JPH08312448A - 複合繊維強化部を持つセラミック部品 - Google Patents
複合繊維強化部を持つセラミック部品Info
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- JPH08312448A JPH08312448A JP13748395A JP13748395A JPH08312448A JP H08312448 A JPH08312448 A JP H08312448A JP 13748395 A JP13748395 A JP 13748395A JP 13748395 A JP13748395 A JP 13748395A JP H08312448 A JPH08312448 A JP H08312448A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、破壊靱性値が高く、耐熱性に優れ
た複合繊維強化部を持つセラミック部品を提供する。 【構成】 このセラミック部品は、セラミック繊維材か
ら成る不織布と窒化ケイ素との複合材で成形された薄肉
表面部を形成するシェル構造体２を有し、シェル構造体
２に形成される中空部に配置されたＴｉ，ＳｉＯ2 ，Ａ
ｌ2 Ｏ3 及びＹ2Ｏ3 から成るスラリーが転化した無収
縮の反応焼結材３、及びシェル構造体２のセラミック繊
維材の隙間に浸透した上記スラリーが転化した繊維強化
複合構造の焼結材４から構成されている。上記スラリー
から成る仮焼材とセラミック繊維材とに上記スラリーを
それぞれ浸透させて焼結するこによって反応焼結材３と
焼結材４とが作製される。
た複合繊維強化部を持つセラミック部品を提供する。 【構成】 このセラミック部品は、セラミック繊維材か
ら成る不織布と窒化ケイ素との複合材で成形された薄肉
表面部を形成するシェル構造体２を有し、シェル構造体
２に形成される中空部に配置されたＴｉ，ＳｉＯ2 ，Ａ
ｌ2 Ｏ3 及びＹ2Ｏ3 から成るスラリーが転化した無収
縮の反応焼結材３、及びシェル構造体２のセラミック繊
維材の隙間に浸透した上記スラリーが転化した繊維強化
複合構造の焼結材４から構成されている。上記スラリー
から成る仮焼材とセラミック繊維材とに上記スラリーを
それぞれ浸透させて焼結するこによって反応焼結材３と
焼結材４とが作製される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、セラミック繊維材で
表面部の強度が強化されている複合繊維強化部を持つセ
ラミック部品に関する。
表面部の強度が強化されている複合繊維強化部を持つセ
ラミック部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、セラミッククラウンとアルミスカ
ートから成るピストンにおいて、セラミッククラウンに
燃焼室を形成したものが知られている（例えば、実開昭
６２−９３１４１号公報参照）。該ピストンは、キャビ
ティを形成したセラミッククラウンの外周を筒体状のア
ルミスカートのヘッド部を嵌合し、燃焼室外周とヘッド
部との間隙に鋳鉄製リングを塑性流動材と共存させ、両
者を固定したものであり、セラミッククラウンをモノリ
スセラミックスで作製したものである。
ートから成るピストンにおいて、セラミッククラウンに
燃焼室を形成したものが知られている（例えば、実開昭
６２−９３１４１号公報参照）。該ピストンは、キャビ
ティを形成したセラミッククラウンの外周を筒体状のア
ルミスカートのヘッド部を嵌合し、燃焼室外周とヘッド
部との間隙に鋳鉄製リングを塑性流動材と共存させ、両
者を固定したものであり、セラミッククラウンをモノリ
スセラミックスで作製したものである。
【０００３】また、従来のエンジンについて、図５に示
すような燃焼室２４を構成するセラミックスから作製さ
れたヘッド下面部２２とライナ上部２１から成るヘッド
ライナ２０が知られている。ヘッド下面部２２には、バ
ルブ孔２３及びバルブシート２５が形成されており、Ｓ
ｉ3 Ｎ4 ，ＳｉＣ等のモノリスセラミックスで作製され
ている（例えば、特開平１−２５７７４７号公報参
照）。
すような燃焼室２４を構成するセラミックスから作製さ
れたヘッド下面部２２とライナ上部２１から成るヘッド
ライナ２０が知られている。ヘッド下面部２２には、バ
ルブ孔２３及びバルブシート２５が形成されており、Ｓ
ｉ3 Ｎ4 ，ＳｉＣ等のモノリスセラミックスで作製され
ている（例えば、特開平１−２５７７４７号公報参
照）。
【０００４】本出願人は、ピストンヘッド或いはシリン
ダヘッドにセラミックスで燃焼室を作製した燃焼室構造
を開発し、特願平６−４７９９６号として出願した。該
燃焼室構造は、副室を構成する副室部材の強度を確保す
るため、副室部材と外側部材との間の境界領域の線膨脹
