JPH03218987A - 炭化珪素／金属複合管の製造方法 - Google Patents
炭化珪素／金属複合管の製造方法Info
- Publication number
- JPH03218987A JPH03218987A JP1176790A JP1176790A JPH03218987A JP H03218987 A JPH03218987 A JP H03218987A JP 1176790 A JP1176790 A JP 1176790A JP 1176790 A JP1176790 A JP 1176790A JP H03218987 A JPH03218987 A JP H03218987A
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- Japan
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- silicon carbide
- silicon
- powder
- metal
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- Pending
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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】
こ産業上の利用分野〕
本発明は炭化珪素と金属の複自管の製造方法に係る、
〔従来の技術〕
金属管の内面をセラミ，・クスて覆った複合管はガスタ
ービンエンジンの燃焼管、熱気流輸送管、耐摩耗性シリ
ンダーライナー等ｌ＼応用される。
ービンエンジンの燃焼管、熱気流輸送管、耐摩耗性シリ
ンダーライナー等ｌ＼応用される。
金属管にセラミックスを接合する方法として、遠心テル
ミット法がある。これは金属管の内面をアルミニウム粉
末と酸化鉄の粉末で覆った後、テルミット法で生成する
鉄を媒介として金属と反応生成物である＾１２０，層と
の結合を得る方法である。
ミット法がある。これは金属管の内面をアルミニウム粉
末と酸化鉄の粉末で覆った後、テルミット法で生成する
鉄を媒介として金属と反応生成物である＾１２０，層と
の結合を得る方法である。
この遠心テルミット法は金属とセラミックスの比較的強
固な結合を有する複合管を提供するが、高強度複会管と
しては未だ不十分である。そこで、本発明者は先にテル
ミット法で金属管と八１２０３層の中間に炭化珪素層を
介在させ、がっこれらの層の間を金属珪素、鉄又は珪素
一鉄合金て結合する方法を開示した（特開昭５８−９５
６７５号公報）。
固な結合を有する複合管を提供するが、高強度複会管と
しては未だ不十分である。そこで、本発明者は先にテル
ミット法で金属管と八１２０３層の中間に炭化珪素層を
介在させ、がっこれらの層の間を金属珪素、鉄又は珪素
一鉄合金て結合する方法を開示した（特開昭５８−９５
６７５号公報）。
二発明か解決しようとする課Ｍ〕
上記の方法により、緻密で強靭、かつ耐熱衝撃性に陵れ
た複計管か得られたか、表層のｊＭ’，Ｏ，層が加熱一
冷却くり返りサイクル条件下で剥離する問題を生じた。
た複計管か得られたか、表層のｊＭ’，Ｏ，層が加熱一
冷却くり返りサイクル条件下で剥離する問題を生じた。
これは＾ｌ２０３がその下地のＳｉＣの熱膨張係数と比
べて大きいためである。
べて大きいためである。
そこで、本発明は上記の本発明者が開示した方法を改良
し、熱サイクル下でも八１２０３層が剥離しないように
することを目的とする。
し、熱サイクル下でも八１２０３層が剥離しないように
することを目的とする。
本発明は、上記目的を、金属管の内面に炭化珪素粉末と
炭素粉末との均一混合物よりなる粉末成形体層を成層し
、該粉末成形体層の表面に該粉末成形体層中の炭素を炭
化珪素に変えるに要する珪素呈に対し過剰の珪素を環状
に配置し、更に最内層にアルミニウムと四三酸化鉄の混
合物粉末層を積層した管状物を遠心機で回転させ、十分
な遠心力下で最内層にテルミット反応を起こさせ、その
反応熱により炭化珪素ｆ）反応焼結を行うに際し、該珪
素層中に重量で珪素１００に対しチタンを０，４か，ｌ
’， ４．０の範囲内で添加したことを特徴とする炭１
