JPH0641020B2 - セラミックス体の鋳ぐるみ方法 - Google Patents
セラミックス体の鋳ぐるみ方法Info
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- JPH0641020B2 JPH0641020B2 JP19034689A JP19034689A JPH0641020B2 JP H0641020 B2 JPH0641020 B2 JP H0641020B2 JP 19034689 A JP19034689 A JP 19034689A JP 19034689 A JP19034689 A JP 19034689A JP H0641020 B2 JPH0641020 B2 JP H0641020B2
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- Japan
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- metal
- ceramic body
- ceramic
- metal shell
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- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はセラミックス金属複合製品を製造するためのセ
ラミックス体の鋳ぐるみ方法に関するものである。
ラミックス体の鋳ぐるみ方法に関するものである。
〈従来の技術〉 最近では内燃機間の熱効率をよくする目的で内燃機関の
高温となる場所を、耐熱性、耐熱衝撃性及び断熱性に優
れたセラミックスで形成することが試みられている。い
わゆるエンジンのセラミックス化であり、エキゾースト
ポート、エキゾーストマニホールド等の中空円筒部品に
適用される。その際、脆いセラミックスの強度不足を補
うために、中空セラミックス体の外周を金属で強固に包
み込んだ部品が使用される。そのような部品は溶融金属
を用いて鋳ぐるむことにより製造することができる。そ
して中空セラミックス体の材料としてはチタン酸アルミ
ニウム（Al2TiO5）、ジルコニア（ZrO2）、アルミナ（A
l2O3）、シリカ（SiO2）等を、また溶融金属（鋳ぐるみ
金属）としてはアルミニウム合金、鉄基合金等を用いる
のが一般的である。
高温となる場所を、耐熱性、耐熱衝撃性及び断熱性に優
れたセラミックスで形成することが試みられている。い
わゆるエンジンのセラミックス化であり、エキゾースト
ポート、エキゾーストマニホールド等の中空円筒部品に
適用される。その際、脆いセラミックスの強度不足を補
うために、中空セラミックス体の外周を金属で強固に包
み込んだ部品が使用される。そのような部品は溶融金属
を用いて鋳ぐるむことにより製造することができる。そ
して中空セラミックス体の材料としてはチタン酸アルミ
ニウム（Al2TiO5）、ジルコニア（ZrO2）、アルミナ（A
l2O3）、シリカ（SiO2）等を、また溶融金属（鋳ぐるみ
金属）としてはアルミニウム合金、鉄基合金等を用いる
のが一般的である。
しかし中空セラミックス体を単に溶融金属を用いて鋳ぐ
るむと中空セラミックス体に亀裂や破壊が生じる事が多
い。この原因としては、 イ）溶融金属の凝固収縮の締付力が中空セラミックス体
に加わる． ロ）セラミックスの熱膨張係数は３×10-6〜８×10-6mm
／mmであり、金属の場合（アルミニウム：24×１０-6mm
／mm、鉄：１１×10-6mm／mm）の1/2以下であるた両者
の熱膨張係数差に起因した力Ffが中空セラミックス体に
負荷される． ハ）中空セラミックス体の表面は溶融金属との接触で急
激に温度上昇するが内部はそうでなく、この著しい温度
勾配により中空セラミックス体には膨張差に起因した熱
応力が発生する（いわゆる熱衝撃を受ける）． という三つの原因が挙げられる。
るむと中空セラミックス体に亀裂や破壊が生じる事が多
い。この原因としては、 イ）溶融金属の凝固収縮の締付力が中空セラミックス体
に加わる． ロ）セラミックスの熱膨張係数は３×10-6〜８×10-6mm
／mmであり、金属の場合（アルミニウム：24×１０-6mm
／mm、鉄：１１×10-6mm／mm）の1/2以下であるた両者
の熱膨張係数差に起因した力Ffが中空セラミックス体に