係数即ち熱膨張係数の差を傾斜的に構成すると共に、耐
熱性を向上させたものである。
ダヘッドにセラミックスで燃焼室を作製した燃焼室構造
を開発し、特願平６−４７９９６号として出願した。該
燃焼室構造は、副室を構成する副室部材の強度を確保す
るため、副室部材と外側部材との間の境界領域の線膨脹
係数即ち熱膨張係数の差を傾斜的に構成すると共に、耐
熱性を向上させたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ディーゼル
エンジンの耐久性は、そのエンジン寿命が長いため、極
めて重要な特性である。従来より、ディーゼルエンジン
の燃焼室を作製する場合に、エンジンの耐久性の問題を
解決するため、アルミニウム合金に鋳鉄を鋳込んだり、
アルミニウム合金の表面を酸化処理し、アルミナ（Ａｌ
2 Ｏ3 ）を生成したり、アルミニウム合金にセラミック
繊維を混入したりする燃焼室作製方法が用いられた。
エンジンの耐久性は、そのエンジン寿命が長いため、極
めて重要な特性である。従来より、ディーゼルエンジン
の燃焼室を作製する場合に、エンジンの耐久性の問題を
解決するため、アルミニウム合金に鋳鉄を鋳込んだり、
アルミニウム合金の表面を酸化処理し、アルミナ（Ａｌ
2 Ｏ3 ）を生成したり、アルミニウム合金にセラミック
繊維を混入したりする燃焼室作製方法が用いられた。
【０００６】しかしながら、Ｓｉ3 Ｎ4 材で燃焼室等の
セラミック部品を作製する場合に、Ｓｉ3 Ｎ4 の粉末に
添加物を加えて焼結する方法では、製造上では、焼結縮
みが発生することが知られている。また、セラミック部
品の完成品では、破壊靱性値が小さいことが知られてい
る。セラミック部品の製作において焼結縮みが発生した
り、また、セラミック部品の破壊靱性値が小さいもので
は、例えば、精度を要求されたり、強度を必要とするエ
ンジン部品に利用することができない。
セラミック部品を作製する場合に、Ｓｉ3 Ｎ4 の粉末に
添加物を加えて焼結する方法では、製造上では、焼結縮
みが発生することが知られている。また、セラミック部
品の完成品では、破壊靱性値が小さいことが知られてい
る。セラミック部品の製作において焼結縮みが発生した
り、また、セラミック部品の破壊靱性値が小さいもので
は、例えば、精度を要求されたり、強度を必要とするエ
ンジン部品に利用することができない。
【０００７】この発明の目的は、上記の課題を解決する
ことであり、セラミック部品でエンジン部品を作製する
場合に、そのコア部をＳｉ粉末とＴｉ粉末を混合した混
合粉末を作製し、該混合粉末で成形体を作製し、該成形
体をＮ2 ガス雰囲気中で焼結すると、焼結による縮み量
がほとんど発生しない無収縮性セラミックを得ることが
できることに着眼し、Ｓｉ3 Ｎ4 又はＳｉＣの繊維材を
アトランダムに配合した混合繊維材、特に、セラミック
繊維材から成る不織布と窒化ケイ素との複合材で成形し
て薄肉のシェル構造体を作製し、該シェル構造体内に上
記無収縮性セラミックを複合させると共に、シェル構造
体の内側に無収縮性セラミックを配置し、焼結縮みが無
く且つ破壊靱性値を大きくしたセラミック部品を提供す
ることである。
ことであり、セラミック部品でエンジン部品を作製する
場合に、そのコア部をＳｉ粉末とＴｉ粉末を混合した混
合粉末を作製し、該混合粉末で成形体を作製し、該成形
体をＮ2 ガス雰囲気中で焼結すると、焼結による縮み量
がほとんど発生しない無収縮性セラミックを得ることが
できることに着眼し、Ｓｉ3 Ｎ4 又はＳｉＣの繊維材を
アトランダムに配合した混合繊維材、特に、セラミック
繊維材から成る不織布と窒化ケイ素との複合材で成形し
て薄肉のシェル構造体を作製し、該シェル構造体内に上
記無収縮性セラミックを複合させると共に、シェル構造
体の内側に無収縮性セラミックを配置し、焼結縮みが無
く且つ破壊靱性値を大きくしたセラミック部品を提供す
ることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するため、次のように構成されている。即ち、この
発明は、セラミック繊維材から成る不織布と窒化ケイ素
との複合材で成形された薄肉表面部を形成するシェル構
造体、及び前記シェル構造体の内側にＴｉ，ＳｉＯ2 ，
Ａｌ2 Ｏ3 及びＹ2 Ｏ3 を含む窒化ケイ素焼結材から成
り、前記シェル構造体の前記セラミック繊維材と内側の
前記窒化ケイ素焼結材とが一体的に反応焼結して繊維強
化複合構造の焼結材に構成されていることを特徴とする
複合繊維強化部を持つセラミック部品に関する。
達成するため、次のように構成されている。即ち、この
発明は、セラミック繊維材から成る不織布と窒化ケイ素
との複合材で成形された薄肉表面部を形成するシェル構
