JPH0761866A - セラミックス製タペット材 - Google Patents

セラミックス製タペット材

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JPH0761866A
JPH0761866A JP5206362A JP20636293A JPH0761866A JP H0761866 A JPH0761866 A JP H0761866A JP 5206362 A JP5206362 A JP 5206362A JP 20636293 A JP20636293 A JP 20636293A JP H0761866 A JPH0761866 A JP H0761866A
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JP
Japan
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tappet
fine particles
ceramics
tappet material
ceramic
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Withdrawn
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JP5206362A
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English (en)
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Ryuichi Matsuki
竜一 松木
Takeyoshi Takenouchi
武義 竹之内
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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Abstract

(57)【要約】 【目的】 軽量で、耐摩耗性、摺動性、耐食性、耐久
性、信頼性に優れ、しかも安価な粒子分散複合セラミッ
クス製タペット材を提供する。 【構成】 Si34 のマトリックス相中に、SiC微
粒子とTiC及び/又はTiN微粒子とが分散してなる
粒子分散複合セラミックスよりなるタペット材であっ
て、Si34 :SiC微粒子=70〜90:30〜1
0(体積比),TiC及び/又はTiN微粒子:0.1
〜1体積%を含む粒子分散複合によるセラミックス製タ
ペット材。 【効果】 耐摩耗性、摺動性、耐久性、強度、靭性等の
諸特性に優れたセラミックス製タペット材が提供され
る。セラミックスのみから構成されるため、従来品のセ
ラミックス−金属複合部材よりなるものに比べて軽量で
ある上に、接合部がないことから信頼性が高く、また、
安価に製造可能であり、製品の低コスト化が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はセラミックス製タペット
材に係り、特に、機械や自動車等の構造部材としての耐
摩耗性摺動部材として有用な高性能粒子分散複合による
セラミックス製タペット材に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、自動車や一般機械の構造部材とし
ての摺動部材には、耐摩耗鋼,超硬金属,或いはセラミ
ックスと金属との接合材料が多く用いられてきたが、こ
れらの部材については、常にその高性能化が要求されて
いる。特に、自動車用のエンジンの動弁系材料であるタ
ペット材は、耐圧縮応力や摺動性、耐摩耗性などの厳し
い条件が要求される環境下で用いられる部材であるが、
最近のエンジンの高性能化傾向の面から、より軽量で性
能の良い部材が求められている。
【0003】しかしながら、従来の材料のうち、炭素鋼
やクロム鋼などの耐摩耗鋼では、耐摩耗性を十分に満足
することはできず、更に耐摩耗性を改良した超硬金属材
料では、重量が重くなるという欠点を生じる。耐摩耗鋼
に超硬金属材料を接合した部材も提供されているが、特
性及び重量の面で十分に満足し得る性能は得られていな
い。
【0004】このようなことから、最近ではセラミック
スと金属との接合部材よりなるものも提供されるように
なった。即ち、耐摩耗性等に優れたセラミックスに金属
を接合することにより、セラミックスの耐衝撃性を補強
したものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
セラミックスと金属との接合部材では、次のような問題
があった。
【0006】即ち、セラミックスと金属との接合は、一
般にロウ材を用いて行なわれるが、ロウ付け接合は手間
がかかり、製造コストを高くする原因となっていた。
【0007】また、従来においては、セラミックスとし
て、モノリシックなセラミックス(例えばSi34
Al23 ,ムライト,SiC)を用いているため、熱
応力に対する靭性が不足し、金属との接合時の熱応力に
よるセラミックスの割れの問題があり、また接合強度の
大きなセラミックス−金属接合部材は得られなかった。
しかも、従来のセラミックス材料では、タペット材等の
構造部材としての耐摩耗性、耐久性、耐食性、摺動性等
の要求特性を十分に満たすことができなかった。
【0008】なお、接合時の熱応力の緩和のためには、
セラミックスと金属との間に各種のインサート材を1層
又は2層に介在させることが行なわれており、接合強度
をより一層高めるために、セラミックスの表面をメタラ
イズしたり、溶射するなどの方法も採用されている。
【0009】しかしながら、メタライズや溶射法を採用
したものでも、高温における接着強度が低く、かつ、腐
食に対しても弱いという欠点がある。特に、溶射法で
は、セラミックスと溶射面との界面の接合強度が低く、
また、その溶射表面が多孔質となるため、ロウ材との緊
密な接合は不可能である。
【0010】このように、従来のセラミックス−金属接
合部材では、 接合に手間がかかり、コスト高の原因となる。 十分な接合強度が得られず、構造部材としての信頼
性が低い。 セラミックス材料の耐摩耗性、耐久性、耐食性、摺
動性等の特性が十分でない。 金属を用いるため、重量が重く、軽量化が図れな
い。 といった問題があった。従って、特に、タペット材とし
て、従来のセラミックス−金属複合部材を適用しても、
要求特性を満たすことはできなかった。
【0011】本発明は上記従来の問題点を解決し、軽量
で、耐摩耗性、摺動性、耐食性、耐久性、信頼性に優
れ、しかも安価な粒子分散複合セラミックス製タペット
材を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】請求項1のセラミックス
製タペット材は、Si34 のマトリックス相中に、S
iC微粒子とTiC及び/又はTiN微粒子とが分散し
てなる粒子分散複合セラミックスよりなるタペット材で
あって、該粒子分散複合セラミックスは、Si34
SiC微粒子とをSi34 :SiC微粒子=70〜9
0:30〜10の体積割合で含みかつ、TiC及び/又
はTiN微粒子をSi34 とSiC微粒子との合計に
対して0.1〜1体積%含むことを特徴とする。
【0013】請求項2のセラミックス製タペット材は、
請求項1のタペット材において、Si34 とSiCと
TiC及び/又はTiNとを1500〜2000kg/
cm 2 の圧力でCIP成形した後、1450〜1700
℃で0.5〜3時間焼成して得られることを特徴とす
る。
【0014】以下に本発明を詳細に説明する。
