JPS59232978A - セラミツクスと金属との複合体 - Google Patents
セラミツクスと金属との複合体Info
- Publication number
- JPS59232978A JPS59232978A JP10466683A JP10466683A JPS59232978A JP S59232978 A JPS59232978 A JP S59232978A JP 10466683 A JP10466683 A JP 10466683A JP 10466683 A JP10466683 A JP 10466683A JP S59232978 A JPS59232978 A JP S59232978A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal
- sintered body
- ceramic
- coefficient
- 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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- Laminated Bodies (AREA)
- Ceramic Products (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】
本発明は、部分安定化ジルコニア焼結体と鋳造合金との
複合体に関する。
複合体に関する。
部分安定化ジルコニア焼結体（以下ｒｐｓｚ焼結体」と
略称）は準安定相である正方晶ジルコニアを焼結体中に
残留させることによって高強度かつ高靭性を有する材料
となることが知られており、構造材料として注目されて
いる。加えてＰＳＺ焼結体は、これと同程度の強度及び
靭性を有する窒化珪素焼結体と比べて格段に優れた断熱
性を備えているため、これをディーゼルエンジンの燃焼
室に断熱材として用いることによってエンジンの燃焼効
率を高めようとする試みがなされている。
略称）は準安定相である正方晶ジルコニアを焼結体中に
残留させることによって高強度かつ高靭性を有する材料
となることが知られており、構造材料として注目されて
いる。加えてＰＳＺ焼結体は、これと同程度の強度及び
靭性を有する窒化珪素焼結体と比べて格段に優れた断熱
性を備えているため、これをディーゼルエンジンの燃焼
室に断熱材として用いることによってエンジンの燃焼効
率を高めようとする試みがなされている。
しかしながらＰＳｚ焼結体は２００℃及至３０’０℃の
温度範囲で前記正方晶が単斜晶に転移する性質を有して
おり、この転移現象によって強度劣化を起こし、耐久性
を損なっているので、未だディーゼルエンジンの燃焼室
等のエンジン部品としては実用化されるに至っていない
。
温度範囲で前記正方晶が単斜晶に転移する性質を有して
おり、この転移現象によって強度劣化を起こし、耐久性
を損なっているので、未だディーゼルエンジンの燃焼室
等のエンジン部品としては実用化されるに至っていない
。
一般に容器の内容を加熱又は保温することによって容器
の内外に温度差が生じると、内壁側に圧縮応力、外壁側
に引張り応力が働くことは周知であるが、発明者等は鋭
意検討の結果、焼結体中の温度分布の中で上記転移現象
が生じる危険温度領域を圧縮応力場の中に存在せしめる
ように断熱条件を設定することによって、外壁側に働く
引張り応力が弱まり、ＰＳＺ焼結体の断熱材としての耐
久性が向上することを見い出した。
の内外に温度差が生じると、内壁側に圧縮応力、外壁側
に引張り応力が働くことは周知であるが、発明者等は鋭
意検討の結果、焼結体中の温度分布の中で上記転移現象
が生じる危険温度領域を圧縮応力場の中に存在せしめる
ように断熱条件を設定することによって、外壁側に働く
引張り応力が弱まり、ＰＳＺ焼結体の断熱材としての耐
久性が向上することを見い出した。
発明者等は、上記の知見にもとづいて、去る昭和５８年
５月２６日付で、 「部分安定化ジルコニア焼結体からなる略円筒又は球殻
形状の中空容器の内容を加熱又は保温する構造において
、該中空容器の温度が２００°Ｃ以上である場合に働く
円周応力が１ｋｇ／ｖ！以上４００ｋｇ／−以下の圧縮
応力となっていることを特徴とする部分安定化ジルコニ
ア焼結体を用いた断熱構造。」 を要旨とする発明「部分安定化ジルコニア焼結体を用い
た断熱構造」を出願したが、本発明は、上記発明の技術
思想を応用したもので、一般にジＪレコニア焼結体が高
強度であるとともにヤング率が小さいために金属と鋳造