造体、及び前記シェル構造体の内側にＴｉ，ＳｉＯ2 ，
Ａｌ2 Ｏ3 及びＹ2 Ｏ3 を含む窒化ケイ素焼結材から成
り、前記シェル構造体の前記セラミック繊維材と内側の
前記窒化ケイ素焼結材とが一体的に反応焼結して繊維強
化複合構造の焼結材に構成されていることを特徴とする
複合繊維強化部を持つセラミック部品に関する。
【０００９】また、この複合繊維強化部を持つセラミッ
ク部品において、前記複合材から成る前記シェル構造体
の中空部にはＳｉ，Ｔｉ，ＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 及びＹ
2 Ｏ3 から成るスラリーが注入された状態で仮焼され、
前記複合材に浸透した前記スラリーが焼結して前記繊維
強化複合構造の前記焼結材が形成されている。
ク部品において、前記複合材から成る前記シェル構造体
の中空部にはＳｉ，Ｔｉ，ＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 及びＹ
2 Ｏ3 から成るスラリーが注入された状態で仮焼され、
前記複合材に浸透した前記スラリーが焼結して前記繊維
強化複合構造の前記焼結材が形成されている。
【００１０】また、前記シェル構造体を形成する前記セ
ラミック繊維材は、繊維の長さが１０〜５０ｍｍのＳｉ
3 Ｎ4 ，ＳｉＣ又はサイアロンから成り、その繊維材が
ランダムに積層されて不織布に形成され、前記焼結材と
実質的に同一の線膨張係数を有している。
ラミック繊維材は、繊維の長さが１０〜５０ｍｍのＳｉ
3 Ｎ4 ，ＳｉＣ又はサイアロンから成り、その繊維材が
ランダムに積層されて不織布に形成され、前記焼結材と
実質的に同一の線膨張係数を有している。
【００１１】また、前記シェル構造体の表面にＡｌ2 Ｏ
3 及びＹ2 Ｏ3 から成るコーティング用泥状物を塗布し
た後に焼成されている。
3 及びＹ2 Ｏ3 から成るコーティング用泥状物を塗布し
た後に焼成されている。
【００１２】更に、前記シェル構造体の前記薄肉表面部
の厚さは要求される機械強度の領域に対応して調整され
ている。
の厚さは要求される機械強度の領域に対応して調整され
ている。
【００１３】この複合繊維強化部を持つセラミック部品
において、前記スラリーは、成形後と焼結後とでは寸法
変化が発生しないものである。
において、前記スラリーは、成形後と焼結後とでは寸法
変化が発生しないものである。
【００１４】
【作用】この発明による複合繊維強化部を持つセラミッ
ク部品は、上記のように構成され、次のように作用す
る。即ち、この複合繊維強化部を持つセラミック部品
は、セラミック繊維材から成る不織布と窒化ケイ素との
複合材から成るシェル構造体で形成された中空部にＴ
ｉ，ＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 及びＹ2 Ｏ3 或いはＳｉ，Ｔ
ｉ，ＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 及びＹ2 Ｏ3 から成るスラリ
ーを充填すると共に、前記セラミック繊維材の隙間にも
前記スラリーを浸透させ、該スラリーを焼結して無収縮
の反応焼結材に転化させて繊維強化複合構造の焼結材に
構成したので、破壊靱性値を向上させ、十分な強度を確
保できると共に、焼結収縮がほとんど発生しない高精度
の部品を作製することができる。スラリーを１４００℃
で仮焼成することによって、Ｓｉはポロシティが存在す
る強度的には弱いα型Ｓｉ3 Ｎ4 に転化し、ＴｉはＴｉ
Ｎに転化して一部は酸化してＴｉＯに転化し、成形後と
焼結後とでは寸法変化が発生しない焼結材を得ることが
できる。
ク部品は、上記のように構成され、次のように作用す
る。即ち、この複合繊維強化部を持つセラミック部品
は、セラミック繊維材から成る不織布と窒化ケイ素との
複合材から成るシェル構造体で形成された中空部にＴ
ｉ，ＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 及びＹ2 Ｏ3 或いはＳｉ，Ｔ
ｉ，ＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 及びＹ2 Ｏ3 から成るスラリ
ーを充填すると共に、前記セラミック繊維材の隙間にも
前記スラリーを浸透させ、該スラリーを焼結して無収縮
の反応焼結材に転化させて繊維強化複合構造の焼結材に
構成したので、破壊靱性値を向上させ、十分な強度を確
保できると共に、焼結収縮がほとんど発生しない高精度
の部品を作製することができる。スラリーを１４００℃
で仮焼成することによって、Ｓｉはポロシティが存在す
る強度的には弱いα型Ｓｉ3 Ｎ4 に転化し、ＴｉはＴｉ
Ｎに転化して一部は酸化してＴｉＯに転化し、成形後と
焼結後とでは寸法変化が発生しない焼結材を得ることが
