JPS61127847A - Heat movement regulated type composite material - Google Patents

Heat movement regulated type composite material

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JPS61127847A
JPS61127847A JP24834984A JP24834984A JPS61127847A JP S61127847 A JPS61127847 A JP S61127847A JP 24834984 A JP24834984 A JP 24834984A JP 24834984 A JP24834984 A JP 24834984A JP S61127847 A JPS61127847 A JP S61127847A
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honeycomb body
ceramic
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ceramic honeycomb
metal
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Abstract

PURPOSE:To manufacture the titled material under superior productivity, by casting molten mother material metal into ceramic honeycomb body having a specified shape. CONSTITUTION:A honeycomb body 13 having triangle or octagonal shaped many cells and >=30% porocity is formed with powders or fibers or ceramic having small thermal conductivity. The body 13 is set in mold, molten metal such as Al alloy is cast, pressed statically, and solidified. Not only an Al alloy mother material 12 is packed into each polygons shaped cell of the body 13, but it is permeated even into pores at gap of particle or fiber in said body, and composite material in which the body 13 and the metal 12 are composited in one body is obtd. The titled composite material 11 having small thermal conductivity in Z direction in accordance with cell direction of the body 13 having small thermal conductivity is obtd.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、熱移動規制型複合材料に関し1例えば自動
車用燃焼機関や化学反応装置などの部品として利用され
、とくに部材中における熱流移動方向を効果的に規制し
あるいはその移動方向を任意にかつ部分的に規制するの
に適した熱移動規制型複合材料に関するものである。
Detailed Description of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention relates to heat transfer controlled composite materials, which are used as parts of automobile combustion engines, chemical reaction devices, etc. The present invention relates to a heat transfer restricted composite material suitable for effectively restricting or arbitrarily and partially restricting its movement direction.

(従来技術) 一般に、機械構造物用の部材においては1部分的にその
構成材料自体からは得られない特別な特性を要求される
ことが多い。
(Prior Art) In general, members for mechanical structures are often required to have some special properties that cannot be obtained from the constituent materials themselves.

例えば、内燃機関用のピストンなどは、その軽量化が要
求されるために1通常は、アルミニウムやマグネシウム
などの軽金属材料が用いられている。しかし、これらの
軽金属材料は融点が低くかつ耐熱性があまり良くないた
め、とくに高出力型のピストンの場合には、■ff動部
となるピストンリング溝周辺の耐熱性向上もしくは■断
熱による熱負荷の低減が要求される。
For example, pistons for internal combustion engines are required to be lightweight, so light metal materials such as aluminum and magnesium are usually used. However, these light metal materials have low melting points and poor heat resistance, so in the case of high-output pistons in particular, it is necessary to improve the heat resistance around the piston ring groove, which is the moving part, or to heat load through insulation. reduction is required.

そこで、その対策としては、前記■に示す耐熱性向上の
ために、第7図に示すような形状のピストン1において
、第1ピストンリング溝2の周辺にニレジスト鋳鉄製の
耐摩環3を配設する方法や、第8図に示すように、第1
ピストンリング溝2の周辺およびその上方部分に、特開
昭52−66222号公報に記載されているようにセラ
ミックス繊維強化部材4を配設する方法がある。
Therefore, as a countermeasure to this problem, in order to improve the heat resistance as shown in (1) above, in the piston 1 having the shape shown in FIG. As shown in Figure 8,
There is a method of arranging a ceramic fiber reinforced member 4 around and above the piston ring groove 2, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 52-66222.

しかしながら、前者のニレジスト鋳鉄製の耐摩環3を配
設する場合において、このニレジスト鋳鉄は耐熱性に優
れるものの、ピストン1の素材であるアルミニウム合金
(例えばJIS:AC8A)の比重2,7に対してこの
ニレジスト鋳鉄の比重が7.6であるため、ピストン1
の重量が増大するという問題がある。
However, in the case of disposing the wear ring 3 made of the former Niresist cast iron, although this Niresist cast iron has excellent heat resistance, the specific gravity of the aluminum alloy (for example, JIS: AC8A) that is the material of the piston 1 is 2.7 Since the specific gravity of this Niresist cast iron is 7.6, the piston 1
There is a problem that the weight of the machine increases.

また、後者のセラミックス繊維強化部材4を配設する場
合には、ピストンリング溝2の付近における耐熱性を向
上させようとしたものであるが、耐熱性を十分なものと
するために、前記m維強化部分におけるセラミックス繊
維の含有量を多くすると、ピストン1の素材との間で熱
膨張収縮差が著しく異なることとなって、運転時等の熱
サイクル下では、前記強化部材4の部分とピストン1の
素材部分との界面で剥離などの問題が生じやすくなるの
で、前記強化部材4中の繊維の含有量を多くすることが
できず、したがって、セラミックス繊維強化部材4を配
設することによる耐熱性向上には限界があり、多くは期
待できないという問題があった。
In addition, in the latter case where the ceramic fiber reinforced member 4 is provided, the heat resistance in the vicinity of the piston ring groove 2 is attempted to be improved. If the content of ceramic fibers in the fiber-reinforced portion is increased, the difference in thermal expansion and contraction between the material of the piston 1 and the material of the piston 1 will be significantly different, and under thermal cycles such as during operation, the portion of the reinforcing member 4 and the piston It is not possible to increase the content of fibers in the reinforcing member 4 because problems such as peeling tend to occur at the interface with the material part 1. The problem was that there were limits to sexual improvement, and much could not be expected.

