JPS61189864A - セラミクス−金属複合体の製法 - Google Patents
セラミクス−金属複合体の製法Info
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- JPS61189864A JPS61189864A JP3191085A JP3191085A JPS61189864A JP S61189864 A JPS61189864 A JP S61189864A JP 3191085 A JP3191085 A JP 3191085A JP 3191085 A JP3191085 A JP 3191085A JP S61189864 A JPS61189864 A JP S61189864A
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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】
[産業上の利用分野コ
本発明は、自動車等に用いられるターボチャージャーの
排気系のボート、エンジンの側熱焼室、ガスバーナーの
ように、−面が高温にざらされるため耐熱性や断熱性が
要求される部品に用いられるセラミクス−金属複合体に
関するものである。
排気系のボート、エンジンの側熱焼室、ガスバーナーの
ように、−面が高温にざらされるため耐熱性や断熱性が
要求される部品に用いられるセラミクス−金属複合体に
関するものである。
[従来の技術]
セラミクスは、高温における強度が大きいために、高温
で使用される部材に使用することが試みられている。し
かし、セラミクスは靭性に欠けるために金属と複合化し
て用いられる場合がある。
で使用される部材に使用することが試みられている。し
かし、セラミクスは靭性に欠けるために金属と複合化し
て用いられる場合がある。
このセラミクスと金属とを複合化する方法の一つに、セ
ラミクスからなる部材を金属材料によって鋳包むものが
ある。
ラミクスからなる部材を金属材料によって鋳包むものが
ある。
適当な金属材料によって、セラミクスからなる材料を鋳
包むことによって、得られたセラミクス−金属複合体に
は圧縮応力が働き、強度が増す。
包むことによって、得られたセラミクス−金属複合体に
は圧縮応力が働き、強度が増す。
[発明が解決しようとする問題点コ
しかし、金属材料によって鋳包まれたセラミクス−金属
複合体は、製造時にセラミクス部材に割れが生じる場合
がある。
複合体は、製造時にセラミクス部材に割れが生じる場合
がある。
一つはセラミクス部材に溶融金属が触れた時の。
熱衝撃による割れであり、一つは製造した複合材を冷却
するざいに金属材料とセラミクス部材との熱膨張率の差
からセラミクス部材に過大な応力がかかることによる割
れである。
するざいに金属材料とセラミクス部材との熱膨張率の差
からセラミクス部材に過大な応力がかかることによる割
れである。
前者の熱衝撃による割れは、あらかじめセラミクス部材
の表面に断熱性を有する層を設けることにより、防止で
きることが知られているが、後者の冷却する際にかかる
過大な応力による割れについては、セラミクス部材及び
金属材料の材質、形状、鋳包み条件、冷却条件等積々の
条件がからみあって、セラミクス部材に対する過大な熱
的あるいは機械的応力となるために防止が困難であった
。
の表面に断熱性を有する層を設けることにより、防止で
きることが知られているが、後者の冷却する際にかかる
過大な応力による割れについては、セラミクス部材及び
金属材料の材質、形状、鋳包み条件、冷却条件等積々の
条件がからみあって、セラミクス部材に対する過大な熱
的あるいは機械的応力となるために防止が困難であった
。
[問題点を解決するための手段]
本発明は、発明の構成として上記の問題点を解決するた
めに次の様な技術的手段を採用した。
めに次の様な技術的手段を採用した。
即ち、本発明のセラミクス−金属複合体の製法は、
セラミクスからなる部材を金属材料で鋳包むセラミクス
−金属複合体の製法において、セラミクス粒子を分散さ
せた溶融金属材料により、上記部材を鋳包むことを特徴
とする。
−金属複合体の製法において、セラミクス粒子を分散さ
せた溶融金属材料により、上記部材を鋳包むことを特徴
とする。
部材として使用されるセラミクスの種類は、特に制限は
なく、Ag303 、Zr Oz Nムライト等の酸化
物、5iaN4、AQN等の窒化物、B4C,T! C
,S! C等の炭化物、Zr B2 、Ti82等の硼
化物、あるいはこれらの複合化合物や複合構造物のいず
れもが使用可能である。
なく、Ag303 、Zr Oz Nムライト等の酸化
