JPS6114114B2 - - Google Patents
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- JPS6114114B2 JPS6114114B2 JP56140519A JP14051981A JPS6114114B2 JP S6114114 B2 JPS6114114 B2 JP S6114114B2 JP 56140519 A JP56140519 A JP 56140519A JP 14051981 A JP14051981 A JP 14051981A JP S6114114 B2 JPS6114114 B2 JP S6114114B2
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Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Description
本発明は、セラミツクスと金属との複合体の製
造方法に関する。 セラミツクスは、その耐熱耐、高剛性、耐摩耗
性あるいは耐食性などの点で、在来の金属材料を
超えたすぐれた特性を有するため、構造用材料と
しての使用が広い分野で試みられるようになつて
きた。 実際にセラミツクスを構造用材料として使用す
るに当つては、ある構造全体をセラミツクスでつ
くることは少なく、金属と組み合わせることが多
い。従つて、セラミツクスと金属とを接合する必
要がしばしばある。 一般にセラミツクスは、金属に比して欠陥の存
在に対する感受性が著しく高く、圧縮応力に対し
ては強い抵抗を示すが、引張応力に対しては弱
く、小さな力でも破壊する率が高い。このため、
セラミツクス−金属複合体をつくる場合、セラミ
ツクスに対して圧縮応力が加わるような接合法を
とるべきことになる。 そのような接合法として知られているのは、セ
ラミツクス部材を内側にして、これを外側の金属
部材がとり囲すような位置関係において行なう、
圧入、焼ばめ、あるいは鋳ぐるみなどである。 しかし、圧入、焼ばめおよび鋳ぐるみにおい
て、セラミツクスと金属との接合の力を発現させ
る金属部材側の収縮は、それぞれ、弾性変形にも
とづく復元力、熱収縮、および凝固収縮プラス熱
収縮に起因するものであつて、これらの収縮力
は、もちろん金属の種類によつて異なるものの、
高々数％にすぎない。 それゆえ、上記の接合方法によつて製造したセ
ラミツクス−金属複合体は、高温に加熱すると、
熱膨脹係数が通常は金属の方が大きいので、接合
力が低下し、複合体の形状による程度の差はある
が、外力などで容易にセラミツクス部材がずれた
り、外れたりするおそれがある。 本発明は、金属粉末の焼結に伴う収縮が大きい
ことを利用して、セラミツクス部材と金属部材と
の間に、強固で高温になつても低下しない接合力
を与えることにより上記の問題を解決したもので
ある。 すなわち本発明のセラミツクス−金属複合体の
製造方法は、セラミツクス部材を焼結金属部材が
とり囲むような位置関係においてセラミツクス部
材と焼結金属部材または金属粉末成形体とを接触
させておき、加熱して焼結を進行させ、焼結に伴
う収縮を利用して両部材を接合させることを特徴
とする。 焼結に伴う収縮は、焼結の程度によつて大きな
幅はあるが、数％をこえ10％以上になることはよ
くあるから、それによりもたらされる接合力は、
従来のものより格段に大きい。 本発明のセラミツクス−金属複合体の製造方法
には、つぎのような諸態様があり得る。 〇 金属部材の圧粉末にセラミツクス部材をはめ
込み、加熱して圧粉体を焼結させることによ
り、形成される焼結金属部材とセラミツクス部
材とを接合させること、 〇 セラミツクス部材を成形ダイス内において金
属粉末を充填し、プレス成形してセラミツクス
部材を含む圧粉体をつくり、加熱して圧粉体を
焼結することにより、形成される焼結金属部材
とセラミツクス部材とを接合させること、およ
び 〇 予備焼結した焼結金属部材を用意し、それに
セラミツクス部材をはめ込み、加熱して本焼結
