JPS59224445A - Piston - Google Patents

Piston

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JPS59224445A
JPS59224445A JP9810383A JP9810383A JPS59224445A JP S59224445 A JPS59224445 A JP S59224445A JP 9810383 A JP9810383 A JP 9810383A JP 9810383 A JP9810383 A JP 9810383A JP S59224445 A JPS59224445 A JP S59224445A
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piston
cast iron
copper
ceramic molded
molded body
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Masaya Ito
正也 伊藤
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Niterra Co Ltd
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NGK Spark Plug Co Ltd
Nippon Tokushu Togyo KK
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00Pistons 
    • F02F3/10Pistons  having surface coverings
    • F02F3/12Pistons  having surface coverings on piston heads
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0085Materials for constructing engines or their parts
    • F02F7/0087Ceramic materials

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Abstract

PURPOSE:To join ceramic and metal by chemical reaction so as to strengthen the construction of junction therebetween, by fitting a metalized ceramic molded structure, whose outside part is coated to be brazed by a cast iron ring, cap, etc., to be mounted on a top surface of the crown part of a piston. CONSTITUTION:A ceramic molded structure 1a is fitted into the crown part of a piston and metalized in a ring shape. This structure provides the brazed part of a ceramic surface in the piston, forming a metalized part 1-m on the bottom surface of said structure. The ceramic molded structure 1a, on the bottom surface of which copper-copper molybdenum or the like is provided as a damping layer, is fitted onto an upper surface of the crown part 3 of a cast iron piston main unit 2a to be brazed and integrally formed with the cast iron piston main unit 2a by silver-copper eutectic crystal brazing. In this way, the construction of junction can be strengthened because ceramics and metal are joined by utilizing chemical reaction.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はセラミックー金属複合ピストンに関するもので
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a ceramic-metal composite piston.

内燃機関の主要部品であるピストンは高温高圧に曝され
、耐熱性の要求は厳しいが、小型エンジンの場合には軽
量化を図るために、通常の鋳鉄に代えてアルミニウム合
金を用いたピストンが生み出されたものの耐熱性や、断
熱性等の熱的性質が劣るので問題が残っていた。
Pistons, which are the main components of internal combustion engines, are exposed to high temperatures and pressures and have strict requirements for heat resistance, but in order to reduce weight in small engines, pistons made of aluminum alloy instead of regular cast iron have been created. However, problems remained because the thermal properties such as heat resistance and heat insulation were inferior.

ところで近時はセンミック材を用いたピストンも考えら
れているが、セラミック材料の低い熱伝導性に基づく熱
遮蔽作用を利用し、内燃機関の作動中における熱損失の
減少、出力の向上、炭化水素濃度の減少、燃費の低減な
ど好ましい諸性能を具備するピストンが期待できるもの
の、現在まで考えられているセラミックの焼ばめ鋳込み
方式で作られたピストンでは加熱冷却サイクルで長時間
使用した場合に金属の変形やへた勺を生ずるおそれがあ
り、実用的なものはいまだ実現していない。
By the way, pistons using senmic materials have recently been considered, and by utilizing the heat shielding effect based on the low thermal conductivity of ceramic materials, it is possible to reduce heat loss during internal combustion engine operation, improve output, and use hydrocarbons. Although pistons can be expected to have various desirable performances such as reduced concentration and reduced fuel consumption, pistons made using the ceramic shrink-fit casting method that has been considered up to now tend to degrade when used for long periods of time in heating and cooling cycles. There is a risk that this may cause deformation or cracking, and a practical product has not yet been realized.

本発明はこのような状況に鑑みてなされたもので、上記
のように鋳込みや焼ばめ等の物理的接触でセラミックと
金属を結合するのではなく、セラミックと金属とを化学
反応を利用して接合することによシ極めて強固な接合構
造をもった内燃機関のピストンを提供するものである。
The present invention was made in view of this situation, and instead of bonding ceramic and metal through physical contact such as casting or shrink fitting as described above, it combines ceramic and metal using a chemical reaction. The present invention provides a piston for an internal combustion engine that has an extremely strong joint structure by joining the pistons together.

次に本発明のピストンを図面を参照しっ\説明する。Next, the piston of the present invention will be explained with reference to the drawings.

第1図はピストンのクラワン部に嵌入されるリング状の
メタライズされたセラミック成形体1aである。
FIG. 1 shows a ring-shaped metallized ceramic molded body 1a that is fitted into a clawan part of a piston.

