JPS6056465A - ジルコニア焼結体と金属との複合体及びその製造法 - Google Patents
ジルコニア焼結体と金属との複合体及びその製造法Info
- Publication number
- JPS6056465A JPS6056465A JP16570083A JP16570083A JPS6056465A JP S6056465 A JPS6056465 A JP S6056465A JP 16570083 A JP16570083 A JP 16570083A JP 16570083 A JP16570083 A JP 16570083A JP S6056465 A JPS6056465 A JP S6056465A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal
- sintered body
- glass
- zirconia sintered
- 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.)
- Granted
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (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】
本発明はジルコニア焼結体と金属との複合体に関するも
のである。
のである。
セラミックスは、一般に耐熱性、絶縁性、高温時におけ
る機械的強度等の緒特性において優れているため、構造
材料として汎用されているが、脆性、耐機械的衝撃性、
熱伝導性及び加工性において劣っている故に、これら諸
性質が要求される部分には金属と接合した複合構造体の
形で用いられる。就中、高強度、高靭性及び優れた断熱
性を有する部分安定化ジルコニア焼結体く以下ｒｐｓｚ
焼結体」と略する）の外周を金属で鋳造成形したものを
ディーゼルエンジンのシリンダーの副室内壁に用いるこ
とによってエンジンの燃焼効率を高めようとする試みは
、近年注目されている複合体の一例である。
る機械的強度等の緒特性において優れているため、構造
材料として汎用されているが、脆性、耐機械的衝撃性、
熱伝導性及び加工性において劣っている故に、これら諸
性質が要求される部分には金属と接合した複合構造体の
形で用いられる。就中、高強度、高靭性及び優れた断熱
性を有する部分安定化ジルコニア焼結体く以下ｒｐｓｚ
焼結体」と略する）の外周を金属で鋳造成形したものを
ディーゼルエンジンのシリンダーの副室内壁に用いるこ
とによってエンジンの燃焼効率を高めようとする試みは
、近年注目されている複合体の一例である。
ところが、かかる情勢に鑑みて発明者等がこのような複
合体に関する試作研究を行っていた処、ＰＳｚ焼結体に
限らず一般にジルコニア焼結体の外周を金属で鋳造成形
してなる複合体の内部構造において、金属と接合する境
界付近の焼結体が灰色化し、この現象に伴って灰色化部
分に焼結体破壊の起因となるおそれのある微小クランク
が発生しているものもあることが判明した。
合体に関する試作研究を行っていた処、ＰＳｚ焼結体に
限らず一般にジルコニア焼結体の外周を金属で鋳造成形
してなる複合体の内部構造において、金属と接合する境
界付近の焼結体が灰色化し、この現象に伴って灰色化部
分に焼結体破壊の起因となるおそれのある微小クランク
が発生しているものもあることが判明した。
この現象は鋳造金属の溶湯温度が９００℃以上である場
合に顕著であった。
合に顕著であった。
焼結体の外周を金属で鋳造成形してなる複合体の場合、
焼結体の内側には圧縮応力が加わっているので長時間使
用後もクランクが進展することは少なく通常の使用には
支障無いが、このように焼結体がクランクを有している
ことは内側が急冷された場合等不測の事態にクランクが
進展し、破壊に至る可能性があるので、信顧性に欠番ノ
る。そこで先ず灰色化及びクランク発生の原因を究明す
るためにジルコニア焼結体をオージェ分析した処、灰色
化部分の酸素濃度が鋳造前よりも低下していることが認
められた。またＡ１．Ｍｇ、 Ｔｔ！Ｉ溶融時に極めて
活性となる金属を鋳造に使用した場合に灰色化現象及び
クランク発生が顕著であることが認められた。従って、
発明者等は、上記灰色化現象は高温状態で活性化された
ジルコニアから金属への酸素の移動反応によるものであ
り、特にその反応が急激に起こった場合にクランクが生
じるものと勇え、その対策としてジルコニア焼結体と鋳