できる。
【００１５】前記シェル構造体は、高価な連続繊維材を
使うことなく、安価な不連続で切断繊維材の不織布で作
製でき、セラミック繊維材に対してニードリングを行っ
て成形して作製できる。また、前記シェル構造体の前記
中空部に配置された仮焼材は、Ｓｉ3 Ｎ4 とＴｉによる
スラリーの焼成で作製され、多孔質構造を有する。従っ
て、前記シェル構造体内に前記仮焼材を配置し、これに
泥漿即ちスラリーを入れ、前記シェル構造体と前記仮焼
材にスラリーをしみ込ませ、固化させて成形型から取り
出し、焼結して仮焼材は無収縮性セラミックの反応焼結
材になり、強度が強くなる。即ち、前記仮焼材は、強度
が弱いがポロシテイを有しているので、泥漿はしみ込ん
で行く。泥漿がしみ込んだ仮焼材を焼結すると、α型Ｓ
ｉ3 Ｎ4は針状のβ型Ｓｉ3 Ｎ4 に転化し、強度が強
く、安定した焼結体になる。また、前記シェル構造体の
セラミック繊維材繊維材にもスラリーがしみ込んで行
き、これを焼結することによって反応焼結材とセラミッ
ク繊維材から成る高強度の繊維強化複合材が作製でき
る。
使うことなく、安価な不連続で切断繊維材の不織布で作
製でき、セラミック繊維材に対してニードリングを行っ
て成形して作製できる。また、前記シェル構造体の前記
中空部に配置された仮焼材は、Ｓｉ3 Ｎ4 とＴｉによる
スラリーの焼成で作製され、多孔質構造を有する。従っ
て、前記シェル構造体内に前記仮焼材を配置し、これに
泥漿即ちスラリーを入れ、前記シェル構造体と前記仮焼
材にスラリーをしみ込ませ、固化させて成形型から取り
出し、焼結して仮焼材は無収縮性セラミックの反応焼結
材になり、強度が強くなる。即ち、前記仮焼材は、強度
が弱いがポロシテイを有しているので、泥漿はしみ込ん
で行く。泥漿がしみ込んだ仮焼材を焼結すると、α型Ｓ
ｉ3 Ｎ4は針状のβ型Ｓｉ3 Ｎ4 に転化し、強度が強
く、安定した焼結体になる。また、前記シェル構造体の
セラミック繊維材繊維材にもスラリーがしみ込んで行
き、これを焼結することによって反応焼結材とセラミッ
ク繊維材から成る高強度の繊維強化複合材が作製でき
る。
【００１６】セラミックスから成る機械部品の多くは、
部品の表面に作用する機械応力が表面近傍の欠陥に作用
して破損する。従って、この発明では、表面部に強度の
大きい繊維材とＳｉ3 Ｎ4 材との複合材を配置し、内側
には比較的に強度の小さい無収縮性セラミック即ち反応
焼結材を配置する。部品の表面部の引張力に対しては繊
維材が強化材になって破損の起点の拡大を防止できる。
部品の表面に作用する機械応力が表面近傍の欠陥に作用
して破損する。従って、この発明では、表面部に強度の
大きい繊維材とＳｉ3 Ｎ4 材との複合材を配置し、内側
には比較的に強度の小さい無収縮性セラミック即ち反応
焼結材を配置する。部品の表面部の引張力に対しては繊
維材が強化材になって破損の起点の拡大を防止できる。
【００１７】セラミック部品の表面部は、繊維材と泥漿
材即ちスラリーは線膨張係数が繊維材とほぼ同一である
ため、コア部の素材と良くなじみ、高強度の複合セラミ
ックスが焼結される。セラミック部品に対して機械応力
の大きい場所で繊維強化材が厚く分布されると、強度は
一層強固になる。また、繊維材は表面に対して平行に分
布することによって破壊の進展を防止することができ
る。
材即ちスラリーは線膨張係数が繊維材とほぼ同一である
ため、コア部の素材と良くなじみ、高強度の複合セラミ
ックスが焼結される。セラミック部品に対して機械応力
の大きい場所で繊維強化材が厚く分布されると、強度は
一層強固になる。また、繊維材は表面に対して平行に分
布することによって破壊の進展を防止することができ
る。
【００１８】また、セラミック繊維材は、Ｓｉ3 Ｎ4 ，
ＳｉＣ或いはサイアロンを使用することができ、焼結温
度はバルクの反応焼結温度より高いことが要求される。
スラリーを仮焼成してα型Ｓｉ3 Ｎ4 の仮焼材を作製す
る仮焼温度は１４００℃であり、α型Ｓｉ3 Ｎ4 の仮焼
材と仮焼材の多孔質構造に浸透したスラリーとを焼結す
る焼結温度は１６００℃〜１５００℃であり、本焼結す
ることによって、仮焼材とスラリーとは針状結晶のβ型
Ｓｉ3 Ｎ4 に転化し、耐熱性に優れると共に、強度が大
幅にアップし、安定した製品になる。
ＳｉＣ或いはサイアロンを使用することができ、焼結温
度はバルクの反応焼結温度より高いことが要求される。
スラリーを仮焼成してα型Ｓｉ3 Ｎ4 の仮焼材を作製す
る仮焼温度は１４００℃であり、α型Ｓｉ3 Ｎ4 の仮焼
材と仮焼材の多孔質構造に浸透したスラリーとを焼結す
る焼結温度は１６００℃〜１５００℃であり、本焼結す
ることによって、仮焼材とスラリーとは針状結晶のβ型
Ｓｉ3 Ｎ4 に転化し、耐熱性に優れると共に、強度が大
