JPH0357551A - セラミックス体の鋳ぐるみ方法 - Google Patents
セラミックス体の鋳ぐるみ方法Info
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- JPH0357551A JPH0357551A JP19034689A JP19034689A JPH0357551A JP H0357551 A JPH0357551 A JP H0357551A JP 19034689 A JP19034689 A JP 19034689A JP 19034689 A JP19034689 A JP 19034689A JP H0357551 A JPH0357551 A JP H0357551A
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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）
本発明はセラミックス 金属複合製品を製造するための
セラミックス体の鋳ぐるみ方法に関するものてある。
セラミックス体の鋳ぐるみ方法に関するものてある。
〈従来の技術〉
最近では内燃機間の熱効率をよくする目的て内燃機関の
高温となる場所を、耐熱性、耐熱衝撃性及び断熱性に優
れたセラミックスて形成することか試みられている。い
わゆるエンジンのセラミックス化てあり、エキゾースト
ボート、エキゾーストマニホールト等の中空円筒部品に
適用される。
高温となる場所を、耐熱性、耐熱衝撃性及び断熱性に優
れたセラミックスて形成することか試みられている。い
わゆるエンジンのセラミックス化てあり、エキゾースト
ボート、エキゾーストマニホールト等の中空円筒部品に
適用される。
？の際、脆いセラミックスの強度不足を補うために、中
空セラシックス体の外周を金属で強固に包み込んだ部品
か使用される。そのような部品は溶融金属を用いて鋳ぐ
るむことにより製造することかてきる。そして中空セラ
ミックス体の材料としてはチタン酸アルミニウム（ Ａ
Ｉ２ＴｉＯ５） 、ジルコニア（ｚｒ０２）、アルミナ
（Ａ］■０３ ’） ．シリカ（Ｓｉｎ２）等を、また
溶融金属（鋳ぐるみ金属）としてはアルミニウム合金、
鉄基合金等を用いるのか一般的である。
空セラシックス体の外周を金属で強固に包み込んだ部品
か使用される。そのような部品は溶融金属を用いて鋳ぐ
るむことにより製造することかてきる。そして中空セラ
ミックス体の材料としてはチタン酸アルミニウム（ Ａ
Ｉ２ＴｉＯ５） 、ジルコニア（ｚｒ０２）、アルミナ
（Ａ］■０３ ’） ．シリカ（Ｓｉｎ２）等を、また
溶融金属（鋳ぐるみ金属）としてはアルミニウム合金、
鉄基合金等を用いるのか一般的である。
しかし中空セラミックス体を単に溶融金属を用いて鋳ぐ
るむと中空セラミックス体に亀裂や破壊が生しる事か多
い。この原因としては、イ）溶融金属の凝固収縮の締打
力が中空セラミックス体に加わる９ ロ）セラミックスの熱膨張係数は３ Ｘ １０””〜８
Ｘ １０−６ｍｍ／ ｍｎ＋てあり、金属の場合（ア
ルミニウム： ２４Ｘ １ ０ −６ａｍ／ ｍｍ、鉄
： １ １ ｘｌＯ−６■／ｍｍ）の％以下てあるた両
者の熱膨張係数差に起因した力Ｆ，が中空セラミックス
体に負荷される． ハ）中空セラミックス体の表面は溶融金属との接触て急
激に温度上昇するが内部はそうてなく、この著しい温度
勾配により中空セラミックス体には膨張差に起因した熱
応力が発生する（いわゆる熱衝撃を受ける）． という三つの原因か挙げられる。
るむと中空セラミックス体に亀裂や破壊が生しる事か多
い。この原因としては、イ）溶融金属の凝固収縮の締打
力が中空セラミックス体に加わる９ ロ）セラミックスの熱膨張係数は３ Ｘ １０””〜８