造金属との間に所定の性質を有するガラス層を介在させ
た処、上記二つの望ましくない現象を防止し得ることを
見出した。
焼結体の内側には圧縮応力が加わっているので長時間使
用後もクランクが進展することは少なく通常の使用には
支障無いが、このように焼結体がクランクを有している
ことは内側が急冷された場合等不測の事態にクランクが
進展し、破壊に至る可能性があるので、信顧性に欠番ノ
る。そこで先ず灰色化及びクランク発生の原因を究明す
るためにジルコニア焼結体をオージェ分析した処、灰色
化部分の酸素濃度が鋳造前よりも低下していることが認
められた。またＡ１．Ｍｇ、 Ｔｔ！Ｉ溶融時に極めて
活性となる金属を鋳造に使用した場合に灰色化現象及び
クランク発生が顕著であることが認められた。従って、
発明者等は、上記灰色化現象は高温状態で活性化された
ジルコニアから金属への酸素の移動反応によるものであ
り、特にその反応が急激に起こった場合にクランクが生
じるものと勇え、その対策としてジルコニア焼結体と鋳
造金属との間に所定の性質を有するガラス層を介在させ
た処、上記二つの望ましくない現象を防止し得ることを
見出した。
本発明は上記の知見に基づいてなされたもので、ジルコ
ニア焼結体の外周を熱膨張係数が該ジルコニア焼結体の
それより大きい金属で鋳造成形してなるものにおいて、
該ジルコニア焼結体と該金属との間に熱膨張係数が８〜
１３Ｘ１０ ／”ｃの範囲内にあるガラス゛の薄層が形
成されていることを特徴とするジルコニア焼結体と金属
との複合体を提供するものである。
ニア焼結体の外周を熱膨張係数が該ジルコニア焼結体の
それより大きい金属で鋳造成形してなるものにおいて、
該ジルコニア焼結体と該金属との間に熱膨張係数が８〜
１３Ｘ１０ ／”ｃの範囲内にあるガラス゛の薄層が形
成されていることを特徴とするジルコニア焼結体と金属
との複合体を提供するものである。
また本発明は、ジルコニア焼結体の外周をガラスで被覆
した後に予熱し、次いで金属で鋳造成形する方法におい
て、該ガラスの熱膨張係数が８〜１３×１０７℃の範囲
内にあり、予熱温度が該ガラスの屈伏点以上流動点以下
且つ該金属の融点以下であることを特徴とするジルコニ
ア焼結体と金属との複合体の製造法を提供するものであ
る。
した後に予熱し、次いで金属で鋳造成形する方法におい
て、該ガラスの熱膨張係数が８〜１３×１０７℃の範囲
内にあり、予熱温度が該ガラスの屈伏点以上流動点以下
且つ該金属の融点以下であることを特徴とするジルコニ
ア焼結体と金属との複合体の製造法を提供するものであ
る。
以下図面に基づいて説明する。
第１図は本発明に係るジルコニア焼結体と金属との複合
体の一実施例を示す断面図であり、中空円筒形のジルコ
ニア焼結体１と熱膨張係数がジルコニア焼結体ｌのそれ
より大きい金属２との接合面に熱膨張係数が８〜１３
ｘ ｌ Ｏ−’／”ｃの範囲内にあるガラスの薄層３が
形成されている。
体の一実施例を示す断面図であり、中空円筒形のジルコ
ニア焼結体１と熱膨張係数がジルコニア焼結体ｌのそれ
より大きい金属２との接合面に熱膨張係数が８〜１３
ｘ ｌ Ｏ−’／”ｃの範囲内にあるガラスの薄層３が
形成されている。
このような複合体を製造するには第２図に示す如く、ジ
ルコニア焼結体１の外周にガラスの薄層３を２０〜５０
０μＩｎの厚さになるように均一にスプレー法、ディソ
ビイング法等によって塗布し焼き付けた後中子４と共に
鋳型５中に固定し、ジルコニア焼結体１を薄層３に使用
したガラスの屈伏点以上流動点以下且つ金属２の融点以
下の温度で予熱しておき、注湯道６より冷却時に金属２
となる溶融全屈を注入し、放冷することによってジルコ
ニア焼結体１を金１１ｔｌｉ２と鋳造一体化してなる複
合体を得る。
ルコニア焼結体１の外周にガラスの薄層３を２０〜５０
０μＩｎの厚さになるように均一にスプレー法、ディソ
ビイング法等によって塗布し焼き付けた後中子４と共に
鋳型５中に固定し、ジルコニア焼結体１を薄層３に使用
したガラスの屈伏点以上流動点以下且つ金属２の融点以
下の温度で予熱しておき、注湯道６より冷却時に金属２
となる溶融全屈を注入し、放冷することによってジルコ
ニア焼結体１を金１１ｔｌｉ２と鋳造一体化してなる複
合体を得る。
ここで本発明複合体及び本発明複合体の製造法において
、鋳造金属、ガラス及び予熱温度を上記のように限定し
た理由を述べる。
、鋳造金属、ガラス及び予熱温度を上記のように限定し
た理由を述べる。
一般にセラミックスを金属で鋳ぐるみ一体化する場合、
接合部でゆるみを生じさせないためにセラミックスの熱