ヒエ↑素 ′金属複自管ごノ製造方法によって達成する
６珪素に対するチタンの添加量は、後記実施例に見られ
るように、重量で珪素１００に対して０．４〜４，０の
範囲で効果があり、１．０〜２．５の範囲が好ましい。
炭素粉末との均一混合物よりなる粉末成形体層を成層し
、該粉末成形体層の表面に該粉末成形体層中の炭素を炭
化珪素に変えるに要する珪素呈に対し過剰の珪素を環状
に配置し、更に最内層にアルミニウムと四三酸化鉄の混
合物粉末層を積層した管状物を遠心機で回転させ、十分
な遠心力下で最内層にテルミット反応を起こさせ、その
反応熱により炭化珪素ｆ）反応焼結を行うに際し、該珪
素層中に重量で珪素１００に対しチタンを０，４か，ｌ
’， ４．０の範囲内で添加したことを特徴とする炭１
ヒエ↑素 ′金属複自管ごノ製造方法によって達成する
６珪素に対するチタンの添加量は、後記実施例に見られ
るように、重量で珪素１００に対して０．４〜４，０の
範囲で効果があり、１．０〜２．５の範囲が好ましい。
チタンは＾１ ２０ ， ，− ’ Ｓ ｉ Ｃ層面に
濃縮分布層を生成し、Ａｆｔ．層からＳｉＣ層にかけて
よく濡れることによって、ＡＮ，０，層のＳｉＣ層に対
する結合を強固にする。
濃縮分布層を生成し、Ａｆｔ．層からＳｉＣ層にかけて
よく濡れることによって、ＡＮ，０，層のＳｉＣ層に対
する結合を強固にする。
夫Ｌ鯉１
外層金属管として内径８ ０ ｍ ｌＩＩ、管長１２
０ １６ ｒｎ、肉厚４１１１１１１の銚鉄＜ＦＣ３０
）管を用い、市販のａ−ＳｉＣ粉末（不二見研摩材工業
く株）製ＧＣ級、＃２０００ ： ＃４０００：＃８０
００＝ ７ ： ２ ： １の混合物）とカーボンブラ
ック（三菱化成工業（株）ダイアブラックＩ）との重量
比１：０．８の均一混合物１８７εを銚鉄管の内壁に嵩
密度１８４ε ＣＴｎ３になるようにほほ一様な厚さ
く肉厚約６ ｍ ＩＬ ）に成層した。成層には適当な
径ご）中子を金属管内に挿入し、金属管と中子との間に
前記混合物を充填する方法によって行った９次に、この
混合物層上に同様にしてチタン粉末を含んた珪素粉末（
チタンの添加量は第１図に示した量である。主成分の珪
素は純度９９．９％で、いろいろな粒度を配合して充填
性を高めた。またチタンはスポンジチタン微粉末を用い
た）２１３ｇ（理論量の１．１倍）をほぼ一様な厚さ約
５＋ｍｓに充填した。
０ １６ ｒｎ、肉厚４１１１１１１の銚鉄＜ＦＣ３０
）管を用い、市販のａ−ＳｉＣ粉末（不二見研摩材工業
く株）製ＧＣ級、＃２０００ ： ＃４０００：＃８０
００＝ ７ ： ２ ： １の混合物）とカーボンブラ
ック（三菱化成工業（株）ダイアブラックＩ）との重量
比１：０．８の均一混合物１８７εを銚鉄管の内壁に嵩
密度１８４ε ＣＴｎ３になるようにほほ一様な厚さ
く肉厚約６ ｍ ＩＬ ）に成層した。成層には適当な
径ご）中子を金属管内に挿入し、金属管と中子との間に
前記混合物を充填する方法によって行った９次に、この
混合物層上に同様にしてチタン粉末を含んた珪素粉末（
チタンの添加量は第１図に示した量である。主成分の珪
素は純度９９．９％で、いろいろな粒度を配合して充填
性を高めた。またチタンはスポンジチタン微粉末を用い
た）２１３ｇ（理論量の１．１倍）をほぼ一様な厚さ約
５＋ｍｓに充填した。
更に内測にアルミニウム粉末（純度７８％約２００メッ
シュ）とＦｅＪ−粉末（試薬特級、約２００メッシュ）
のモル比８二３の均一混合物７７ｇを約３ＩＩｌ―の厚
さて一様に積層した。
シュ）とＦｅＪ−粉末（試薬特級、約２００メッシュ）
のモル比８二３の均一混合物７７ｇを約３ＩＩｌ―の厚
さて一様に積層した。
上記のように調整した試験片を遠心鋳造実験に用いる片
持横型遠心機の金型中央部に挿入固定した。金型は固定
のみでなく冷却の役割をも果せるようにしてある。遠心
機回転部に取付けた試験片を偏心させずに回転させ、お
よそ２００Ｇに達したときアセチレン炎でアルミニウム
とＦｅｓＯ．混合物に着火し子ルミソト反応を起させた
。テルミ・ソ｝ヘ反応による発熱で誘起された炭化珪素
の反応焼結も発熱反応であるので全ての反応か瞬特に完
結した。
持横型遠心機の金型中央部に挿入固定した。金型は固定
のみでなく冷却の役割をも果せるようにしてある。遠心