を行なうことにより、形成される本焼結金属部
材とセラミツクス部材とを接合させること。 この場合、予備焼結体の相対密度はρ１＝50
〜90％、本焼結のそれは、ρ２＝60〜100％の
範囲（もちろんρ１＜ρ２）からえらぶとよ
い。 本発明の方法により製造したセラミツクス−金
属複合体は、両部材間の接合が良好であるから、
セラミツクスのもつ耐熱性、耐摩耗性および耐食
性を、金属部材のもつすぐれた機械的特性により
活用することができる。従つて本発明の方法は、
製品の構造がセラミツクス部材を焼結金属部材が
とり囲むような位置関係にある限り、熱機関の耐
熱部品、バルブやカムの耐摩耗部品、あるいは化
学装置の耐食部品などの製造を中心とする、きわ
めて広範囲の分野に適用することができる。実施例 １ SUS304の圧粉成形体を予備焼結して、相対密
度75％にした径40mm×長さ80mmの棒をつくり、こ
れを切削した内径30mmのパイプに加工した。 その中へ、径30mm×長さ50mmの焼結アルミナ部
材を、第１図に示すように約20mmの深さにはめ込
み、1150℃×２時間の本焼結を行なつた。これに
よりSUS304の焼結体の相対密度は88％に高ま
り、両部材は密に接合した。 接合部の引張強さを、室温および400℃におい
て測定した。 比較のため、SUS304シームレスパイプを用
い、従来技術に従つて、 〇 機械的圧入、すなわちパイプの内径をアルミ
ナ部材の外径より50μｍ小さく加工し、室温に
おいて圧入し、接合させたもの、および 〇 焼ばめ、すなわちパイプの内径を29.3mmに加
工し、これを150℃に加熱しておいて、アルミ
ナ部材をさし込み、冷却に伴う収縮で接合させ
たもの、 を用意して、同様に引張強さの測定を行なつ
た。 以上の結果はつぎのとおりであつて、本発明に
よれば、常温においても従来法より高い接合強度
が得られる上に、従来法には望めない高温におけ
る接合の確保ができることがわかる。
造方法に関する。 セラミツクスは、その耐熱耐、高剛性、耐摩耗
性あるいは耐食性などの点で、在来の金属材料を
超えたすぐれた特性を有するため、構造用材料と
しての使用が広い分野で試みられるようになつて
きた。 実際にセラミツクスを構造用材料として使用す
るに当つては、ある構造全体をセラミツクスでつ
くることは少なく、金属と組み合わせることが多
い。従つて、セラミツクスと金属とを接合する必
要がしばしばある。 一般にセラミツクスは、金属に比して欠陥の存
在に対する感受性が著しく高く、圧縮応力に対し
ては強い抵抗を示すが、引張応力に対しては弱
く、小さな力でも破壊する率が高い。このため、
セラミツクス−金属複合体をつくる場合、セラミ
ツクスに対して圧縮応力が加わるような接合法を
とるべきことになる。 そのような接合法として知られているのは、セ
ラミツクス部材を内側にして、これを外側の金属
部材がとり囲すような位置関係において行なう、
圧入、焼ばめ、あるいは鋳ぐるみなどである。 しかし、圧入、焼ばめおよび鋳ぐるみにおい
て、セラミツクスと金属との接合の力を発現させ
る金属部材側の収縮は、それぞれ、弾性変形にも
とづく復元力、熱収縮、および凝固収縮プラス熱
収縮に起因するものであつて、これらの収縮力
は、もちろん金属の種類によつて異なるものの、
高々数％にすぎない。 それゆえ、上記の接合方法によつて製造したセ
ラミツクス−金属複合体は、高温に加熱すると、
熱膨脹係数が通常は金属の方が大きいので、接合
力が低下し、複合体の形状による程度の差はある
が、外力などで容易にセラミツクス部材がずれた
り、外れたりするおそれがある。 本発明は、金属粉末の焼結に伴う収縮が大きい
ことを利用して、セラミツクス部材と金属部材と
の間に、強固で高温になつても低下しない接合力
を与えることにより上記の問題を解決したもので
ある。 すなわち本発明のセラミツクス−金属複合体の
製造方法は、セラミツクス部材を焼結金属部材が
とり囲むような位置関係においてセラミツクス部
材と焼結金属部材または金属粉末成形体とを接触
させておき、加熱して焼結を進行させ、焼結に伴