メタライズは後述のピストンに於てセラミックの表面の
ろう接される部分を形成するもので、ここでは下面にメ
タライズ部1−mを有する。第2図は第1図に示したメ
タライズされたセラミック成形体1aを鋳鉄ピストン本
体2aのクラウン部3の上面に、嵌装するが、その際、
銅、銅−モリブデン、銅クラツド材又は銅−インバー銅
クラツド材、鉄/ニッケル42アロイ、又はコノぐ−ル
板を緩衝層4として前記セラミック成形体1aの下面に
おかれてセラミック成形体1aと鋳鉄ピストン本体2a
との間を銀−銅共晶ろうによってろう接し一体化してな
るピストンである。なおセラミック成形体1aのろう接
面はメタライズされた面であるが第2図に於ては省略し
て示しであるQ第3図は第1図の円盤状のメタライズさ
れたセラミック成形体1aに代えて上部中央に空所のあ
るメタライズされた異形セラミック成形体1bを示して
おり、その外側の仮想線で示した範囲にピストンに嵌装
したときのろう接部分に対応してメタライズi−mを設
けるものである。
The metallization forms a portion of the ceramic surface to be soldered in a piston, which will be described later, and here a metallization portion 1-m is provided on the lower surface. FIG. 2 shows that the metallized ceramic molded body 1a shown in FIG. 1 is fitted onto the upper surface of the crown portion 3 of the cast iron piston body 2a.
A buffer layer 4 of copper, copper-molybdenum, copper clad material, copper-invar copper clad material, iron/nickel 42 alloy, or conogly plate is placed on the lower surface of the ceramic molded body 1a. Cast iron piston body 2a
This is a piston that is integrated by soldering with silver-copper eutectic solder. Note that the brazed surface of the ceramic molded body 1a is a metalized surface, but it is omitted in FIG. Instead, it shows a metallized irregularly shaped ceramic molded body 1b with a cavity in the center of the upper part, and metallization i-m is formed in the range shown by the imaginary line on the outside corresponding to the brazed part when fitted to the piston. It is intended to provide

第4図、第5図、第6図、第7図、第8図及び第9図は
第3図に示した如きメタライズされた異形セラミック成
形体1bをピストン本体のクラウン部の上面に嵌装した
ピストンの例を示している。
Figures 4, 5, 6, 7, 8, and 9 show the metallized irregularly shaped ceramic molded body 1b shown in Figure 3 being fitted onto the top surface of the crown portion of the piston body. The figure shows an example of a piston.

但し、メタライズ部分はすべて明示することなく省略し
であるがろう接されているところなので容易に理解され
るであろう。
However, all metallized parts are omitted without being explicitly stated, but since they are soldered, they will be easily understood.

第4図は側面にメタライズされた異形セラミック成形体
1bの外側の円筒状側面に、前記異形セラミック成形体
1bを嵌装するピストンのクラウン部の深さに等しい長
さの円筒状銅板等緩衝層4を設け、その内外に存在する
異形セラミック成形体1bのメタライズ表面及び、ピス
トンの鋳鉄本体2aとの間は銀−銅共晶ろう剤にょシろ
う接5して一体化しである。
FIG. 4 shows a buffer layer such as a cylindrical copper plate having a length equal to the depth of the crown portion of the piston into which the irregularly shaped ceramic molded body 1b is fitted, on the outer cylindrical side surface of the irregularly shaped ceramic molded body 1b whose side surface is metallized. 4, and the metallized surface of the irregularly shaped ceramic molded body 1b existing inside and outside the molded body 1b and the cast iron body 2a of the piston are integrated by soldering 5 with a silver-copper eutectic brazing agent.

第5図は外側の表面全部がメタライズされた異形セラミ
ック成形体1bを用い、その外側にこれと形状の合致す
る銅板等の緩衝層4を設けてピストンのクラウン部上面
に嵌装し、緩衝層4を前記異形セラミック成形体1bの
メタライズ表面及び鋳鉄本体2aとの間を銀−銅共晶ろ
う剤にょシろう接5して一体化しである。
Fig. 5 shows an irregularly shaped ceramic molded body 1b whose entire outer surface is metallized, a buffer layer 4 made of a copper plate or the like having a matching shape is provided on the outer side, and the buffer layer 4 is fitted onto the top surface of the crown portion of the piston. 4 is integrated with the metallized surface of the irregularly shaped ceramic molded body 1b and the cast iron body 2a by soldering 5 using a silver-copper eutectic brazing agent.