Ｘ １０−６ｍｍ／ ｍｎ＋てあり、金属の場合（ア
ルミニウム： ２４Ｘ １ ０ −６ａｍ／ ｍｍ、鉄
： １ １ ｘｌＯ−６■／ｍｍ）の％以下てあるた両
者の熱膨張係数差に起因した力Ｆ，が中空セラミックス
体に負荷される． ハ）中空セラミックス体の表面は溶融金属との接触て急
激に温度上昇するが内部はそうてなく、この著しい温度
勾配により中空セラミックス体には膨張差に起因した熱
応力が発生する（いわゆる熱衝撃を受ける）． という三つの原因か挙げられる。
特に中空セラミックス体に異形状部があるとそこに応力
集中が起こり、割れか発生し易い。
集中が起こり、割れか発生し易い。
そこて従来より、このような鋳くるみ時の中空セラミッ
クス体の龜裂、破壊を防ぐ方法として、中空セラミック
ス体の外表面にセラミックスベーパ、各種耐火モルタル
、アスベスト繊維、硝子繊維、金属ｔａ維等からなる緩
衝・断熱用の中間層を設けて鋳ぐるむ方法か実開昭５９
−１２０５７、特開昭６０２１１７３、同６０−１６６
１５６，同６０−１６９６５６、同６０−１８０５５８
、同６０−２２７９６３号公報等に提案されている。ま
た鋳ぐるみ金属の亀裂、破壊をも防止するため特定の鉄
基合金を使用する方法か特開昭６０−２１６９６６号公
報に提案されているか、上記中間層を設ける方か右力で
ある。
クス体の龜裂、破壊を防ぐ方法として、中空セラミック
ス体の外表面にセラミックスベーパ、各種耐火モルタル
、アスベスト繊維、硝子繊維、金属ｔａ維等からなる緩
衝・断熱用の中間層を設けて鋳ぐるむ方法か実開昭５９
−１２０５７、特開昭６０２１１７３、同６０−１６６
１５６，同６０−１６９６５６、同６０−１８０５５８
、同６０−２２７９６３号公報等に提案されている。ま
た鋳ぐるみ金属の亀裂、破壊をも防止するため特定の鉄
基合金を使用する方法か特開昭６０−２１６９６６号公
報に提案されているか、上記中間層を設ける方か右力で
ある。
〈発明か解決しようとする課題〉
硬質耐火性材料て作られる上記中間層は、緩衝・断熱の
役割を果たす上で多孔性にすることか必要である。例え
ば特開昭６０−２１１７３号では耐火性粉末等に熱可塑
性樹脂を配合した組或物を中空セラミックス体に塗布し
、加熱による該樹脂の熱分解と揮発て中間層を出来るた
け多孔性にするようにしている。
役割を果たす上で多孔性にすることか必要である。例え
ば特開昭６０−２１１７３号では耐火性粉末等に熱可塑
性樹脂を配合した組或物を中空セラミックス体に塗布し
、加熱による該樹脂の熱分解と揮発て中間層を出来るた
け多孔性にするようにしている。
しかし多孔性の中間層には溶融金属か浸透し易く、中間
層の空孔や間隙を多くするほど溶融金属か速く且つ多量
に浸透してしまう。溶融金属か中間層に浸透してしまう
と、熱衝撃阻止のための断熱か十分に行なわれず、また
溶融金属の凝固収縮の締付力を効率よく吸収てきなくな
る。
層の空孔や間隙を多くするほど溶融金属か速く且つ多量
に浸透してしまう。溶融金属か中間層に浸透してしまう
と、熱衝撃阻止のための断熱か十分に行なわれず、また
溶融金属の凝固収縮の締付力を効率よく吸収てきなくな
る。
そこて本出願人は先に、中間層の外周に金属テープ等の
浸透防止部材を巻き付ける方法を特許出願した（特願平
］−６６５３６号）か、それても未だ中空セラミックス
体の亀裂や破壊を完全に防止するには至っていない。特
にセラミックスへの溶融金属の凝固収縮の締付力を十分
に緩和することができず、セラミックス鋳ぐるみ製品の
材質、形状の設計に制限を余儀なくされている。
浸透防止部材を巻き付ける方法を特許出願した（特願平
］−６６５３６号）か、それても未だ中空セラミックス
体の亀裂や破壊を完全に防止するには至っていない。特
にセラミックスへの溶融金属の凝固収縮の締付力を十分
に緩和することができず、セラミックス鋳ぐるみ製品の