う収縮を利用して両部材を接合させることを特徴
とする。 焼結に伴う収縮は、焼結の程度によつて大きな
幅はあるが、数％をこえ10％以上になることはよ
くあるから、それによりもたらされる接合力は、
従来のものより格段に大きい。 本発明のセラミツクス−金属複合体の製造方法
には、つぎのような諸態様があり得る。 〇 金属部材の圧粉末にセラミツクス部材をはめ
込み、加熱して圧粉体を焼結させることによ
り、形成される焼結金属部材とセラミツクス部
材とを接合させること、 〇 セラミツクス部材を成形ダイス内において金
属粉末を充填し、プレス成形してセラミツクス
部材を含む圧粉体をつくり、加熱して圧粉体を
焼結することにより、形成される焼結金属部材
とセラミツクス部材とを接合させること、およ
び 〇 予備焼結した焼結金属部材を用意し、それに
セラミツクス部材をはめ込み、加熱して本焼結
を行なうことにより、形成される本焼結金属部
材とセラミツクス部材とを接合させること。 この場合、予備焼結体の相対密度はρ１＝50
〜90％、本焼結のそれは、ρ２＝60〜100％の
範囲（もちろんρ１＜ρ２）からえらぶとよ
い。 本発明の方法により製造したセラミツクス−金
属複合体は、両部材間の接合が良好であるから、
セラミツクスのもつ耐熱性、耐摩耗性および耐食
性を、金属部材のもつすぐれた機械的特性により
活用することができる。従つて本発明の方法は、
製品の構造がセラミツクス部材を焼結金属部材が
とり囲むような位置関係にある限り、熱機関の耐
熱部品、バルブやカムの耐摩耗部品、あるいは化
学装置の耐食部品などの製造を中心とする、きわ
めて広範囲の分野に適用することができる。実施例 １ SUS304の圧粉成形体を予備焼結して、相対密
度75％にした径40mm×長さ80mmの棒をつくり、こ
れを切削した内径30mmのパイプに加工した。 その中へ、径30mm×長さ50mmの焼結アルミナ部
材を、第１図に示すように約20mmの深さにはめ込
み、1150℃×２時間の本焼結を行なつた。これに
よりSUS304の焼結体の相対密度は88％に高ま
り、両部材は密に接合した。 接合部の引張強さを、室温および400℃におい
て測定した。 比較のため、SUS304シームレスパイプを用
い、従来技術に従つて、 〇 機械的圧入、すなわちパイプの内径をアルミ
ナ部材の外径より50μｍ小さく加工し、室温に
おいて圧入し、接合させたもの、および 〇 焼ばめ、すなわちパイプの内径を29.3mmに加
工し、これを150℃に加熱しておいて、アルミ
ナ部材をさし込み、冷却に伴う収縮で接合させ
たもの、 を用意して、同様に引張強さの測定を行なつ
た。 以上の結果はつぎのとおりであつて、本発明に
よれば、常温においても従来法より高い接合強度
が得られる上に、従来法には望めない高温におけ
る接合の確保ができることがわかる。
【表】実施例 ２
Si3N4普通焼結体の直径30mm×厚さ10mmの円板
が、SUS410の直径50mm×厚さ20mmの円柱状体に
第２図に示すように一方の面をあらわして埋設さ
れた複合体を下記の２種の方法で製作し、比較し
た。 （本発明に従う方法） Si3N4 部材を成形ダイス
中に置き、SUS410粉末を充填して加圧成形し
てセラミツクスを金属がとり囲んだ圧粉成形体
とし、これを1200℃×２時間の加熱により焼結
した。 （比較例） Si3N4部材を鋳型内に置き、SUS410
溶湯で鋳ぐるみ複合体とした。 これらの試作品を焼鈍処理してから、500℃の
大気炉中に15分間保持し、直ちに常温（約25℃）
の水中に投入して２分間おき、再び炉に戻す加熱
−冷却のサイクルをくりかえす試験を行なつた。
従来技術の鋳ぐるみによつたものは、熱サイク
ル18回でセラミツクス部材が脱落したが、本発明
によつたものは100回のサイクルの後も変化がな
かつた。実施例 ３ 第３図に一部の構造を示すガソリンエンジン用
プツシユロツドを、本発明に従つて製作した。 手順は、焼結アルミナ製の先端部材を成形型内
においてSUS410粉末をプレス成形し、焼結によ
り接合させ、ついで摩擦溶接の手段により、焼結