第6図は円筒状の側面をメタライズした異形セラミック
成形体1bの円筒状の外側面に、銅板等の緩衝層4を設
け、その内部は異形セラミック成形体1bのメタライズ
表面と、その外部に更に設けられる鋳鉄リング6との間
を銀・銅共晶ろう剤によりろう接し、更に前記鋳鉄リン
グ6の表面をアルンイン処理7して後、これらをピスト
ン本体を構成するアルミ=ウム合金2b−Q鋳ぐるんで
一体となしたもので、ろう剤及びアルフィン処理によシ
各層間が化学的に接合一体化されているものである。
Fig. 6 shows that a buffer layer 4 such as a copper plate is provided on the cylindrical outer surface of the irregularly shaped ceramic molded body 1b whose cylindrical side surface is metallized, and the inside thereof is covered with the metallized surface of the irregular shaped ceramic molded body 1b, and the outer side is further covered with a buffer layer 4. The cast iron ring 6 to be provided is soldered using a silver-copper eutectic brazing agent, and the surface of the cast iron ring 6 is subjected to arun-in treatment 7, and then the aluminum alloy 2b-Q casting that constitutes the piston body is applied. It is made up of a whole, and each layer is chemically bonded and integrated by waxing agent and alphine treatment.

第7図は側面及び底面をメタライズされた異形セラミッ
ク成形体1bのメタライズ部分に隣接し、銅−モリブデ
ンー銅り2ツド板の如き緩衝層4を設け、その外(Il
lにU字型の鋳鉄即ち鋳鉄キャップ6を設は各Jffi
間を銀−銅共晶ろうでろう接5して一体化しである。次
に前記鋳鉄キャップ6の外表面はアルフィン処理7し、
その外側にピストン本体2bを構成するアルミニウム合
金が鋳ぐるまれで両者の間は化学的に強固に接合された
アルミニウムピストンを示すものである。
FIG. 7 shows that a buffer layer 4 such as a copper-molybdenum-copper plate is provided adjacent to the metallized portion of the irregular shaped ceramic molded body 1b whose side and bottom surfaces are metallized, and the outside (Il
A U-shaped cast iron cap 6 is installed on each Jffi.
They are integrated by soldering 5 between them using silver-copper eutectic solder. Next, the outer surface of the cast iron cap 6 is subjected to Alfin treatment 7,
This shows an aluminum piston in which an aluminum alloy constituting the piston body 2b is cast around the outside of the piston body, and the two are firmly bonded chemically.

第8図は側面をメタライズされた異形セラミック成形体
1bの円筒状側面に、同セラミック成形体を嵌装するク
ラウン部の溝の深さに等しい銅又はコバール板等の緩衝
層4を設け5−f:の内側は前記セラミック成形体1b
のメタライズ表面と又その外側は鋳鉄製ピストン本体2
aと銀−銅共晶ろうによりろう接5して一体化しである
FIG. 8 shows that a buffer layer 4 made of copper or Kovar plate or the like is provided on the cylindrical side surface of an irregularly shaped ceramic molded body 1b whose side surface is metallized, the depth being equal to the groove of the crown portion into which the ceramic molded body is fitted. The inside of f: is the ceramic molded body 1b
The metallized surface and the outside of the cast iron piston body 2
a and a silver-copper eutectic solder 5 to integrate them.

第9図は前記第8図とほとんど同様だが、第9図では異
形セラミックの円筒状側面と底面の両方に銅板等の緩衝
層4を設けその両側を銀−銅共晶ろうによりろう接5し
て一体化したものである。
Fig. 9 is almost the same as Fig. 8 above, but in Fig. 9, a buffer layer 4 such as a copper plate is provided on both the cylindrical side and bottom of the irregularly shaped ceramic, and both sides are soldered 5 with silver-copper eutectic solder. It is an integrated system.

又、その他領8図と同一部分には同−符、号が示されて
いる。
Other parts that are the same as those in Area 8 are given the same numbers.

以上の如く本発明はピストンのクラウン部上面にセラミ
ック成形体を嵌装一体化するについて、セラミック表面
に強固に生成している金属膜(メタライズ)を利用して
ろう接によシその外側と一体化され、かつ必要に応じ銅
或は銅合金、銅系クラツド材、鉄/ニッケル42アロイ
、又はコノ(−ル板等のろう接容易な緩衝層を設けてこ
れを介してろう接によシ一体結合を実現したピストンを
提供し、更には、アルミニウム合金ピストンに於ては鋳
鉄リング又は鋳鉄キャップをセラミック成形体の外側に
設け、この内面は銀−銅共晶ろうによりろう接し、その
外側はアルフィン処理した上でアルミニウム合金をピス
トン本体2bとして鋳ぐるんで鋳鉄とアルミニウム合金
をアルフィン処理の化学剤で接合して各層間が強固に接
合されたアルミニウムピストンを提供するものである。
As described above, the present invention integrates a ceramic molded body onto the top surface of the crown portion of a piston by soldering by utilizing the metal film (metallization) strongly formed on the ceramic surface. If necessary, provide an easy-to-solder buffer layer such as copper or copper alloy, copper-based cladding material, iron/nickel 42 alloy, or metal plate, and solder it through this buffer layer. To provide a piston that realizes an integral connection, and furthermore, in the case of an aluminum alloy piston, a cast iron ring or a cast iron cap is provided on the outside of the ceramic molded body, the inner surface of which is soldered with a silver-copper eutectic solder, and the outer surface of the piston is soldered with a silver-copper eutectic solder. After being treated with Alfin, an aluminum alloy is cast as the piston body 2b, and the cast iron and the aluminum alloy are bonded using a chemical agent for Alfin treatment, thereby providing an aluminum piston in which each layer is firmly joined.

