温になるに従って密着性は低下した。
に、実施例１−４の本発明に係るセラミックスと金属と
の複合体は、室温から高温にかけて優れた密着性を保っ
ているのに対して、比較例１−６の複合体は、本発明の
ものと異なり、高温になるに従って密着性は低下した。
【００３１】これらの結果から、本発明の複合体はピス
トンやシリンダーライナー等の温度変化の高いエンジン
部品等への実用性が高いものであることがわかる。ま
た、本発明のセラミックスと金属との複合体は切削加工
性に優れているので、部品形状の設計の自由度も大き
く、後加工も容易となるので、本発明の適用範囲は広
い。 （複合体例２） （実施例１−４）
トンやシリンダーライナー等の温度変化の高いエンジン
部品等への実用性が高いものであることがわかる。ま
た、本発明のセラミックスと金属との複合体は切削加工
性に優れているので、部品形状の設計の自由度も大き
く、後加工も容易となるので、本発明の適用範囲は広
い。 （複合体例２） （実施例１−４）
【００３２】直径３０mm.、高さ５０mm.のセラミックス
円柱体１をサイアロンセラミックスで作製した。図４に
示すように、サイアロンセラミックス円柱体１を挿入で
きる穴を有し、かつ円柱の軸と垂直な断面がＣ字型とな
るように側面にスリットを有する外径６０mm.、内径２
９．８mm.、高さ５０mm.の金属円筒体６を実施例１−４
の組成を有する低熱膨張鋳鉄を用いて機械加工により作
製した。
円柱体１をサイアロンセラミックスで作製した。図４に
示すように、サイアロンセラミックス円柱体１を挿入で
きる穴を有し、かつ円柱の軸と垂直な断面がＣ字型とな
るように側面にスリットを有する外径６０mm.、内径２
９．８mm.、高さ５０mm.の金属円筒体６を実施例１−４
の組成を有する低熱膨張鋳鉄を用いて機械加工により作
製した。
【００３３】次に図５に示すように、セラミックス円柱
体１を側面にスリットを有する金属円筒体６の穴の中に
油圧プレスを用いて圧入した。このようにして得られた
複合体を図６に示す位置で切断後、研磨してセラミック
スと金属との複合体を作製し、評価用試験体とした。
体１を側面にスリットを有する金属円筒体６の穴の中に
油圧プレスを用いて圧入した。このようにして得られた
複合体を図６に示す位置で切断後、研磨してセラミック
スと金属との複合体を作製し、評価用試験体とした。
【００３４】このようにして得られたセラミックスと金
属の複合体でセラミックスと金属との間隙を顕微鏡で観
察し、その距離を測定した。２５℃、２００℃、４００
℃の温度で、必要に応じて該複合体をヒーターで加熱し
てから測定を行った。表５にこの結果をまとめる。な
お、鋳造性と切削性については複合体例１で得た複合体
と同様な方法で比較判定した。
属の複合体でセラミックスと金属との間隙を顕微鏡で観
察し、その距離を測定した。２５℃、２００℃、４００
℃の温度で、必要に応じて該複合体をヒーターで加熱し
てから測定を行った。表５にこの結果をまとめる。な
お、鋳造性と切削性については複合体例１で得た複合体
と同様な方法で比較判定した。
【００３５】
【表５】 （比較例１−７）
【００３６】ＮｉとＣｏの重量比を変えた４種類の比較
例１−４の低熱膨張鋳鉄、ステンレス鋼ＳＵＳ３０４、
スーパーインバー、炭素鋼Ｓ５０Ｃ、の各々で、実施例
と同一形状のスリットを有する金属円筒体６を実施例と
同様に、機械加工により作製した。ここで、市販材であ
る炭素鋼Ｓ５０Ｃで作製したスリットを有する金属円筒
体６を比較例７とした。
例１−４の低熱膨張鋳鉄、ステンレス鋼ＳＵＳ３０４、
スーパーインバー、炭素鋼Ｓ５０Ｃ、の各々で、実施例
と同一形状のスリットを有する金属円筒体６を実施例と
同様に、機械加工により作製した。ここで、市販材であ
る炭素鋼Ｓ５０Ｃで作製したスリットを有する金属円筒
体６を比較例７とした。
【００３７】実施例１−４と同一の形状を有するセラミ
ックス円柱体１を実施例１−４と同様に作製した。次
に、実施例と同様に圧入することによりセラミックスと
金属との複合体を実施例と同様に作製し、これらのセラ
ミックスと金属との間隙を２５℃、２００℃、４００℃
の温度で、実施例と同様に、顕微鏡で観察しその距離を
測定した。表６にこの結果をまとめる。
ックス円柱体１を実施例１−４と同様に作製した。次
に、実施例と同様に圧入することによりセラミックスと
金属との複合体を実施例と同様に作製し、これらのセラ
ミックスと金属との間隙を２５℃、２００℃、４００℃
の温度で、実施例と同様に、顕微鏡で観察しその距離を
測定した。表６にこの結果をまとめる。
【００３８】
【表６】
【００３９】表５と表６との比較より明きらかなよう
に、実施例１−４の本発明に係るセラミックスと金属と
の複合体は、室温から高温にかけて優れた密着性を保っ
ているのに対して、比較例１−５、７の複合体は、本発
明のものと異なり、高温になるに従って密着性は低下し
た。スーパーインバーとの複合体６は金属の線熱膨張係
数がセラミックスに近似するので、２００℃付近までは
密着性は良好であるが、切削加工性は悪く、満足しうる
ものではなかった。
に、実施例１−４の本発明に係るセラミックスと金属と
の複合体は、室温から高温にかけて優れた密着性を保っ
ているのに対して、比較例１−５、７の複合体は、本発
明のものと異なり、高温になるに従って密着性は低下し
た。スーパーインバーとの複合体６は金属の線熱膨張係
数がセラミックスに近似するので、２００℃付近までは
密着性は良好であるが、切削加工性は悪く、満足しうる
ものではなかった。
【００４０】これらの結果を総合的に見て、本発明の複
合体はピストンやシリンダーライナー等の温度変化の高
いエンジン部品等への実用性が高いものであることがわ
かる。また、本発明のセラミックスと金属との複合体は
切削加工性に優れているので、部品形状の設計の自由度
も大きく、後加工も容易となるので、本発明の適用範囲
は広い。
合体はピストンやシリンダーライナー等の温度変化の高
いエンジン部品等への実用性が高いものであることがわ