負荷される． ハ）中空セラミックス体の表面は溶融金属との接触で急
激に温度上昇するが内部はそうでなく、この著しい温度
勾配により中空セラミックス体には膨張差に起因した熱
応力が発生する（いわゆる熱衝撃を受ける）． という三つの原因が挙げられる。
特に中空セラミックス体に異形状部があるとそこに応力
集中が起こり、割れが発生し易い。
集中が起こり、割れが発生し易い。
そこで従来より、このような鋳ぐるみ時の中空セラミッ
クス体の亀裂、破壊を防ぐ方法として、中空セラミック
ス体の外表面にセラミックスペーパ、各種耐火モルタ
ル、アスベスト繊維、硝子繊維、金属繊維等からなる緩
衝・断熱用の中間層を設けて鋳ぐるむ方法が実開昭59-1
2057、特開昭60-21173、同60-166156、同60-169656、同
60-180658、同60-227963号公報等に提案されている。ま
た鋳ぐるみ金属の亀裂、破壊をも防止するため特定の鉄
基合金を使用する方法が特開昭60-216966号公報に提案
されているが、上記中間層を設ける方が有力である。
クス体の亀裂、破壊を防ぐ方法として、中空セラミック
ス体の外表面にセラミックスペーパ、各種耐火モルタ
ル、アスベスト繊維、硝子繊維、金属繊維等からなる緩
衝・断熱用の中間層を設けて鋳ぐるむ方法が実開昭59-1
2057、特開昭60-21173、同60-166156、同60-169656、同
60-180658、同60-227963号公報等に提案されている。ま
た鋳ぐるみ金属の亀裂、破壊をも防止するため特定の鉄
基合金を使用する方法が特開昭60-216966号公報に提案
されているが、上記中間層を設ける方が有力である。
〈発明が解決しようとする課題〉 硬質耐火性材料で作られる上記中間層は、緩衝・断熱の
役割を果たす上で多孔性にすることが必要である。例え
ば特開昭60-21173号では耐火性粉末等に熱可塑性樹脂を
配合した組成物を中空セラミックス体に塗布し、加熱に
よる該樹脂の熱分解と揮発で中間層を出来るだけ多孔性
にするようにしている。
役割を果たす上で多孔性にすることが必要である。例え
ば特開昭60-21173号では耐火性粉末等に熱可塑性樹脂を
配合した組成物を中空セラミックス体に塗布し、加熱に
よる該樹脂の熱分解と揮発で中間層を出来るだけ多孔性
にするようにしている。
しかし多孔性の中間層には溶融金属が浸透し易く、中間
層の空孔や間隙を多くするほど溶融金属が速く且つ多量
に浸透してしまう。溶融金属が中間層に浸透してしまう
と、熱衝撃阻止のための断熱が十分に行なわれず、また
溶融金属の凝固収縮の締付力を効率よく吸収できなくな
る。
層の空孔や間隙を多くするほど溶融金属が速く且つ多量
に浸透してしまう。溶融金属が中間層に浸透してしまう
と、熱衝撃阻止のための断熱が十分に行なわれず、また
溶融金属の凝固収縮の締付力を効率よく吸収できなくな
る。
そこで本出願人は先に、中間層の外周に金属テープ等の
浸透防止部材を巻き付ける方法を特許出願した（特願平
1-66536号）が、それでも未だ中空セラミックス体の亀
裂や破壊を完全に防止するには至っていない。特にセラ
ミックスへの溶融金属の凝固収縮の締付力を十分に緩和
することができず、セラミックス鋳ぐるみ製品の材質、
形状の設計に制限を余儀なくされている。
浸透防止部材を巻き付ける方法を特許出願した（特願平
1-66536号）が、それでも未だ中空セラミックス体の亀
裂や破壊を完全に防止するには至っていない。特にセラ
ミックスへの溶融金属の凝固収縮の締付力を十分に緩和
することができず、セラミックス鋳ぐるみ製品の材質、
形状の設計に制限を余儀なくされている。
本発明は以上の問題点に鑑みてなされたもので、その目
的とするところは、セラミックス体に熱衝撃や締付力を
一段と与えないようにして、亀裂や破壊の起こらないセ
ラミックス体の鋳ぐるみ方法を提供することにある。
的とするところは、セラミックス体に熱衝撃や締付力を
一段と与えないようにして、亀裂や破壊の起こらないセ
ラミックス体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〉 上記目的を達成できる本発明のセラミックス体の鋳ぐる
み方法は、セラミックス体の外周に耐火性材料でできた
クッション層を設け更にその外周を金属シェル（金属製
の殻）で覆ってから鋳ぐるむことを特徴とする。
み方法は、セラミックス体の外周に耐火性材料でできた
クッション層を設け更にその外周を金属シェル（金属製