一体化するのに適していることに着目し、焼結体の外周
に金属を鋳造成形することによって、ＰＳＺ焼結体から
なる断熱体の内燃機関等機械部品への利用を可能にした
ものである。
５月２６日付で、 「部分安定化ジルコニア焼結体からなる略円筒又は球殻
形状の中空容器の内容を加熱又は保温する構造において
、該中空容器の温度が２００°Ｃ以上である場合に働く
円周応力が１ｋｇ／ｖ！以上４００ｋｇ／−以下の圧縮
応力となっていることを特徴とする部分安定化ジルコニ
ア焼結体を用いた断熱構造。」 を要旨とする発明「部分安定化ジルコニア焼結体を用い
た断熱構造」を出願したが、本発明は、上記発明の技術
思想を応用したもので、一般にジＪレコニア焼結体が高
強度であるとともにヤング率が小さいために金属と鋳造
一体化するのに適していることに着目し、焼結体の外周
に金属を鋳造成形することによって、ＰＳＺ焼結体から
なる断熱体の内燃機関等機械部品への利用を可能にした
ものである。
本発明の要旨とするところはセラミックス製中空体の外
周に金属を鋳造成形してなるものにおいて、該セラミッ
クス製中空体がＰＳＺ焼結体からなり、該鋳造合金の熱
膨張係数が常温以上７００℃以下の温度範囲で前記ｐｓ
ｚ焼結体の熱膨張係数より大きく、１７×１０７℃以下
であることを特徴とするセラミックスと金属との複合体
に存する。
周に金属を鋳造成形してなるものにおいて、該セラミッ
クス製中空体がＰＳＺ焼結体からなり、該鋳造合金の熱
膨張係数が常温以上７００℃以下の温度範囲で前記ｐｓ
ｚ焼結体の熱膨張係数より大きく、１７×１０７℃以下
であることを特徴とするセラミックスと金属との複合体
に存する。
以下常温〜７００℃の温度範囲で上記範囲の熱膨張係数
を有する鋳造合金を使用する理由を述べる。
を有する鋳造合金を使用する理由を述べる。
すなわち、単に複合体と称するものであっても、焼バメ
によって製造する場合は、本発明における鋳造成形と異
なり、通當加熱し膨張した金属部品の中に室温のセラミ
ック部品を嵌合するので、セラミックスと金属との熱膨
張係数の差が大きくな（でもセラミックスに圧縮応力を
加えることは容易である。これに対し鋳造成形によって
複合体を製造する場合は、金属注湯後晒時に金属とセラ
ミックスとが同温度になるので、上記温度範囲でセラミ
ックスの熱膨張係数より小さい熱膨張係数を有する金属
で鋳造すると圧縮応力が加わらない。
によって製造する場合は、本発明における鋳造成形と異
なり、通當加熱し膨張した金属部品の中に室温のセラミ
ック部品を嵌合するので、セラミックスと金属との熱膨
張係数の差が大きくな（でもセラミックスに圧縮応力を
加えることは容易である。これに対し鋳造成形によって
複合体を製造する場合は、金属注湯後晒時に金属とセラ
ミックスとが同温度になるので、上記温度範囲でセラミ
ックスの熱膨張係数より小さい熱膨張係数を有する金属
で鋳造すると圧縮応力が加わらない。
他方、本発明複合体は内燃機関の副室断熱体、シリンダ
ーライナー等の高温で使用する機械部品を対象としてい
るので、複合体の肉厚はセラミックス製中空体の内径の
１／１０〜３／１０としなければならないが、１７ ｘ
１０−’／”ｃを超える熱膨張係数を有する金属を用
いてｐｓｚ焼結体を鋳ぐるむと上記の肉厚においては冷
却時に生じる過大な圧縮による剪断力によりＰＳＺ焼結
体が破壊するので、上記温度範囲でＰＳｚ焼結体のそれ
より太きく１７Ｘ１０＝℃以下の鋳造合金を使用しなけ
ればならず、特に５００℃〜７００℃の温度範囲で１３
Ｘ １０−′／”Ｃ〜１７ ｘ １０−’／’ｃの熱
膨張係数を有する耐熱合金が好ましく、例えばモネル合
金や Ｎｉｍｏｎｉｃ ８０Ａなどがある。
ーライナー等の高温で使用する機械部品を対象としてい
るので、複合体の肉厚はセラミックス製中空体の内径の
１／１０〜３／１０としなければならないが、１７ ｘ
１０−’／”ｃを超える熱膨張係数を有する金属を用
いてｐｓｚ焼結体を鋳ぐるむと上記の肉厚においては冷
却時に生じる過大な圧縮による剪断力によりＰＳＺ焼結
体が破壊するので、上記温度範囲でＰＳｚ焼結体のそれ
より太きく１７Ｘ１０＝℃以下の鋳造合金を使用しなけ
ればならず、特に５００℃〜７００℃の温度範囲で１３
Ｘ １０−′／”Ｃ〜１７ ｘ １０−’／’ｃの熱
膨張係数を有する耐熱合金が好ましく、例えばモネル合
金や Ｎｉｍｏｎｉｃ ８０Ａなどがある。
本発明複合体に用いるｐｓｚ焼結体の具体的組成につい
ては特に限定する必要はないが、安定化剤としてのＹ２
Ｏ，の含有量が３．５ ｍｏ１％を超えるものは強度