他方、前記■に示した断熱による熱負荷低減のために、
第9図および第10図に示すように、ピストン1のピス
トンヘッド冠面にセラミックスや耐火金属などからなる
#熱性および断熱性に優れた材料を設けて、ピストン1
へ流入する熱量そのものを低下させようという試みが種
々なされている。これらのうち第9図に示すものは、セ
ラミックス平板体5をあらかじめ成形加工しておき、こ
の平板体5をボルト締めやかしめ固定などによってピス
トン1のヘッド部分に結合する方法であり、第1θ図に
示すものは、溶射や陽極酸化等の表面被覆法によりピス
トン1のヘッド部分にセラミックス被覆層6を設ける方
法である。
On the other hand, in order to reduce the heat load due to insulation as shown in (■) above,
As shown in FIGS. 9 and 10, a material with excellent heat and heat insulation properties such as ceramics or refractory metal is provided on the piston head crown surface of the piston 1.
Various attempts have been made to reduce the amount of heat flowing into the air. Among these, the method shown in FIG. 9 is a method in which a ceramic flat plate body 5 is formed in advance and this flat plate body 5 is connected to the head portion of the piston 1 by bolting or caulking. 1 is a method of providing a ceramic coating layer 6 on the head portion of the piston 1 by a surface coating method such as thermal spraying or anodic oxidation.

しかしながら、第9図に示した方法においては、平板体
5を形成するセラミックスは一般に熱膨張率がピストン
1を形成するアルミニウム合金等の熱膨張率と大きく異
なることから、使用中にセラミックス平板体5に亀裂が
生じたり、破損したすしやすく、したがって耐久性を高
めることが非常に困難であるという欠点を有している。
However, in the method shown in FIG. 9, since the coefficient of thermal expansion of the ceramic forming the flat plate 5 is generally significantly different from that of the aluminum alloy, etc. forming the piston 1, the ceramic flat plate 5 is It has the disadvantage that it is easily cracked or damaged, and therefore it is very difficult to increase its durability.

さらに、セラミックス平板体5は加工性が劣るため、所
定の形状に仕上げるためのコストが高くつくという欠点
もある。
Furthermore, since the ceramic flat plate body 5 has poor workability, it also has the disadvantage that the cost for finishing it into a predetermined shape is high.

一方、第10図に示した表面被覆法においては、例えば
陽極酸化等による場合には、せいぜい0.1■程度まで
しか厚くすることができず、この程度の厚みでは十分な
断熱性および耐火性が得られないという欠点がある。ま
た、溶射法においては、膜厚を2+am程度まで厚くす
ることは可能であるが、この場合には、前述のセラミッ
クス平板体5を用いた場合と同様に、ピストン1との熱
膨張差によって、使用中にセラミックス被覆層6に亀裂
や剥離を生じて耐久性に劣るという欠点を有しているの
が実情である。
On the other hand, in the surface coating method shown in Figure 10, for example, when using anodization, the thickness can only be increased to about 0.1 cm at most, and this thickness does not provide sufficient heat insulation and fire resistance. The disadvantage is that it cannot be obtained. In addition, in the thermal spraying method, it is possible to increase the film thickness to about 2+am, but in this case, due to the difference in thermal expansion with the piston 1, as in the case of using the ceramic flat plate 5 described above, The reality is that the ceramic coating layer 6 cracks and peels during use, resulting in poor durability.

したがって、このような背景のもとに、熱流の移動方向
を規制することにより、所要部分の熱負荷の低減が可能
である材料の開発が要求されていた。
Therefore, based on this background, there has been a demand for the development of a material that can reduce the heat load on required parts by regulating the direction of movement of heat flow.

(発明の目的) この発明は、以上述べた実情に鑑みてなされたもので、
熱流の移動方向を規制することが可能であり、あるいは
熱流の移動方向を任意にかつ部分的に規制することが可
能であり、しかも耐久性ならびに生産性等の良好な複合
材料を提供することを目的とするものである。
(Object of the invention) This invention was made in view of the above-mentioned circumstances.
It is possible to control the direction of movement of heat flow, or to arbitrarily and partially control the direction of movement of heat flow, and to provide a composite material with good durability and productivity. This is the purpose.

