JPH0152107B2 - - Google Patents
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- JPH0152107B2 JPH0152107B2 JP1255584A JP1255584A JPH0152107B2 JP H0152107 B2 JPH0152107 B2 JP H0152107B2 JP 1255584 A JP1255584 A JP 1255584A JP 1255584 A JP1255584 A JP 1255584A JP H0152107 B2 JPH0152107 B2 JP H0152107B2
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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)
- Laminated Bodies (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
本発明はセラミクス層と金属層とからなるセラ
ミクス―金属複合体およびその製造法に関するも
のである。 セラミクスはその優れた耐蝕性、耐久性、耐熱
性、および断熱性等を生かして種々な方面で構造
部材として賞用されている。そして最近では該セ
ラミクスに更に加工容易性を与えて装置に組み込
み易くしたり、実効強度を向上させたりするため
にセラミクス層に対して金属層を接合したセラミ
クス―金属複合体が脚光を浴びている。このよう
なセラミクス―金属複合体は通常鋳型内に所定の
形状のセラミクス材料を挿入し、その後金属溶融
物を注入固化せしめることによるいわゆる鋳ぐる
み法により製造されるが、現在ではシリンダー、
副燃焼室等のエンジン部品関係、溶湯ポンプ等の
溶融金属処理関係、金属加工関係等に実用化され
つつある。 上記用途においては繰返し熱応力や外部応力が
該セラミクス―金属複合体に及ぼされるものであ
り、該複合体はこのような熱応力や外部応力によ
つて亀裂が層間剥離等が生ずるようなものであつ
てはならない。 該セラミクス―金属複合体は上記したように通
常ぐるみ法により製造されるが、鋳ぐるみ法によ
る冷却固化の際、セラミクスと金属との熱膨張係
数の差により両者に応力が及ぼされる。通常セラ
ミクスは金属つも小さな熱膨張係数を有し、した
がつて例えば筒状のセラミクス材料の外周に金属
層を被覆したような場合には内部応力としてセラ
ミクス材料には圧縮応力が発生し、金属層には引
張り応力が発生する。セラミクスは通常引張り強
度は小さく圧縮強度は大きいものであり、上記圧
縮応力がセラミクスに及ぼされると実効強度が向
上し、これが前記したようにセラミクス―金属複
合体の利点になるのであるが、上記圧縮応力や引
張り応力がセラミクスが金属の圧縮強度や引張り
強度よりも過大になればセラミクス―金属複合体
に変形、亀裂、層間剥離等の致命的な欠陥が生ず
ることになる。また逆にセラミクス材料に加わつ
ている鋳ぐるみ法による冷却固化の際の圧縮応力
が小さすぎる場合は、シリンダーの様な内部によ
り、セラミクス層に引張り応力が加わり破壊を生
ずることになる。セラミクス―金属複合体を構成
するセラミクス材料が金属層に及ぼされる応力は
セラミクス材料や金属層の強度に対して適当なも
のであることが望ましい。換言すればセラミクス
―金属複合体の用途によつてセラミクス材料や金
属層に及ぼされる内部応力を調節することが必要
である。しかしこのような選択をセラミクスや金
属の材質のみに求めれば使用条件、製法、経済性
等の点で問題を生ずることにもなる。そこでセラ
ミクスや金属の同一材質について鋳ぐるみ法によ
る冷却固化の際発生する内部応力を調節すること
が可能になるようにすれば上記諸問題は解消して
セラミクス―金属複合体の実用性は更に向上する
ことなるであろう。 本発明は上記従来の問題点に着目してセラミク
ス―金属複合体において、金属を同一材質におい
てその力学特性を所定のものに調節することによ
り、セラミクス―金属複合体に発生する内部応力
を調節することを目的とし、金属として折出硬化
型合金を用い、該合金の折出物含量および／また
は折出物形態を調節することよつて該合金の機械
的強度を所定のものに調節することを骨子とす
る。 本発明を以下に詳細に説明する。 本発明に用いる折出硬化型合金は折出物含量お