【0015】本発明のセラミックス製タペット材を構成
する粒子分散複合セラミックスは、Si34 マトリッ
クス相に第2成分としてSiC微粒子が、第3成分とし
てTiC及び/又はTiN微粒子が、それぞれ、下記の
割合で分散してなるものである。なお、TiC及び/又
はTiN微粒子の割合は、Si34 とSiC微粒子と
の合計に対する割合である。
【0016】Si34 :SiC微粒子=70〜90:
30〜10(体積比) TiC及び/又はTiN微粒子=0.1〜1体積% ここで、Si34 の体積比が70未満では強度が小さ
く、複合セラミックス材料としての特性が出ない。90
を超えると相対的に第2,3成分の割合が低減し、第
2,3成分粒子を複合化させることによる本発明の効果
が十分に得られない。SiC微粒子の複合化により、靭
性や強度、耐摩耗性の向上が図れるが、このSiC微粒
子の体積比が10未満では、この改善効果が十分に得ら
れず、30を超えると焼結性が悪い。従って、Si3
4 :SiC微粒子=70〜90:30〜10(体積比)
とする。
【0017】TiC及び/又はTiN微粒子は、SiC
微粒子の複合化による特性向上効果を更に高め、より一
層の高靭性化を図る作用を奏し、その割合がSi34
とSiC微粒子の合計に対して0.1体積%未満では、
この作用が十分に得られず、1体積%を超えると焼結性
に問題を生じる。従って、TiC及び/又はTiN微粒
子の割合は0.1〜1体積%とする。
【0018】本発明において、Si34 マトリックス
相中に分散している各微粒子は、それぞれ下記粒径範囲
のナノ粒子であることが好ましい。
【0019】SiC微粒子の粒径:50〜500nm TiC及び/又はTiN微粒子の粒径:50〜700n
m このような粒子分散複合セラミックスよりなる本発明の
セラミックス製タペット材は例えば次のようにして製造
される。即ち、まず、粒径0.05〜0.5μm程度の
Si34 粉末と、上記粒径範囲のSiC微粒子とTi
C及び/又はTiN微粒子とをボールミル等により10
〜20時間程度連続的に均一分散混合する。この混合に
当り、分散性を良くするために、有機系の分散剤を用い
ることができる。得られた混合原料を乾燥後、PVA
(ポリビニルアルコール)等の有機系のバインダーを添
加して、CIP成形により所定形状に成形する。このC
IP成形の成形圧力は1500〜2000kg/cm2
程度とするのが好ましい。その後、得られた成形体を1
450〜1700℃で0.5〜3時間程度焼成して焼結
させる。得られる材料は高密度かつ高強度で、各種特性
に著しく優れた高性能粒子分散複合セラミックスであ
る。
【0020】
【作用】前述の如く、タペット材等として、高強度、高
耐久性、耐摩耗性、良好な摺動性を得ると共に、軽量
化、低コスト化を図るためには、セラミックス−金属複
合部材で対処することは困難であり、新しい素材の開発
が待たれていた。
【0021】本発明の粒子分散複合によるセラミックス
製タペット材は、セラミックス材料のみで、上記の要求
特性のすべてを満足させるものである。即ち、本発明
は、セラミックス材料として、従来のモノリシックな材
料を用いることなく、粒子分散複合材料を用いることに
より、特性の改善を図るものである。
【0022】本発明においては、セラミックスのマトリ
ックス相として、Si34 を用い、これに靭性や強
度、耐摩耗性を付与するため、SiC微粒子を第2成分
として分散させた。更に、この第2成分の複合特性を高
めるために、第3成分としてのTiC及び/又はTiN
微粒子を分散させ、目的を十分に満足する粒子分散複合
セラミックスを開発した。
【0023】本発明に係る粒子分散複合セラミックスに
おいては、Si34 マトリックス相の中に第2,第3
成分の微粒子が分散して、内部応力を誘起した状態にな
っているため極めて強度、靭性が高い材料となってい
る。
【0024】しかして、本発明に係る粒子分散複合セラ
ミックスは、強度、靭性が高い材料であることから、金
属との複合部材とすることなく、粒子分散複合セラミッ
クスのみでタペット材を構成することができ、タペット
材の軽量化(従来品の1/3程度に軽量化できる。)、
接合部をなくすことによる信頼性の向上、製造コストの
低減を図ることができる。
【0025】このような本発明に係る粒子分散複合セラ
ミックスの耐摩耗性、摺動性、高強度、高靭性特性は、
従来のSi34 、Al23 又はZrO2 を単味で用
いるセラミックスでは実現不可能である。
【0026】特に、タペット材はその構造から上下の両
面の耐摩耗性、摺動性が要求される上に、振動や衝撃に
強いことが必要とされることから、セラミックス材料の
みでタペット材を構成するためには、耐摩耗性、摺動性
に優れる上に、著しく高い強度、靭性が必要とされる
が、本発明に係る粒子分散複合セラミックスであれば、
このような要求特性をすべて満たし、軽量で耐久性に優
れ、信頼性の高いタペット材を提供することができる。
【0027】
【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。
【0028】なお、以下の実施例及び比較例において用
いた材料は次の通りである。
【0029】Si34 (宇部興産社製):平均粒径
0.3μm SiC(イビデン社製):平均粒径300nm TiC(日本新金属社製):平均粒径200nm TiN(日本新金属社製):平均粒径200nm 実施例1〜4,比較例1 図1に示す形状のタペット材1を製造した。
【0030】まず、表1に示す割合でSi34 とSi
CとTiC又はTiNとをボールミルにより約10時間
混合した後(ただし、比較例1ではSi34 のみを用
いた。)、乾燥、解砕し、有機系バインダー(ポリビニ
ルアルコール)を3重量%添加して、CIP成形した。
CIP成形圧力は1500kg/cm2 とし、5分間保
持した。
【0031】得られた成形体をN2 雰囲気中、1700
℃まで10時間かけて昇温した後、1700℃で1時間
保持し、その後自然放冷して焼結させた。
【0032】なお、同時に、同様の方法で各々物性測定
用の試験片を作成し、測定結果を表1に示した。
【0033】また、得られたタペット材について摩耗試
験機を用いて耐摩耗性及び摺動性を調べ、結果を表1に
示した。更に、衝撃試験(落下テスト)を行ない、結果
を表1に示した。
【0034】表1より明らかなように、本発明に係る粒
子分散複合セラミックスは極めて高靭性、かつ高硬度で
曲げ強度に優れ、このような粒子分散複合セラミックス
で製造された本発明のタペット材は、耐摩耗性、摺動性
に優れる上に、耐衝撃性にも優れ、セラミックスのみか
らなるため、軽量化も図れる。
【0035】一方、Si34 単味のものでは、諸物性
に劣る上に、特に耐衝撃性が不足し、セラミックス製タ
ペット材としては実用不可能である。
【0036】
【表1】
【0037】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明のセラミック
ス製タペット材によれば、耐摩耗性、摺動性、耐久性、
強度、靭性等の諸特性に優れたセラミックス製タペット
材が提供される。
【0038】本発明のタペット材は、セラミックスのみ
から構成されるため、従来品のセラミックス−金属複合
部材よりなるものに比べて軽量である上に、接合部がな
いことから信頼性が高く、また、安価に製造可能であ
り、製品の低コスト化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例において製造したタペット材の形状を示
す断面図である。
【符号の説明】
1 タペット材