そして、これらピストンを、実際のエンジンに取りつけ
、そのセラミックとピストン本体の必要強度をみると、
セラミックに働く力が主にピストンの上下運動の慣性力
とすると、その必要強度は、400°Cで100 Kg
/(7)2以上であれば、良いことも例1の試料で確認
した。
Then, when we install these pistons in an actual engine and look at the required strength of the ceramic and piston body, we find that:
If the force acting on the ceramic is mainly the inertial force of the vertical movement of the piston, the required strength is 100 kg at 400°C.
/(7) It was also confirmed in the sample of Example 1 that it is good if it is 2 or more.

次に本発明で最も重要な点はメタライズされたセラミッ
ク成形体を使用することにあるが、ここに用いられるセ
ラミックとしては窒素珪素Si3N、、炭化珪素SiO
、イツトリア安定化ジルコニア等の耐熱性がよく強度の
強い材料が好ましい。その表面に金属層を設ける手段と
しては蒸着法又は活性化金属法が好ましいものであり、
以下これらについて詳述する。
Next, the most important point of the present invention is the use of a metalized ceramic molded body, and the ceramics used here include silicon nitrogen, Si3N, and silicon carbide, SiO.
, Ittria-stabilized zirconia and other materials with good heat resistance and strength are preferred. As a means of providing a metal layer on the surface, a vapor deposition method or an activated metal method is preferable.
These will be explained in detail below.

A蒸着法 例1 セラミック成形体の蒸着を要する表面に、物理蒸
着法により1周期表の■A族(Ti 、Zr。
A Vapor Deposition Method Example 1 Group A of the periodic table (Ti, Zr.

Hf )  から選ばれた1種又は2種以上からなる第
1金灰層を設け、その上に物理蒸着法又は化学メッキ法
により、周期表のiB族(cu 、 Ag。
A first gold ash layer consisting of one or more types selected from Hf) is provided, and gold ash from the iB group of the periodic table (cu, Ag.

Au )  から選ばれた1種又は2種以上からなる第
2金属層を設けて金属膜を形成し、メタライズされたセ
ラミック成形体を得る。
A second metal layer made of one or more selected from Au) is provided to form a metal film, and a metallized ceramic molded body is obtained.

例2 セラミック成形体の表面に物理蒸着法により形成
された周期表(7)IVA族(Ti、 Zr、 Hf)
又はVIA族(Cir、 Mo、 W )から選ばれた
1種又は2種以上からなる第1金属層を設け、その上に
物理蒸着法又は化学メッキ法によ多形成されたiB族(
Cus Ags Au)から選ばれた1種又は2種以上
からなる第2金属層を設けて金属膜を形成し、メタライ
ズされたセラミック成形体を得る。
Example 2 Group IVA (Ti, Zr, Hf) of the periodic table (7) formed on the surface of a ceramic molded body by physical vapor deposition
Alternatively, a first metal layer made of one or more metals selected from the VIA group (Cir, Mo, W) is provided, and a multilayer of the iB group (Cir, Mo, W) is formed thereon by a physical vapor deposition method or a chemical plating method.
A second metal layer made of one or more selected from Cus, Ags, Au) is provided to form a metal film, and a metallized ceramic molded body is obtained.

例3 セラミック成形体の表面に物理蒸着法によ多形成
された周期表のVIA族(cr、Mo、W)又はiB族
(Ou、 Ag、 Au )から選ばれた1種又は2種
以上からなる金属膜を形成してメタライズされたセラミ
ック成形体を得る。
Example 3 One or more types selected from Group VIA (Cr, Mo, W) or Group IB (Ou, Ag, Au) of the periodic table, formed on the surface of a ceramic molded body by physical vapor deposition. A metal film is formed to obtain a metallized ceramic molded body.

