JPH07166870A - エンジン用副燃焼室 - Google Patents

エンジン用副燃焼室

Info

Publication number
JPH07166870A
JPH07166870A JP5315111A JP31511193A JPH07166870A JP H07166870 A JPH07166870 A JP H07166870A JP 5315111 A JP5315111 A JP 5315111A JP 31511193 A JP31511193 A JP 31511193A JP H07166870 A JPH07166870 A JP H07166870A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
engine
si3n4
matrix
resistance
sic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP5315111A
Other languages
English (en)
Inventor
Akio Kawanobe
晃生 川野辺
Takeo Sasaki
丈夫 佐々木
Hiroshi Sasaki
博 佐々木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Materials Corp filed Critical Mitsubishi Materials Corp
Priority to JP5315111A priority Critical patent/JPH07166870A/ja
Publication of JPH07166870A publication Critical patent/JPH07166870A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)
  • 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Si
34 ウィスカー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。Si34 :7
0〜90体積%,SiC:30〜10体積%,Si3
4 ウィスカーはSi34 マトリックスに対して5〜1
0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。Si34 ウィスカーは靭性の向上に
有効に作用し、高温靭性、耐クラック性を高める。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、炭化珪素微
粒子と、窒化珪素ウィスカー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、マトリックスを構
成する窒化珪素微粒子と窒化珪素ウィスカーとの合計の
含有割合が70〜90体積%、炭化珪素微粒子の含有割
合が30〜10体積%であり、前記窒化珪素微粒子に対
する窒化珪素ウィスカーの割合が5〜10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)微粒子と、第3成分の分散粒子として窒化珪素(S
34 )ウィスカーとを含むものである。
【0011】分散粒子のうち、第2成分のSiC微粒子
の割合が10体積%未満では、Si34 マトリックス
中に十分な量が拡散して存在しないため、応力誘起によ
る強度向上効果が期待できない。一方、SiC微粒子の
割合が30体積%を超えると、逆にSiC微粒子が多す
ぎるため、Si34 マトリックスの粒内でなく、粒界
にも析出してくるため、強度等に問題が生じる。このた
め、SiCの割合は10〜30体積%とする。
【0012】また、第3成分のSi34 ウィスカーの
割合がSi34 マトリックスに対して5体積%未満で
あると、マトリックスを構成するSi34 粒子間に十
分に架橋することができないため、期待される強度が得
られない。また、10体積%を超えると、逆に焼結に手
間がかかり、最適な条件とならない。ただし、この場合
でも、物性的に問題が生じることはない。このようなこ
とから、最適条件により、高性能な粒子分散型複合セラ
ミックス材料を得るべく、Si34 ウィスカーはSi
34 マトリックスに対して5〜10体積%とする。
【0013】なお、Si34 マトリックスに分散させ
るSiC微粒子の平均粒径は、Si34 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、4
00nm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。
【0014】また、Si34 ウィスカーとしては、平
均直径0.1〜0.5μm、平均長さ50〜200μm
のものが好ましい。
【0015】なお、マトリックスを構成するSi34
微粒子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。
【0016】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、1500℃〜1750℃で1〜3時間の条件が最適
であり、その雰囲気制御を行なった上で、HIP法や常
圧焼結法、ガス圧焼結などで対応可能である。
【0017】
【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。
【0018】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。
【0019】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。
【0020】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成分としてSi3N4 ウィスカーをナノ分散さ
せた新材料である。
【0021】このSi34 −SiC微粒子−Si3
4 ウィスカーの3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。
【0022】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。この応力誘起により高強度化がなさ
れ、外部の熱応力等によりSi34 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成分のSi3
4 ウィスカーは、第2成分のSiCとの相乗作用で、
SiCの添加効果を高める上に、特に、靭性の向上に有
効に作用し、クラックデフレクションやクラックピンニ
ングなどの効果が発現され、その結果として高温で十分
な強度を維持する高温靭性、耐クラック性に優れ、熱負
荷の変動の激しいエンジン副燃焼室の構成材料として好
適な高特性材料が提供される。
【0023】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。
【0024】
【実施例】以下に実施例及び比較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。
【0025】Si34 粉末:宇部興産社製(平均粒子
径0.3μm) SiC粉末:イビデン社製(平均粒子径0.1μm) Si34 ウィスカー:タテホ化学社製(平均直径0.
3μm,平均長さ80μm) 実施例1〜3、比較例1 Si34 粉末に対して、分散粒子及びウィスカーを表
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)及び解コウ剤を添加してボールミルで3時間混合
し、固形分濃度75重量%のスラリーを調製した。この
スラリーをスリップキャスト法により成形した。成形は
石膏型法によるものとし、成形時に若干の圧力(1〜2
kg/cm2)を加えた。
【0026】得られた生成形体を気乾後、50〜80℃
で乾燥器により10時間乾燥した後、窒素雰囲気中で焼
成した。焼成は、1650℃まで13時間で昇温し、2
時間保持し、その後、自然放冷して行なった。
【0027】得られた試料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、耐熱衝撃試験機で100
サイクルにて耐熱衝撃試験を実施した。耐熱衝撃性は、
クラックのないものを「良好」、マイクロクラックが発
生したものを「不良」とした。更に、破壊靭性の測定を
行い、また、曲げ強度を500℃で測定した。
【0028】結果を表1に示す。
【0029】
【表1】
【0030】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。
【0031】
【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等の機械的強度に著しく優れ、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
    珪素微粒子と、窒化珪素ウィスカー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、マトリック
    スを構成する窒化珪素微粒子と窒化珪素ウィスカーとの
    合計の含有割合が70〜90体積%、炭化珪素微粒子の
    含有割合が30〜10体積%であり、前記窒化珪素微粒
    子に対する窒化珪素ウィスカーの割合が5〜10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。
JP5315111A 1993-12-15 1993-12-15 エンジン用副燃焼室 Withdrawn JPH07166870A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5315111A JPH07166870A (ja) 1993-12-15 1993-12-15 エンジン用副燃焼室