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Si34 のマトリックス相中に、Si
    C微粒子とTiC及び/又はTiN微粒子とが分散して
    なる粒子分散複合セラミックスよりなるタペット材であ
    って、該粒子分散複合セラミックスは、Si34 とS
    iC微粒子とをSi34 :SiC微粒子=70〜9
    0:30〜10の体積割合で含みかつ、TiC及び/又
    はTiN微粒子をSi34 とSiC微粒子との合計に
    対して0.1〜1体積%含むことを特徴とするセラミッ
    クス製タペット材。
  2. 【請求項2】 請求項1のタペット材において、Si3
    4 とSiCとTiC及び/又はTiNとを1500〜
    2000kg/cm2 の圧力でCIP成形した後、14
    50〜1700℃で0.5〜3時間焼成して得られるこ
    とを特徴とするセラミックス製タペット材。
JP5206362A 1993-08-20 1993-08-20 セラミックス製タペット材 Withdrawn JPH0761866A (ja)

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JP5206362A JPH0761866A (ja) 1993-08-20 1993-08-20 セラミックス製タペット材

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JPH0761866A true JPH0761866A (ja) 1995-03-07

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02221127A (ja) * 1989-02-22 1990-09-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd シェブレル化合物の製造法
US20210317046A1 (en) * 2018-02-19 2021-10-14 The Florida State University Research Foundation, Inc. Ceramic Composite Materials, Articles, and Methods

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