よび／または折出物形態によつて強度が大巾に変
化するものであり、例えばSUS630，SUS631等
折出硬化型ステンレス鋼、A286等のFe基超合金、
Mar、M200、IN100、インコネル713C等のNi基
合金等の公知の折出硬化型合金がすべて含まれ
る。そして該折出硬化型合金の折出物含量およ
び／または折出物形態は鋳造後の熱処理あるいは
鋳造の際の冷却速度によつて変化し、したがつて
強度が調節される。 本発明に用いるセラミクスには例えばアルミ
ナ、ジルコニア、ジルコン、酸化クロム、スピネ
ル、窒化珪素、炭化珪素等の公知のセラミクスが
すべて含まれる。 本発明のセラミクス―金属複合体を製造するに
は一般的には前記した鋳ぐるみ法が適用される。
即ち鋳ぐるみ法においては上記のセラミクスの粉
末に所望なれば結着剤を添加してラバープレス法
等で所定形状に成形した後焼成することによつて
製造した所定形状のセラミクス材料を鋳型内に挿
入し、その後上記折出硬化型合金の溶融物を鋳型
内に注入し冷却固化する。かくしてセラミクス―
金属複合体を得るが、該セラミクス―金属複合体
を構成するセラミクスの熱膨張係数は例えば窒化
珪素、炭化珪素では３〜４×10-6／℃、アルミナ
では８×10-6／℃、ジルコニアでは11×10-6／℃
であり、インコネル713C、SUS630等の10〜20×
10-6／℃に比して小さい。そこで鋳ぐるみ法にお
ける冷却固化工程では上記セラミクスと金属と熱
膨張係数の差よりセラミクス―金属複合体を構成
するセラミクス材料および金属層に前記したよう
に応力が及ぼされる。しかし高温では金属の耐力
が低いため上記応力が及ぼされても金属層は該応
力に追従して塑性変形して応力は短時間に緩和さ
れてしまう。即ち高温での金属の応力緩和時間は
短かい。冷却が進むにつれて金属の耐力は高くな
り金属層は該応力に追従して塑性変形しなくな
る。かくして応力緩和時間は長くなり金属層、更
にはセラミクス材料に残留応力が及ぼされるよう
になる。この残留応力は前記したようにセラミク
スと金属との熱膨張係数の差に由来するものであ
る。即ちセラミクス材料および金属層にこのよう
な応力が及ぼされるのは金属の耐力が高くなり応
力に金属の塑性変形が追従出来なくなつた温度、
換言すれば金属の耐力と応力とが均衝した温度以
下の温度になつた場合である。そこで金属の耐力
を調節することが出来れば上記応力が及ぼされる
温度を調節することが出来、セラミクス―金属複
合体の変性、亀裂、層間剥離等の欠陥は防止出来
ることになる。そこで本発明ではセラミクス―金
属複合体を構成する金属として上記折出硬化型合
金を用いるのである。折出硬化型合金は前記した
ように鋳造後の熱処理あるいは鋳造の際の冷却速
度によつて折出物含量および／または折出物形態
が変化、耐力を大巾に調節することが出来るので
ある。例えばFe基超合金であるA286は第１図に
示すように固溶化温度によつてそれ以後のかたさ
HBが種々に変化する。第１図は縦軸にかたさ
HB、横軸には時効時間（hr）をとつたグラフで
あるが、時効処理温度高くなるにつれてかたさ
HBは低下し、耐力が低くなることが示され。 以下に本発明を更に具体的に説明するための実
施例を述べる。 実施例 外径30mm、内径25mm、高さ30mmの筒状の部分安
定化ジルコニウム成形物の表面にジルコニウムを
0.3mm厚で溶射してセラミクス材料とした。該セ
ラミクス材料を包んでロストワツクス法により鋳
型を作成し、該鋳型を1200℃に加熱してからイン
コネル713Cの溶融物（1420℃）を注入して該セ
ラミクス材料の外周のみに厚さ（ｔ）３mmのイン
コネル713C層を鋳造する。該溶融物注入後常温
まで冷却しその後第１表に示すように熱処理を施
す。熱処理温度が高くなるにつれてインコネル
713C層においてNi3Alを基本形とするγ′相をおも
な折出相とする折出物の状態は微細折出状態か次
第の粗大化して塑性が大きくなり、第１表に示す
ようにセラミクス材料の周方向応力は小さくな
る。
ミクス―金属複合体およびその製造法に関するも
のである。 セラミクスはその優れた耐蝕性、耐久性、耐熱
性、および断熱性等を生かして種々な方面で構造
部材として賞用されている。そして最近では該セ
ラミクスに更に加工容易性を与えて装置に組み込
み易くしたり、実効強度を向上させたりするため
にセラミクス層に対して金属層を接合したセラミ
クス―金属複合体が脚光を浴びている。このよう