(発明の構成) この発明による熱移動規制型複合材料は、母材金属と、
前記母材金属よりも熱伝導率の低いセラミックス粒子あ
るいはセラミックスta維等からなるセラミックスハニ
カム体を複合化することにより、熱流の移動方向を規制
したり、熱流の移動方向を任意に変えたりすることがで
きるようにしたことを特徴とするものであり、より望ま
しくはその一実施態様において、セラミックスハニカム
体の内部の気孔率を30パ一セント以上とし、セラミッ
クスハニカム体内部の気孔に、前記母材金属を浸透させ
ることにより、熱膨張差による界面剥離などを防止でき
るようにしたことを特徴とするものである。
(Structure of the Invention) The heat transfer controlled composite material according to the present invention includes a base metal,
By combining a ceramic honeycomb body made of ceramic particles or ceramic TA fibers with lower thermal conductivity than the base metal, the direction of movement of heat flow can be regulated or the direction of movement of heat flow can be arbitrarily changed. More preferably, in one embodiment, the porosity inside the ceramic honeycomb body is 30 percent or more, and the pores inside the ceramic honeycomb body are filled with the base material. It is characterized by being able to prevent interfacial peeling due to differences in thermal expansion by impregnating the metal.

この発明による熱移動規制型複合材料を製造するに際し
ては例えば、鋳型内部の所要箇所にセラミックス粒子お
よび(または)セラミックス繊維等からなるより望まし
くは30パ一セント以上の気孔率を有するセラミックス
ハニカム体を配置した状態で、前記鋳型内に母材金属溶
湯を供給し、この溶湯に静水圧的加圧力を加えることに
より前記セラミックスハニカム体の各セル内部に母材金
属溶湯を充填させると共に、さらには前記セラミックス
ハニカム体内部の気孔にまで上記母材金属溶湯を浸透さ
せ、セラミックスハニカム体と、母材金属とを十分に結
合させるようにする。
When manufacturing the heat transfer controlled composite material according to the present invention, for example, a ceramic honeycomb body made of ceramic particles and/or ceramic fibers, preferably having a porosity of 30 percent or more, is placed at a required location inside the mold. In the arranged state, a base metal molten metal is supplied into the mold, and by applying hydrostatic pressurizing force to the molten metal, each cell of the ceramic honeycomb body is filled with the base metal molten metal. The base metal molten metal is allowed to penetrate into the pores inside the ceramic honeycomb body to sufficiently bond the ceramic honeycomb body and the base metal.

第1図はこの発明の一実施態様による熱移動規制型複合
材料の部分説明図であって、この熱移動規制型複合材料
11は、母材金属12と、セラミックスハニカム体13
とを複合して一体化したものである。
FIG. 1 is a partial explanatory diagram of a heat transfer restricted composite material according to an embodiment of the present invention, and this heat transfer restricted composite material 11 includes a base metal 12 and a ceramic honeycomb body 13.
It is a combination of the two.

このような構造の複合材料11において、母材金属12
としては、この複合材料11を使用する部品として要求
される特性に応じた金属材料を選択すれば良い。また、
この母材金属12として使用される金属材料は、セラミ
ックスハニカム体13と複合一体化されるものであるか
ら、当該セラミックスハニカム体13との複合性が良好
なものを選択することが望ましい。そして、このような
母材金属12としては、例えば、アルミニウム系金属、
マグネシウム系金属、銅系金属、亜鉛系金属、鉄系金属
等が用いられる。
In the composite material 11 having such a structure, the base metal 12
Therefore, it is sufficient to select a metal material according to the characteristics required for a part using this composite material 11. Also,
Since the metal material used as the base metal 12 is to be compositely integrated with the ceramic honeycomb body 13, it is desirable to select a metal material that has good composite properties with the ceramic honeycomb body 13. As such a base metal 12, for example, an aluminum metal,
Magnesium-based metals, copper-based metals, zinc-based metals, iron-based metals, etc. are used.

一方、セラミックスハニカム体13は、後述するように
、セラミックス粒子あるいはセラミックス繊維などから
形成されるものであり、このセラミックス粒子あるいは
セラミックス繊維は前記母材金属12よりも熱伝導率の
低いものから選択される。このセラミックスハニカム体
13は、例えば第2図に示すように、通常において意味
するところの各セルが六角形状をなすハチの柔構造体で
あるものを使用することができるが、この発明において
は、このような六角形状をなすものに限定されず、一体
構造体であれば各セル形状は、三角形状、四角形状、五
角形状、六角形状、などの様な形状でもかまわないもの
である。
On the other hand, the ceramic honeycomb body 13 is formed from ceramic particles or ceramic fibers, as described later, and the ceramic particles or ceramic fibers are selected from those having lower thermal conductivity than the base metal 12. Ru. The ceramic honeycomb body 13 can be a flexible honeycomb structure in which each cell has a hexagonal shape in the usual sense, as shown in FIG. 2, for example, but in the present invention, The shape of each cell is not limited to such a hexagonal shape, but may be a triangular, square, pentagonal, hexagonal, or other shape as long as it is an integral structure.