幅にアップし、安定した製品になる。
【００１９】
【実施例】以下、図１を参照して、この発明による複合
繊維強化部を持つセラミック部品の実施例を説明する。
図１はこの発明による複合繊維強化部を持つセラミック
部品の一実施例を示す断面図、図２は図１のセラミック
部品におけるセラミック繊維材を示す斜視図、図３は図
１のセラミック部品における無収縮反応焼結材を示す斜
視図、及び図４はこの発明による複合繊維強化部を持つ
セラミック部品の製造方法を説明するための概略図であ
る。
繊維強化部を持つセラミック部品の実施例を説明する。
図１はこの発明による複合繊維強化部を持つセラミック
部品の一実施例を示す断面図、図２は図１のセラミック
部品におけるセラミック繊維材を示す斜視図、図３は図
１のセラミック部品における無収縮反応焼結材を示す斜
視図、及び図４はこの発明による複合繊維強化部を持つ
セラミック部品の製造方法を説明するための概略図であ
る。
【００２０】この実施例の複合繊維強化部を持つセラミ
ック部品は、燃焼室を構成するヘッドライナ１を形成す
るのに利用されている。ヘッドライナ１は、セラミック
繊維材で成形された薄肉表面部を形成するシェル構造体
２、シェル構造体２で形成された中空部に配置された仮
焼材１０の多孔質構造に浸透したスラリーＳが転化した
無収縮の反応焼結材３、及びシェル構造体２のセラミッ
ク繊維材の隙間に浸透したスラリーＳが転化して作製さ
れたセラミック複合材即ち繊維強化複合構造の焼結材４
から構成されている。この実施例では、ヘッドライナ１
には、吸排気ポート５が形成され、吸排気ポート５には
吸排気バルブが着座するバルブシート部６が形成されて
いる。
ック部品は、燃焼室を構成するヘッドライナ１を形成す
るのに利用されている。ヘッドライナ１は、セラミック
繊維材で成形された薄肉表面部を形成するシェル構造体
２、シェル構造体２で形成された中空部に配置された仮
焼材１０の多孔質構造に浸透したスラリーＳが転化した
無収縮の反応焼結材３、及びシェル構造体２のセラミッ
ク繊維材の隙間に浸透したスラリーＳが転化して作製さ
れたセラミック複合材即ち繊維強化複合構造の焼結材４
から構成されている。この実施例では、ヘッドライナ１
には、吸排気ポート５が形成され、吸排気ポート５には
吸排気バルブが着座するバルブシート部６が形成されて
いる。
【００２１】シェル構造体２を形成するセラミック繊維
材は、繊維の長さが１０〜５０ｍｍのＳｉＣやＳｉ3 Ｎ
4 等を使用することができる。また、セラミック繊維材
としては、サイアロンを使用することもできる。これら
の繊維材は、１７５０℃以上で焼結して作製でき、耐熱
性に極めて優れているものである。無収縮性セラミック
即ち反応焼結材３は、Ｓｉ，Ｔｉ，ＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ
3 及びＹ2 Ｏ3 、或いはＴｉ，ＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 及
びＹ2 Ｏ3 から成るスラリーＳをＮ2 ガス雰囲気で約１
６００℃で焼結して転化させたものである。また、仮焼
材１０は、スラリーＳをＮ2 ガス雰囲気で約１４００℃
で焼成して転化させたものであり、強度は低く、多孔質
構造を有するものである。しかも、スラリーＳは、成形
後と焼結後とでは寸法変化が発生しないものである。
材は、繊維の長さが１０〜５０ｍｍのＳｉＣやＳｉ3 Ｎ
4 等を使用することができる。また、セラミック繊維材
としては、サイアロンを使用することもできる。これら
の繊維材は、１７５０℃以上で焼結して作製でき、耐熱
性に極めて優れているものである。無収縮性セラミック
即ち反応焼結材３は、Ｓｉ，Ｔｉ，ＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ
3 及びＹ2 Ｏ3 、或いはＴｉ，ＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 及
びＹ2 Ｏ3 から成るスラリーＳをＮ2 ガス雰囲気で約１
６００℃で焼結して転化させたものである。また、仮焼
材１０は、スラリーＳをＮ2 ガス雰囲気で約１４００℃
で焼成して転化させたものであり、強度は低く、多孔質
構造を有するものである。しかも、スラリーＳは、成形
後と焼結後とでは寸法変化が発生しないものである。
【００２２】この複合繊維強化部を持つセラミック部品
を製造する工程において、セラミック繊維材でシェル構
造体２を作製する場合には、セラミック繊維材から成る
不織布と窒化ケイ素との複合材、即ちＳｉ3 Ｎ4 繊維や
ＳｉＣ繊維の不連続の切断された不織布の繊維材をアト
ランダムに混合して混合繊維材を作り、該混合繊維材を
所定の形状に成形して薄肉のシェル構造体２を形成す