なセラミクス―金属複合体は通常鋳型内に所定の
形状のセラミクス材料を挿入し、その後金属溶融
物を注入固化せしめることによるいわゆる鋳ぐる
み法により製造されるが、現在ではシリンダー、
副燃焼室等のエンジン部品関係、溶湯ポンプ等の
溶融金属処理関係、金属加工関係等に実用化され
つつある。 上記用途においては繰返し熱応力や外部応力が
該セラミクス―金属複合体に及ぼされるものであ
り、該複合体はこのような熱応力や外部応力によ
つて亀裂が層間剥離等が生ずるようなものであつ
てはならない。 該セラミクス―金属複合体は上記したように通
常ぐるみ法により製造されるが、鋳ぐるみ法によ
る冷却固化の際、セラミクスと金属との熱膨張係
数の差により両者に応力が及ぼされる。通常セラ
ミクスは金属つも小さな熱膨張係数を有し、した
がつて例えば筒状のセラミクス材料の外周に金属
層を被覆したような場合には内部応力としてセラ
ミクス材料には圧縮応力が発生し、金属層には引
張り応力が発生する。セラミクスは通常引張り強
度は小さく圧縮強度は大きいものであり、上記圧
縮応力がセラミクスに及ぼされると実効強度が向
上し、これが前記したようにセラミクス―金属複
合体の利点になるのであるが、上記圧縮応力や引
張り応力がセラミクスが金属の圧縮強度や引張り
強度よりも過大になればセラミクス―金属複合体
に変形、亀裂、層間剥離等の致命的な欠陥が生ず
ることになる。また逆にセラミクス材料に加わつ
ている鋳ぐるみ法による冷却固化の際の圧縮応力
が小さすぎる場合は、シリンダーの様な内部によ
り、セラミクス層に引張り応力が加わり破壊を生
ずることになる。セラミクス―金属複合体を構成
するセラミクス材料が金属層に及ぼされる応力は
セラミクス材料や金属層の強度に対して適当なも
のであることが望ましい。換言すればセラミクス
―金属複合体の用途によつてセラミクス材料や金
属層に及ぼされる内部応力を調節することが必要
である。しかしこのような選択をセラミクスや金
属の材質のみに求めれば使用条件、製法、経済性
等の点で問題を生ずることにもなる。そこでセラ
ミクスや金属の同一材質について鋳ぐるみ法によ
る冷却固化の際発生する内部応力を調節すること
が可能になるようにすれば上記諸問題は解消して
セラミクス―金属複合体の実用性は更に向上する
ことなるであろう。 本発明は上記従来の問題点に着目してセラミク
ス―金属複合体において、金属を同一材質におい
てその力学特性を所定のものに調節することによ
り、セラミクス―金属複合体に発生する内部応力
を調節することを目的とし、金属として折出硬化
型合金を用い、該合金の折出物含量および／また
は折出物形態を調節することよつて該合金の機械
的強度を所定のものに調節することを骨子とす
る。 本発明を以下に詳細に説明する。 本発明に用いる折出硬化型合金は折出物含量お
よび／または折出物形態によつて強度が大巾に変
化するものであり、例えばSUS630，SUS631等
折出硬化型ステンレス鋼、A286等のFe基超合金、
Mar、M200、IN100、インコネル713C等のNi基
合金等の公知の折出硬化型合金がすべて含まれ
る。そして該折出硬化型合金の折出物含量およ
び／または折出物形態は鋳造後の熱処理あるいは
鋳造の際の冷却速度によつて変化し、したがつて
強度が調節される。 本発明に用いるセラミクスには例えばアルミ
ナ、ジルコニア、ジルコン、酸化クロム、スピネ
ル、窒化珪素、炭化珪素等の公知のセラミクスが
すべて含まれる。 本発明のセラミクス―金属複合体を製造するに
は一般的には前記した鋳ぐるみ法が適用される。
即ち鋳ぐるみ法においては上記のセラミクスの粉
末に所望なれば結着剤を添加してラバープレス法
等で所定形状に成形した後焼成することによつて
製造した所定形状のセラミクス材料を鋳型内に挿
入し、その後上記折出硬化型合金の溶融物を鋳型
内に注入し冷却固化する。かくしてセラミクス―
金属複合体を得るが、該セラミクス―金属複合体
を構成するセラミクスの熱膨張係数は例えば窒化
珪素、炭化珪素では３〜４×10-6／℃、アルミナ
では８×10-6／℃、ジルコニアでは11×10-6／℃
であり、インコネル713C、SUS630等の10〜20×
10-6／℃に比して小さい。そこで鋳ぐるみ法にお
ける冷却固化工程では上記セラミクスと金属と熱
膨張係数の差よりセラミクス―金属複合体を構成
するセラミクス材料および金属層に前記したよう
に応力が及ぼされる。しかし高温では金属の耐力