材質、形状の設計に制限を余儀なくされている。
本発明は以」二の問題点に鑑みてなされたもので、その
目的とするところは、セラミックス体に熱衝撃や締４１
力を一段と与えないようにして、亀裂や破壊の起こらな
いセラミックス体の鋳ぐるみ方法を提供することにある
。
目的とするところは、セラミックス体に熱衝撃や締４１
力を一段と与えないようにして、亀裂や破壊の起こらな
いセラミックス体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〉
上記目的を達或できる本発明のセラミックス体の鋳ぐる
み方法は、セラミックス体の外周に耐火性材料てできた
クッション層を設け更にその外周を金属シェル（金属製
の殻）で覆ってから鋳ぐるむことを特徴とする。
み方法は、セラミックス体の外周に耐火性材料てできた
クッション層を設け更にその外周を金属シェル（金属製
の殻）で覆ってから鋳ぐるむことを特徴とする。
」二記クッション層は、溶融金属の高熱に耐える耐火性
と、セラミックス体及び金属シェルの寸法バラツキに対
処てきる程に変形可能な弾力性とを備えていれば十分て
ある。クッション材料としては前記従来の中間層のため
に用いられてきた材料であってよく、例えはセラミック
ス繊維、セラミックス中空造粒粉等の無定形材料が挙げ
られる。
と、セラミックス体及び金属シェルの寸法バラツキに対
処てきる程に変形可能な弾力性とを備えていれば十分て
ある。クッション材料としては前記従来の中間層のため
に用いられてきた材料であってよく、例えはセラミック
ス繊維、セラミックス中空造粒粉等の無定形材料が挙げ
られる。
クッション層は、その材料をセラミックス体の外周にそ
のまま付着させたり、粘結剤を用いて又は支持用ワイヤ
を巻き付けて固定する等、材料の性状に応して適当に選
択した方法で設ければよい。なおセラミックス体を金属
シェル内に挿入し、それらの間隙にクッション層の材料
を詰め込むようにしてもよい。
のまま付着させたり、粘結剤を用いて又は支持用ワイヤ
を巻き付けて固定する等、材料の性状に応して適当に選
択した方法で設ければよい。なおセラミックス体を金属
シェル内に挿入し、それらの間隙にクッション層の材料
を詰め込むようにしてもよい。
金属シェルは、溶融金属かクッション層に浸透しないよ
う、その外周を完全に覆うように密着させて、また必要
に応し分割した形の各部分シェルを組み合わせるように
して取り付ければよい。
う、その外周を完全に覆うように密着させて、また必要
に応し分割した形の各部分シェルを組み合わせるように
して取り付ければよい。
金属シェルは所定の強度を要する一方、容易に溶融した
り、溶融金属の凝固収縮以上に収縮したりしてはならな
いのて、その厚さ及び材料の選択が重要である。金属シ
ェルの材料としては、鋳ぐるみ用金属と同程度ないしは
それ以上の融点を示し、かつ鋳ぐるみ用金属より熱膨張
係数の小さい金属を用いるべきである。
り、溶融金属の凝固収縮以上に収縮したりしてはならな
いのて、その厚さ及び材料の選択が重要である。金属シ
ェルの材料としては、鋳ぐるみ用金属と同程度ないしは
それ以上の融点を示し、かつ鋳ぐるみ用金属より熱膨張
係数の小さい金属を用いるべきである。
本発明方法は、エンシンの捕気系部品のエキ）ノースｌ
・ボート、エキゾーストマニホールト等としてのセラミ
ックス鋳ぐるみ品を得るのに応用てきるか、自動車分野
に限られず応用できることは勿論てある。
・ボート、エキゾーストマニホールト等としてのセラミ
ックス鋳ぐるみ品を得るのに応用てきるか、自動車分野
に限られず応用できることは勿論てある。
〈作用〉
以上のように鮎ぐるみ方法を構威すると、鋳込み時の溶
融金属の凝固収縮の締付力を金属シェルか受け持ち、ク
ッション層、セラミックス体への過度の負荷を防ぐ。ま