の殻）で覆ってから鋳ぐるむことを特徴とする。
上記クッション層は、溶融金属の高熱に耐える耐火性
と、セラミックス体及び金属シェルの寸法バラツキに対
処できる程に変形可能な弾力性とを備えていれば十分で
ある。クッション材料としては前記従来の中間層のため
に用いられてきた材料であってよく、例えばセラミック
ス繊維、セラミックス中空造粒粉等の無定形材料が挙げ
られる。
と、セラミックス体及び金属シェルの寸法バラツキに対
処できる程に変形可能な弾力性とを備えていれば十分で
ある。クッション材料としては前記従来の中間層のため
に用いられてきた材料であってよく、例えばセラミック
ス繊維、セラミックス中空造粒粉等の無定形材料が挙げ
られる。
クッション層は、その材料をセラミックス体の外周にそ
のまま付着させたり、粘結剤を用いて又は支持用ワイヤ
を巻き付けて固定する等、材料の性状に応じて適当に選
択した方法で設ければよい。なおセラミックス体を金属
シェル内に挿入し、それらの間隙にクッション層の材料
を詰め込むようにしてもよい。
のまま付着させたり、粘結剤を用いて又は支持用ワイヤ
を巻き付けて固定する等、材料の性状に応じて適当に選
択した方法で設ければよい。なおセラミックス体を金属
シェル内に挿入し、それらの間隙にクッション層の材料
を詰め込むようにしてもよい。
金属シェルは、溶融金属がクッション層に浸透しないよ
う、その外周を完全に覆うように密着させて、また必要
に応じ分割した形の各部分シェルを組み合わせるように
して取り付ければよい。
う、その外周を完全に覆うように密着させて、また必要
に応じ分割した形の各部分シェルを組み合わせるように
して取り付ければよい。
金属シェルは所定の強度を要する一方、容易に溶融した
り、溶融金属の凝固収縮以上に収縮したりしてはならな
いので、その厚さ及び材料の選択が重要である。金属シ
ェルの材料としては、鋳ぐるみ用金属と同程度ないしは
それ以上の融点を示し、かつ鋳ぐるみ用金属より熱膨張
係数の小さい金属を用いるべきである。
り、溶融金属の凝固収縮以上に収縮したりしてはならな
いので、その厚さ及び材料の選択が重要である。金属シ
ェルの材料としては、鋳ぐるみ用金属と同程度ないしは
それ以上の融点を示し、かつ鋳ぐるみ用金属より熱膨張
係数の小さい金属を用いるべきである。
本発明方法は、エンジンの排気系部品のエキゾーストポ
ート、エキゾーストマニホールド等としてのセラミック
ス鋳ぐるみ品を得るのに応用できるが、自動車分野に限
られず応用できることは勿論である。
ート、エキゾーストマニホールド等としてのセラミック
ス鋳ぐるみ品を得るのに応用できるが、自動車分野に限
られず応用できることは勿論である。
〈作用〉 以上のように鋳ぐるみ方法を構成すると、鋳込み時の溶
融金属の凝固収縮の締付力を金属シェルが受け持ち、ク
ッション層、セラミックス体への過度の負荷を防ぐ。ま
た金属シェルはクッション層を保持し、該層に溶融金属
が浸透するのを防ぐ。クッション層は金属シェルの緩衝
・断熱作用を補足するとともに、セラミックス体や金属
シェルの形状寸法にバラツキがあっても金属シェルの取
付けを可能にする。
融金属の凝固収縮の締付力を金属シェルが受け持ち、ク
ッション層、セラミックス体への過度の負荷を防ぐ。ま
た金属シェルはクッション層を保持し、該層に溶融金属
が浸透するのを防ぐ。クッション層は金属シェルの緩衝
・断熱作用を補足するとともに、セラミックス体や金属
シェルの形状寸法にバラツキがあっても金属シェルの取
付けを可能にする。
〈実施例〉 以下、本発明のセラミックス体の鋳ぐるみ方法の実施例
を図面を用いながら説明するが、これらの実施例は本発
明の要旨を何ら限定するものではない。
を図面を用いながら説明するが、これらの実施例は本発
明の要旨を何ら限定するものではない。
実施例１ 第１図はこの実施例の方法で製作されたセラミックス円
筒体の鋳ぐるみ製品を示す断面図であり、該図のＡ部を
拡大して示したのが第１ａ図である。ここで用いられて
いるセラミックス円筒体１の材料はチタン酸アルミニウ
ムであり、セラミックス円筒体１の外周にアルミナ／シ
リカ長繊維のクッション層２が設けられている。このク
ッション層２は、不定形の“わた状”のものから作らて
おり、低弾性率を示し、小さな荷重で変形する。また繊
維間には空隙が多く存在しており、断熱性に優れている
（熱伝導率0.2kcal／m・hr・℃）。