機回転部に取付けた試験片を偏心させずに回転させ、お
よそ２００Ｇに達したときアセチレン炎でアルミニウム
とＦｅｓＯ．混合物に着火し子ルミソト反応を起させた
。テルミ・ソ｝ヘ反応による発熱で誘起された炭化珪素
の反応焼結も発熱反応であるので全ての反応か瞬特に完
結した。
冷却後、回転を止め、金型から取出した試験片は内層に
肉厚約６ＷＩＩＩｌの炭化珪素セラミック層か生成され
ており、更にその表面は厚さ約０．４Ｗ＋ｗ＋の＾１２
０，層て覆われていた。第１図にこの断面を模式的に示
す。同図中、１は鋳鉄管、３はＳｉＣ層、５は八ｌ２０
，層て゛ある。
肉厚約６ＷＩＩＩｌの炭化珪素セラミック層か生成され
ており、更にその表面は厚さ約０．４Ｗ＋ｗ＋の＾１２
０，層て覆われていた。第１図にこの断面を模式的に示
す。同図中、１は鋳鉄管、３はＳｉＣ層、５は八ｌ２０
，層て゛ある。
次にニクノ試験片の断面を鏡面研摩し、エレクトロンプ
ローブマイクロアナライザー（ＥＰＭ＾）で分析した。
ローブマイクロアナライザー（ＥＰＭ＾）で分析した。
最内層の八ｌ２０３層５は約０．４ｍｍの厚さて、八ｌ
，０：１層５と炭化珪素層３との間で一部化学結合して
いるようであるが主としてＳｉ−Ｆｅ１金層４が介在し
ていた。少量であったが、＾ｆ２０，層５と炭化珪素層
３Ｑノ間にチタンの濃縮分布が検出され、これがＡｆ．
０，’炭化珪素間に位置する結合力を微視的領域てある
が一層高めているように考えられた。
，０：１層５と炭化珪素層３との間で一部化学結合して
いるようであるが主としてＳｉ−Ｆｅ１金層４が介在し
ていた。少量であったが、＾ｆ２０，層５と炭化珪素層
３Ｑノ間にチタンの濃縮分布が検出され、これがＡｆ．
０，’炭化珪素間に位置する結合力を微視的領域てある
が一層高めているように考えられた。
炭化珪素層３中には、鉄を僅かに含んだｔＬ耐金属珪素
が約１５°Ｊの量で網状に分布していた３炭（ヒ珪素セ
ラミック層と鋳鉄管との間には炭化珪素セラミック中の
遊離金属珪素と連続し、鉄に富んだＦｅ−Ｓｉ合金層２
が存在して拡散接合を生じていた。又、この反応は瞬間
的に行われるのて組成中に、空気中であっても炭素の燃
焼反応の跡をとどめず、気泡の存在も認めなかった３ Ｕ匠１ 実施例１と同方法で、チタンを含まず珪素粉末のみを配
置して同様に複合管を製造した。
が約１５°Ｊの量で網状に分布していた３炭（ヒ珪素セ
ラミック層と鋳鉄管との間には炭化珪素セラミック中の
遊離金属珪素と連続し、鉄に富んだＦｅ−Ｓｉ合金層２
が存在して拡散接合を生じていた。又、この反応は瞬間
的に行われるのて組成中に、空気中であっても炭素の燃
焼反応の跡をとどめず、気泡の存在も認めなかった３ Ｕ匠１ 実施例１と同方法で、チタンを含まず珪素粉末のみを配
置して同様に複合管を製造した。
Ｌ１鯉
比較例１と実施例１て製造した管長１２０ｍｍの複合管
からそれぞれ管長４５＋ｎｍに切断して熱衝撃試験片と
した。本試験は＾１２０３層の剥離破損を評価するもの
である。
からそれぞれ管長４５＋ｎｍに切断して熱衝撃試験片と
した。本試験は＾１２０３層の剥離破損を評価するもの
である。
上記試験片を縦型電気炉の上側に加熱室、下側にＡｒガ
ス吹き付け冷却室を設けたエレベータ式台座上に置き、
加熱１分、冷却１分３０秒で約８５０℃→約１２０℃間
の急熱急冷に曝した。冷却中は加熱室と冷却室間は自動
的に遮蔽板が入り、仕切る。
ス吹き付け冷却室を設けたエレベータ式台座上に置き、
加熱１分、冷却１分３０秒で約８５０℃→約１２０℃間
の急熱急冷に曝した。冷却中は加熱室と冷却室間は自動
的に遮蔽板が入り、仕切る。
試験中サイクル自動運転のくり返し回数と八ｌ２０，層
の剥離発生の関係を第２図に結果としてまとめて示す。
の剥離発生の関係を第２図に結果としてまとめて示す。
本発明によれば、金属管の内側にＳｉＣ層を介して＾ｌ
２０３層を形成し、かつ金属管とＳｉＣ層と、及びＳｉ
Ｃ層と八〇．０．層とを金属珪素、鉄又はＳＦｅき金に
より結合した炭化珪素，′金属複合管において、最内層
の八ｌ２０，層とＳｉＣ層の界面にチタンの濃縮層を生
成せしめることによって八１２０３層の熱サイクルによ
る剥離を防止することができる。
２０３層を形成し、かつ金属管とＳｉＣ層と、及びＳｉ
Ｃ層と八〇．０．層とを金属珪素、鉄又はＳＦｅき金に