が低いため上記応力が及ぼされても金属層は該応
力に追従して塑性変形して応力は短時間に緩和さ
れてしまう。即ち高温での金属の応力緩和時間は
短かい。冷却が進むにつれて金属の耐力は高くな
り金属層は該応力に追従して塑性変形しなくな
る。かくして応力緩和時間は長くなり金属層、更
にはセラミクス材料に残留応力が及ぼされるよう
になる。この残留応力は前記したようにセラミク
スと金属との熱膨張係数の差に由来するものであ
る。即ちセラミクス材料および金属層にこのよう
な応力が及ぼされるのは金属の耐力が高くなり応
力に金属の塑性変形が追従出来なくなつた温度、
換言すれば金属の耐力と応力とが均衝した温度以
下の温度になつた場合である。そこで金属の耐力
を調節することが出来れば上記応力が及ぼされる
温度を調節することが出来、セラミクス―金属複
合体の変性、亀裂、層間剥離等の欠陥は防止出来
ることになる。そこで本発明ではセラミクス―金
属複合体を構成する金属として上記折出硬化型合
金を用いるのである。折出硬化型合金は前記した
ように鋳造後の熱処理あるいは鋳造の際の冷却速
度によつて折出物含量および／または折出物形態
が変化、耐力を大巾に調節することが出来るので
ある。例えばFe基超合金であるA286は第１図に
示すように固溶化温度によつてそれ以後のかたさ
HBが種々に変化する。第１図は縦軸にかたさ
HB、横軸には時効時間（hr）をとつたグラフで
あるが、時効処理温度高くなるにつれてかたさ
HBは低下し、耐力が低くなることが示され。 以下に本発明を更に具体的に説明するための実
施例を述べる。 実施例 外径30mm、内径25mm、高さ30mmの筒状の部分安
定化ジルコニウム成形物の表面にジルコニウムを
0.3mm厚で溶射してセラミクス材料とした。該セ
ラミクス材料を包んでロストワツクス法により鋳
型を作成し、該鋳型を1200℃に加熱してからイン
コネル713Cの溶融物（1420℃）を注入して該セ
ラミクス材料の外周のみに厚さ（ｔ）３mmのイン
コネル713C層を鋳造する。該溶融物注入後常温
まで冷却しその後第１表に示すように熱処理を施
す。熱処理温度が高くなるにつれてインコネル
713C層においてNi3Alを基本形とするγ′相をおも
な折出相とする折出物の状態は微細折出状態か次
第の粗大化して塑性が大きくなり、第１表に示す
ようにセラミクス材料の周方向応力は小さくな
る。
【表】
第１表においてセラミクス材料の周方向応力は
歪ゲージを用いて測定した。 第１表によれば本実施例の筒状のセラミクス―
金属複合体の内部に圧力が及ぼされるような用途
に該セラミクス―金属複合体を用いる場合には該
内部圧力と拮抗するためにセラミクス材料に及ぼ
される周方向応力は大きい方が望ましく、この場
合は熱処理は不要であり、また内部圧力がかから
ない場合は該応力は小さい方望ましく、例えば
900℃×４時間の熱処理が適当である。 性能試験 上記実施例によつて製造したセラミクス―金属
複合体の性能を試験した。 (a) 上記筒状のセラミクス―金属複合体の両端を
シールして内部に油を充填して２分間2t／cm2の
油圧を及ぼし、後３分間除去するサイクルで疲
労試験を行つた。上記疲労試験によりセラミク
ス―金属複合体を構成するセラミクスが破壊す
るまでのサイクル回数を第２表に示す
歪ゲージを用いて測定した。 第１表によれば本実施例の筒状のセラミクス―
金属複合体の内部に圧力が及ぼされるような用途
に該セラミクス―金属複合体を用いる場合には該
内部圧力と拮抗するためにセラミクス材料に及ぼ
される周方向応力は大きい方が望ましく、この場
合は熱処理は不要であり、また内部圧力がかから
ない場合は該応力は小さい方望ましく、例えば
900℃×４時間の熱処理が適当である。 性能試験 上記実施例によつて製造したセラミクス―金属
複合体の性能を試験した。 (a) 上記筒状のセラミクス―金属複合体の両端を
シールして内部に油を充填して２分間2t／cm2の
油圧を及ぼし、後３分間除去するサイクルで疲
労試験を行つた。上記疲労試験によりセラミク
ス―金属複合体を構成するセラミクスが破壊す
るまでのサイクル回数を第２表に示す
【表】
(b) 上記セラミクス―金属複合体を400℃に保持
した炉内に５分間装入しその後５分間放冷する
サイクルを行つた。上記熱サイクル試験により
セラミクス―金属複合体を構成するセラミクス
が破壊するまでのサイクル回数を第３表に示
す。
した炉内に５分間装入しその後５分間放冷する
