JPS59152031A - セラミツクス部品の装着法 - Google Patents
セラミツクス部品の装着法Info
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- JPS59152031A JPS59152031A JP2464883A JP2464883A JPS59152031A JP S59152031 A JPS59152031 A JP S59152031A JP 2464883 A JP2464883 A JP 2464883A JP 2464883 A JP2464883 A JP 2464883A JP S59152031 A JPS59152031 A JP S59152031A
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- JP
- Japan
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- ceramic
- metal
- fitting
- component
- thermal expansion
- 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.)
- Pending
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads
- F02F1/004—Cylinder liners
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P11/00—Connecting or disconnecting metal parts or objects by metal-working techniques not otherwise provided for
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
- F02F7/0085—Materials for constructing engines or their parts
- F02F7/0087—Ceramic materials
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J10/00—Engine or like cylinders; Features of hollow, e.g. cylindrical, bodies in general
- F16J10/02—Cylinders designed to receive moving pistons or plungers
- F16J10/04—Running faces; Liners
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Clamps And Clips (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明のオリ用分野〕
本発明は、耐熱性、耐摩耗性、耐食性などの要求からそ
の一部にセラミックス部品を装着した金属製機器、構造
物を対象とし、特にその便用条件下で温度上昇し、金属
とセラミックスの著しい熱膨張差によって両者の嵌合結
合力が低下することを防止するための手段を提供するも
のである。
の一部にセラミックス部品を装着した金属製機器、構造
物を対象とし、特にその便用条件下で温度上昇し、金属
とセラミックスの著しい熱膨張差によって両者の嵌合結
合力が低下することを防止するための手段を提供するも
のである。
以上に述べたような要求からセラミックス部品を金属製
機器、構造物あるいは部品と結合して用いることは近年
活発化しつつある。そして、その結合法としてはセラミ
ックスと金属の間を合成樹脂接着剤あるいは銀ろうなど
比較的低融点接合材を用いて結合する方法がまず挙げら
れる。最も単純な方法としては、金属側を加熱して膨張
させておき、そこへセラミックス部品を嵌合させた後金
属側を冷却するいわゆる焼き嵌め法も採用される。
機器、構造物あるいは部品と結合して用いることは近年
活発化しつつある。そして、その結合法としてはセラミ
ックスと金属の間を合成樹脂接着剤あるいは銀ろうなど
比較的低融点接合材を用いて結合する方法がまず挙げら
れる。最も単純な方法としては、金属側を加熱して膨張
させておき、そこへセラミックス部品を嵌合させた後金
属側を冷却するいわゆる焼き嵌め法も採用される。
また、ろう接法に準じるが、セラミックスと金属の間に
金属ソルダーをはさみ、各種雰囲気下でンルダーを溶臓
させて接合する金属ソルダー法、Ｍ ｏ 、 Ｍ ｏ