本発明に於て好ましいセラミック材料については既に言
及し、耐熱性、耐熱衝撃性の優れたものを挙げたが、こ
れらの他にアルミ+磁器、ムライト磁片、ジルコン磁器
等のピストンのヘッドとして使用に耐えるならばすべて
のセラミックが適用することができる。
Preferred ceramic materials for the present invention have already been mentioned, including those with excellent heat resistance and thermal shock resistance, but in addition to these materials, aluminum + porcelain, mullite magnetic pieces, zircon porcelain, etc. can be used for the piston head. All ceramics can be applied if they withstand.

次に本発明の実施例と比較例の試料を作成し比較試験を
した結果を示す。
Next, the results of comparative tests made by preparing samples of Examples of the present invention and Comparative Examples will be shown.

実施例1 気孔率1係、窒化珪素含有率90%の常圧焼結窒化珪素
を第1図のように加工してセラ遊ツク成形体とし、その
下面には真空蒸着法にて1O−6To rr  の真空
中で、 Zr 50 DA、  (lju5μをj員次
蒸着した後、厚さ1門、直径50mWのCu板又はcu
(Q、、)−Mo(0,4)−Cu(0,3)のクラツ
ド材を中間層として介在させ鋳鉄ピストン本体のクラウ
ン部に嵌入、接合は銀、銅共晶ろうを用いて水素炉中で
900℃にてろう付し、第2図の如きピ4.トンを得た
Example 1 Pressure-sintered silicon nitride with a porosity of 1 and a silicon nitride content of 90% was processed as shown in Fig. 1 to form a ceramic molded body, and 1O-6To was deposited on the bottom surface by vacuum evaporation. In a vacuum of
A cladding material of (Q,,)-Mo(0,4)-Cu(0,3) is interposed as an intermediate layer and inserted into the crown part of the cast iron piston body, and the joint is made using silver and copper eutectic solder in a hydrogen furnace. Braze at 900°C in a pipe 4 as shown in Figure 2. Got a ton.

実施例2 気丸率1%、炭化珪素含有率0.5%の常圧焼結炭化珪
素を用い、実施例1と同様にして第2図の如きピストン
を得た。
Example 2 A piston as shown in FIG. 2 was obtained in the same manner as in Example 1 using pressureless sintered silicon carbide having a porosity of 1% and a silicon carbide content of 0.5%.

接合体の強度を測るため、蹄鉄ピストンを加工して引張
強度を測定した。
To measure the strength of the joint, a horseshoe piston was fabricated and its tensile strength was measured.

又、耐熱性及び耐久性を調べるために市販のブンゼンバ
ーナーにてピストンの七ンミック部分を直接あぶ多加熱
−冷却のサイクルテストを500サイクル、1,000
サイクル行なったこの時の接合部の温度はどちらも最高
400℃、最低300℃であった。
In addition, in order to examine heat resistance and durability, we conducted a multi-heating-cooling cycle test of 500 cycles and 1,000 cycles of directly heating and cooling the seven-dimensional part of the piston using a commercially available Bunsen burner.
The temperatures at the joints during the cycle were both a maximum of 400°C and a minimum of 300°C.

比較例はセラミックをメタライズすることなく、焼嵌め
化0.1N取シ、鋳鉄ピストンのクラウン部に装着して
500℃で焼嵌めし前記同様なバーナーテスト及び引張
強度を測定した。
In the comparative example, a 0.1N shrink-fitted plate was used without metallizing the ceramic, and it was attached to the crown of a cast iron piston and shrink-fitted at 500°C, and the burner test and tensile strength were measured in the same manner as described above.

これらの結果は表1に示すとお漫である。These results are summarized in Table 1.

実施例3 気孔率1%、窒化珪素含有率90%の常圧焼結窒化珪素
を用いて第3図に示した如き異形セラミック成形体を作
り、その垂直な外側面をメタライズした。
Example 3 A deformed ceramic molded body as shown in FIG. 3 was made using pressureless sintered silicon nitride having a porosity of 1% and a silicon nitride content of 90%, and its vertical outer surface was metallized.

メタライズの東件は実施例1と同様な方法でTi i、
000 L、  Or 1000 K、−0u5μ  
を順次番で蒸着し、メタライズした異形セラミックを製
造した。このメタライズした異形セラミックを鋳鉄ピス
トンのクラウン部に嵌装し、厚さ0.5ηtのCu板を
緩衝層として介在させ、銀−銅共晶ろうを用いて水素炉
中で9oo℃でろう付けし第4図に示したような鋳鉄ピ
ストンを得た。
For metallization, Ti i,
000 L, Or 1000 K, -0u5μ
A metalized irregular shaped ceramic was produced by sequentially depositing the following. This metallized irregularly shaped ceramic was fitted into the crown of a cast iron piston, a 0.5ηt thick Cu plate was interposed as a buffer layer, and brazed at 90°C in a hydrogen furnace using a silver-copper eutectic solder. A cast iron piston as shown in FIG. 4 was obtained.