膨張係数よりも大きい熱膨張係数を有する金属を用いて
セラミックスに圧縮応力を加えることは従来から知られ
ている鋳造条件である。本発明においてらこれと同じ理
由で金属２はその熱膨張係数がジルコニア焼結体のそれ
より大きいものに限定した。またジルコニア焼結体の熱
膨張係数が１０〜ｉ１．５ｘ １０’−６７”ｃである
ことから、ガラスはジルコニア焼結体と強固に密着させ
るために熱膨張係数が８〜１３×１０−６ｘ℃であるこ
とを必要とする。本発明複合体を内燃機関等熱負荷のか
かる条件で使用する場合は、先ず金属２として耐熱温度
の高いものを選定し、そして薄層３のガラスとして屈伏
点が金Ｂ２の耐熱温度以上のものを選定するのが望まし
い。ここで耐熱温度とは金属の結晶組織が変化する温度
をいう。予熱は、熱衝撃によるクラック発生を防止する
ことを目的とする操作であるが、その温度が薄層３で使
用したガラスの屈伏点に満たないとガラスが熱衝撃で剥
離し、溶融金属中へ混入するおそれがあり、他方ガラス
の流動点を超えるとガラスが流れ出してしまい、また鋳
造金属の融点を超えると鋳造金属が凝固し稚いので、予
熱温度はガラスの屈伏点以上流動点以下且つ金属の融点
以下とした。
接合部でゆるみを生じさせないためにセラミックスの熱
膨張係数よりも大きい熱膨張係数を有する金属を用いて
セラミックスに圧縮応力を加えることは従来から知られ
ている鋳造条件である。本発明においてらこれと同じ理
由で金属２はその熱膨張係数がジルコニア焼結体のそれ
より大きいものに限定した。またジルコニア焼結体の熱
膨張係数が１０〜ｉ１．５ｘ １０’−６７”ｃである
ことから、ガラスはジルコニア焼結体と強固に密着させ
るために熱膨張係数が８〜１３×１０−６ｘ℃であるこ
とを必要とする。本発明複合体を内燃機関等熱負荷のか
かる条件で使用する場合は、先ず金属２として耐熱温度
の高いものを選定し、そして薄層３のガラスとして屈伏
点が金Ｂ２の耐熱温度以上のものを選定するのが望まし
い。ここで耐熱温度とは金属の結晶組織が変化する温度
をいう。予熱は、熱衝撃によるクラック発生を防止する
ことを目的とする操作であるが、その温度が薄層３で使
用したガラスの屈伏点に満たないとガラスが熱衝撃で剥
離し、溶融金属中へ混入するおそれがあり、他方ガラス
の流動点を超えるとガラスが流れ出してしまい、また鋳
造金属の融点を超えると鋳造金属が凝固し稚いので、予
熱温度はガラスの屈伏点以上流動点以下且つ金属の融点
以下とした。
但し、予熱温度は上記の目的に鑑みれば高温である方が
望ましいが、予熱温度が高くなると、それに応じて金属
注湯時の平衡温度も高くなり、注湯時にジルコニアの粒
成長を招くおそれがある。
望ましいが、予熱温度が高くなると、それに応じて金属
注湯時の平衡温度も高くなり、注湯時にジルコニアの粒
成長を招くおそれがある。
従って、平衡温度がジルコニアの焼結温度より低くなる
ように予熱温度を設定するのが望ましい。
ように予熱温度を設定するのが望ましい。
薄層３は金属注湯時に金属と焼結体を一時的に断熱し、
焼結体に加わる熱応力を緩和する効果を付加的に有して
いるので、予熱温度を下げることを可能にする。薄層３
に使用するガラスとしては例えばＢａＯ−Ａ１２０３−
３ ｉ０２系ガラス、アルカリ硼珪酸ガラス、ソーダラ
イムガラスが挙げられる。Ｂａ０−Ａ １２．０３−３
ｉｏユ系ガラスで熱膨張係数や屈伏点が上記範囲内に
入るもの番よ、予熱温度がガラスの軟化点以上の高温と
なっても金属注湯時に不都合となる程に急激に粘度が低
下すること無く難流動性であること及び熱伝導率が低い
ために金属注湯時にジルコニア焼結体に加わる熱応力を
緩和する緩衝効果が大きいこと等の故に好適である。Ｂ
ａ０−Ａｌ２Ｏ２−３ｉｎ２系ガラスに対する添加成分
ばＣ’ａＯ，ＳｒＯ，ＭｇＯ。
焼結体に加わる熱応力を緩和する効果を付加的に有して
いるので、予熱温度を下げることを可能にする。薄層３
に使用するガラスとしては例えばＢａＯ−Ａ１２０３−
３ ｉ０２系ガラス、アルカリ硼珪酸ガラス、ソーダラ
イムガラスが挙げられる。Ｂａ０−Ａ １２．０３−３
ｉｏユ系ガラスで熱膨張係数や屈伏点が上記範囲内に
入るもの番よ、予熱温度がガラスの軟化点以上の高温と
なっても金属注湯時に不都合となる程に急激に粘度が低
下すること無く難流動性であること及び熱伝導率が低い
ために金属注湯時にジルコニア焼結体に加わる熱応力を
緩和する緩衝効果が大きいこと等の故に好適である。Ｂ
ａ０−Ａｌ２Ｏ２−３ｉｎ２系ガラスに対する添加成分