より結合した炭化珪素，′金属複合管において、最内層
の八ｌ２０，層とＳｉＣ層の界面にチタンの濃縮層を生
成せしめることによって八１２０３層の熱サイクルによ
る剥離を防止することができる。
第１図は炭化珪素，′金属複合管の横断面図、第２図は
複合管の熱サイクル耐久試験の結果を示す図である。 １−・鋳鉄管、 ２・・・Ｆｅ−Ｓｉ台金層、３
・・ＳｉＣ層、 ４・・・金属Ｓｉ，′Ｓｉ Ｆｅ会金連続層、５−・
・＾ｆ，０４層。
複合管の熱サイクル耐久試験の結果を示す図である。 １−・鋳鉄管、 ２・・・Ｆｅ−Ｓｉ台金層、３
・・ＳｉＣ層、 ４・・・金属Ｓｉ，′Ｓｉ Ｆｅ会金連続層、５−・
・＾ｆ，０４層。
Claims (1)
- １．金属管の内面に炭化珪素粉末と炭素粉末との均一混
合物よりなる粉末成形体層を成層し、該粉末成形体層の
表面に該粉末成形体層中の炭素を炭化珪素に変えるに要
する珪素量に対し過剰の珪素を環状に配置し、更に最内
層にアルミニウムと四三酸化鉄の混合物粉末層を積層し
た管状物を遠心機で回転させ、十分な遠心力下で最内層
にテルミット反応を起こさせ、その反応熱により炭化珪
素の反応焼結を行うに際し、該珪素層中に重量で珪素１
００に対しチタンを０．４から４．０の範囲内で添加し
たことを特徴とする炭化珪素／金属複合管の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1176790A JPH03218987A (ja) | 1990-01-23 | 1990-01-23 | 炭化珪素／金属複合管の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1176790A JPH03218987A (ja) | 1990-01-23 | 1990-01-23 | 炭化珪素／金属複合管の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03218987A true JPH03218987A (ja) | 1991-09-26 |
Family
ID=11787128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1176790A Pending JPH03218987A (ja) | 1990-01-23 | 1990-01-23 | 炭化珪素／金属複合管の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03218987A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996016918A1 (en) * | 1994-11-28 | 1996-06-06 | Glaverbel | Process and apparatus for making ceramic articles |
| US8403365B2 (en) | 2009-03-04 | 2013-03-26 | Ashimori Industry Co., Ltd. | Seatbelt retractor |
-
1990
- 1990-01-23 JP JP1176790A patent/JPH03218987A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996016918A1 (en) * | 1994-11-28 | 1996-06-06 | Glaverbel | Process and apparatus for making ceramic articles |
| US5853654A (en) * | 1994-11-28 | 1998-12-29 | Glaverbel | Process and apparatus for making ceramic articles |
| US8403365B2 (en) | 2009-03-04 | 2013-03-26 | Ashimori Industry Co., Ltd. | Seatbelt retractor |
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