又同様にして側面及び底面に蒸着してメタライズした異
形セラミックを用い、銀−銅共晶ろうを用いて水素炉中
で900 ℃でろう付けし、第5図に示したような鋳鉄
ピストンを得た。
In addition, a cast iron piston as shown in Fig. 5 was obtained by using deformed ceramic metallized by vapor deposition on the side and bottom surfaces in the same manner and brazing at 900°C in a hydrogen furnace using silver-copper eutectic solder. Ta.

更に又、側面及び底面に蒸洒したメタライズした異形セ
ラミックを用い、鋳鉄リングをコバール板を介在させて
銀−銅共晶ろうな用いて水素炉中で900 ’Cでろう
付けし、次に鋳鉄リンクゝの表面をアルフィツト処理し
た後アルシミニウム合金(AOBA)で鋳ぐるんで第6
因の如きアルミニウムピストンを得た。
Furthermore, using steamed metallized deformed ceramic on the side and bottom surfaces, a cast iron ring was brazed at 900'C in a hydrogen furnace with a Kovar plate interposed using a silver-copper eutectic solder, and then cast iron After the surface of the link is alpha-treated, it is cast with aluminum alloy (AOBA) and the sixth
An aluminum piston like the one shown above was obtained.

実施例4 気孔率1悌、ジルコニア含有率90乃のイツトリア安定
化ジルコニアを用い、実施例3と同様な方法によって、
第4図、第5図及び第6図に示したようプZピストンを
製造した。これら実施例3.4に示したものについて実
施例1と同様なノく一ナーテストを行なった後、ピスト
ンを加工して接合強度を測定した。
Example 4 Using ittria-stabilized zirconia with a porosity of 1° and a zirconia content of 90°, in the same manner as in Example 3,
A Z piston was manufactured as shown in FIGS. 4, 5 and 6. The pistons shown in Examples 3 and 4 were subjected to the same joint test as in Example 1, and then the pistons were processed and the joint strength was measured.

比較例は81入N 4からなるセラミック成形体をアル
ミニウム合金(AOBA)で鋳ぐるんでノ(−ナーデス
トを行7jって後、接合強度を測尾した。
In a comparative example, a ceramic molded body made of 81% N4 was cast in an aluminum alloy (AOBA), and the bonding strength was measured after the molded body was cast with an aluminum alloy (AOBA).

これらの結果は表2に示すとおりである。These results are shown in Table 2.

次に窒化珪素を用い実施例1と同様にメタライズしたセ
ラミック成形体を得、厚さi rarttのOu板を中
間e衝層として用い、銀−銅共晶ろうにて接合し第2図
の如き鋳鉄ピストンを得、その熱間強度を100℃、3
00℃、500°Cで測定した。
Next, a ceramic molded body was obtained which was metallized using silicon nitride in the same manner as in Example 1, and using an Ou plate with a thickness of i rartt as an intermediate barrier layer, it was bonded with a silver-copper eutectic solder, as shown in Fig. 2. A cast iron piston was obtained, and its hot strength was determined at 100℃, 3
Measured at 00°C and 500°C.

上記の如き各実施例と比較例の試験結果よυ本発明の各
実施例のピストンは600℃までは熱的に安定であシ、
従来の焼低め、鋳ぐるみ方式によルヒストンよ)も、数
段性能が優れていることが判った。
According to the test results of each example and comparative example as described above, the piston of each example of the present invention is thermally stable up to 600°C.
It was also found that the conventional low-temperature casting method (luhiston) had superior performance by several orders of magnitude.

上記各側に於て1周期表のIV A族(Ti、Zr。Group IV A of the periodic table (Ti, Zr.

Hf)、vIA族(Or、Mo、W)の金属を第1層或
は第2層に遠んだ理由はセラミック成形体との反応性が
良く、密着性に富み、接合強度が大きく又、接合後の耐
熱性が良好なためである。
Hf), vIA group (Or, Mo, W) metals are used in the first or second layer because they have good reactivity with the ceramic molded body, have good adhesion, and have high bonding strength. This is because the heat resistance after bonding is good.

又、最外層にIB族(Cu、 Ag、 Au )を選ん
だのは各種ろう剤との儒れ性が良好であり、良好なろう
接が得られるためである。勿4i l B族を第1層に
して金FA膜を’t+’7r成してもセラミックyの密
着tkは一応さしつかえないものと認められる。
Moreover, the reason why IB group (Cu, Ag, Au) was selected for the outermost layer is that it has good melting properties with various brazing agents, and good soldering can be obtained. Of course, it is recognized that the adhesion tk of the ceramic y is acceptable even if a gold FA film is formed using the 4i l B group as the first layer.