物、5iaN4、AQN等の窒化物、B4C,T! C
,S! C等の炭化物、Zr B2 、Ti82等の硼
化物、あるいはこれらの複合化合物や複合構造物のいず
れもが使用可能である。
部材を鋳包む金属材料としては、特に制限はなく、使用
条件および部材として使用するセラミクスに合わせて、
融点、熱膨張係数等の観点から選べばよい。例えば部材
にAg203を用いる場合にはJIS耐熱鋳114sc
H12、JIS高張力炭素鋳11sec3等を用いるこ
とができる。
条件および部材として使用するセラミクスに合わせて、
融点、熱膨張係数等の観点から選べばよい。例えば部材
にAg203を用いる場合にはJIS耐熱鋳114sc
H12、JIS高張力炭素鋳11sec3等を用いるこ
とができる。
溶融した金属材料に分散させるセラミクス粒子の種類と
しては、溶融金属と分解又は溶融等の反応をして消失し
てしまうものを除けば、特に制限はない。溶融金属に対
して特に安定なものとしては、Ag203 、Zr 0
2 、ムライト等の酸化物系のセラミクスをあげること
ができるが、鋳包み時の雰囲気等を調整することによっ
て、Si3N4、AQN等の窒化物、B4 C,Ti
C,Si C等の炭化物、”lr 82 、Ti 82
等の硼化物、あるいはこれらの複合化合物も用いること
ができる。
しては、溶融金属と分解又は溶融等の反応をして消失し
てしまうものを除けば、特に制限はない。溶融金属に対
して特に安定なものとしては、Ag203 、Zr 0
2 、ムライト等の酸化物系のセラミクスをあげること
ができるが、鋳包み時の雰囲気等を調整することによっ
て、Si3N4、AQN等の窒化物、B4 C,Ti
C,Si C等の炭化物、”lr 82 、Ti 82
等の硼化物、あるいはこれらの複合化合物も用いること
ができる。
特に部材として用いられるセラミクスと同材料だと、セ
ラミクス粉末を分散させた金属材料と部材とのなじみが
良く、好ましい。
ラミクス粉末を分散させた金属材料と部材とのなじみが
良く、好ましい。
上記セラミクス粒子は、分散させる量が少なすぎるとセ
ラミクス粒子を分散させる効果がなく、又、多すぎると
金属材料を脆くしてしまうので、金属材料中に0.5〜
60容積%含まれることが好ましい。
ラミクス粒子を分散させる効果がなく、又、多すぎると
金属材料を脆くしてしまうので、金属材料中に0.5〜
60容積%含まれることが好ましい。
又、上記セラミクス粒子は、余り粒径が小さいと分散さ
せた効果が表われず、又、大きすぎると溶融金属中にう
まく分散しないため、平均粒径が0.01μm〜1.□
mm程度が好ましい。
せた効果が表われず、又、大きすぎると溶融金属中にう
まく分散しないため、平均粒径が0.01μm〜1.□
mm程度が好ましい。
さらに、上記セラミクス粒子は、必ずしも金属材料中に
均一な分散をしなくても効果がある。これは、セラミク
ス粒子が、金属材料による熱的又は機械的な過大応力を
緩和するためと思われる。
均一な分散をしなくても効果がある。これは、セラミク
ス粒子が、金属材料による熱的又は機械的な過大応力を
緩和するためと思われる。
しかし、セラミクス粒子が金属材料中の部分ごとに集中
してしまっては効果がないため、上記セラミクス粒子表
面に、あらかじめ金属メッキを施こして金属材料とのな
じ諷をよくしたり、又は溶融金属材料にCa 、Mg等
を添加して溶融金属の表面張力を下げておくことが、上
記セラミクス粒子の分散性を確保する上で好ましい。
してしまっては効果がないため、上記セラミクス粒子表
面に、あらかじめ金属メッキを施こして金属材料とのな
じ諷をよくしたり、又は溶融金属材料にCa 、Mg等
を添加して溶融金属の表面張力を下げておくことが、上
記セラミクス粒子の分散性を確保する上で好ましい。
上記セラミクス粒子の溶融金属への分散方法としては、
鋳包む前゛の溶融金属中にあらかじめセラミクス粒子を
投入し、撹拌、等によって分散させる方法、鋳包み時の
溶融金属流中に、不活性ガスと同時にセラミクス粒子を
吹き込む等により注入する方法、 溶融金属と上記セラミクス粒子とを同時に鋳型内に注入
する方法、 鋳型内にあらかじめ上記セラミクス粒子を注入しておき
、そこに溶融金属を注入することによって分散させる方
法、 等のいずれもが可能であり、使用するセラミクス粒子と
金属材料とのぬれ性、比重差等によって選べばよい。
投入し、撹拌、等によって分散させる方法、鋳包み時の
溶融金属流中に、不活性ガスと同時にセラミクス粒子を
吹き込む等により注入する方法、 溶融金属と上記セラミクス粒子とを同時に鋳型内に注入
する方法、 鋳型内にあらかじめ上記セラミクス粒子を注入しておき
