JPH0229627B2 - - Google Patents

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JPH0229627B2
JPH0229627B2 JP57197721A JP19772182A JPH0229627B2 JP H0229627 B2 JPH0229627 B2 JP H0229627B2 JP 57197721 A JP57197721 A JP 57197721A JP 19772182 A JP19772182 A JP 19772182A JP H0229627 B2 JPH0229627 B2 JP H0229627B2
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JP
Japan
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heat
composite material
resistance
combustion chamber
sic
Prior art date
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JP57197721A
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JPS5988371A (ja
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Tsuyoshi Kato
Kyokuni Oomori
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Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は耐ヒートシヨツク性に優れた耐熱複合
材料及びその製造法に関する。詳しくは炭化ケイ
素(SiC)ウイスカと1種又は2種以上のMo、
W、B、Cとから成る耐ヒートシヨツク性に優れ
た耐熱複合材料及びその製造法に関する。 本発明の複合材料を構成する炭化ケイ素
(SiC)ウイスカは例えば次の如き特性を有する
ものである。 直径 0.1〜1.0μm 長さ 50〜200μm アスペクト比 50〜300 密度 3.17g/cm3 引張強さ 300〜1400Kgf/mm2 本発明者らはこの様な引張強さ等に優れた特性
を有するSiCウイスカを用い、これと金属成分等
との複合材料について鋭意検討したところ、所定
量のSiCウイスカに1種又は2種以上のMo、W、
B、Cを複合させて成る新規複合材料が耐熱性に
優れ、しかも耐ヒートシヨツク性にも優れている
ことを見い出した。 又本発明の耐熱複合材料は耐熱性に優れ又耐ヒ
ートシヨツク性に優れ、更に耐熱高温腐食性にも
優れているので、特にエンジンの燃焼室用就中デ
ーゼルエンジンの渦流燃焼室用として好適に用い
られることが判つた。 即ち、近年、燃料消費効率や排気ガス規制の面
などから、デイーゼルエンジンの有利さが注目を
集めており、自動車への利用についてみれば、従
来は大型トラツクが中心であつたが、乗用車にも
搭載される様になつてきた。 しかし乗用車のデイーゼルエンジンは、必然的
に小型化及び高速回転の要求が強く、そのため燃
焼室周辺の熱負荷が大とならざるを得ない。近年
ひろく採用されている渦流燃焼室をもつものにお
いては、特に燃焼室噴口部付近は高温で高圧の燃
焼ガスが高速で吹きつけ通過して行くため、局部
的に高温となり損傷が著しい。又燃料の軽油や灯
油中に含まれる不純物、特にイオウやバナジウム
に起因する腐食作用も受ける。最近の出力性能向
上の要求にこたえたターボチヤージヤーの装備に
より、エンジンの燃焼条件は一層可酷なものとな
り、燃焼室を構成する材料に対して極めて高度の
耐熱性と耐高温腐食性が要求される様になつた。
デイーゼルエンジンの渦流燃焼室の材料として、
従来は、SUH3、SUH661等の耐熱鋼や
Nimocast 80の様なニツケル基耐熱合金が用い
られてきたが、これら材料はいずれも耐用寿命を
決定する耐ヒートシヨツク性(クラツク発生の有
無により判断、耐ヒートクラツク性とも称し得
る)が不十分であり、又噴口部先端の耐高温腐食
性にも問題があり、デイーゼルエンジンの性能を
十分に発揮させる上で制約になつていた。 本発明はその特性上一般耐熱部材として好適に
使用できる他、上記した問題を解消できる耐熱複
合材料に係るものであり、耐ヒートクラツク性と
耐高温腐食性を大巾に改善することに成功した。 本発明は炭化ケイ素ウイスカを50〜98%(重
量、以下同じ)含み、残部がMo、W、B、Cの
1種又は2種以上より成る耐ヒートシヨツク性に