筒体の鋳ぐるみ製品を示す断面図であり、該図のＡ部を
拡大して示したのが第１ａ図である。ここで用いられて
いるセラミックス円筒体１の材料はチタン酸アルミニウ
ムであり、セラミックス円筒体１の外周にアルミナ／シ
リカ長繊維のクッション層２が設けられている。このク
ッション層２は、不定形の“わた状”のものから作らて
おり、低弾性率を示し、小さな荷重で変形する。また繊
維間には空隙が多く存在しており、断熱性に優れている
（熱伝導率0.2kcal／m・hr・℃）。
このクッション層２を囲むように金属シェル３を装着し
てある。該シェル３は鋳ぐるみ金属（アルミニウム合
金）より高融点の鉄基合金（ステンレス板）で作られて
いる。これは鋳ぐるみ金属４より熱膨張係数の小さい材
料であるので、鋳込み時のアルミニウム合金４の凝固収
縮の締付力によるクッション層２及びセラミックス円筒
体１への過度の負荷を防ぐ。
てある。該シェル３は鋳ぐるみ金属（アルミニウム合
金）より高融点の鉄基合金（ステンレス板）で作られて
いる。これは鋳ぐるみ金属４より熱膨張係数の小さい材
料であるので、鋳込み時のアルミニウム合金４の凝固収
縮の締付力によるクッション層２及びセラミックス円筒
体１への過度の負荷を防ぐ。
この鋳ぐるみ製品の製造方法を第２図を用いて説明す
る。
る。
外径40mm、厚さ４mmのセラミックス円筒体１の外周に、
上記アルミナ／シリカ繊維を厚さ３mm程に巻き付けてク
ッション層２を設け、それを厚さ２mmのステンレス製金
属シェル３で覆う。金属シェル３は二分割状のもの3a，
3bをスポット溶接５，５…により固定する。金属シェル
３の固定後、厚さ４mm程度に溶融金属４で鋳ぐるむ。
上記アルミナ／シリカ繊維を厚さ３mm程に巻き付けてク
ッション層２を設け、それを厚さ２mmのステンレス製金
属シェル３で覆う。金属シェル３は二分割状のもの3a，
3bをスポット溶接５，５…により固定する。金属シェル
３の固定後、厚さ４mm程度に溶融金属４で鋳ぐるむ。
こうして得られた鋳ぐるみ製品を、クッション層だけ設
けて鋳ぐるむ方法（比較例１）により得られた鋳ぐるみ
製品、及びクッション層も金属シェルも設けずに直接鋳
ぐるむ方法（比較例２）により得られた鋳ぐるみ製品と
比較し、セラミックス円筒体の外径収縮量と割れ発生率
を調べた。その結果を第３図に示す。
けて鋳ぐるむ方法（比較例１）により得られた鋳ぐるみ
製品、及びクッション層も金属シェルも設けずに直接鋳
ぐるむ方法（比較例２）により得られた鋳ぐるみ製品と
比較し、セラミックス円筒体の外径収縮量と割れ発生率
を調べた。その結果を第３図に示す。
該図から、本実施例の方法によれば溶融金属の凝固収縮
の締付力によるセラミックス円筒体の割れを防止できる
ことが判かる。
の締付力によるセラミックス円筒体の割れを防止できる
ことが判かる。
実施例２ この実施例は大型、異形パイプへの適用例である。第４
図に示すように、曲がったパイプ状のセラミックス円筒
体１を鋳ぐるむ場合、複数に分割した金属シェル3c,3d,
3eを用いる。そして各金属シェルには第４ｂ図に示すよ
うに少なくとも幅δの間隙部６を設ける。この間隙部６
で溶融金属４の凝固収縮に伴う変形量δ吸収できる。
図に示すように、曲がったパイプ状のセラミックス円筒
体１を鋳ぐるむ場合、複数に分割した金属シェル3c,3d,
3eを用いる。そして各金属シェルには第４ｂ図に示すよ
うに少なくとも幅δの間隙部６を設ける。この間隙部６
で溶融金属４の凝固収縮に伴う変形量δ吸収できる。
この原理を第５図により説明する。金属シェルの鋳ぐる
み後の形状Ｄは、鋳ぐるみ前の形状Ｃよりも小さくな
る。これは溶融金属の凝固収縮に伴って、その収縮量δ
１分だけシェル3mに向けてシェル3nが相対的に移動す
る。この移動は金属シェル3nに、幅δ２（≧δ１）の間
隔部６が有るとスムースに行なわれるが、それが無いと
金属シェルはセラミックス側に変形し、セラミックス体
の破壊を招く。この実施例はエキゾーストポート、エキ
ゾーストマニホールド等に応用する場合に有効な技術で
ある。
み後の形状Ｄは、鋳ぐるみ前の形状Ｃよりも小さくな
る。これは溶融金属の凝固収縮に伴って、その収縮量δ
１分だけシェル3mに向けてシェル3nが相対的に移動す
る。この移動は金属シェル3nに、幅δ２（≧δ１）の間
隔部６が有るとスムースに行なわれるが、それが無いと
金属シェルはセラミックス側に変形し、セラミックス体