る。薄肉表面部を構成するシェル構造体２は、繊維が表
面に平行に分布させることができ、その厚さが１ｍｍ〜
２ｍｍ程度である。また、シェル構造体２の薄肉表面部
の厚さは、要求される機械強度に対応して調整すること
ができ、例えば、機械応力が大きい領域ほど肉厚を厚く
成形することができる。シェル構造体２は、ヘッドライ
ナ１の表面に位置するように、二重筒の形状に成形され
ているが、必ずしも一体構造に形成する必要はなく、内
筒と外筒とが分離した分割構造に形成することができ
る。シェル構造体２を分離型に形成することによって、
シェル構造体２の中空部に仮焼成した反応焼結材３を容
易に配置することができる。
を製造する工程において、セラミック繊維材でシェル構
造体２を作製する場合には、セラミック繊維材から成る
不織布と窒化ケイ素との複合材、即ちＳｉ3 Ｎ4 繊維や
ＳｉＣ繊維の不連続の切断された不織布の繊維材をアト
ランダムに混合して混合繊維材を作り、該混合繊維材を
所定の形状に成形して薄肉のシェル構造体２を形成す
る。薄肉表面部を構成するシェル構造体２は、繊維が表
面に平行に分布させることができ、その厚さが１ｍｍ〜
２ｍｍ程度である。また、シェル構造体２の薄肉表面部
の厚さは、要求される機械強度に対応して調整すること
ができ、例えば、機械応力が大きい領域ほど肉厚を厚く
成形することができる。シェル構造体２は、ヘッドライ
ナ１の表面に位置するように、二重筒の形状に成形され
ているが、必ずしも一体構造に形成する必要はなく、内
筒と外筒とが分離した分割構造に形成することができ
る。シェル構造体２を分離型に形成することによって、
シェル構造体２の中空部に仮焼成した反応焼結材３を容
易に配置することができる。
【００２３】また、コア部７としては、ＳｉとＴｉとを
混合した混合物を樹脂材で固化して作製することができ
るが、石膏製中子を使用することもできる。泥漿材即ち
スラリーＳは、Ｓｉを８５〜７８％、Ｔｉを１０％、Ａ
ｌ2 Ｏ3 を２〜５％、Ｙ2 Ｏ3 を２〜５％及びＳｉＯ2
を１〜２％の割合で配合して泥状にした混合物である。
該スラリーＳを１４００℃〜１５００℃で仮焼成するこ
とによって焼結縮みが発生しない多孔質構造の仮焼材１
０が作製され、更に、仮焼材１０を高温で焼成すること
によって無収縮性セラミック即ち反応焼結材３が作製さ
れる。この実施例では、シェル構造体２を構成する繊維
材と複合した繊維強化複合材とその内部に配置される反
応焼結材３とは、実質的に同一の線膨張係数を有してい
る。
混合した混合物を樹脂材で固化して作製することができ
るが、石膏製中子を使用することもできる。泥漿材即ち
スラリーＳは、Ｓｉを８５〜７８％、Ｔｉを１０％、Ａ
ｌ2 Ｏ3 を２〜５％、Ｙ2 Ｏ3 を２〜５％及びＳｉＯ2
を１〜２％の割合で配合して泥状にした混合物である。
該スラリーＳを１４００℃〜１５００℃で仮焼成するこ
とによって焼結縮みが発生しない多孔質構造の仮焼材１
０が作製され、更に、仮焼材１０を高温で焼成すること
によって無収縮性セラミック即ち反応焼結材３が作製さ
れる。この実施例では、シェル構造体２を構成する繊維
材と複合した繊維強化複合材とその内部に配置される反
応焼結材３とは、実質的に同一の線膨張係数を有してい
る。
【００２４】シェル構造体２の中空部に仮焼結した仮焼
材１０を配置し、これをヘッドライナ１の外形を有する
金型や石膏型の成形型８にシェル構造体２を配置すると
共に、シェル構造体２の内部にコア部７を収容する。成
形型８には、ドレンポート９が設けられている。次い
で、成形型８内のシェル構造体２と仮焼材１０に対して
スラリーＳを流し込み、該スラリーＳを乾燥させて固化
してヘッドライナ成形体を作製する。この時、シェル構
造体２の方が仮焼材１０に比較して隙間が大きく且つ多
いので、スラリーＳはシェル構造体２に迅速に浸透する
と共に、仮焼材１０にも浸透する。更に、スラリーＳ
は、シェル構造体２を通じて仮焼材１０へ浸透する。
材１０を配置し、これをヘッドライナ１の外形を有する
金型や石膏型の成形型８にシェル構造体２を配置すると
共に、シェル構造体２の内部にコア部７を収容する。成
形型８には、ドレンポート９が設けられている。次い
で、成形型８内のシェル構造体２と仮焼材１０に対して
スラリーＳを流し込み、該スラリーＳを乾燥させて固化
してヘッドライナ成形体を作製する。この時、シェル構
造体２の方が仮焼材１０に比較して隙間が大きく且つ多
いので、スラリーＳはシェル構造体２に迅速に浸透する
と共に、仮焼材１０にも浸透する。更に、スラリーＳ
は、シェル構造体２を通じて仮焼材１０へ浸透する。
【００２５】一方、Ａｌ2 Ｏ3 とＹ2 Ｏ3 との粉末を５
０％ずつ配合した混合物を樹脂材に溶融してコーティン
グ用泥状物を作製する。該コーティング用泥状物を、乾