劣化の最大原因である転移現象を生じる正方晶が圧縮応
力の大小にかかわらず比較的安定に存在するので、本発
明はＹ２Ｏ，含有量３．５１１ｔｏ１％以下の主として
正方晶からなるＰＳｚ焼結体を用いた場合に最も効果的
である。
ては特に限定する必要はないが、安定化剤としてのＹ２
Ｏ，の含有量が３．５ ｍｏ１％を超えるものは強度
劣化の最大原因である転移現象を生じる正方晶が圧縮応
力の大小にかかわらず比較的安定に存在するので、本発
明はＹ２Ｏ，含有量３．５１１ｔｏ１％以下の主として
正方晶からなるＰＳｚ焼結体を用いた場合に最も効果的
である。
以下実施例を示す。
実施例１
第１図は本発明複合体の一実施例を示す断面図である。
１はディーゼルエンジンの副室断熱体で、開口部２を有
する釣鐘中空形状のｐｓｚ焼結体３の外周に鋳造成形に
よって金属４が接合されており、頭部にはグロープラグ
及び燃料噴射ノズルを挿入する孔５が形成されている。
する釣鐘中空形状のｐｓｚ焼結体３の外周に鋳造成形に
よって金属４が接合されており、頭部にはグロープラグ
及び燃料噴射ノズルを挿入する孔５が形成されている。
本実施例では次の手順で上記副室断熱体１を製作した。
先ず、ラバープレス成形後に焼成して得られたＹ２ｏ３
含有１ｉ３ｍｏ１％のｐｓｚ焼結体３の内部６、孔５及
び開口部２に水ガラスを粘結剤として含有するジルコン
砂を詰め込んで中子形状とし、ｐｓｚ焼結体３の外周に
ロー材を金属４と同一形状となるように溶着させ、更に
その外周のロー材溶出口且つ金属注湯口となる一部分を
除く全面にジルコン砂とエチルシリケートの混合溶液を
コーティングした後、８０メツシユの粗い砂をサンディ
ングした。このコーティングとサンディングを５回繰返
した後、１００℃の大気中でロー材を熔かし出し、次い
で１２００℃大気中で焼成することによって鋳型を製作
した、前記注湯口より鋳型の中に温度１４５０℃の熔融
モネル合金を流し込み、放冷後、鋳型を取り除き、中子
を１５０°ＣのＮ ａ ＯＨ溶液で溶かし出すことによ
って副室断熱体１を製作した。
含有１ｉ３ｍｏ１％のｐｓｚ焼結体３の内部６、孔５及
び開口部２に水ガラスを粘結剤として含有するジルコン
砂を詰め込んで中子形状とし、ｐｓｚ焼結体３の外周に
ロー材を金属４と同一形状となるように溶着させ、更に
その外周のロー材溶出口且つ金属注湯口となる一部分を
除く全面にジルコン砂とエチルシリケートの混合溶液を
コーティングした後、８０メツシユの粗い砂をサンディ
ングした。このコーティングとサンディングを５回繰返
した後、１００℃の大気中でロー材を熔かし出し、次い
で１２００℃大気中で焼成することによって鋳型を製作
した、前記注湯口より鋳型の中に温度１４５０℃の熔融
モネル合金を流し込み、放冷後、鋳型を取り除き、中子
を１５０°ＣのＮ ａ ＯＨ溶液で溶かし出すことによ
って副室断熱体１を製作した。
次にＰＳＺ焼結体が転移現象を生じやすい条件における
上記副室断熱体１の耐久性を評価するために、内部６及
び金属４の温度をそれぞれ２８０℃及び１２０℃に保持
し、５００時間経過後、ＰＳＺ焼結体３を調べたところ
、何等異状はな（、またＸ線回折により分析したところ
転移現象は生じていなかった。
上記副室断熱体１の耐久性を評価するために、内部６及
び金属４の温度をそれぞれ２８０℃及び１２０℃に保持
し、５００時間経過後、ＰＳＺ焼結体３を調べたところ
、何等異状はな（、またＸ線回折により分析したところ
転移現象は生じていなかった。
尚、本実施例で製作した副室断熱体１を利用するエンジ
ンの副室は、第２図に示す如く、副室断熱体１をシリン
ダヘッド７にあらかじめ設けられた穴８に嵌着して組み
込み、更に穴８の開口部に口金９を嵌着して構成される
。Ｇはグロープラグ、■は燃焼噴射弁を示す。
ンの副室は、第２図に示す如く、副室断熱体１をシリン
ダヘッド７にあらかじめ設けられた穴８に嵌着して組み
込み、更に穴８の開口部に口金９を嵌着して構成される
。Ｇはグロープラグ、■は燃焼噴射弁を示す。
実施例２
第３図は本発明複合体の他の実施例を示す断面図である
。実施例１と同一組成のｐｓｚ焼結体１３の外周に、口
金相当部分２０をも形成すべく金属１４を鋳造成形する
ことによって副室断熱体１１を製作した。鋳造合金には
Ｎｉｍｏｎｉｃ ８０Ａを用いた。
。実施例１と同一組成のｐｓｚ焼結体１３の外周に、口
金相当部分２０をも形成すべく金属１４を鋳造成形する
ことによって副室断熱体１１を製作した。鋳造合金には
Ｎｉｍｏｎｉｃ ８０Ａを用いた。
実施例１と同様に耐久性を評価したところ、何等異状は