なお本発明で物理蒸着法としてはイオンビーム法、スパ
ッタリング法、抵抗加熱法等を指称し、蒸着膜厚は蒸着
設備によって限定されるものではあるが、好ましくはI
B族では数千にその他は数百久程度あればよい。
In the present invention, the physical vapor deposition method refers to an ion beam method, a sputtering method, a resistance heating method, etc., and although the thickness of the vapor deposited film is limited depending on the vapor deposition equipment, preferably I
For group B, it may be several thousand, and for others, it may be several hundred.

B 活性化金属法 活性化金属法は蒸着法に代る有力な方法で次のような手
法で達成される。
B. Activated metal method The activated metal method is an effective alternative to the vapor deposition method, and is achieved by the following method.

(1)  セラミック成形体の表面にT1又はZrとA
g、Ou  のうち少なくとも一種以上の箔とを載iて
、非酸化性雰囲気中にて800°C〜1,200℃にて
加熱する方法。
(1) T1 or Zr and A on the surface of the ceramic molded body
A method of heating at 800° C. to 1,200° C. in a non-oxidizing atmosphere.

(2)  セラミック成形体の表面にTi箔又はZr箔
とAg、0u(7)うち少なくとも一種以上のろう箔を
載せて、非酸化性雰囲気中にて800°C〜1.200
℃にて加熱接合する方法。
(2) Place Ti foil or Zr foil and at least one wax foil of Ag, Ou (7) on the surface of the ceramic molded body and heat at 800°C to 1.200°C in a non-oxidizing atmosphere.
A method of heating and bonding at ℃.

このような手法でセラミック成形体の所定の表面にメタ
ライズ層を形成した場合、Ti又はZrがセラミック中
に拡散してセラミック中の酸素原子、窒累原子と化学的
に結合して関度に一体性を保持することができる。
When a metallized layer is formed on a predetermined surface of a ceramic molded body using such a method, Ti or Zr diffuses into the ceramic and chemically combines with the oxygen atoms and nitrogen atoms in the ceramic to form an integral body. It is possible to maintain one's sexuality.

実施例5 気孔率1係、窒化珪素含有率90係の常圧焼結窒化珪素
を第3図の如く加工し、セラミックの側面KM’6kq
bQT15%、1g69qb、C!u26%のノtさ0
.05muの箔を設置した後、Cu板(厚さ0.5yr
rm )を設置し、ついでAg−Cu共晶ろうをCu板
を鋳鉄ピストンの間に設置し、10”−’ T(+rr
  の真空中で1,000℃、30分間加加熱台して第
8図の如き鋳鉄ピストンを得た。
Example 5 Pressure-sintered silicon nitride with a porosity of 1 and a silicon nitride content of 90 was processed as shown in Figure 3, and the side surface of the ceramic was KM'6kq.
bQT15%, 1g69qb, C! u26%notsa0
.. After installing the 05mu foil, a Cu plate (thickness 0.5yr
rm), then a Ag-Cu eutectic solder was installed between the cast iron pistons, and 10"-' T(+rr
A cast iron piston as shown in FIG. 8 was obtained by heating on a heating table at 1,000° C. for 30 minutes in a vacuum.

実施例6 同様なセラミックの側面及び底面に実施例5と全く同様
な方法でT i−Ag−Gu箔、Cu板、Ag−Cu共
晶ろうな設は同様な真空加熱接合を施した鋳鉄ピストン
を得た。
Example 6 A cast iron piston was prepared by applying the same vacuum heat bonding to the side and bottom surfaces of similar ceramics using Ti-Ag-Gu foil, Cu plate, and Ag-Cu eutectic solder in exactly the same manner as in Example 5. I got it.

これらについて実施例1の場合と同様なバーナーテスト
を行なった後、ピストンを加工し、その接合強度を測定
した。
After conducting the same burner test as in Example 1 for these, pistons were processed and their joint strength was measured.

結果は表6に示すとお9である。The results are 9 as shown in Table 6.