、そこに溶融金属を注入することによって分散させる方
法、 等のいずれもが可能であり、使用するセラミクス粒子と
金属材料とのぬれ性、比重差等によって選べばよい。
[作用]
上記セラミクス粒子を溶融金属中に分散させて、セラミ
クスからなる部材を鋳包むことにより、前述の製造した
複合材の冷却時におけるセラミクスからなる部材の割れ
を防止することができる。
クスからなる部材を鋳包むことにより、前述の製造した
複合材の冷却時におけるセラミクスからなる部材の割れ
を防止することができる。
本発明により、製造した複合材の冷却時における割れが
防止される理由としては、 セラミクスからなる部材と溶融もしくは凝固したセラミ
クス粒子の分散した金属材料とのなじみがよくなり部材
に偏った応力が加わらないようになる、 セラミクス粒子の分散した金属材料の熱膨張率がセラミ
クスに近くなるためにセラミクスからなる部材に加わる
応力が緩和される、セラミクス粒子の分散により、金属
材料の高温強度が向上し、形状が適当な場合、高温にお
ける部材に加わる圧縮応力がセラミクス粒子を分散させ
ない場合に比べ増大して引張応力が緩和される等をあげ
ることができる。
防止される理由としては、 セラミクスからなる部材と溶融もしくは凝固したセラミ
クス粒子の分散した金属材料とのなじみがよくなり部材
に偏った応力が加わらないようになる、 セラミクス粒子の分散した金属材料の熱膨張率がセラミ
クスに近くなるためにセラミクスからなる部材に加わる
応力が緩和される、セラミクス粒子の分散により、金属
材料の高温強度が向上し、形状が適当な場合、高温にお
ける部材に加わる圧縮応力がセラミクス粒子を分散させ
ない場合に比べ増大して引張応力が緩和される等をあげ
ることができる。
[発明の効果]
本発明のセラミクス−金属複合体の製法を用いることに
より、セラミタスー金属複合体の製造時におけるセラミ
クス部材の割れを防止することができる。
より、セラミタスー金属複合体の製造時におけるセラミ
クス部材の割れを防止することができる。
又、本発明を用いることにより、従来、熱膨張率等の違
いにより使用できなかったセラミクスと金属とを組み合
わせてセラミクス−金属複合体を製造することが可能と
なる。
いにより使用できなかったセラミクスと金属とを組み合
わせてセラミクス−金属複合体を製造することが可能と
なる。
ざらに、セラミクス粒子を分散させることによって金属
材料の高温強度が増加し、製造されたセラミクス−金属
複合体製品を、より高温まで使用することが可能となっ
た。
材料の高温強度が増加し、製造されたセラミクス−金属
複合体製品を、より高温まで使用することが可能となっ
た。
[実施例]
第1表に示す材料を用いて、第1図の部分破断図に示す
金属−セラミクス複合体1を製造し、製造の割れについ
て測定した。
金属−セラミクス複合体1を製造し、製造の割れについ
て測定した。
第1図の金属−セラミクス複合体1は、外径30mm内
径25mm長さ3Qmmの管状セラミクス部材2を、セ
ラミクス粒子3が分散された金属材料4によってなる厚
さ3mmの金属層によって鋳包んだものである。
径25mm長さ3Qmmの管状セラミクス部材2を、セ
ラミクス粒子3が分散された金属材料4によってなる厚
さ3mmの金属層によって鋳包んだものである。
第2図は、上記金属−セラミクス複合体1を製造するの
に用いる鋳型10及びそこにセットされたセラミクス部
材11である。鋳型10はロストワックス法によりシェ
ルモード鋳型として形成され、又鋳型10の内部にセッ
トされているセラミクス部材11の外周面には、溶融金
属の注入時に熱衝撃によりセラミクス部材11が割れる
ことのないように図示されない水ガラスでといたジルコ
ンサンドスラリーを約Q、5mmの厚さに塗布しである
。なお、第1図及び第2図の縮尺は説明上、部分によっ
て異なっている。
に用いる鋳型10及びそこにセットされたセラミクス部
材11である。鋳型10はロストワックス法によりシェ
ルモード鋳型として形成され、又鋳型10の内部にセッ
トされているセラミクス部材11の外周面には、溶融金
属の注入時に熱衝撃によりセラミクス部材11が割れる
ことのないように図示されない水ガラスでといたジルコ
ンサンドスラリーを約Q、5mmの厚さに塗布しである
。なお、第1図及び第2図の縮尺は説明上、部分によっ
て異なっている。
金属−セラミクス複合体1の製造は、あらかじめ鋳型1
0を1100’Cに加熱しておき、湯口12から所定温
度にて溶融された金属材料を注入後、400℃まで除冷
、放冷及びサンドブラストによる鋳型10の除去といっ
た工程による。
0を1100’Cに加熱しておき、湯口12から所定温