燥固化したヘッドライナ成形体の表面に塗布した後に、
該ヘッドライナ成形体を焼成炉内でＮ2 ガス雰囲気で１
７００℃〜１６００℃で焼結してヘッドライナ１を作製
する。仮焼材１０とその多孔質構造に浸透したスラリー
Ｓとが焼結されることで、高強度で焼結縮みの無い無収
縮性セラミック即ち反応焼結材３が作製される。また、
スラリーＳが浸透しているシェル構造体２を焼結する
と、シェル構造体２のセラミック繊維材とスラリーＳが
焼結した反応焼結材とで繊維強化複合構造の焼結材４が
形成されることになり、該繊維強化複合構造の焼結材４
において、繊維が表面に平行に分布されていると、繊維
が破壊の進展を阻止する作用を果たし、一層強固な構造
体を提供することができる。
０％ずつ配合した混合物を樹脂材に溶融してコーティン
グ用泥状物を作製する。該コーティング用泥状物を、乾
燥固化したヘッドライナ成形体の表面に塗布した後に、
該ヘッドライナ成形体を焼成炉内でＮ2 ガス雰囲気で１
７００℃〜１６００℃で焼結してヘッドライナ１を作製
する。仮焼材１０とその多孔質構造に浸透したスラリー
Ｓとが焼結されることで、高強度で焼結縮みの無い無収
縮性セラミック即ち反応焼結材３が作製される。また、
スラリーＳが浸透しているシェル構造体２を焼結する
と、シェル構造体２のセラミック繊維材とスラリーＳが
焼結した反応焼結材とで繊維強化複合構造の焼結材４が
形成されることになり、該繊維強化複合構造の焼結材４
において、繊維が表面に平行に分布されていると、繊維
が破壊の進展を阻止する作用を果たし、一層強固な構造
体を提供することができる。
【００２６】
【発明の効果】この発明による複合繊維強化部を持つセ
ラミック部品は、上記のように構成されており、次のよ
うな効果を有する。この複合繊維強化部を持つセラミッ
ク部品は、セラミック繊維材から成る不織布と窒化ケイ
素との複合材から成るシェル構造体の内側にＳｉ，Ｔ
ｉ，ＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 及びＹ2 Ｏ3 から成るスラリ
ーが転化した無収縮の反応焼結材を配置させると共に、
シェル構造体自体に前記スラリーを浸透させて焼結し、
シェル構造体と反応焼結材とを複合させて繊維強化複合
構造の焼結材に構成したので、破壊靱性値を大きくし、
機械強度をアップし、しかも耐熱性を向上させることが
できる。また、前記シェル構造体を構成するセラミック
繊維材としては、ＳｉＣ繊維、特に、Ｓｉ3 Ｎ4 繊維の
不連続な切断された不織布を使用できるので、連続した
繊維材を使用するものに比較して大幅にコストを低減で
きる。従って、この複合繊維強化部を持つセラミック部
品は、耐熱性で高温高強度が要求されるエンジン部品、
例えば、シリンダヘッド或いはピストンに形成される燃
焼室の壁体、ピストンヘッド、排気ポート、排気管等に
適用できる。
ラミック部品は、上記のように構成されており、次のよ
うな効果を有する。この複合繊維強化部を持つセラミッ
ク部品は、セラミック繊維材から成る不織布と窒化ケイ
素との複合材から成るシェル構造体の内側にＳｉ，Ｔ
ｉ，ＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 及びＹ2 Ｏ3 から成るスラリ
ーが転化した無収縮の反応焼結材を配置させると共に、
シェル構造体自体に前記スラリーを浸透させて焼結し、
シェル構造体と反応焼結材とを複合させて繊維強化複合
構造の焼結材に構成したので、破壊靱性値を大きくし、
機械強度をアップし、しかも耐熱性を向上させることが
できる。また、前記シェル構造体を構成するセラミック
繊維材としては、ＳｉＣ繊維、特に、Ｓｉ3 Ｎ4 繊維の
不連続な切断された不織布を使用できるので、連続した
繊維材を使用するものに比較して大幅にコストを低減で
きる。従って、この複合繊維強化部を持つセラミック部
品は、耐熱性で高温高強度が要求されるエンジン部品、
例えば、シリンダヘッド或いはピストンに形成される燃
焼室の壁体、ピストンヘッド、排気ポート、排気管等に
適用できる。
【図１】この発明による複合繊維強化部を持つセラミッ
ク部品の一実施例を示す断面図である。
ク部品の一実施例を示す断面図である。
【図２】図１のセラミック部品におけるセラミック繊維
材を示す斜視図である。
材を示す斜視図である。
【図３】図１のセラミック部品における無収縮反応焼結
材を示す斜視図である。
材を示す斜視図である。
【図４】この発明による複合繊維強化部を持つセラミッ
ク部品の製造方法を説明するための概略図である。
ク部品の製造方法を説明するための概略図である。
【図５】従来の燃焼室を構成するヘッドライナを組み込
んだエンジンの一例を示す断面図である。
んだエンジンの一例を示す断面図である。