た金属シェルはクッション屑を保持し、該層に溶融金属
か浸透するのを防ぐ。クッション層は金属シェルの緩衝
・断熱作用を補足するとともに、セラミックス体や金属
シェルの形状寸法にハラッキかあっても金属シェルの取
付（づを可能にする。
融金属の凝固収縮の締付力を金属シェルか受け持ち、ク
ッション層、セラミックス体への過度の負荷を防ぐ。ま
た金属シェルはクッション屑を保持し、該層に溶融金属
か浸透するのを防ぐ。クッション層は金属シェルの緩衝
・断熱作用を補足するとともに、セラミックス体や金属
シェルの形状寸法にハラッキかあっても金属シェルの取
付（づを可能にする。
〈実施例〉
以下、本発明のセラミックス体の鋳ぐるみ方法の実施例
を図面を用いなから説明するか、これらの実施例は本発
明の要旨を何ら限定するものではない。
を図面を用いなから説明するか、これらの実施例は本発
明の要旨を何ら限定するものではない。
実施例１
第１図はこの実施例の方法て製作されたセラミックス円
筒体の鋳ぐるみ製品を示す断面図であり、該図のＡ部を
拡大して示したのか第１ａ図てある。ここで用いられて
いるセラミックス円筒体１の材料はチタン酸アルミニウ
ムであり、セラミックス円筒体１の外周にアルミナ／シ
リカ長繊維のクッション層２か設けられている。このク
ッション層２は、不定形の′゛わた状“のものから作ら
ており、低弾性率を示し、小さな荷重で変形する。また
繊維間には空隙が多く存在しており、断熱性に優れてい
る（熱伝遵率 ０．２ ｋｃａｌ／ ｎｒｈｒ・゜Ｃ）
。
筒体の鋳ぐるみ製品を示す断面図であり、該図のＡ部を
拡大して示したのか第１ａ図てある。ここで用いられて
いるセラミックス円筒体１の材料はチタン酸アルミニウ
ムであり、セラミックス円筒体１の外周にアルミナ／シ
リカ長繊維のクッション層２か設けられている。このク
ッション層２は、不定形の′゛わた状“のものから作ら
ており、低弾性率を示し、小さな荷重で変形する。また
繊維間には空隙が多く存在しており、断熱性に優れてい
る（熱伝遵率 ０．２ ｋｃａｌ／ ｎｒｈｒ・゜Ｃ）
。
このクッション層２を囲むように金属シェル３を装着し
てある。該シェル３は鋳ぐるみ金属（アルミニウム合金
）より高融点の鉄基合金（ステンレス板）で作られてい
る。これは鋳ぐるみ金属４より熱膨張係数の小さい材籾
てあるのて、鋳込み時のアルミニウム合金４の凝固収縮
の締付力によるクッション層２及びセラミックス円筒体
ｌへの過度の負荷を防ぐ。
てある。該シェル３は鋳ぐるみ金属（アルミニウム合金
）より高融点の鉄基合金（ステンレス板）で作られてい
る。これは鋳ぐるみ金属４より熱膨張係数の小さい材籾
てあるのて、鋳込み時のアルミニウム合金４の凝固収縮
の締付力によるクッション層２及びセラミックス円筒体
ｌへの過度の負荷を防ぐ。
この鋳ぐるみ製品の製造方法を第２図を用いて説明する
。
。
外径４０［Ｉ＋１１、厚さ４■のセラミックス円筒体１
の外周に、−Ｌ記アルミナ／シリカＨ＆維を厚さ３ｍＩ
Ｉ１程に巻き付けてクッション屠２を設け、それを厚さ
２ｍｍのステンレス製金属シェル３て覆う。金属シェル
３は二分割状のもの３ａ， ３ｂをスポット溶接５，５
・・・により固定する。金属シェル３の固定後、厚さ４
■程度に溶融金属４て鋳ぐるむ。
の外周に、−Ｌ記アルミナ／シリカＨ＆維を厚さ３ｍＩ
Ｉ１程に巻き付けてクッション屠２を設け、それを厚さ
２ｍｍのステンレス製金属シェル３て覆う。金属シェル
３は二分割状のもの３ａ， ３ｂをスポット溶接５，５
・・・により固定する。金属シェル３の固定後、厚さ４
■程度に溶融金属４て鋳ぐるむ。
こうして得られた鋳ぐるみ製品を、クッション層たけ設
げて鋳ぐるむ方法（比較例ｌ）により得られた鋳ぐるみ
製品、及びクッション層も金属シェルも設けずに直接鋳
ぐるむ方法（比較例２）により得られた鋳ぐるみ製品と