度にて溶融された金属材料を注入後、400℃まで除冷
、放冷及びサンドブラストによる鋳型10の除去といっ
た工程による。
セラミクス粒子3は、第3図(a−1)〜(d−2)の
説明図に示す下記に述べる方法で金属材料4中に分散さ
れる。
説明図に示す下記に述べる方法で金属材料4中に分散さ
れる。
a 第3図(a−1>に示すごとく、るつぼ中で溶融し
た金属材料3″2中に約500℃に予熱したセラミクス
粒子33を投入し、撹拌器34によって金属材料中に分
散させ、次いで第3図(a−2)の如<1100℃に予
熱された前述の鋳型10に注入する方法。
た金属材料3″2中に約500℃に予熱したセラミクス
粒子33を投入し、撹拌器34によって金属材料中に分
散させ、次いで第3図(a−2)の如<1100℃に予
熱された前述の鋳型10に注入する方法。
b 第3図(b)に示すごとく、るつぼ31によって溶
融した金属材料32を鋳型10に注入する、注入流中に
AQ203管35によって500m1/m1n4のAr
ガスとともにセラミクス粒子33を1 、2 (1/S
ecの速度で金属材料32中に約5vo1%となるよう
に注入分散させる方法。
融した金属材料32を鋳型10に注入する、注入流中に
AQ203管35によって500m1/m1n4のAr
ガスとともにセラミクス粒子33を1 、2 (1/S
ecの速度で金属材料32中に約5vo1%となるよう
に注入分散させる方法。
C第3図(C)に示す如く、るつぼ31によって溶融し
た金属材料32とセラミクス粒子33を同時に鋳型10
に注入し、金属材料中に分散させる方法。
た金属材料32とセラミクス粒子33を同時に鋳型10
に注入し、金属材料中に分散させる方法。
d 第3図(d−1) k−示を如く、AQ203管
36を用いて、Arガスとともに鋳型10にセラミクス
粒子33を注入し、次いでるつぼ31によって溶融した
金属材料32を鋳型10に注入して、セラミクス粒子3
3を金属材料32に分散させる方法。
36を用いて、Arガスとともに鋳型10にセラミクス
粒子33を注入し、次いでるつぼ31によって溶融した
金属材料32を鋳型10に注入して、セラミクス粒子3
3を金属材料32に分散させる方法。
上述のようにして、製造された金属−セラミクス複合体
1は、染色浸透探傷法(JISZ2343)により割れ
の有無を判定される。
1は、染色浸透探傷法(JISZ2343)により割れ
の有無を判定される。
以上の実験により次の(1)〜(5)のことから、金属
−セラミクス複合材料の製造時の割れを防ぐためには、
金属材料中にセラミクス粒子を分散させることが必要で
あることがわかった。
−セラミクス複合材料の製造時の割れを防ぐためには、
金属材料中にセラミクス粒子を分散させることが必要で
あることがわかった。
(1) 試料No、8のようにセラミクス粒子を金属材
料中に分散させないと冷却時の過大な応力により部材に
割れが入りやすく安定して良好な金属−セラミクス複合
体は製造できない。尚、試料N0.16のようにジルコ
ンサンドスラリーを塗布しない場合には、部材に多数の
割れが入り部材がバラバラになってしまった。
料中に分散させないと冷却時の過大な応力により部材に
割れが入りやすく安定して良好な金属−セラミクス複合
体は製造できない。尚、試料N0.16のようにジルコ
ンサンドスラリーを塗布しない場合には、部材に多数の
割れが入り部材がバラバラになってしまった。
(2) 試料No、9、のようにセラミクス粒子の平均
粒径が0.01μmより小さいと部材に割れが生じる。
粒径が0.01μmより小さいと部材に割れが生じる。
(3) 試料No、10のようにセラミクス粒子の平均
粒径がl、Qmmより大きいと金属材料中に分散しなく
なってしまう。
粒径がl、Qmmより大きいと金属材料中に分散しなく
なってしまう。
(4) 試料NO,11、のようにセラミクス粒子の割
合が金属材料中で0.5 vo1%より小さいと、材料
に割れが生じる。
合が金属材料中で0.5 vo1%より小さいと、材料
に割れが生じる。
(5) 試料No、12、のようにセラミクス粒子の割
合が金属材料中で5QVO1%をこえると金属材料が実
用に耐えないほど脆化してしまい、場合によっては割れ
を生ずることとなってしまう。
合が金属材料中で5QVO1%をこえると金属材料が実
用に耐えないほど脆化してしまい、場合によっては割れ
を生ずることとなってしまう。
第1図は本発明の一実施例によって製造された金属−セ
ラミクス複合体1の部分破断図、第2図はその製造に使
用される鋳型の端面図及び第3図(a−1)〜(d−2
>は金属材料中にセラミクス粒子を分散させる方法の説