また、セラミックスハニカム体13の気孔率は、3 Q
 バーセント以上であるものとすることがより望ましい
。この理由は、セラミックスハニカム体13の気孔率が
小さすぎる場合には、前記母材金属12が前記セラミッ
クスハニカム体13の内部へ浸透するのが困難となり、
母材金属12とセラミックスハニカム体13との界面で
熱サイクル下における界面剥離などが生じて耐久性上の
問題が起きるばかりでなく、セラミックスハニカム体1
3の加工性が悪くなるため、所定の形状に仕上げる際に
コスト高となる傾向が出てくることによる。
Furthermore, the porosity of the ceramic honeycomb body 13 is 3Q
It is more desirable that it be equal to or higher than the percent. The reason for this is that if the porosity of the ceramic honeycomb body 13 is too small, it becomes difficult for the base metal 12 to penetrate into the inside of the ceramic honeycomb body 13.
Not only does interfacial peeling occur at the interface between the base metal 12 and the ceramic honeycomb body 13 under thermal cycling, which causes durability problems, but also
This is because the processability of No. 3 deteriorates, which tends to increase costs when finishing into a predetermined shape.

この発明による熱移動規制型複合材料11は、前述のよ
うに、母材金属12とセラミックスハニカム体13とを
複合一体化させることにより、母材金属12の内部に、
前記母材金属12よりも熱伝導度の低いハニカム状の壁
が配置されたこととなり、これによって、熱流の移動を
第1図におけるZ方向、すなわち、セラミックスハニカ
ム体13のセル方向に移動しやすくすると共に、X−Y
平面方向へは移動しにくいようにするものとなる。
As described above, the heat transfer-regulated composite material 11 according to the present invention has a structure in which the base metal 12 and the ceramic honeycomb body 13 are integrated into a composite body.
A honeycomb-shaped wall having a lower thermal conductivity than the base metal 12 is disposed, which facilitates the movement of heat flow in the Z direction in FIG. 1, that is, in the cell direction of the ceramic honeycomb body 13. At the same time, X-Y
This makes it difficult to move in the plane direction.

このような構成の熱移動規制型複合材料11を製造する
ための具体的工程としては種々のものが考えられるが、
それらのうちのより好ましい製造例について説明する。
Various specific processes can be considered for manufacturing the heat transfer-regulated composite material 11 having such a configuration.
Among them, more preferable manufacturing examples will be explained.

まず、あらかじめ、熱伝導率の低いセラミックス粒子お
よび/またはセラミックス繊維からなりかつ第2図に示
した形状を有するセラミックスハニカム体13を製造す
る。この際、セラミックスハニカム体13の内部におけ
る気孔率は30%以上となるようにすることが望ましく
、このため、押出成形法による場合にはセラミックスよ
りなる押出原料中の粘結剤などの量を制御する。そして
、このセラミックスハニカム体13を最終製品における
ハニカム複合化部分の寸法および形状に加工しておく。
First, a ceramic honeycomb body 13 made of ceramic particles and/or ceramic fibers with low thermal conductivity and having the shape shown in FIG. 2 is manufactured in advance. At this time, it is desirable that the porosity inside the ceramic honeycomb body 13 be 30% or more, and for this reason, when extrusion molding is used, the amount of binder etc. in the extruded raw material made of ceramics is controlled. do. Then, this ceramic honeycomb body 13 is processed into the size and shape of the honeycomb composite part in the final product.

次いで、このセラミックスハニカム体13を鋳型内面の
所定箇所、すなわち最終製品における複合化の位置に対
応する部分に配置し、その状態でアルミニウム合金溶湯
などの金属溶湯を鋳型内に注湯して静水圧的に加圧する
。これによって、セラミックスハニカム体13の各セル
部分に金属溶湯が充填されるのみならず、セラミックス
ハニカム体13中の粒子間隙あるいは繊維間隙にまで、
換言すればセラミックスハニカム体13中の気孔内部に
まで金属溶湯が浸透し、凝固後に鋳型内から鋳造品を取
り出せば、鋳造品の所定箇所(一部または全体)に前記
セラミックスハニカム体13と母材金属12とが十分に
複合一体化されたものが得られる。
Next, this ceramic honeycomb body 13 is placed at a predetermined location on the inner surface of the mold, that is, at a portion corresponding to the composite position in the final product, and in this state, molten metal such as aluminum alloy is poured into the mold and hydrostatic pressure is applied. Apply pressure. As a result, not only each cell portion of the ceramic honeycomb body 13 is filled with molten metal, but also the gaps between particles or fibers in the ceramic honeycomb body 13 are filled with the molten metal.
In other words, the molten metal penetrates into the pores in the ceramic honeycomb body 13, and when the cast product is taken out from the mold after solidification, the ceramic honeycomb body 13 and the base material are mixed at a predetermined location (in part or in whole) of the cast product. A material in which the metal 12 is sufficiently integrated is obtained.