かる。また、本発明のセラミックスと金属との複合体は
切削加工性に優れているので、部品形状の設計の自由度
も大きく、後加工も容易となるので、本発明の適用範囲
は広い。
【００４１】
【発明の効果】従って、本発明は、低熱膨張鋳鉄を用い
ることにより、室温から高温、特に４００℃までの温度
で接合面に間隙や割れが生じることなく、また内部応力
が発生したりすることなく、安定して使用することがで
きるセラミックスと金属との複合体を提供するものであ
る。
ることにより、室温から高温、特に４００℃までの温度
で接合面に間隙や割れが生じることなく、また内部応力
が発生したりすることなく、安定して使用することがで
きるセラミックスと金属との複合体を提供するものであ
る。
【００４２】本発明の複合体は、具体的にはピストンの
クラウン部やシリンダーライナー、また、シリンダーヘ
ッドに複合化したセラミックス製の排気ポートや、バル
ブガイド、バルブシート、シリンダーヘッドプレート等
のエンジン部品、ダイキャストマシンのセラミックスを
複合化したライナー等の部品、あるいは高温の腐食性流
体を扱う部品や装置等、即ちセラミックスの耐熱性、耐
摩耗性、軽量性、断熱性、耐食性と、金属の靱性、切削
加工性の両方の性質が要求される機械構造用部品に適用
することができ、産業上極めて有益である。
クラウン部やシリンダーライナー、また、シリンダーヘ
ッドに複合化したセラミックス製の排気ポートや、バル
ブガイド、バルブシート、シリンダーヘッドプレート等
のエンジン部品、ダイキャストマシンのセラミックスを
複合化したライナー等の部品、あるいは高温の腐食性流
体を扱う部品や装置等、即ちセラミックスの耐熱性、耐
摩耗性、軽量性、断熱性、耐食性と、金属の靱性、切削
加工性の両方の性質が要求される機械構造用部品に適用
することができ、産業上極めて有益である。
【図１】金属円筒体の形状を説明する断面図である。
【図２】本発明に係る圧入することによって作製された
セラミックスと金属との複合体の形状を説明する断面図
である。
セラミックスと金属との複合体の形状を説明する断面図
である。
【図３】本発明に係るセラミックスと金属との複合体の
押し抜き試験を説明する断面図である。
押し抜き試験を説明する断面図である。
【図４】スリットを有する金属円筒体の形状を説明する
概略図である。
概略図である。
【図５】本発明に係るセラミックスと金属との複合体を
製造する工程を説明する断面図である。
製造する工程を説明する断面図である。
【図６】本発明に係るセラミックスと金属との複合体を
製造する際の切断工程を説明する断面図である。
製造する際の切断工程を説明する断面図である。
１ セラミックス円柱体 ２ 金属円筒体 ３ 押し抜き棒 ４ 加熱ヒーター ５ 支持台 ６ スリットを有する金属円筒体
Claims (5)
- 【請求項１】 低熱膨張鋳鉄とセラミックス部材を嵌合
することによって作製されてなることを特徴とするセラ
ミックスと金属との複合体。 - 【請求項２】 該セラミックス部材に圧縮応力がかかる
構造であることを特徴とする請求項１のセラミックスと
金属との複合体。 - 【請求項３】 該低熱膨張鋳鉄が鋳造性又は切削性に優
れていることを特徴とする請求項１又は２のセラミック
スと金属との複合体。 - 【請求項４】 該低熱膨張鋳鉄の線熱膨張係数が室温か
ら４００℃までに於いて３ｘ１０ー6／℃以上５ｘ１０ー6
／℃以下であることを特徴とする請求項１、２又は３の
セラミックスと金属との複合体。 - 【請求項５】 該低熱膨張鋳鉄が、重量比で、Ｃ ０．
３〜２．０％、Ｎｉ２５〜３２％、Ｃｏ １２〜２０
％、Ｓｉ ０．３〜２．０％、Ｎｂ ０．２〜０．８
％、ＭｇまたはＣａ ０．０１〜０．２％、Ｍｎ １．
０％以下、残部がＦｅ及び不可避不純物からなることを
特徴とする請求項１、２又は３のセラミックスと金属と
の複合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6072992A JPH05262577A (ja) | 1992-03-17 | 1992-03-17 | セラミックスと金属との複合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6072992A JPH05262577A (ja) | 1992-03-17 | 1992-03-17 | セラミックスと金属との複合体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05262577A true JPH05262577A (ja) | 1993-10-12 |
Family
ID=13150665
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6072992A Pending JPH05262577A (ja) | 1992-03-17 | 1992-03-17 | セラミックスと金属との複合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05262577A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104987101A (zh) * | 2015-07-23 | 2015-10-21 | 安徽华东光电技术研究所 | 一种提高相控阵雷达t/r组件质量的工艺方法 |
-
1992
- 1992-03-17 JP JP6072992A patent/JPH05262577A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104987101A (zh) * | 2015-07-23 | 2015-10-21 | 安徽华东光电技术研究所 | 一种提高相控阵雷达t/r组件质量的工艺方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20001212 |