Ｍ ｎ又はこれに添加物を加えた微粉末を有機バイン
ダーと混合してペースト状にしたものをセラミックスの
表面に塗り、焼成していわゆるメタライジング処理をな
し、しかる後その上にＮｉメッキなどしたところで改め
てろう材で金属と接合する方法もある。この他、配ｆヒ
物ソルダーをセラミックスと金属の間に入れて加熱接着
する酸１ヒ物ンルダー法、Ｃｕ２ＯとＡｔ２（Ｊ３
の混合物を用いてセラミックス表面に銅のメタライジン
グをした後ろう接をする銅化合物法がある。酸化物系セ
ラミックスを対象としたものではＡｔ２０３系セラミツ
クスの表面に金箔をおき、加圧しながら加熱する方法、
同じ（Ａｔ２Ｕａ−白金、 Ｚｒ０２−白金、Ｍｇ０−
銅などの組合わせによる同様な接合法も公知である。
金属ソルダーをはさみ、各種雰囲気下でンルダーを溶臓
させて接合する金属ソルダー法、Ｍ ｏ 、 Ｍ ｏ
Ｍ ｎ又はこれに添加物を加えた微粉末を有機バイン
ダーと混合してペースト状にしたものをセラミックスの
表面に塗り、焼成していわゆるメタライジング処理をな
し、しかる後その上にＮｉメッキなどしたところで改め
てろう材で金属と接合する方法もある。この他、配ｆヒ
物ソルダーをセラミックスと金属の間に入れて加熱接着
する酸１ヒ物ンルダー法、Ｃｕ２ＯとＡｔ２（Ｊ３
の混合物を用いてセラミックス表面に銅のメタライジン
グをした後ろう接をする銅化合物法がある。酸化物系セ
ラミックスを対象としたものではＡｔ２０３系セラミツ
クスの表面に金箔をおき、加圧しながら加熱する方法、
同じ（Ａｔ２Ｕａ−白金、 Ｚｒ０２−白金、Ｍｇ０−
銅などの組合わせによる同様な接合法も公知である。
しかしながら、これらの接合法は室温使用条件の部材の
接合には適−当であるが高温使用、特に５００Ｃ以上、
ろう接の最も好ましいものでも、８００Ｃ以上の使用に
おいてはセラミックスと金属の熱膨張差によってセラミ
ックスと金属の結合部が破壊され、焼成め法にいたって
は全く無抵抗のままに両者の結合力が消滅する。
接合には適−当であるが高温使用、特に５００Ｃ以上、
ろう接の最も好ましいものでも、８００Ｃ以上の使用に
おいてはセラミックスと金属の熱膨張差によってセラミ
ックスと金属の結合部が破壊され、焼成め法にいたって
は全く無抵抗のままに両者の結合力が消滅する。
これまでの接合法とその組合せにおいて、あるいは全く
単独にもセラミックスと金属の高温での結合力を断熱手
段によって保証するものである。
単独にもセラミックスと金属の高温での結合力を断熱手
段によって保証するものである。
すなわち、セラミックス−金属の複合構造物を敢て計画
する限り、セラミックス側から金属側に熱は移動する結
果となるのが普通である。一方、金属の熱膨張率はセラ
ミックスのそれよりも大さく、大略１０５倍以上である
。従って、両者間にいかに強固な結合力を与えたとして
も高温での使用においては熱膨張差によって両者の接合
面には破壊応力あるいは空隙を生じ、結合力は消滅する
。
する限り、セラミックス側から金属側に熱は移動する結
果となるのが普通である。一方、金属の熱膨張率はセラ
ミックスのそれよりも大さく、大略１０５倍以上である
。従って、両者間にいかに強固な結合力を与えたとして
も高温での使用においては熱膨張差によって両者の接合
面には破壊応力あるいは空隙を生じ、結合力は消滅する
。
仮りに強固な結合剤を用いたとしても、繰返しの膨張、
収縮応力によって結合部の破壊は進行する。すなわち、
問題の解決には断熱が必要である。
収縮応力によって結合部の破壊は進行する。すなわち、
問題の解決には断熱が必要である。
本発明は以上に述べたような金属とセラミックスの熱膨
張率の差と云う基本的な問題をセラミックス部品の装着
手段の工夫によって解決し、高温でも安定かつ強固な結
合力を付与するものである。
張率の差と云う基本的な問題をセラミックス部品の装着
手段の工夫によって解決し、高温でも安定かつ強固な結
合力を付与するものである。
以下、代表例としてシリンダライナの如き内径φ７０ｒ
ｒａｎ円筒状セラミックス部品を銀ろう付との併用も含
めて金属製本体に装着した方法を示す。
ｒａｎ円筒状セラミックス部品を銀ろう付との併用も含
めて金属製本体に装着した方法を示す。
実施例１
第１図はシリンダライナの一端にフランジを設け、かつ
７ランジの一部に切込みを入れて、そこに金属製固定く
さびを挿入したものである。高温に達すると云っても６
００ｐ以下の場合でかつシリンダ部に作用する応力が比
較的小さい場合は、熱膨張によって金属地とセラミック
スシリンダライナとの間に０．１ｍ内外の間＠を生じて
もライナの脱落や回転はライナに付したフランジと回り
止め固定くさびで阻止できた。
７ランジの一部に切込みを入れて、そこに金属製固定く
さびを挿入したものである。高温に達すると云っても６
