JPH03198970A - セラミックスの鋳ぐるみ方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、セラミックスを金属で鋳ぐるんで複合製品を
得るためのセラミックスの鋳ぐるみ方法に関する。

（従来の技術） セラミックスは耐熱性、耐摩耗性、耐食性等に優れてい
ることより、その用途が拡大しつ−あるが、靭性が不足
しており、このため、例えばエンジンの排気ポート、排
気マニホールドなどの衝撃を受ける用途には、セラミッ
クス体を金属で鋳ぐるんで成る複合体を用いる例が多く
見られる。ところで、セラミックスを金属で鋳ぐるむ場
合の問題点としては、■鋳ぐるみ金属を鋳込んだ際の熱
衝撃によりセラミックス体に割れが生じ易いこと、■鋳
込み後の鋳ぐるみ金属の凝固収縮によりセラミックス体
に大きな締付力が作用し、同様にセラミックス体に割れ
が生じ易いことなどが挙げられる。

そして従来、上記■については、セラミックス体を予熱
する対策、あるいはセラミックス体に予めセラミックス
、カーボン、ホウ化物等の繊維から成る緩衝材を巻付け
る対策（特開昭５８−８４１５０号公報、特開昭６２−
２７５５８２号公報等）が有力となり、それなりの効果
を上げていた。−方、上記＠については、これまで決め
手がないままに種々の対策がなされており、例えば、中
〜低温における鋳ぐるみ金属の強度を特定し。

その塑性変形能を増すことによりセラミックス体に加わ
る締付力を軽減する対策（特開昭８０−２１６９８６号
公報参照）などもあった。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記凝固収縮に起因する割れ発生に関しては
、特にセラミックス体に屈曲部や断面変化部等の異形状
部がある場合に割れが発生し易いことが知られている。

これは、セラミックス体に異形状部があると、鋳ぐるみ
金属の全体の凝固収縮からくる応力が異形状部に集中す
るためと考えられる。しかしながら、上記鋳ぐるみ金属
の強度を特定する対策を含む、従来の対策によれば、こ
の応力集中に対して特別の配慮がなされおらず、何れも
、形状の複雑なセラミックスを対象とした場合に、割れ
の発生を確実に回避できない、という問題があった。

本発明は、上記従来の問題を解決することを課題として
なされたもので、その目的とするとことは、セラミック
ス体の形状がどのようなものであるかによらず、その鋳
ぐるみ時における割れを確実に防止することができるセ
ラミックスの鋳ぐるみ方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記目的を達成するため、セラミックス体の
異形状部を部分的に金属で鋳ぐるんだ後、その全体をさ
らに金属で鋳ぐるむように構成したことを特徴とする。

本発明において、上記異形状部を部分的に鋳ぐるむ厚さ
は任意であり、全体を鋳ぐるむ厚さより薄くても、厚く
ても、あるいはそれと同等であっても良い、また上記部
分的に鋳ぐるむ金属は、全体を鋳ぐるむ金属と必ずしも
同一でなくても良いが、異種金属を用いる場合は、全体
を鋳ぐるむ金属よりも融点の高いものを選択するのが望
ましい、さらに全体を鋳ぐるむに際しては、予めセラミ
ックス体の外周に緩衝材を巻付けるようにしても良い。

（作用） 」−記のように構成したセラミックスの鋳ぐるみ方法に
おいては、初回の鋳ぐるみ範囲はわずかであるため、そ
の凝固収縮によりセラミックス体の全体に発生する歪は
軽減され、したがって異形状部に集中する応力は可及的
に緩和される。しかも２回目の鋳ぐるみに際しては、初
回に部分的に鋳ぐるんだ層が応力の一部を担うこととな
り、前記同様に異形状部にかかる応力は緩和される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明する
。