の破壊を招く。この実施例はエキゾーストポート、エキ
ゾーストマニホールド等に応用する場合に有効な技術で
ある。
〈発明の効果〉 本発明の鋳ぐるみ方法によれば、セラミックス体の外周
にクッション層を設け、更にその外周を金属シェルで覆
ってから鋳ぐるむようにしたので、鋳ぐるみ時のセラミ
ックス体への熱衝撃や締付力が一段と緩和され、セラミ
ックス体に亀裂や破壊が起こらなくなる。
にクッション層を設け、更にその外周を金属シェルで覆
ってから鋳ぐるむようにしたので、鋳ぐるみ時のセラミ
ックス体への熱衝撃や締付力が一段と緩和され、セラミ
ックス体に亀裂や破壊が起こらなくなる。
そのため、セラミックス鋳ぐるみ製品を歩留まりよく製
造することができてコストの低減が図れる。
造することができてコストの低減が図れる。
また、材質・形状等の設計自由度が増し、より高性能の
セラミックス鋳ぐるみ製品を製造する事が可能となる。
セラミックス鋳ぐるみ製品を製造する事が可能となる。
第１図は本発明の一実施例の方法で得られたセラミック
ス鋳ぐるみ製品を示す断面図、 第１ａ図は第１図のＡ部拡大図、 第２図は一実施例の工程図、 第３図は一実施例の効果を比較例と対比して示す図、 第４図は他の実施例の鋳ぐるみ過程の一状態を示す断面
図、 第４ｂ図は第４図のＢ部拡大図、 第５図は鋳ぐるみ時に変化する金属シェルの説明図であ
る。 図中： １……セラミックス円筒体 ２……クッション層 ３（3a,3b,3c〜3n）……金属シェル ４……鋳ぐるみ金属（溶融金属）
ス鋳ぐるみ製品を示す断面図、 第１ａ図は第１図のＡ部拡大図、 第２図は一実施例の工程図、 第３図は一実施例の効果を比較例と対比して示す図、 第４図は他の実施例の鋳ぐるみ過程の一状態を示す断面
図、 第４ｂ図は第４図のＢ部拡大図、 第５図は鋳ぐるみ時に変化する金属シェルの説明図であ
る。 図中： １……セラミックス円筒体 ２……クッション層 ３（3a,3b,3c〜3n）……金属シェル ４……鋳ぐるみ金属（溶融金属）
Claims (1)
- 【請求項１】セラミックス体の外周に耐火性材料ででき
たクッションン層を設け更にその外周を金属シェルで覆
ってから鋳ぐるむことを特徴とするセラミックス体の鋳
ぐるみ方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19034689A JPH0641020B2 (ja) | 1989-07-21 | 1989-07-21 | セラミックス体の鋳ぐるみ方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19034689A JPH0641020B2 (ja) | 1989-07-21 | 1989-07-21 | セラミックス体の鋳ぐるみ方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0357551A JPH0357551A (ja) | 1991-03-12 |
| JPH0641020B2 true JPH0641020B2 (ja) | 1994-06-01 |
Family
ID=16256670
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19034689A Expired - Lifetime JPH0641020B2 (ja) | 1989-07-21 | 1989-07-21 | セラミックス体の鋳ぐるみ方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0641020B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10434568B2 (en) | 2012-04-12 | 2019-10-08 | Loukus Technologies, Inc. | Thermal isolation spray for casting articles |
-
1989
- 1989-07-21 JP JP19034689A patent/JPH0641020B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0357551A (ja) | 1991-03-12 |
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