優れた耐熱複合材料に存する。 又本発明は耐ヒートシヨツク性に優れた耐熱複
合材料を好適に製造する方法に存し、その特徴
は、炭化ケイ素ウイスカを50〜98%含み、残部が
Mo、W、B、Cの1種又は2種以上より成るブ
レンド物を真空中又は不活性ガス中で温度900℃
以上に焼結することにある。 本発明の複合材料は上記の如く炭化ケイ素ウイ
スカ50〜98%、1種又は2種以上Mo、W、B、
C残部即ち2〜50%より成る。これらMo、W、
B、Cの含有量については耐熱複合材料として
の、特に高温での耐酸化性の低下やSiCの靭性の
改善、低下を考慮する必要がある。Mo又は(及
び)Wとの複合の場合、Mo、Wの含有量が50%
を越えるときには複合材料の高温での耐酸化性が
低下し、一方2%末満であるときにはSiCの靭性
が改善されない。Mo、Wの場合好ましく10〜30
%である。B又は(及び)Cとの複合の場合、
B、Cの含有量が50%を越えるときにはやはり高
温での耐酸化性の低下が著しいし、逆にSiCの靭
性の低下がみられるようになり、一方2%未満で
はSiCの靭性の改善ができない。B、Cの場合好
ましくは10〜25%である。 Mo、W、B、Cは本発明に於いてバインダー
的役割を果たすものと考えられ、SiCの成形性を
高める。即ち、本発明に於いては、通常SiCと他
金属等とを複合させる際に使用されるプラスチツ
ク等の如きバインダーを必要とせずに、所定量の
SiCとMo、W、B、C粉末とをブレンドし、好
ましくは上記製法で焼結することにより耐ヒート
シヨツク性に優れた耐熱複合材料が得られる。 本発明の成立の過程に於いて、Mo、W以外の
耐火金属例えばFe、TiについてSiCとの複合が検
討されたが、FeやTiの場合Cとの反応が起こり
好ましくないことが判つた。この点Mo、WはC
との反応が起こらず好ましいばかりでなく、得ら
れた耐熱複合材料は耐ヒートシヨツク性、耐熱
性、耐高温腐食性に優れたものであつた。もちろ
ん、SiCとB又は(及び)Cとの複合も好ましい
ものである。 SiCの含有量については上記から50〜98%であ
ることが適当である。前記したMo、W、B、C
の含有量の限定理由に加えて、SiCが98%を越え
る場合には成形上難点があり、複合材料として強
度の高いものが得られない。 次に本発明複合材料の前記した製造法について
の説明を補足する。 本発明の製造法により複合材料を得る場合、ブ
レンド物は真空中又は不活性ガス中でブレス焼結
することが必要である。大気中で行う場合には
Mo、W、B、Cが分解し、所望の複合材料が得
られない。 又プレス焼結は温度900℃以上で行うことが必
要である。900℃を越えないときには焼結強度の
高いものが得られない。当該温度については特に
上限はなく、高温である程焼結強度の高いものが
容易に得られる。通常900〜1250℃である。 本発明の製造法の好ましい一実施態様を例示す
ると、SiCウイスカの所定量をよくほぐし、当該
ウイスカにMo、W、B、Cの1種又は2種以上
粉末の所定量をよくブレンドし、所定の型に入れ
て冷間成型する。尚本発明でいうブレンド物には
かかる冷間成型後のブレンド物をも包含する。 次いで当該冷間成型後、同タイプの熱間プレス
用型で真空中又はN2等の不活性ガス中、好まし
くは圧力10Kg/mm2以上、温度900〜1250℃で熱間
プレス焼結を行い、所望により仕上げ加工を施
す。Mo、W、B、Cはいずれか1種でもよい
が、二種以上を用いることが好ましく、Mo、W
との組合せやBとCとの組合せが推奨される。 次に本発明を実施例及び比較例を以つて説明す
る。 第1表は本実施例に供した試料の化学組成を示
す。 上記試料は、所定量(第1表)のSiCウイスカ
をよくほぐし、これに残成分(Mo、W、B、
C)の所定量(第1表)を混ぜてよく混合し、所
定の型に入れて冷間成形後、同タイプの熱間プレ
ス用型で真空中、1250℃で熱間プレス焼結を行つ
た後、若干の仕上げ加工を行つて作つた。
【表】 次に上記本発明材1〜5について耐熱耐酸化性
試験を行つた。即ち15×50×5mmの各試料につい
て1700℃で大気中1時間加熱后の変化を調べた。
その結果本発明材1〜5について、いずれも何ら
の変化も認められず、耐熱耐酸化性の優れている
ことが判つた。 次に上記寸法、形状の試料について熱衝撃試験
(ヒートシヨツクテスト)を行つた。即ち本発明
材1〜5を先ず1700℃の加熱炉で加熱した後、直
ちに5℃の冷水中に投入する試験を繰り返して行
つた。その結果いずれの試料も30回以上のサイク
ルを繰り返してもクラツクを発生することはな
く、熱衝撃性に優れていることが認められた。 更に、本発明材1〜5を用い、第1図〜第3図
に示す如きデイーゼルエンジンの渦流燃焼室を前