比較し、セラミックス円筒体の外径収縮量と割れ発生率
を調べた。その結果を第３図に示す。
げて鋳ぐるむ方法（比較例ｌ）により得られた鋳ぐるみ
製品、及びクッション層も金属シェルも設けずに直接鋳
ぐるむ方法（比較例２）により得られた鋳ぐるみ製品と
比較し、セラミックス円筒体の外径収縮量と割れ発生率
を調べた。その結果を第３図に示す。
該図から、本実施例の方法によれば溶融金属の凝固収縮
の締付力によるセラミックス円筒体の割れを防止てきる
ことが判かる。
の締付力によるセラミックス円筒体の割れを防止てきる
ことが判かる。
実施例２
この実施例は大型、異形パイプへの適用例である。第４
図に示すように、曲がったパイプ状のセラミックス円筒
体１を鋳ぐるむ場合、複数に分割した金属シェル３ｃ
， ３ｄ ， ３ｅを用いる。そして各金属シェルには
第４ｂ図に示すように少なくとも幅δの間隔部６を設け
る。この間隔部６て溶融金属４の凝固収縮に伴う変形量
δを吸収できる。
図に示すように、曲がったパイプ状のセラミックス円筒
体１を鋳ぐるむ場合、複数に分割した金属シェル３ｃ
， ３ｄ ， ３ｅを用いる。そして各金属シェルには
第４ｂ図に示すように少なくとも幅δの間隔部６を設け
る。この間隔部６て溶融金属４の凝固収縮に伴う変形量
δを吸収できる。
この原理を第５図により説明する。金属シェルの鋳ぐる
み後の形状Ｄは、鋳ぐるみ前の形状Ｃよりも小さくなる
。これは溶融金属の凝固収縮に伴って、その収縮量６１
分だけシェル３Ｉｌ１に向けてシェル３ｏが相対的に移
動する。この移動は金属シェル３ｎに、幅δ２（≧６１
）の間隔部６が有るとスムースに行なわれるか、それか
無いと金属シェルはセラミックス側に変形し、セラミッ
クス体の破壊を招く。この実施例はエキゾーストボート
、エキゾーストマニホールド等に応用する場合に有効な
技術である。
み後の形状Ｄは、鋳ぐるみ前の形状Ｃよりも小さくなる
。これは溶融金属の凝固収縮に伴って、その収縮量６１
分だけシェル３Ｉｌ１に向けてシェル３ｏが相対的に移
動する。この移動は金属シェル３ｎに、幅δ２（≧６１
）の間隔部６が有るとスムースに行なわれるか、それか
無いと金属シェルはセラミックス側に変形し、セラミッ
クス体の破壊を招く。この実施例はエキゾーストボート
、エキゾーストマニホールド等に応用する場合に有効な
技術である。
〈発明の効果〉
本発明の鋳ぐるみ方法によれば、セラよツクス体の外周
にクッション層を設け、更にその外周を金属シェルて覆
ってから鋳ぐるむようにしたのて、鋳ぐるみ時のセラミ
ックス体への熱衝撃や締打力か一段と緩和され、セラミ
ックス体に亀裂や破壊か起こらなくなる。
にクッション層を設け、更にその外周を金属シェルて覆
ってから鋳ぐるむようにしたのて、鋳ぐるみ時のセラミ
ックス体への熱衝撃や締打力か一段と緩和され、セラミ
ックス体に亀裂や破壊か起こらなくなる。
そのため、セラミックス鋳ぐるみ製品を歩留まりよく製
造することかてきてコストの低減か図れる。
造することかてきてコストの低減か図れる。
また、材質・形状等の設計自由度か増し、より高性能の
セラミックス鋳ぐるみ製品を製造する事か可能となる。
セラミックス鋳ぐるみ製品を製造する事か可能となる。
第１図は本発明の一実施例の方法で得られたセラミック
ス鋳ぐるの製品を示す断面図、第１ａ図は第１図のＡ部
拡大図、 第２図は一実施例の工程図、 第３図は一実施例の効果を比較例と対比して示す図、 第４図は他の実施例の鋳ぐるみ過程の一状態をｌ１ 示す断面図、 第４ｂ図は第４図のＢ部拡大図、 第５図は鋳ぐるみ時に変化する金属シェルの説明図であ
る。 図中 １・・・セラミックス円筒体 ２・・・クッション層 ３ （ ３ａ，３ｂ，３ｃ 〜３ｎ） −金属シェル４
・・・鋳ぐるみ金属（溶融金属）
ス鋳ぐるの製品を示す断面図、第１ａ図は第１図のＡ部