次いで、必要に応じて前記鋳造品を機械加工することに
よってこの発明による熱移動規制型複合材料11を用い
た製品が得られる。
Next, by machining the cast product as necessary, a product using the heat transfer controlled composite material 11 according to the present invention is obtained.

上述のような製造方法においては、母材金属12とセラ
ミックスハニカム体13とが一体的に複合化され、しか
もセラミックスハニカム体13のセル中の金属とセラミ
ックスハニカム体13の気孔中の金属と力(連続するた
め、セラミックスハニカム体13と母材金属12との間
での結合強度が著しく高く、従来のように接触界面での
剥離のおそれもかなり小さく、また製造上も工数が少な
くなって有利である。そしてまた、セラミックスハニカ
ム体13を機械加工することによって鋳型内に配置する
前記セラミックスハニカム体13のセル方向を任意に定
めることができるので、熱流の移動方向を規制したり、
熱流の移動方向を任意に変えたりすることが容易に可能
である。
In the manufacturing method as described above, the base metal 12 and the ceramic honeycomb body 13 are integrally composited, and the metal in the cells of the ceramic honeycomb body 13 and the metal in the pores of the ceramic honeycomb body 13 interact with each other ( Because it is continuous, the bonding strength between the ceramic honeycomb body 13 and the base metal 12 is extremely high, and there is considerably less risk of peeling at the contact interface unlike in the past, and it is also advantageous in terms of manufacturing because it requires fewer man-hours. Furthermore, by machining the ceramic honeycomb body 13, the cell direction of the ceramic honeycomb body 13 placed in the mold can be arbitrarily determined, so that the direction of movement of heat flow can be regulated.
It is easily possible to arbitrarily change the direction of movement of heat flow.

(実施例) 以下に、この発明の実施例を示す。(Example) Examples of this invention are shown below.

〈実施例1〉 コーディエライト(組成; 2Mg0・2A1203・
5Si02)製のセラミックスハニカム体(セル形状:
四角形、セル数=400ケ/1nch2.壁厚:0.1
5mm、気孔率=35%)を製作したのち、直径100
+am、厚さ25mmの円盤状に加工した。次いでこれ
を直径100m11の鋳造空間を有する鋳型内面に配置
して前記鋳造空間内にJIS  ACIAのアルミニウ
ム合金溶湯を注ぎ、前記合金溶湯を加圧する高圧凝固鋳
造法によって直径loomm、厚さ50m5+の金属ブ
ロックを作製した。
<Example 1> Cordierite (composition; 2Mg0・2A1203・
5Si02) ceramic honeycomb body (cell shape:
Rectangle, number of cells = 400 cells/1nch2. Wall thickness: 0.1
5mm, porosity = 35%), and then a diameter of 100mm.
+am, and processed into a disk shape with a thickness of 25 mm. Next, this was placed on the inner surface of a mold having a casting space of 100 m in diameter, and a JIS ACIA aluminum alloy molten metal was poured into the casting space, and a metal block with a diameter of loom mm and a thickness of 50 m was created.

次に、上記金属ブロックのハニカム複合部より熱伝導試
験片を切り出して熱伝導率を測定したところ、第1図に
おける(ただし、この実施例では四角形状のセル)Z方
向(垂直方向)において20 cal /cms se
c * ”0 、 X方向(水平方向)において4 c
al / CIl@ sec @ ’0であった。また
、ACIA合金自体の熱伝導率は28 cat / c
m++Sec・℃であった。したがって、このような特
性から、熱流はZ方向すなわちハニカム体のセル方向に
移動しやすく、x−Y平面方向には移動しにくいもので
あることが確かめられた。
Next, a thermal conductivity test piece was cut out from the honeycomb composite part of the metal block and the thermal conductivity was measured. cal/cmsse
c * “0, 4 c in the X direction (horizontal direction)
al/CIl@sec@'0. Also, the thermal conductivity of ACIA alloy itself is 28 cat/c
m++Sec・℃. Therefore, based on these characteristics, it was confirmed that the heat flow easily moves in the Z direction, that is, in the cell direction of the honeycomb body, and is difficult to move in the x-y plane direction.

また、上記金属ブロックのX−Y方向における金属組織
を調べたところ、第3図に示す結果が得られ、セラミッ
クスハニカム体の気孔部分に母材金属が十分に浸透して
いることが確認された。
Furthermore, when the metal structure of the metal block was examined in the X-Y direction, the results shown in Figure 3 were obtained, confirming that the base metal had sufficiently penetrated into the pores of the ceramic honeycomb body. .

〈実施例?〉 この実施例では、94重量パーセントA!;Lz03−
4ffrffi%パーセン)Si02なる組成を有する
平均繊維長250庚m、tJiJ維径3ルmの短繊維セ
ラミックス繊維と、平均粒子径0.087zmのα−A
2203粒子、およびパラフィンワックスを混練し、押
出成形法によりセラミックスハニカム体を製作した。
<Example? > In this example, 94 weight percent A! ;Lz03-
Short fiber ceramic fibers having a composition of Si02 (4ffrffi%%) with an average fiber length of 250 zm and a tJiJ fiber diameter of 3 m, and α-A with an average particle size of 0.087 zm
2203 particles and paraffin wax were kneaded and a ceramic honeycomb body was manufactured by extrusion molding.