金属を鋼製パイプの一端に接合した。 このプツシユロツドを実用機に試用したとこ
ろ、従来の全部が金属製で部分焼入れ硬化を施し
たものにくらべ、著しくすぐれた耐摩耗性を示し
た。実施例 ４ 第４図に示す構造のジーゼルエンジン用ホツト
チヤンバーを、本発明に従つて製作した。 これ
は、まずSi3N4焼結体からなる噴孔部部材を、
SUH661のリング状の予備焼結体中に挿入し、本
焼結による金属部材の収縮で両者を接合させ、つ
いでこれを鋳型内におき、SCH1の溶湯で鋳ぐる
むことにより得たものである。 このホツトチヤンバーは噴孔部の耐熱性と耐食
性がすぐれているため、大型ジーゼルエンジンに
とりつけて苛酷な条件下に使用したとき、大いに
その効果を示した。
が、SUS410の直径50mm×厚さ20mmの円柱状体に
第２図に示すように一方の面をあらわして埋設さ
れた複合体を下記の２種の方法で製作し、比較し
た。 （本発明に従う方法） Si3N4 部材を成形ダイス
中に置き、SUS410粉末を充填して加圧成形し
てセラミツクスを金属がとり囲んだ圧粉成形体
とし、これを1200℃×２時間の加熱により焼結
した。 （比較例） Si3N4部材を鋳型内に置き、SUS410
溶湯で鋳ぐるみ複合体とした。 これらの試作品を焼鈍処理してから、500℃の
大気炉中に15分間保持し、直ちに常温（約25℃）
の水中に投入して２分間おき、再び炉に戻す加熱
−冷却のサイクルをくりかえす試験を行なつた。
従来技術の鋳ぐるみによつたものは、熱サイク
ル18回でセラミツクス部材が脱落したが、本発明
によつたものは100回のサイクルの後も変化がな
かつた。実施例 ３ 第３図に一部の構造を示すガソリンエンジン用
プツシユロツドを、本発明に従つて製作した。 手順は、焼結アルミナ製の先端部材を成形型内
においてSUS410粉末をプレス成形し、焼結によ
り接合させ、ついで摩擦溶接の手段により、焼結
金属を鋼製パイプの一端に接合した。 このプツシユロツドを実用機に試用したとこ
ろ、従来の全部が金属製で部分焼入れ硬化を施し
たものにくらべ、著しくすぐれた耐摩耗性を示し
た。実施例 ４ 第４図に示す構造のジーゼルエンジン用ホツト
チヤンバーを、本発明に従つて製作した。 これ
は、まずSi3N4焼結体からなる噴孔部部材を、
SUH661のリング状の予備焼結体中に挿入し、本
焼結による金属部材の収縮で両者を接合させ、つ
いでこれを鋳型内におき、SCH1の溶湯で鋳ぐる
むことにより得たものである。 このホツトチヤンバーは噴孔部の耐熱性と耐食
性がすぐれているため、大型ジーゼルエンジンに
とりつけて苛酷な条件下に使用したとき、大いに
その効果を示した。
第１図は、本発明の実施例１において製作し
た、接合強度を測定するためのセラミツクス−金
属複合体試験片を示す、半ば側面図、半ば断面図
である。第２図は、本発明の実施例２において製
作した複合体を示すものであつて、Ａは半分あら
わした平面図、Ｂは軸に沿う断面図である。第３
図は、本発明の実施例３において製作した複合体
である、ガソリンエンジン用プツシユロツドの一
部分を示す縦断面図である。第４図は、本発明の
実施例４において製作した複合体である、ジーゼ
ルエンジン用ホツトチヤンバーの構造を示す断面
図である。
た、接合強度を測定するためのセラミツクス−金
属複合体試験片を示す、半ば側面図、半ば断面図
である。第２図は、本発明の実施例２において製
作した複合体を示すものであつて、Ａは半分あら
わした平面図、Ｂは軸に沿う断面図である。第３
図は、本発明の実施例３において製作した複合体
である、ガソリンエンジン用プツシユロツドの一
部分を示す縦断面図である。第４図は、本発明の
実施例４において製作した複合体である、ジーゼ
ルエンジン用ホツトチヤンバーの構造を示す断面
図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ セラミツクス部材を焼結金属部材がとり囲む
ような位置関係においてセラミツクス部材と焼結
金属部材または金属粉末成形体とを接触させてお