なく、転移現象も生じていなかった。
なく、転移現象も生じていなかった。
以上のように本発明複合体は断熱性、機械的強度及び靭
性に優れたｐｓｚ焼結体の外周に転移に７よる強度劣化
を防止し得る条件で金属を鋳造成形したものであるので
、内燃機関の副室断熱体等各種の高温機械部品に利用で
きるものである。
性に優れたｐｓｚ焼結体の外周に転移に７よる強度劣化
を防止し得る条件で金属を鋳造成形したものであるので
、内燃機関の副室断熱体等各種の高温機械部品に利用で
きるものである。
第１図は本発明複合体の一実施例を示す断面図、第２図
は第１図の副室断熱体をシリンダーヘッドに組み込んだ
ところを示す断面図、第３図は本発明複合体の他の実施
例を示す断面図である。 １．１１・・・・・・副室断熱体、３，１３・・・・・
・ｐｓｚ焼結体、４，１４・・・・・・金属 第１図 Ｇ第２図
は第１図の副室断熱体をシリンダーヘッドに組み込んだ
ところを示す断面図、第３図は本発明複合体の他の実施
例を示す断面図である。 １．１１・・・・・・副室断熱体、３，１３・・・・・
・ｐｓｚ焼結体、４，１４・・・・・・金属 第１図 Ｇ第２図
Claims (3)
- （１） セラミックス製中空体の外周に鋳造によって
金属を成形してなるものにおいて、該セラミックス基中
空体力５部分安定化ジルヱニア焼結体からなり、該金属
の熱膨張係数が常温以上７００℃以下の温度範囲で前記
部分安定化ジルコニア焼結体の熱膨張係数より大きく、
１７Ｘ１０．／”ｃ以下であることを特徴とするセラミ
ックスと金属との複合体。 - （２） 部分安定化ジルコニア焼結体がＹ２Ｏ３含有
量３．５ｍｏ１％以下の主として正方晶ジルコニアから
なる特許請求の範囲第１項記載のセラミックスと金属と
の複合体。 - （３）金属が５００℃以上７００℃以下の温度範囲で１
３Ｘ１０ ／”ｃ以上１７Ｘ１０ ／’ｃ以下の熱
膨張係数を有する耐熱合金である特許請求の範囲第１項
記載のセラミックスと金属との複合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10466683A JPS59232978A (ja) | 1983-06-10 | 1983-06-10 | セラミツクスと金属との複合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10466683A JPS59232978A (ja) | 1983-06-10 | 1983-06-10 | セラミツクスと金属との複合体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59232978A true JPS59232978A (ja) | 1984-12-27 |
Family
ID=14386784
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10466683A Pending JPS59232978A (ja) | 1983-06-10 | 1983-06-10 | セラミツクスと金属との複合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59232978A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4828009A (en) * | 1986-07-21 | 1989-05-09 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Method of manufacturing a complex body of sintered ceramic material and metal |
-
1983
- 1983-06-10 JP JP10466683A patent/JPS59232978A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4828009A (en) * | 1986-07-21 | 1989-05-09 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Method of manufacturing a complex body of sintered ceramic material and metal |
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