サイクルを行つた。上記熱サイクル試験により
セラミクス―金属複合体を構成するセラミクス
が破壊するまでのサイクル回数を第３表に示
す。
【表】
第２表をみれば熱処理温度が高いとセラミクス
―金属複合体を構成するセラミクス材料に及ぼさ
れる周方向の応力が小さくなり、セラミクスは内
部圧力によつて短時間に破壊し、一方第３表をみ
れば逆に熱処理温度が低いとセラミクス―金属複
合体を構成するセラミクス材料に及ぼされる周方
向の応力は大となりセラミクスは該応力によつて
短時間に破壊することが認められる。
―金属複合体を構成するセラミクス材料に及ぼさ
れる周方向の応力が小さくなり、セラミクスは内
部圧力によつて短時間に破壊し、一方第３表をみ
れば逆に熱処理温度が低いとセラミクス―金属複
合体を構成するセラミクス材料に及ぼされる周方
向の応力は大となりセラミクスは該応力によつて
短時間に破壊することが認められる。
第１図はA286のかたさHBと固溶化処理後の時
効時間（hr）との関係を各固溶化処理温度に対し
てプロツトしたグラフである。 図中、〓―〓 時効処理温度 816℃ ●―● 〃 760℃ 〓―〓 〃 704℃ ○―○ 〃 649℃
効時間（hr）との関係を各固溶化処理温度に対し
てプロツトしたグラフである。 図中、〓―〓 時効処理温度 816℃ ●―● 〃 760℃ 〓―〓 〃 704℃ ○―○ 〃 649℃
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ セラミクス層と金属層とからなるセラミクス
―金属複合体において、該金属として折出硬化型
合金を用い、該合金は折出物含量および／または
折出物形態により機械的強度を調節することによ
つて鋳ぐるみにより発生する内部応力が所定のも
のに調節されていることを特徴とするセラミクス
―金属複合体。 ２ 鋳型内に所定形状のセラミクス材料を挿入す
る工程１ 該鋳型内に折出硬化型合金の溶融物を注入する
工程２ 該溶融物を冷却固化せしめてから熱処理を行う
かもしくは該溶融物の冷却速度を制御することに
より該合金の折出物含量および／または折出物形
態により機械的強度を調節することによつて鋳ぐ
るみにより発生する内部応力を所定のものに調節
する工程３ 以上の工程１、２、３からなるセラミクス―金
属複合体の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1255584A JPS60154862A (ja) | 1984-01-25 | 1984-01-25 | セラミクス−金属複合体およびその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1255584A JPS60154862A (ja) | 1984-01-25 | 1984-01-25 | セラミクス−金属複合体およびその製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60154862A JPS60154862A (ja) | 1985-08-14 |
| JPH0152107B2 true JPH0152107B2 (ja) | 1989-11-07 |
Family
ID=11808583
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1255584A Granted JPS60154862A (ja) | 1984-01-25 | 1984-01-25 | セラミクス−金属複合体およびその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60154862A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103017542B (zh) * | 2011-09-26 | 2014-10-29 | 铜陵佳茂新材料科技有限责任公司 | 一种闪速炉复合陶瓷水冷铜套及其生产方法 |
-
1984
- 1984-01-25 JP JP1255584A patent/JPS60154862A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60154862A (ja) | 1985-08-14 |
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