JPH07145729A - エンジン用副燃焼室 - Google Patents

エンジン用副燃焼室

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JPH07145729A
JPH07145729A JP5294931A JP29493193A JPH07145729A JP H07145729 A JPH07145729 A JP H07145729A JP 5294931 A JP5294931 A JP 5294931A JP 29493193 A JP29493193 A JP 29493193A JP H07145729 A JPH07145729 A JP H07145729A
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JP
Japan
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engine
heat resistance
combustion chamber
sic
resistance property
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Withdrawn
Application number
JP5294931A
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English (en)
Inventor
Keiichi Iida
恵一 飯田
Takeo Sasaki
丈夫 佐々木
Hiroshi Sasaki
博 佐々木
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 破壊靭性強度が高く、耐熱衝撃性に優れ、耐
熱性等の面でも十分な特性を有し、エンジンの高性能化
に十分に耐え得る高性能セラミックス製エンジン用副燃
焼室を提供する。 【構成】 Si34 マトリックスにSiC粒子とTi
C及び/又はTiN粒子を分散させた粒子分散型複合セ
ラミックス材料よりなるエンジン用副燃焼室。Si3
4 :70〜90体積%,SiC:30〜10体積%,T
iC及び/又はTiN:0.1〜1体積% 【効果】 Si34 マトリックスセラミックスは、耐
熱性や耐摩耗性に強い材料であるが、これにSiC微粒
子をナノ分散させることにより耐熱衝撃性、耐熱性は著
しく高められる。TiN及び/又はTiCはSiCとの
相乗作用により、SiCの添加効果を高める。高耐熱
性、高耐熱衝撃性、高強度セラミックス複合材料によ
り、高性能エンジン用副燃焼室が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関のエンジン用副
燃焼室に関するものであり、特に、従来の金属材料より
なるエンジン用副燃焼室に比べて優れた利点を有するセ
ラミックス材料製エンジン用副燃焼室に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車用エンジンでは、ピストン上部に
副燃焼室を設け、この副燃焼室内に空気の渦流を生じさ
せると共に、この中に燃料を導入して、効率良く燃焼を
行なう方法が採用されている。このエンジン用副燃焼室
の底部には、噴射させた火炎が主燃焼室へ向って高温、
高速で進んでいく導入口(噴射口)が取り付けてある。
このため、エンジン用副燃焼室には、耐熱性、耐熱衝撃
性等の面において著しく高い特性が要求されている。
【0003】従来、内燃機関のエンジン用副燃焼室は主
に耐熱金属材料より構成されているが、最近のエンジン
の高性能化に対応して、セラミックス材料よりなるエン
ジン用副燃焼室も開発されている。このセラミックス製
のものは、未だ不十分な性能ではあるが、一部実用化さ
れており、金型プレス,CIP,スリップキャスト,イ
ンジェクション成形などの方法により製造されている。
なお、この製造方法自体は何ら技術的に特徴のあるもの
ではなく、ごく一般的な方法である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来のエンジン用副燃
焼室のうち、金属製のものは、それ自身の材料では、エ
ンジンの高性能化に対応できず、金属表面にセラミック
ス材料を溶射したり金属のクラッド材とすることによ
り、その特性の向上を図っているが、十分なものは得ら