ばＣ’ａＯ，ＳｒＯ，ＭｇＯ。
Ｂ、２０３．アルカリ金属酸化物が良い。Ｃａｂ。
進する働きと焼結体に対する濡れ性を向上させる働きを
有する。薄ＩＦｉ３のガラスには機械的強度向上、熱膨
張係数の調整のためにジルコニア粉末等のフィラーを添
加しても良い。
有する。薄ＩＦｉ３のガラスには機械的強度向上、熱膨
張係数の調整のためにジルコニア粉末等のフィラーを添
加しても良い。
本発明複合体は以上の如く鋳造金属とジルコニア焼結体
との間にガラスの薄層を介在させたものであるので、焼
結体表面には金属鋳造時の灰色化は認められず、クラッ
クも存在しない。従って本発明複合体をエンジンの副室
内壁やシリンダーライナー等の製品に応用すれば信頼性
及び耐久性に優れたものとなるのである。
との間にガラスの薄層を介在させたものであるので、焼
結体表面には金属鋳造時の灰色化は認められず、クラッ
クも存在しない。従って本発明複合体をエンジンの副室
内壁やシリンダーライナー等の製品に応用すれば信頼性
及び耐久性に優れたものとなるのである。
実施例
第１表の°ｅル％組成のガラスが得られるように、Ｓ３
０ 、ＡＩ （Ｏｆ−１） Ｂ ａ Ｃｏ３． Ｈ３Ｂ
Ｏ３２３′ Ｃａ ＣＯ、Ｍ ｇ Ｃ０３を秤量し、常法に従ってラ
イカイ殿にて混合、アルミナルツボによって１４５０°
ｃ、５時間にて溶融し、これを水中に流し込んで急冷し
た後アルミナのボールミルによって微粉砕して平均粒径
５μｍのフリットとした。
０ 、ＡＩ （Ｏｆ−１） Ｂ ａ Ｃｏ３． Ｈ３Ｂ
Ｏ３２３′ Ｃａ ＣＯ、Ｍ ｇ Ｃ０３を秤量し、常法に従ってラ
イカイ殿にて混合、アルミナルツボによって１４５０°
ｃ、５時間にて溶融し、これを水中に流し込んで急冷し
た後アルミナのボールミルによって微粉砕して平均粒径
５μｍのフリットとした。
（Ｈられたフリットの熱特性を第２表に示す。
次に第２図に示す内径２４＋１＝１、外径３０謙曹、高
さ２２１のＰＳＺ焼粘体１の表面に上記フリットをディ
ッピング法によって塗布し、温度１２５０℃、保持時間
６０分の条件で焼き付けることによって厚さ１００μｍ
の薄層３を形成した。次いで焼結体１を中子４と共に鋳
型５の中に固定し、１１００℃に予熱した状態で、１４
００℃まで昇温した融点１３２０”Ｃのモネル合金を注
湯道６より注入し、放冷後中子４と鋳型５を取り除き、
複合体を製造した。焼結体表面を検査した処、灰色化も
クランクも認められなか−３た。
さ２２１のＰＳＺ焼粘体１の表面に上記フリットをディ
ッピング法によって塗布し、温度１２５０℃、保持時間
６０分の条件で焼き付けることによって厚さ１００μｍ
の薄層３を形成した。次いで焼結体１を中子４と共に鋳
型５の中に固定し、１１００℃に予熱した状態で、１４
００℃まで昇温した融点１３２０”Ｃのモネル合金を注
湯道６より注入し、放冷後中子４と鋳型５を取り除き、
複合体を製造した。焼結体表面を検査した処、灰色化も
クランクも認められなか−３た。
第１図は本発明複合体の一実施例を示す縦断面図、第２
図は本発明複合体の製造工程を示す図である。 １・・・・・・ジルコニア焼結体、２・・・・・・金属
、３・・・・・・薄層
図は本発明複合体の製造工程を示す図である。 １・・・・・・ジルコニア焼結体、２・・・・・・金属
、３・・・・・・薄層
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１１ジルコニア焼結体の外周を熱膨張係数が該ジルコ
ニア焼結体のそれより大きい金属で鋳造成形してなるも
のにおいて、該ジルコニア焼結体と該金属との間に熱膨
張係数が８〜１３ ｘ １ （１−６／ ”ｃの範囲内
にあるガラスの薄層が形成されていることを特徴とする
ジルコニア焼結体と金属との複合体。 （２）ジルコニア焼結体の外周をガラスで被覆した後に
予熱し、次いで金属で鋳造成形する方法において、該ガ
ラスの熱膨張係数が８〜１３Ｘ１０−′／℃の範囲内に
あり、予熱温度が該ガラスの流動点以下且つ該金属の融
点以下であることを特徴とするジルコニア焼結体と金属
との複合体の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16570083A JPS6056465A (ja) | 1983-09-08 | 1983-09-08 | ジルコニア焼結体と金属との複合体及びその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16570083A JPS6056465A (ja) | 1983-09-08 | 1983-09-08 | ジルコニア焼結体と金属との複合体及びその製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6056465A true JPS6056465A (ja) | 1985-04-02 |