拡大図、 第２図は一実施例の工程図、 第３図は一実施例の効果を比較例と対比して示す図、 第４図は他の実施例の鋳ぐるみ過程の一状態をｌ１ 示す断面図、 第４ｂ図は第４図のＢ部拡大図、 第５図は鋳ぐるみ時に変化する金属シェルの説明図であ
る。 図中 １・・・セラミックス円筒体 ２・・・クッション層 ３ （ ３ａ，３ｂ，３ｃ 〜３ｎ） −金属シェル４
・・・鋳ぐるみ金属（溶融金属）
Claims (1)
- セラミックス体の外周に耐火性材料でてきたクッション
ン層を設け更にその外周を金属シェルで覆ってから鋳ぐ
るむことを特徴とするセラミックス体の鋳ぐるみ方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19034689A JPH0641020B2 (ja) | 1989-07-21 | 1989-07-21 | セラミックス体の鋳ぐるみ方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19034689A JPH0641020B2 (ja) | 1989-07-21 | 1989-07-21 | セラミックス体の鋳ぐるみ方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0357551A true JPH0357551A (ja) | 1991-03-12 |
| JPH0641020B2 JPH0641020B2 (ja) | 1994-06-01 |
Family
ID=16256670
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19034689A Expired - Lifetime JPH0641020B2 (ja) | 1989-07-21 | 1989-07-21 | セラミックス体の鋳ぐるみ方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0641020B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015512789A (ja) * | 2012-04-12 | 2015-04-30 | レル， インコーポレイテッド | 物品を鋳造するための断熱スプレー |
-
1989
- 1989-07-21 JP JP19034689A patent/JPH0641020B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015512789A (ja) * | 2012-04-12 | 2015-04-30 | レル， インコーポレイテッド | 物品を鋳造するための断熱スプレー |
| JP2015512788A (ja) * | 2012-04-12 | 2015-04-30 | レル， インコーポレイテッド | 物品を鋳造するための断熱 |
| US10179364B2 (en) | 2012-04-12 | 2019-01-15 | Rel, Inc. | Thermal isolation for casting articles |
| US10434568B2 (en) | 2012-04-12 | 2019-10-08 | Loukus Technologies, Inc. | Thermal isolation spray for casting articles |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0641020B2 (ja) | 1994-06-01 |
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