寡  3 これらの結果から判るように活性化全域法によっても蒸
着法同様に強固なメタライズ層を設けたセラミック成形
体が得られるので、これを用いたピストンの各種効果は
蒸着法と全く変るところがない。
3 As can be seen from these results, a ceramic molded body with a strong metallized layer can be obtained by the activation area method as well as by the vapor deposition method, so the various effects of the piston using this method are no different from those by the vapor deposition method. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明で用いられるメタライズされたセラミッ
ク成形体の一例を示す縦断面図、第2図はこれを用いた
本発明のピストンの構造例を示す一部縦断面図、第5図
は本発明で用いられるメタライズされたセラミック成形
体の他の例を示す縦断面図、第4図〜第9図はこれを用
いた本発明のピストンの各構造例を示す一部縦断面図で
ある。 1a:メタライズされたリング状セラミック成形体 1b:メタライズされた異形セラミック成形体1−m:
メタライズ部 2a:鋳鉄ピストン本体 2bニアルミニウム合金ピストン本体 3:クラウン部   4:緩衝層 5:ろう接     6:v3鉄リング、鋳鉄キャップ
  7:アルフィン処理 代理人 弁理士 竹 内   守 26
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing an example of a metallized ceramic molded body used in the present invention, FIG. 2 is a partial vertical cross-sectional view showing an example of the structure of a piston of the present invention using this, and FIG. FIGS. 4 to 9 are vertical cross-sectional views showing other examples of the metallized ceramic molded body used in the present invention, and partial vertical cross-sectional views showing structural examples of the piston of the present invention using the same. . 1a: Metallized ring-shaped ceramic molded body 1b: Metallized irregular-shaped ceramic molded body 1-m:
Metallized part 2a: Cast iron piston body 2b Nialuminum alloy piston body 3: Crown part 4: Buffer layer 5: Brazing 6: V3 iron ring, cast iron cap 7: Alfin processing agent Patent attorney Mamoru Takeuchi 26

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)  メタライズされたセラミック成形体が、ピス
トンのクラウン部上面に嵌装されピストン本体に直接又
は間接的にろう接により一体化されていることを特徴と
する鋳鉄又はアルミニウムピストン(2)  メタライ
ズされたセラミック成形体が、鋳鉄リング又は鋳鉄キャ
ップでその外側の一部又は全部を包被しろう接され、こ
れにピストン本体を形成するアルミニウム合金が鋳ぐる
まれで一体化されていることを特徴とするアルミニウム
ピストン(3)  メタライズされたセラミック成形体
がピストンのクラウン部上面に嵌装され、ピストン本体
との間には金属緩衝層が設けられ、その両面をろう接に
19一体化されていることを特徴とする鋳鉄又はアルミ
ニウムピストン (4)緩衝層に用いられる金属が、銅、銅−モリブデン
−銅りンツド材、銅−インバー銅クラツド材、鉄/ニッ
ケル42アロイ又はコバール板である特許請求の範囲第
3項記載の鋳鉄又はアルミニウムピストン (5)  セラミックのメタライズが蒸着法又は活性化
金属灰によシ施された特許請求の範囲第1項、第2項又
は第3項記載のピストン (6)  セラミックがイツトリア安定化ジルコニア、
窒化硅素、炭化硅素である特許請求の範囲第1項、第2
項、又は第3項記載のピストン (7)ろう剤が銀−銅共晶ろうである特許請求の範囲第
1項、第2項、又は第3項記載のピストン(8)  ろ
う接による接合強度が400℃にて11001(/ c
IR2以上である特許請求の範囲第1項、第2項又は第
3項記載のピストン
[Scope of Claims] (1) Cast iron or aluminum, characterized in that a metallized ceramic molded body is fitted onto the upper surface of the crown portion of the piston and integrated with the piston body by brazing directly or indirectly. Piston (2) A metallized ceramic molded body is covered with a cast iron ring or a cast iron cap on a part or all of its outer side and soldered to it, and an aluminum alloy forming the piston body is integrated into this by being cast. Aluminum piston (3) A metallized ceramic molded body is fitted onto the top surface of the crown part of the piston, a metal buffer layer is provided between it and the piston body, and both sides of the metallized ceramic body are soldered to 19. Cast iron or aluminum piston characterized by being integrated (4) The metal used for the buffer layer is copper, copper-molybdenum-copper clad material, copper-invar copper clad material, iron/nickel 42 alloy or Kovar. Cast iron or aluminum piston (5) according to claim 3, which is a plate; Claim 1, 2 or 3, wherein the ceramic metallization is applied by vapor deposition or activated metal ash. Piston (6) as described in Section 6: The ceramic is yttoria-stabilized zirconia,
Claims 1 and 2 are silicon nitride and silicon carbide.
Piston (7) according to claim 1 or 3, wherein the brazing agent is a silver-copper eutectic solder Piston (8) according to claim 1, 2, or 3 Bonding strength by brazing is 11001 (/c) at 400℃
The piston according to claim 1, 2 or 3, which has an IR of 2 or more.
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