００ｐ以下の場合でかつシリンダ部に作用する応力が比
較的小さい場合は、熱膨張によって金属地とセラミック
スシリンダライナとの間に０．１ｍ内外の間＠を生じて
もライナの脱落や回転はライナに付したフランジと回り
止め固定くさびで阻止できた。
実施例２
第２図は、第１図と基本的には同じであるが、シリンダ
ライナに作用する応力が若干大きな場合の処置で、ライ
ナの一端にフランジを設け、くさびで固定した上でさら
に７ランジ頭部に金属製固定蓋を付設して図の上下方向
でのライナの固定性を向上させたものである。
ライナに作用する応力が若干大きな場合の処置で、ライ
ナの一端にフランジを設け、くさびで固定した上でさら
に７ランジ頭部に金属製固定蓋を付設して図の上下方向
でのライナの固定性を向上させたものである。
実施例３
７ランジ付ライチを用い、かつ固定くさびを用いる点は
前２者と同一であるが、ライナの上下両端を除いてはセ
ラミックスシリンダ２イナと金属地は接触せず、その間
には図中４として示す空隙を設けである。なお、図では
ライナの下端全周が金属地と接触しているように見える
が、必ずしもそうする必要はなく、空気の流通が可能な
ようはライナ下端は部分的に金属地と接触するようにし
て良い。この方法によれば、セラミックスと金属地との
接合に銀ろう接を併用してもセラミックス部品温度が８
００Ｃを越え、９５０Ｃ付近まで上昇するともろう接部
の強度は保たれ、ライナは安定に装着されている。
前２者と同一であるが、ライナの上下両端を除いてはセ
ラミックスシリンダ２イナと金属地は接触せず、その間
には図中４として示す空隙を設けである。なお、図では
ライナの下端全周が金属地と接触しているように見える
が、必ずしもそうする必要はなく、空気の流通が可能な
ようはライナ下端は部分的に金属地と接触するようにし
て良い。この方法によれば、セラミックスと金属地との
接合に銀ろう接を併用してもセラミックス部品温度が８
００Ｃを越え、９５０Ｃ付近まで上昇するともろう接部
の強度は保たれ、ライナは安定に装着されている。
実施例４
第４図は第１図に示したものの安定度を簡単な手段で向
上させたもので、金属地側表面にセラミック溶射を施し
た。具体的には、安定比ジルコニア等酸化物系セラミッ
クスを厚さ０．５ ｍｍ前後に溶射したつセラミックス
溶射層厚さを０．５ ｒｒａｎ前後としたのはまず溶射
層の強度と安定性、さらには経済性を考えたもので、こ
れ以上の厚さにする時は溶射層厚さが一定ｒヒせず、ま
た金属面からの剥離も生じ易くなる。なお、溶射層には
厳密には微小な空孔が多く内在するため断熱効果は一層
高まり、ライナからの熱の移動は者しく阻止され、ライ
ナ温度が９００Ｃに達するともシリンダライナと金属地
間に間隙は生ぜず、フランジと固定くさびによって十分
シリンダライナの完全な固定が高温にてもはかられた。
上させたもので、金属地側表面にセラミック溶射を施し
た。具体的には、安定比ジルコニア等酸化物系セラミッ
クスを厚さ０．５ ｍｍ前後に溶射したつセラミックス
溶射層厚さを０．５ ｒｒａｎ前後としたのはまず溶射
層の強度と安定性、さらには経済性を考えたもので、こ
れ以上の厚さにする時は溶射層厚さが一定ｒヒせず、ま
た金属面からの剥離も生じ易くなる。なお、溶射層には
厳密には微小な空孔が多く内在するため断熱効果は一層
高まり、ライナからの熱の移動は者しく阻止され、ライ
ナ温度が９００Ｃに達するともシリンダライナと金属地
間に間隙は生ぜず、フランジと固定くさびによって十分
シリンダライナの完全な固定が高温にてもはかられた。
実施例５
第５図は第４図の溶射層効果から発展した方法テ、シリ
ンダライナの外表面は粗粒セラミックス原料を用いるな
どして気孔率の高いいわゆるポーラスセラミックス層と
し、ライナ摺動面側はち密な焼結層とした二重構造を有
するセラミックス製ライナを用いである。この場合、ポ
ーラス層は空孔率約２０チで熱伝導率はち密層の約１／
１ｏになった。
ンダライナの外表面は粗粒セラミックス原料を用いるな
どして気孔率の高いいわゆるポーラスセラミックス層と
し、ライナ摺動面側はち密な焼結層とした二重構造を有
するセラミックス製ライナを用いである。この場合、ポ
ーラス層は空孔率約２０チで熱伝導率はち密層の約１／
１ｏになった。
また、ポーラス層は銀ろうが浸透し易く、いわゆる釘打
ち効果によって銀ろう接着効果も高まる。
ち効果によって銀ろう接着効果も高まる。
第５図の場合、ライナ内壁温度は１００ＯｃＫ達するも
なおライナの装着状況は安定であった。
なおライナの装着状況は安定であった。
実施例６
第６図は実施例３〜５を複合して採用した例で、ライナ
内壁温度が１０００Ｃ以上に達してもなおかつライナの
装着状況は安定であった。
内壁温度が１０００Ｃ以上に達してもなおかつライナの