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5315111A JPH07166870A (ja) 1993-12-15 1993-12-15 エンジン用副燃焼室

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH07166870A true JPH07166870A (ja) 1995-06-27

Family

ID=18061559

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5315111A Withdrawn JPH07166870A (ja) 1993-12-15 1993-12-15 エンジン用副燃焼室

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH07166870A (ja)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100417967B1 (ko) 내마모성 부재와 그 제조방법
JP3092800B2 (ja) 微細粒の炭化物を含む緻密な窒化ケイ素セラミック
US4419971A (en) Cylinder liner for an internal combustion engine
FR2484998A1 (fr) Article en ceramique frittee composite et son procede de production
US2636828A (en) Silicon nitride-bonded refractory oxide bodies and method of making
JP3185960B2 (ja) 多孔質チタン酸アルミニウム焼結体の製造方法
EP0659708A1 (en) Alumina based ceramic material and method of manufacturing the same
JPH04214075A (ja) 炭化ホウ素系複合焼結体
JPS5851910B2 (ja) チツカケイソケイシヨウケツタイノセイゾウホウホウ
CN110877980A (zh) 一种高强度碳化硅/氮化硅复相陶瓷及其制备方法
JPH07166870A (ja) エンジン用副燃焼室
JPS60186468A (ja) セラミツクス構造材及びその製造方法
JPH07166869A (ja) エンジン用副燃焼室
JPH07145729A (ja) エンジン用副燃焼室
JP3810183B2 (ja) 窒化珪素質焼結体
US4596781A (en) Tough Si3 N4 composite ceramics
JP3225873B2 (ja) MgO複合セラミックス及びその製造方法
JPH07224663A (ja) エンジン用副燃焼室
JP2743666B2 (ja) タービン用セラミックス材料およびその製造方法
JPS60113021A (ja) 内燃機関の副室用口金部品
JPH0497952A (ja) 炭化珪素系複合体
Watanabe et al. Strength and Microstructure Evaluation of Si3N4/SiC Composites
JP3236739B2 (ja) 窒化珪素質焼結体およびその製造方法
JP3368035B2 (ja) セッター
JPH05117032A (ja) 窒化珪素焼結体の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20010306