れていない。
【0005】一方、セラミックス製のものとしては、最
も優れた材料の一つとして、窒化珪素(Si34 )セ
ラミックスよりなるものが主流であるが、耐熱性や耐熱
衝撃性の面で十分なものとは言えない。
【0006】このような状況において、最近のエンジン
の高性能化に伴い、燃焼性の改善により、エンジン用副
燃焼室での燃焼特性が重要な因子となり、具体的には、
燃焼温度が高くなってきているため、これに十分に耐え
得る材料の出現、特に高温での破壊靭性強度が高く、耐
熱性にも優れた材料の出現が期待されている。
【0007】本発明は上記従来の実情に鑑みてなされた
ものであり、破壊靭性強度が高く、耐熱衝撃性に優れ、
耐熱性等の面でも十分な特性を有し、エンジンの高性能
化に十分に耐え得る高性能セラミックス製エンジン用副
燃焼室を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のエンジン用副燃
焼室は、窒化珪素マトリックスの結晶内に、炭化珪素粒
子と、炭化チタン粒子及び/又は窒化チタン粒子とを分
散させてなる粒子分散型複合セラミックス材料であっ
て、窒化珪素の含有割合が70〜90体積%、炭化珪素
の含有割合が30〜10体積%、炭化チタン及び/又は
窒化チタンの含有割合が、窒化珪素と炭化珪素との合計
に対して0.1〜1体積%である粒子分散型複合セラミ
ックス材料で構成されることを特徴とする。
【0009】以下に本発明を詳細に説明する。
【0010】本発明に係る粒子分散型複合セラミックス
材料は、マトリックスとして窒化珪素(Si34
を、そして、第2成分の分散粒子として炭化珪素(Si
C)と、第3又は第4成分の分散粒子として炭化チタン
(TiC)及び/又は窒化チタン(TiN)とを含むも
のである。
【0011】これら分散粒子の平均粒子径は、Si3
4 結晶内に取り込まれ易いこと、そして、材料欠陥とな
るほどのマイクロクラックが発生しない範囲であること
の理由から、400nm以下、特に粉末原料の平均粒子
径として50〜300nmとするのが好ましい。
【0012】分散粒子のうち、第2成分のSiCの割合
が10体積%未満では、ナノ構造化した場合でも、十分
な応力が発生せず、高靭化セラミックスとはならない。
一方、SiCの割合が30体積%を超えると、SiCと
マトリックスとの焼結性が不十分となり好ましくはな
い。このため、SiCの割合は10〜30体積%とす
る。
【0013】また、第3又は第4成分のTiC及び/又
はTiNの割合がSi34 とSiCとの合計に対して
0.1体積%以下では、SiCの添加による内部応力の
作用に対する相乗効果が十分に得られず、1体積%を超
えると焼結性が低下する。このため、TiC及び/又は
TiNの割合(TiC及びTiNを併用する場合は合計
割合)はSi34 とSiCとの合計に対して0.1〜
1体積%とする。
【0014】なお、マトリックスを構成するSi34
の原料粉末としては、平均粒子径500nm以下のもの
が好ましい。
【0015】このような粒子分散型複合セラミックス材
料により、本発明のエンジン用副燃焼室を製造するに
は、Si34 ,SiC,TiC及び/又はTiN原料
粉末を所定割合で混合し、得られた混合物をプレス成
形,インジェクション成形,スリップキャスト成形等の
各種の方法で成形した後、焼成すれば良い。なお、焼成
は、1400℃〜1700℃で1時間の条件が最適であ
り、HP法や常圧焼結法などで対応可能である。
【0016】
【作用】エンジン用副燃焼室の最大の課題は耐熱性及び
耐熱衝撃性である。
【0017】前述の如く、従来、Si34 セラミック
ス製エンジン用副燃焼室は実用化されてはいるが、エン
ジンの高性能化に伴った燃焼条件においては十分な性能
を示さず、熱衝撃によりマイクロクラックが発生し、大
きな割れへと進展するものがあった。
【0018】本発明は、従来のSi34 セラミックス
の欠点を解消する高耐熱性、高耐熱衝撃性のセラミック
ス複合材料よりなるエンジン用副燃焼室を提供するもの
である。
【0019】即ち、本発明に係る粒子分散型複合セラミ
ックス材料は、セラミックスマトリックス成分としてS
34 を用い、これにSiC微粒子を分散させてナノ
粒子分散構造としたものであるが、更に高性能化するた
めに、第3又は第4成分としてTiC及び/又はTiN
の微粒子をナノ分散させた新材料である。
【0020】このSi34 −SiC−TiN及び/又