装着状況は安定であった。
以上、６例をもって示した通り、本発明は６００Ｃ以下
の使用では７ランジ、くさびの如き凸凹部の嵌合によっ
てセラミックス部品と金属地との結合を安定ならしめ、
さらに冒温使用では空隙を設けるか、金属面に断熱性？
有するセラミック溶射層を設けるか、さらに積極的には
セラミックス部品の一部、特に金属地と接触あるいは近
接する部分をポーラス組織にして断熱性を高めることで
普通の手段では銀ろうも接合効果を失なう温度まで装着
したセラミックス部品の使用を可能ならしむるに有効な
手法を提供するものである。
の使用では７ランジ、くさびの如き凸凹部の嵌合によっ
てセラミックス部品と金属地との結合を安定ならしめ、
さらに冒温使用では空隙を設けるか、金属面に断熱性？
有するセラミック溶射層を設けるか、さらに積極的には
セラミックス部品の一部、特に金属地と接触あるいは近
接する部分をポーラス組織にして断熱性を高めることで
普通の手段では銀ろうも接合効果を失なう温度まで装着
したセラミックス部品の使用を可能ならしむるに有効な
手法を提供するものである。
第１図〜第６図は本発明におけるセラミックス部品の金
属基地への装着例を示した図であろう１・・・セラミッ
ク焼結体、２・・・固定くさひ、３・・・固定用蓋、４
・・・空隙、５・・・セラミックス溶射層、６・・・ポ
ーラスセラミック焼結層。
属基地への装着例を示した図であろう１・・・セラミッ
ク焼結体、２・・・固定くさひ、３・・・固定用蓋、４
・・・空隙、５・・・セラミックス溶射層、６・・・ポ
ーラスセラミック焼結層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、セラミックス部品を装着した金属製機器、構造物に
おいて、その使用条件下において金属とセラミックスの
熱膨張差によって両者間の嵌合結合力が低下し、重力及
び機械的作動応力によってセラミックス部品が滑動、遊
離することを防止する手段として、金属側或いはセラミ
ックス部品側の一部に凸部あるいは凹部を設けて嵌合さ
せセラミックス部品の滑動、遊離を阻止したことを特徴
とする金属製機器、構造物へのセラミックス部品の装着
法。 ２、特許請求の範囲第１項において、特にセラミックス
部と金属部の嵌合、結合部を除き、それに隣接する部分
で金属部材とセラミックス部品の間に特に空隙を設けて
、熱伝導を意識的に低下せしめ、金属部材とセラミック
ス部品の熱膨張差による嵌合結合力低下を阻止したこと
を特徴とするセラミックス部品の装着法。 ３、％許請求の範囲第１項において、セラミックス部品
と直接接触して結合する金属部材側接触面にセラミック
ス溶射を行なって断熱効果を高め、金属部材とセラミッ
クス部品の熱膨張差による嵌合結合力低下を阻止したこ
とを特徴とするセラミックス部品の装着法。 ４、％許請求の範囲第１項において、特に金属部材と直
接接触して結合するセラミックス部品側鎖触部の気孔率
を意識的に高めて焼成し、それによってセラミックス部
品の熱伝導性を低下させて断熱性を高め、金属部材とセ
ラミックス部品の熱膨張差による嵌合結合力低下を阻止
したことを特徴とするセラミックス部品の装着法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2464883A JPS59152031A (ja) | 1983-02-18 | 1983-02-18 | セラミツクス部品の装着法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2464883A JPS59152031A (ja) | 1983-02-18 | 1983-02-18 | セラミツクス部品の装着法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59152031A true JPS59152031A (ja) | 1984-08-30 |
Family
ID=12143955
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2464883A Pending JPS59152031A (ja) | 1983-02-18 | 1983-02-18 | セラミツクス部品の装着法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59152031A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20180306098A1 (en) * | 2014-04-07 | 2018-10-25 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Stoichiometric High-Temperature Direct-Injection Compression-Ignition Engine |