次いで、得られたセラミックスハニカム体を1200℃
で焼成したものは、当該ハニカム体中において繊維の占
める割合が5体積パーセント。
Next, the obtained ceramic honeycomb body was heated to 1200°C.
The ratio of fibers in the honeycomb body is 5% by volume.

粒子の占める割合が45体積パーセント、残部50パー
セントが気孔であった。
The ratio occupied by particles was 45% by volume, and the remaining 50% was pores.

次に、上記セラミックスハニカム体をピストン製造用高
圧凝固鋳造金型のピストンヘッド部に配置し、続いて前
記金型内にJIS  AC8Aのアルミニウム合金溶湯
を供給し、この合金溶湯を加圧することによって、第4
図に示すように、ヘッド部分にセラミックスハニカム体
13を有するピストン粗材15を作製した。次いで全体
を同じく第4図の加工縁立に沿って機械加工することに
より内燃機関用のピストンを製作した。
Next, the ceramic honeycomb body is placed in the piston head of a high-pressure solidification casting mold for producing pistons, and then a JIS AC8A molten aluminum alloy is supplied into the mold, and this molten alloy is pressurized. Fourth
As shown in the figure, a piston rough material 15 having a ceramic honeycomb body 13 in the head portion was produced. Next, a piston for an internal combustion engine was manufactured by machining the entire body along the machining edges shown in FIG.

続いて、このようにして得たピストンをガソリンエンジ
ンに組み込んで次のような実種試験を行い、ピストンの
性能および耐久性を調べた。すなわち、4気筒2000
ccのガソリンエンジンにおいて、420Orpm20
分間およびアイドリング運転10分間を交互に行って合
計200時間運転し、第1およびt52リング溝周りの
温度を調べ、またピストンヘッド部のハニカム複合部分
の状況を観察した。なお、リング溝周りの温度は焼もど
し硬さ法により調べた。その結果を第5図に示す、第5
図に示すように、第1リング溝周りの温度は約230〜
240℃であった。さらに、ピストンヘッド部のハニカ
ム複合部をカラーチェック法で調べたが何んら異常はな
かった。
Subsequently, the piston thus obtained was installed in a gasoline engine and the following actual test was conducted to examine the performance and durability of the piston. That is, 4 cylinder 2000
In a cc gasoline engine, 420Orpm20
The engine was operated for a total of 200 hours by alternating periods of 10 minutes and 10 minutes of idling, and the temperatures around the first and t52 ring grooves were checked, and the condition of the honeycomb composite portion of the piston head was also observed. Note that the temperature around the ring groove was investigated by the tempering hardness method. The results are shown in Figure 5.
As shown in the figure, the temperature around the first ring groove is about 230~
The temperature was 240°C. Furthermore, the honeycomb composite part of the piston head was examined using a color check method, but no abnormalities were found.

(比較例) セラミックスハニカム体をピストン製造用鋳造金型内に
配置せずに実施例2とほぼ同様にしてピストン粗材を作
成し、機械加工を施したのち実施例2と同様の実機試験
を行った。この温度測定結果を第6図に示す。第6図に
示すように、第1リング溝周りの温度は約240〜26
0℃であった。
(Comparative example) A piston rough material was created in almost the same manner as in Example 2 without placing the ceramic honeycomb body in a casting mold for piston production, and after being machined, an actual machine test similar to that in Example 2 was conducted. went. The temperature measurement results are shown in FIG. As shown in Figure 6, the temperature around the first ring groove is approximately 240~26
It was 0°C.

第5図および第6図に示す結果から、この発明による熱
移動規制型複合材料は、十分にその機能を果しているこ
とが明らかである。すなわち、第6図の結果と比較して
、第5図の温度測定結果の方が低いのは、セラミックス
ハニカム体の複合部分に浸入する!*!量がリング溝の
方向へあまり移動セス、ハニカム体のセル方向すなわち
ピストン冠面の裏側へより多く移動し、ピストン冠面の
裏側より放出されるため、このような結果になったもの
と考えられる。
From the results shown in FIGS. 5 and 6, it is clear that the heat transfer controlled composite material according to the present invention satisfactorily fulfills its function. In other words, the reason why the temperature measurement result in FIG. 5 is lower than the result in FIG. 6 is that it penetrates into the composite part of the ceramic honeycomb body! *! This result is thought to be because the amount moves less toward the ring groove, moves more toward the cells of the honeycomb body, that is, toward the back side of the piston crown surface, and is released from the back side of the piston crown surface. .