記した方法でプレス焼結して作成し、このものの
サイクルテストを行つた。尚第1図〜第3図に示
すデイーゼルエンジンの渦流燃焼室について説明
すると、図中1が燃焼室であり、2が燃焼ガスの
噴口部である。尚第3図では燃焼室の下半分だけ
を示し、上半分及びシリンダーは点線で示してあ
る。 この噴口部2は高温高圧の燃焼ガスが高速で吹
き抜け、突端部21,22は100℃を超える高温
に達する。しかも燃焼ガスは酸化性かつ腐食性で
ある。従つて、耐高温腐食性、耐ヒートクラツク
性が要求される。 サイクルテストは2200c.c.の排気量の4サイクル
デイーゼルエンジンに用いる渦流燃焼室につい
て、先ず4/4負荷、5000rpmで8分間、次いで無
負荷、1000rpmで5分間のサイクルを、延べ200
時間にわたつて繰り返して行つた。 そして、200時間後の主として燃焼室の噴口部
の腐食状況とヒートクラツク発生の有無を調べ
た。結果を第2表に示す。 第2表に示す如く噴口部の腐食は認められず、
又ヒートクラツクも生じなかつた。 尚第2表には比較例として従来から使用されて
いるSUH3、Nimocast80についてのテスト結果
を併記した。
【表】 尚噴口部を本発明材2で先ず成型焼結して作
り、噴口部以外の燃焼室部分を比較材1で鋳ぐる
んで燃焼室を作り、上記と同様のテストを行つた
が、この場合も噴口部の腐食は認められず、又ヒ
ートクラツクも生じなかつた。又鋳ぐるみはロス
トワツクス法により行い、本発明材2よりなる噴
口部を鋳型中に置き、これに比較材1の溶湯を注
いで鋳ぐるんだ。 次に本発明材2及び4について熱伝導率を測定
した結果、SiCウイスカ100%単独の場合に比し
て10〜20%大きい値を示した。この事は寿命延長
にある程度寄与していると考えられる。 以上の通り、本発明複合材料は耐熱耐酸化性に
於いて優れ、又耐ヒートシヨツク性にも優れ、デ
イーゼルエンジンの燃焼室用として使用した場合
腐食が認められず、又ヒートクラツクの発生もな
く、優れた複合材料であることが判る。 更に、本発明複合材料はこの様な特性を有する
ので、エンジンの予燃焼室、主燃焼室就中デイー
ゼルエンジンの渦流燃焼室の噴口部に好適に使用
される他、耐熱部材として、ラジアンドチユー
ブ、自動車の加熱プラグ、バーナーノーズル、熱
交換器、ターボの羽根車インピラー、排気管、ピ
ストン等の耐熱性、耐ヒートクラツク性等が要求
される装置部材として好適に使用される。
【図面の簡単な説明】
図面はデイーゼルエンジン用渦流燃焼室の一例
についてその構成を説明するためのものであつ
て、第1図は平面図、第2図は底面図、第3図は
縦断面図である。 1……燃焼室、2……噴口部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 炭化ケイ素ウイスカを50〜98重量%含み、残
    部がMo、W、B、Cの1種又は2種以上より成
    る耐ヒートシヨツク性に優れた耐熱複合材料。 2 エンジンの燃焼室に使用される、特許請求の
    範囲第1項記載の耐熱複合材料。 3 炭化ケイ素ウイスカを50〜98重量%を含み、
    残部がMo、W、B、Cの1種又は2種以上より
    成るブレンド物を真空中又は不活性ガス中で温度
    900℃以上でプレス焼結することを特徴とする耐
    ヒートシヨツク性に優れた耐熱複合材料の製造
    法。
JP57197721A 1982-11-12 1982-11-12 耐熱複合材料及びその製造法 Granted JPS5988371A (ja)

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JPS5988371A JPS5988371A (ja) 1984-05-22
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0668637U (ja) * 1993-03-05 1994-09-27 山岡金属工業株式会社 調理用網

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JPS61166963A (ja) * 1985-01-17 1986-07-28 Daido Steel Co Ltd 高温用工具材料
JPH0832590B2 (ja) * 1986-10-08 1996-03-29 株式会社日立製作所 炭化ケイ素焼結体およびその製法
JP2814744B2 (ja) * 1990-11-30 1998-10-27 松下電器産業株式会社 自動給湯装置

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