第１図は、本発明の一実施例で得た複合体を示したもの
である。同図中、ｌは、はＣ直角の屈曲部１ａを有する
セラミックスパイプで、その屈曲部１ａの外周には、後
述する部分鋳ぐるみにより得た部分鋳ぐるみ層２と後述
する全体鋳ぐるみにより得た全体鋳ぐるみ層３の延長部
３ａとが積層形成され、一方、その屈曲部１ａを除く部
分（−股部）ｌｂの外周には前記全体鋳ぐるみ層３が表
面同一層になるように単独形成されている。

ご覧で、セラミックスパイプｌは、チタン酸アルミニウ
ムから成っており、外径４０＋ｓ鵬、肉厚４膳■程度の
大きさを有している。また、部分鋳ぐるみ層２および全
体鋳ぐるみ層３は、共にアルミニウム合金（ＪＩＳ　Ａ
Ｃ４Ｇ）から成っており、それぞれの厚さｔｌ、ｔ２は
、ｊｌ＝約２ｍｍ、ｔ２＝約３層腸程度とされている。

またセラミックスパイプｌの屈曲部１ａの範囲において
、部分鋳ぐるみ層２と全体鋳ぐるみ層の延長部３ａとを
プラスした鋳ぐるみ層全体の厚さは約３■■とされてお
り、したがってこの範囲における全体鋳ぐるみ層の延長
部３ａの厚さは１ｍｍ程度の薄層となっている。

以下、上記複合体を製造する方法を説明する。

先ず、セラミックスパイプｌを鋳型（図示略）内にセッ
トし、これを予熱（４００℃程度）した後、セラミック
スパイプｌの屈曲部１ａの周りにのみアルミニウム合金
を鋳込む、この鋳込みにより、該屈曲部１ａの外周には
上記した部分鋳ぐるみ層２が形成される０次に、この部
分鋳ぐるみ層２を有するセラミックスパイプ１を他の鋳
型（図示略）内にセットし、該部分鋳ぐるみ層２を含む
セラミックスパイプ１の周りにアルミニウム合金を鋳込
む、この鋳込みにより、セラミックスパイプｌの屈曲部
１ａの外周には上記部分鋳ぐるみ層２と全体鋳ぐるみ層
の延長部３ａとが積層形成されると共に、その−股部ｌ
ｂの外周には全体鋳ぐるみ層３が単独形成される。

しかして、上記初回の鋳ぐるみに際しては、鋳ぐるみ金
属（アルミニウム合金）がセラミックスパイプｌの一部
（屈曲部１ａ）を覆うだけであるため、この鋳ぐるみ金
属の凝固収縮によりセラミックバイブｌの全体に発生す
る歪は軽減され、したがって該屈曲部１ａに集中する応
力は可及的に削減され、結果として該屈曲部ｌａに割れ
が発生することはない、また、２回目の鋳ぐるみに際し
ては、前記予め形成した部分鋳ぐるみ層２が緩衝層とな
り、この結果、セラミックパイプｌに発生する歪の絶対
値が軽減され、同じく該屈曲部１ａに割れが発生するこ
とはない。

第２図は、上記２回目の鋳ぐるみ時における、セラミッ
クスパイプ１の外周面および部分鋳ぐるみ層２の外周面
での温度変化とセラミックスパイプｌに生じる歪の変化
とを見たものである。こ−で、温度変化は各対応する面
に熱電対を接合して測定する方法により、歪の変化は有
限要素法（ＦＥＷ）を用いて解析する方法により求めた
。なお、比較のため、部分鋳ぐるみ層２を設けることな
く、単にセラミックスパイプ１の全体をアルミニウム合
金で鋳ぐるんだ比較例についても、前記同様に温度変化
と歪の変化とを調査した。