また、このようにセラミックスハニカム体をピストン冠
面に複合化させることは、セラミックスが一般に金属よ
りも低熱膨張率を有しかつ高硬度であることから、前記
ピストン冠面の低熱膨張化ならびに耐圧強度の向上など
を実現することができるという利点がある。
In addition, since ceramics generally have a lower coefficient of thermal expansion and higher hardness than metals, combining the ceramic honeycomb body with the piston crown surface in this way reduces the thermal expansion and increases the pressure resistance of the piston crown surface. This has the advantage that it is possible to achieve improvements such as improvements in performance.

なお、前記実施例1,2においては、母材金属としてア
ルミニウム合金を用いた場合について示したが、マグネ
シウム合金や銅合金などを用いた場合も同様に実施し得
ることは明らかである。
In Examples 1 and 2, an aluminum alloy is used as the base metal, but it is clear that the same method can be used when a magnesium alloy, a copper alloy, or the like is used.

なおまた、上記実施例においては、ピストンヘッドに適
用した場合について示したが、この発明による熱移動規
制型複合材料はその他シリンダヘッド、シリンダブロッ
クなどの自動車部品、さらには非自動車部品において種
々の用途に適用可能である。
In addition, although the above embodiments show the case where it is applied to a piston head, the heat transfer controlled composite material according to the present invention can be used in various other automobile parts such as cylinder heads and cylinder blocks, as well as in non-automobile parts. Applicable to

(発明の効果) 以上説明してきたように、この発明にょる熱移動規制型
複合材料は、母材金属と、前記母材金属よりも熱伝導率
の低いセラミックスハニカム体とを複合化したものであ
るから、部材における熱流の移動方向を効果的に規制す
ることが可能であり、あるいはまた、熱流の移動方向を
任意にかつ部分的に規制することが可能であり、セラミ
ックスハニカム体の気孔内に浸入した母材金属と、セラ
ミックスハニカム体のセル中にある母材金属とが一体化
しているため、熱サイクルなどに対しても優れた耐久性
を示すものである。加えて、このような優れた特性を有
する複合材料を比較的簡単かつ容易に製造することがで
きるので製造性にも優れた複合材料であるという著大な
る効果がもたらされる。
(Effects of the Invention) As explained above, the heat transfer controlled composite material according to the present invention is a composite of a base metal and a ceramic honeycomb body having a lower thermal conductivity than the base metal. Because of this, it is possible to effectively restrict the direction of movement of heat flow in the member, or it is also possible to arbitrarily and partially restrict the direction of movement of heat flow. Because the infiltrated base metal and the base metal in the cells of the ceramic honeycomb body are integrated, it exhibits excellent durability against thermal cycles. In addition, since a composite material having such excellent properties can be manufactured relatively simply and easily, a significant effect is brought about in that the composite material has excellent manufacturability.

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

第1図はこの発明の一実施態様による熱移動規制型複合
材料の構成を示す斜面説明図、第2rI!Jは同じくセ
ラミックスハニカム体の構造例を示す斜面説明図、第3
図はこの実施例において製造した熱移動規制型複合材料
の第1図x−y方向における金属組織を示す拡大写真、
第4図はこの発明の実施例において製造したピストン粗
材の特にピストン冠部におけるセラミックスハニカム体
の複合化状態を示す説明図、第5図はこの発明の実施例
において製作したピストンの温度分布測定結果を示す説
明図、第6図は比較例である従来ピストンの温度分布測
定結果を示す説明図、第7図は第1ビヌトンリング溝周
りにニレジスト鋳鉄製耐摩環を配設した従来のピストン
の断面説明図、第8図は第1ピストンリング溝周りおよ
びその上部に繊維強化を施した従来のピストンの断面説
明図、第9図はピストンヘッドにセラミックス平板体を
配設した従来のピストンの断面説明図、第10図はピス
トンヘッドにセラミックス被覆を施した従来のピストン
の断面説明図である。 11・・・熱移動規制型複合材料、 12・・・母材金属。 13・・・セラミックスハニカム体。 特許出願人  日産自動車株式会社 代理人弁理士 小  塩   豊 13  eラミ1.Δ又ハニカ乙イネ 第3図 (X100) 第5図 第6図 第7図 第8図 第9図 第10図 手糸完有1j正τ、(2 昭和60年01月09日 特許庁長官  志 賀   学 殿 1、事件の表示 昭和59年特許願第248349号 2、発明の名称 熱移動規制型複合材料 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 氏名(名称) (3913)日産自動車株式会社4、代
理人 住所(居所)〒104東京都中央区銀座二丁目8番9号
木挽館銀座ビル 電話03(587)2761番(代表
)重厚03(5B?)7933番(Glll)6、補正
により増加する発明の数 7、補正の対象 図面の第3図 8、補正の内容 図面の第3図を別紙のとおり訂正する。 (×10■
FIG. 1 is an explanatory diagram of a slope showing the structure of a heat transfer-regulated composite material according to an embodiment of the present invention, 2nd rI! J is also a slope explanatory diagram showing an example of the structure of a ceramic honeycomb body, the third
The figure is an enlarged photograph showing the metal structure in the x-y direction of Figure 1 of the heat transfer controlled composite material manufactured in this example.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the composite state of the ceramic honeycomb body, especially in the piston crown, of the piston rough material manufactured in the example of this invention, and FIG. 5 is a temperature distribution measurement of the piston manufactured in the example of this invention An explanatory diagram showing the results. Figure 6 is an explanatory diagram showing the temperature distribution measurement results of a conventional piston as a comparative example. Figure 7 is a cross section of a conventional piston in which a wear-resistant ring made of Niresist cast iron is arranged around the first binuton ring groove. Figure 8 is a cross-sectional diagram of a conventional piston in which fiber reinforcement is applied around and above the first piston ring groove, and Figure 9 is a cross-sectional diagram of a conventional piston in which a ceramic flat plate is disposed in the piston head. 10 are explanatory cross-sectional views of a conventional piston whose piston head is coated with ceramics. 11... Heat transfer controlled composite material, 12... Base metal. 13... Ceramic honeycomb body. Patent Applicant Nissan Motor Co., Ltd. Representative Patent Attorney Yutaka Oshio 13 eLami 1. ΔAlso Honeycomb Fig. 3 (X100) Fig. 5 Fig. 6 Fig. 7 Fig. 8 Fig. 9 Fig. 10 Manabu Ka 1, Indication of the case 1982 Patent Application No. 248349 2, Name of the invention Heat transfer controlled composite material 3, Relationship with the person making the amendment Name of patent applicant (name) (3913) Nissan Motor Co., Ltd. Company 4, agent address (residence) Kobikikan Ginza Building, 2-8-9 Ginza, Chuo-ku, Tokyo 104 Telephone: 03 (587) 2761 (Representative) 03 (5B?) 7933 (Gllll) 6, Correction The number of inventions increased by 7, the drawings to be amended in Figure 3, 8, and the contents of the amendment in Figure 3 are corrected as shown in the attached sheet. (×10■