明図である。 1・・・金属−セラミクス複合体 2.11・・・部材 3.33・・・セラミクス粒子 4.32・・・金属材料 10・・・鋳型
ラミクス複合体1の部分破断図、第2図はその製造に使
用される鋳型の端面図及び第3図(a−1)〜(d−2
>は金属材料中にセラミクス粒子を分散させる方法の説
明図である。 1・・・金属−セラミクス複合体 2.11・・・部材 3.33・・・セラミクス粒子 4.32・・・金属材料 10・・・鋳型
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 セラミクスからなる部材を金属材料で鋳包むセラミ
クス−金属複合体の製法において、セラミクス粒子を分
散させた溶融金属材料により、上記部材を鋳包むことを
特徴とするセラミクス−金属複合体の製法。 2 金属材料中のセラミクス粒子がセラミクス−金属複
合体全体に対する割合で0.5〜60容積%である特許
請求の範囲第1項記載のセラミクス−金属複合体の製法
。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3191085A JPS61189864A (ja) | 1985-02-18 | 1985-02-18 | セラミクス−金属複合体の製法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3191085A JPS61189864A (ja) | 1985-02-18 | 1985-02-18 | セラミクス−金属複合体の製法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61189864A true JPS61189864A (ja) | 1986-08-23 |
Family
ID=12344137
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3191085A Pending JPS61189864A (ja) | 1985-02-18 | 1985-02-18 | セラミクス−金属複合体の製法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61189864A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5145836A (en) * | 1987-11-02 | 1992-09-08 | The University Of Alabama | Method for producing shaped parts from high temperature oxide metal superconductive composites |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5379906A (en) * | 1976-12-24 | 1978-07-14 | Komatsu Mfg Co Ltd | Process for making aggregately cast ceramic pipes |
JPS5964150A (ja) * | 1982-10-06 | 1984-04-12 | Toyota Motor Corp | セラミツクスと金属の接合方法 |
-
1985
- 1985-02-18 JP JP3191085A patent/JPS61189864A/ja active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5379906A (en) * | 1976-12-24 | 1978-07-14 | Komatsu Mfg Co Ltd | Process for making aggregately cast ceramic pipes |
JPS5964150A (ja) * | 1982-10-06 | 1984-04-12 | Toyota Motor Corp | セラミツクスと金属の接合方法 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5145836A (en) * | 1987-11-02 | 1992-09-08 | The University Of Alabama | Method for producing shaped parts from high temperature oxide metal superconductive composites |
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