第２図に示す結果より、比較例の場合、セラミックスパ
イプ１の外周面温度は、破線Ａで表わされるように、鋳
ぐるみ金属（アルミニウム合金）を注湯した直後に該金
属の凝固温度（共晶温度）Ｔ１以上に達し、その後、共
晶温度Ｔｌで一旦停滞した後１時間の経過とともに低下
する。また比較例の場合、セラミックスパイプｌに発生
する歪（圧縮歪）は、破線Ａ°で表わされるように、鋳
ぐるみ金属の凝固完了後から発生し始め、時間の経過す
なわち温度の低下とともに増大して、常温ではかなり大
きな値（約−ｌｔｘ　ｌｏ−’）　トｔｔ　ル。

これに対して、本実施例の場合、部分鋳ぐるみ層２の外
周面温度は、細線Ｂ１で表わされるように、−旦鋳ぐる
み一金属の凝固温度Ｔ、以上に達するものの、その後の
降下は急となる。

方、セラミックスパイプ１の外周面の温度は、太ｖｉＢ
　２で表わされるように、鋳ぐるみ金属の凝固温度Ｔ１
よりかなり低い温度Ｔ２でピークを示した後、ゆるやか
に降下し、所定の時間経過後は、セラミックスパイプｌ
の外周面温度と部分鋳ぐるみ層２の外周面温度とは一致
するようになる。また本実施例の場合、セラミックスパ
イプｌに発生する歪は、実線Ｂ′で表わされるように、
注湯後、−旦歪（圧縮歪）が低下し、その後漸像して、
常温では前記比較例に比し著しく小さくな値（約１／２
　）となる、これにより、セラミックスパイプｌの屈曲
部１ａに発生する応力も半減し、結果として割れの発生
はなくなる。

第３図は、上記実施例を適用して得た排気マニホールド
を示したものである。排気マニホールドの場合、図示の
ように、セラミックス体！１は複数の屈曲部１１ａを有
するものとなるが、その屈曲部１１ａのそれぞれに実施
例の要領で部分鋳ぐるみ層１２と全体鋳ぐるみ層１３と
を積層形成することにより、セラミックス体１１に割れ
が発生することはなくなり、排気マニホールドの製造歩
留りは大きく向上するようになる。

なお、上記実施例においてセラミックスパイプｌの屈曲
部１ａの外周に、部分鋳ぐるみ層２と全体鋳ぐるみ層３
とを積層形成するようにしたが、これに代え１例えば第
４図に示すように、セラミックスパイプ１の屈曲部１ａ
において、その外周から全体鋳ぐるみ層の延長部３ａを
省略して、部分鋳ぐるみ層２のみを単独に設けるように
しても良い、この場合は、２回目の鋳ぐるみに際して部
分鋳ぐるみ層２の周りに鋳ぐるみ金属の溶湯が接触しな
いので、セラミックスパイプｌの屈曲部１ａに対する熱
伝達はきわめてわずかとなり、この部分に対する応力の
集中もわずかとなって割れ発生は、より確実に防止され
る。なお第４図において、前出第１図と同一部分には同
一符号を付した。

（発明の効果） 以上、詳細に説明したように、本発明にか覧るセラミッ
クスの鋳ぐるみ方法によれば、２段回に鋳ぐるむことで
、金属の凝固収縮に起因するセラミックス体の異形状部
への応力集中を可及的に緩和することが可能になり、形
状複雑なセラミックスに対しても確実に割れの発生を防
止できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例で得た複合体の構造を示す
断面図、第２図は１本実施例の鋳ぐるみ中における温度
変化および歪変化を比較例と対比して示す線図、第３図
は、本発明を適用して得た排気マニホールドの断面図、
第４図は、本発明の他の実施例で得た複合体の構造を示
す断面図である。 ｌ　・・・　セラミックスパイプ ｌａ　　・・・　屈曲部（異形状部） ２　・・・　部分鋳ぐるみ層 ３　・・・　全体鋳ぐるみ層 （ほか２名） 第１ 図 第 １囚 第４ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミックス体の異形状部を部分的に金属で鋳ぐ
   るんだ後、その全体をさらに金属で鋳ぐるむことを特徴
   とするセラミックスの鋳ぐるみ方法。