１ ヘッドライナ ２ シェル構造体 ３ 反応焼結材 ４ 繊維強化複合構造の焼結材 １０ 仮焼材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｆ 3/00 ３０２ Ｆ０２Ｆ 3/00 ３０２Ａ ３０２Ｂ
Claims (6)
- 【請求項１】 セラミック繊維材から成る不織布と窒化
ケイ素との複合材で成形された薄肉表面部を形成するシ
ェル構造体、及び前記シェル構造体の内側にＴｉ，Ｓｉ
Ｏ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 及びＹ2 Ｏ3 を含む窒化ケイ素焼結材
から成り、前記シェル構造体の前記セラミック繊維材と
内側の前記窒化ケイ素焼結材とが一体的に反応焼結して
繊維強化複合構造の焼結材に構成されていることを特徴
とする複合繊維強化部を持つセラミック部品。 - 【請求項２】 前記複合材から成る前記シェル構造体の
中空部にはＳｉ，Ｔｉ，ＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 及びＹ2
Ｏ3 から成るスラリーが注入された状態で仮焼され、前
記複合材に浸透した前記スラリーが焼結して前記繊維強
化複合構造の前記焼結材が形成されていることを特徴と
する請求項１に記載の複合繊維強化部を持つセラミック
部品。 - 【請求項３】 前記シェル構造体を形成する前記セラミ
ック繊維材は、繊維の長さが１０〜５０ｍｍのＳｉ3 Ｎ
4 ，ＳｉＣ又はサイアロンから成り、その繊維材がラン
ダムに積層されて不織布に形成され、前記焼結材と実質
的に同一の線膨張係数を有していることを特徴とする請
求項１又は２に記載の複合繊維強化部を持つセラミック
部品。 - 【請求項４】 前記シェル構造体の表面にＡｌ2 Ｏ3 及
びＹ2 Ｏ3 から成るコーティング用泥状物を塗布した後
に焼成されていることを特徴とする請求項１〜３のいず
れかに記載の複合繊維強化部を持つセラミック部品。 - 【請求項５】 前記シェル構造体の前記薄肉表面部の厚
さは要求される機械強度の領域に対応して調整されてい
ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の複
合繊維強化部を持つセラミック部品。 - 【請求項６】 前記スラリーは、成形後と焼結後とでは
寸法変化が発生しないことを特徴とする請求項１〜５の
いずれかに記載の複合繊維強化部を持つセラミック部
品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13748395A JPH08312448A (ja) | 1995-05-12 | 1995-05-12 | 複合繊維強化部を持つセラミック部品 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13748395A JPH08312448A (ja) | 1995-05-12 | 1995-05-12 | 複合繊維強化部を持つセラミック部品 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08312448A true JPH08312448A (ja) | 1996-11-26 |
Family
ID=15199696
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13748395A Pending JPH08312448A (ja) | 1995-05-12 | 1995-05-12 | 複合繊維強化部を持つセラミック部品 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08312448A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014503740A (ja) * | 2010-12-14 | 2014-02-13 | テイラー，ジャック，アール． | フル拡張内燃機関 |
-
1995
- 1995-05-12 JP JP13748395A patent/JPH08312448A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014503740A (ja) * | 2010-12-14 | 2014-02-13 | テイラー，ジャック，アール． | フル拡張内燃機関 |
| KR20140035876A (ko) * | 2010-12-14 | 2014-03-24 | 잭 알. 테일러 | 완전 팽창 내연 기관 |
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