き、加熱して焼結を進行させ、焼結に伴う収縮を
利用して両部材を接合させることを特徴とするセ
ラミツクス−金属複合体の製造方法。 ２ 金属部材の圧粉体にセラミツクス部材をはめ
込み、加熱して圧粉体を焼結させることにより、
形成される焼結金属部材とセラミツクス部材とを
接合させる特許請求の範囲第１項の製造方法。 ３ セラミツクス部材を成形ダイス内において金
属粉末を充填し、プレス成形してセラミツクス部
材を含む圧粉体をつくり、加熱して圧粉体を焼結
することにより、形成される焼結金属部材とセラ
ミツクス部材とを接合させる特許請求の範囲第１
項の製造方法。 ４ 予備焼結した焼結金属部材を用意し、それに
セラミツクス部材をはめ込み、加熱して本焼結を
行なうことにより、形成される本焼結金属部材と
セラミツクス部材とを接合させる特許請求の範囲
第１項の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56140519A JPS5841775A (ja) | 1981-09-07 | 1981-09-07 | セラミツクス−金属複合体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56140519A JPS5841775A (ja) | 1981-09-07 | 1981-09-07 | セラミツクス−金属複合体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5841775A JPS5841775A (ja) | 1983-03-11 |
| JPS6114114B2 true JPS6114114B2 (ja) | 1986-04-17 |
Family
ID=15270538
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56140519A Granted JPS5841775A (ja) | 1981-09-07 | 1981-09-07 | セラミツクス−金属複合体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5841775A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60121205A (ja) * | 1983-12-02 | 1985-06-28 | Mazda Motor Corp | エンジンの副室製造方法 |
| JPS61197476A (ja) * | 1985-02-26 | 1986-09-01 | 株式会社東芝 | 複合体およびその製造方法 |
| JPS6256501A (ja) * | 1985-09-05 | 1987-03-12 | Silver Roi:Kk | セラミツクスと粉末金属の複合焼結体 |
| JP2506330B2 (ja) * | 1986-01-24 | 1996-06-12 | 日本発条株式会社 | 金属とセラミツク類からなる複合材の製造方法 |
| DE3689971T2 (de) * | 1986-03-05 | 1994-12-08 | Sumitomo Electric Industries | Herstellung einer halbleiteranordnung. |
| GB0701904D0 (en) | 2007-02-01 | 2007-03-14 | Rolls Royce Plc | A method of manufacturing a component by consolidating powder material |
-
1981
- 1981-09-07 JP JP56140519A patent/JPS5841775A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5841775A (ja) | 1983-03-11 |
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