| JPH0144427B2 JPH0144427B2 (ja) | 1989-09-27 |
Family
ID=15817386
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16570083A Granted JPS6056465A (ja) | 1983-09-08 | 1983-09-08 | ジルコニア焼結体と金属との複合体及びその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6056465A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4739818A (en) * | 1986-03-10 | 1988-04-26 | Johnson Matthey Public Limited Company | Casting transition metal alloy containing rare earth metal |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53113722A (en) * | 1977-03-16 | 1978-10-04 | Kubota Ltd | Internal chill method of material in steel |
| JPS5639161A (en) * | 1979-09-06 | 1981-04-14 | Nissan Motor Co Ltd | Insert method |
| JPS5686663A (en) * | 1979-12-17 | 1981-07-14 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Method of mounting detecting end for molten steel level in mold on mold |
-
1983
- 1983-09-08 JP JP16570083A patent/JPS6056465A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53113722A (en) * | 1977-03-16 | 1978-10-04 | Kubota Ltd | Internal chill method of material in steel |
| JPS5639161A (en) * | 1979-09-06 | 1981-04-14 | Nissan Motor Co Ltd | Insert method |
| JPS5686663A (en) * | 1979-12-17 | 1981-07-14 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Method of mounting detecting end for molten steel level in mold on mold |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4739818A (en) * | 1986-03-10 | 1988-04-26 | Johnson Matthey Public Limited Company | Casting transition metal alloy containing rare earth metal |
| US4824735A (en) * | 1986-03-10 | 1989-04-25 | Johnson Matthey Public Limited Company | Casting transition metal alloy containing rare earth metal |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0144427B2 (ja) | 1989-09-27 |
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