| US11428186B2 (en) | 2020-02-26 | 2022-08-30 | Clearflame Engines, Inc. | Fuel agnostic compression ignition engine |
| US11674462B2 (en) | 2020-07-09 | 2023-06-13 | Clearflame Engines, Inc. | Systems and methods of cylinder deactivation in high-temperature mixing-controlled engines |
| US11952936B1 (en) | 2019-05-15 | 2024-04-09 | Clearflame Engines, Inc. | Systems and methods for combusting unconventional fuel chemistries in a diesel engine architecture |
-
1983
- 1983-02-18 JP JP2464883A patent/JPS59152031A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20180306098A1 (en) * | 2014-04-07 | 2018-10-25 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Stoichiometric High-Temperature Direct-Injection Compression-Ignition Engine |
| US11542856B2 (en) * | 2014-04-07 | 2023-01-03 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Stoichiometric high-temperature direct-injection compression-ignition engine |
| US20230358161A1 (en) * | 2014-04-07 | 2023-11-09 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Stoichiometric High-Temperature Direct-Injection Compression-Ignition Engine |
| US11952936B1 (en) | 2019-05-15 | 2024-04-09 | Clearflame Engines, Inc. | Systems and methods for combusting unconventional fuel chemistries in a diesel engine architecture |
| US11428186B2 (en) | 2020-02-26 | 2022-08-30 | Clearflame Engines, Inc. | Fuel agnostic compression ignition engine |
| US11952954B2 (en) | 2020-02-26 | 2024-04-09 | Clearflame Engines, Inc. | Fuel agnostic compression ignition engine |
| US11959434B2 (en) | 2020-02-26 | 2024-04-16 | Clearflame Engines, Inc. | Fuel agnostic compression ignition engine |
| US11976606B2 (en) | 2020-02-26 | 2024-05-07 | Clearflame Engines, Inc. | Full agnostic compression ignition engine |
| US11674462B2 (en) | 2020-07-09 | 2023-06-13 | Clearflame Engines, Inc. | Systems and methods of cylinder deactivation in high-temperature mixing-controlled engines |
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