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)母材金属と、前記母材金属よりも熱伝導率の低い
セラミックスハニカム体とを複合化したことを特徴とす
る熱移動規制型複合材料。
(1) A heat transfer-regulated composite material comprising a base metal and a ceramic honeycomb body having a lower thermal conductivity than the base metal.
(2)セラミックスハニカム体の気孔率が30%以上で
あり、前記ハニカム体の気孔内部に母材金属が浸透して
いる特許請求の範囲第(1)項記載の熱移動規制型複合
材料。
(2) The heat transfer controlled composite material according to claim (1), wherein the ceramic honeycomb body has a porosity of 30% or more, and the base metal penetrates into the pores of the honeycomb body.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0546206U (en) * 1991-11-26 1993-06-22 ヤンマー農機株式会社 Fertilizer pushing device for ridge stand multi-tasking machine
US5620804A (en) * 1988-11-10 1997-04-15 Lanxide Technology Company, Lp Metal matrix composite bodies containing three-dimensionally interconnected co-matrices
JP2014227859A (en) * 2013-05-20 2014-12-08 トヨタ自動車株式会社 Piston of internal combustion engine
WO2017176935A1 (en) * 2016-04-05 2017-10-12 Federal-Mogul Llc Piston with thermally insulating insert and method of construction thereof

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50156510A (en) * 1974-06-11 1975-12-17
JPS5460306A (en) * 1977-10-20 1979-05-15 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Method of making composite structure
JPS5863441A (en) * 1981-10-13 1983-04-15 トヨタ自動車株式会社 Heatproof-heat insulating light alloy member and its manufacture

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50156510A (en) * 1974-06-11 1975-12-17
JPS5460306A (en) * 1977-10-20 1979-05-15 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Method of making composite structure
JPS5863441A (en) * 1981-10-13 1983-04-15 トヨタ自動車株式会社 Heatproof-heat insulating light alloy member and its manufacture

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5620804A (en) * 1988-11-10 1997-04-15 Lanxide Technology Company, Lp Metal matrix composite bodies containing three-dimensionally interconnected co-matrices
CN1082567C (en) * 1988-11-10 2002-04-10 兰克西敦技术公司 Method for forming metal matrix composite containing three-dimensionally inter-connected co-matices
JPH0546206U (en) * 1991-11-26 1993-06-22 ヤンマー農機株式会社 Fertilizer pushing device for ridge stand multi-tasking machine
JP2014227859A (en) * 2013-05-20 2014-12-08 トヨタ自動車株式会社 Piston of internal combustion engine
WO2017176935A1 (en) * 2016-04-05 2017-10-12 Federal-Mogul Llc Piston with thermally insulating insert and method of construction thereof
CN108884780A (en) * 2016-04-05 2018-11-23 费德罗-莫格尔动力系统有限责任公司 Piston and its building method with thermal insulation insertion piece
US10428760B2 (en) 2016-04-05 2019-10-01 Tenneco Inc. Piston with thermally insulating insert and method of construction thereof

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