はTiCの3(又は4)成分系ナノ粒子分散型複合セラ
ミックス材料は、高温強度が大きく、しかも、耐熱衝撃
性も高い。本発明では、この材料を用いることにより、
従来の副燃焼室では解消し得なかった欠点を克服するこ
とが可能となった。
【0021】これはSi34 マトリックスセラミック
スは、本来耐熱性や耐摩耗性に強い材料であるが、これ
にSiC微粒子をナノ分散させることによりSi34
マトリックスのグレーン中にSiCの微粒子が均一に分
散し、これらの熱膨張率のミスマッチングによりSi3
4 マトリックスに均一に、しかも全体のグレーンに内
部応力が発生する。このため、外部の熱応力等によりS
34 複合材料が容易に破壊することがなくなるもの
である。第3ないし第4成分のTiN及び/又はTiC
粒子は、第2成分のSiCとの相乗作用で、SiCの添
加効果を高めるものである。
【0022】上記作用機構により、外部からの熱衝撃性
に対して著しく優れた特性を示し、しかも、耐熱性や耐
消耗性等の諸特性に著しく優れたエンジン用副燃焼室と
なる。
【0023】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明する。なお、用いた原料は次の通りである。
【0024】Si34 粉末:宇部興産社製Si34
粉末(平均粒子径0.3μm) SiC粉末:イビデン社製SiC粉末(平均粒子径30
0nm) TiC粉末:日本新金属社製TiC粉末(平均粒子径2
00nm) TiN粉末:日本新金属社製(平均粒子径200nm) 実施例1,2、比較例1 Si34 粉末に対して、分散粒子を表1に記載の配合
割合で添加し(比較例1においては添加せず。)、有機
系のバインダー(ポリビニルアルコール)を3重量%添
加してボールミルで30時間混合した。得られた混合物
を乾燥、解砕した後、プレス成形(CIP成形)した。
成形は1500kg/cm2 で15分保持にて行った。
【0025】得られた成形体を窒素ガス中で、1650
℃まで10時間かけて昇温し、1時間保持した後、自然
放冷してサンプルとした。
【0026】得られたサンプルについて耐熱テストとし
て、800℃から200℃まで10分間で冷却し、クラ
ックの発生の有無を調べた。また、簡易すりへり試験機
で1000サイクルにて耐摩耗性試験を実施した。更
に、破壊靭性の測定を行い、また、曲げ強度を熱間40
0℃で測定した。
【0027】結果を表1に示す。
【0028】
【表1】
【0029】表1より明らかなように、比較例1のSi
34 サンプルではマイクロクラックが発生するのに対
し、本発明に係る粒子分散型複合セラミックス材料は、
耐熱性、耐摩耗性、耐熱強度、高温靭性等に優れ、従っ
て、本発明によれば高性能エンジン用副燃焼室が提供さ
れる。
【0030】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明に係る粒子分
散型複合セラミックス材料は、耐摩耗性、耐熱衝撃性、
高温靭性及び曲げ強度に著しく優れ、従って、このよう
な粒子分散型複合セラミックス材料よりなる本発明のエ
ンジン用副燃焼室であれば、エンジンの高性能化に十分
耐え得る高特性エンジン用副燃焼室が提供される。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 窒化珪素マトリックスの結晶内に、炭化
    珪素粒子と、炭化チタン粒子及び/又は窒化チタン粒子
    とを分散させてなる粒子分散型複合セラミックス材料で
    あって、窒化珪素の含有割合が70〜90体積%、炭化
    珪素の含有割合が30〜10体積%、炭化チタン及び/
    又は窒化チタンの含有割合が、窒化珪素と炭化珪素との
    合計に対して0.1〜1体積%である粒子分散型複合セ
    ラミックス材料で構成されることを特徴とするエンジン
    用副燃焼室。
JP5294931A 1993-11-25 1993-11-25 エンジン用副燃焼室 Withdrawn JPH07145729A (ja)

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JPH07145729A true JPH07145729A (ja) 1995-06-06

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