JPH0424142B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0424142B2 JPH0424142B2 JP59035841A JP3584184A JPH0424142B2 JP H0424142 B2 JPH0424142 B2 JP H0424142B2 JP 59035841 A JP59035841 A JP 59035841A JP 3584184 A JP3584184 A JP 3584184A JP H0424142 B2 JPH0424142 B2 JP H0424142B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal
- core material
- ceramic
- protective layer
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
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)
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、セラミツクス−金属複合体の製造方
法の改良に関する。 たとえばエンジンの部品に使用するセラミツク
ス−金属複合体を製造する、最も代表的な方法は
鋳ぐるみ、すなわちセラミツクスの芯材をとり囲
んで金属を鋳造するものである。この鋳ぐるみに
は、セラミツクス芯材が高温の金属溶湯に接触す
るときの熱衝撃でセラミツクス芯材にワレが生
じ、製品複合体の強度を低下させるというおそれ
がある。 この問題のひとつの解決策として、セラミツク
ス芯材の表面に、同種または異種のセラミツク
ス、または金属、または金属とセラミツクスとの
複合体からなる保護層を設けることが考えられ
る。 こうした保護層を形成する手段として、出願人
はさきに溶射による技術を確立して、すでに開示
した。 その後の研究により、溶射またはその他の手段
によりいつたん金属の被覆層を形成し、これを化
学的に転化させてセラミツクスとした保護層が、
鋳ぐるみに際しての熱衝撃の緩和に良好な結果を
与えることを見出したので、ここに提案する次第
である。 本発明のセラミツクス−金属複合体の製造方法
は、セラミツクス芯材を金属で鋳ぐるむことによ
りセラミツクス−金属複合体を製造する方法にお
いて、セラミツクス芯材の表面に気孔率５％以上
の金属層を形成し、この層の大部分を、酸化物、
窒化物、炭化物、ケイ化物、ホウ化物もしくは硫
化物またはこれらの２種以上の混合物ないし複合
化合物に転化させたのち、金属で鋳ぐるむことを
特徴とする。 本発明で使用できるセラミツクス芯材として
は、アルミナ（Al2O3）、ジルコニア（ZrO2）、マ
グネシア・シリケート（2MgO・SiO2，MgO・
SiO2）、マグネシウム・アルミノ・シリケート
（2MgO・2Al2O3・5SiO2）窒化ケイ素（Si3N4）、
酸窒化ケイ素（Si2ON2）、窒化チタン（TiN）、
サイアロン、炭化ケイ素（SiC）、ホウ化チタン
（TiB2）、ケイ化モリブデン（MoSi2）などであ
つて、焼結体ほか、単結晶、あるいは物理的化学
的析出法により生成したもの、およびガラス系統
で溶融法により得られるものなど、その製造方法
や形態は任意である。 このセラミツクス芯材の表面にまず形成する被
覆金属は、それを化学的に転化させて生成させよ
うとする化合物に応じてえらぶ。代表的なもの
は、Al，Zr，Si，Cr，TiおよびMoである。 これらの、および他の金属の被覆の形成法もま
た、その材料によつて選択することができる。 最も一般的には溶射であるが、セラミツクス芯
材を金属の粉末で包んで焼結してもよい。あるい
は、金属焼結体または発泡金属体を芯材焼きばめ
や圧入により一体化することもできる。芯材と金
属層との接着性を高めるため、あらかじめ芯材表
面を金属化しておくことが好ましい。 いずれの方法によるにしても、セラミツクス芯
材表面に形成する金属の被覆層は、気孔率５％以
上でなければならない。これは、次の工程で金属
を各種セラミツクス化合物に転化させるときに、
反応剤が被覆の内部まで侵入するために必要であ
る。気孔率が大きいほど転化は容易であるが、あ
まり大きいと得られる保護層の強度が低くなつて
芯と鋳ぐるんだ金属との接合をそこなう。気孔率
の上限は、ふつう85％程度である。最適の気孔率
は、金属とその転化によつて生成する化合物の種
類などの条件によつて異なるから、それぞれの場
合に、実験的に定めるべきである。 被覆した金属の転化により生成させる化合物
は、セラミツクス芯材保護の効果が最も高くなる
ようにえらぶ。最も一般的な観点は、金属溶湯に
よる熱衝撃の緩和ということから、断熱性の高
い、つまり熱伝導率の低いものが望ましいが、そ
のほかに、溶湯の温度、鋳造方法による溶湯の流
れ方、鋳型の予熱条件に加えて、保護層の気孔率
やセラミツクス芯材との密着性、さらには鋳ぐる
む金属との密着性など、多くの因子があるから、
それぞれの場合に応じて選択しなければならな
い。複合体製品が熱サイクルの加わる条件下に使
用されるときには、保護層と芯材との熱膨脹率の
差も考慮する必要がある。 金属の被覆から保護層を形成する化学的転化の
手段について説明すれば、つぎのとおりである。 酸化は、大気中または酸化性雰囲気中での加熱
により、容易に行なえる。窒化、炭化および硫化
は、それぞれ窒化性、炭化性および硫化性の雰囲
気を与えるガス中、液中において、または紛末中
に埋めて、加熱して実施する。ケイ化は、Si蒸気
またはSi溶湯と接触させることにより実現する。
ホウ化は、ジボランのようなホウ化性ガスまたは
ホウ素含有化合物とともに加熱することにより可
能である。これらの処理を同時に、または逐時行
なうことにより、２種以上の化合物が混合してい
るか、または複合化合物が存在する保護層が形成
できる。 金属の転化は、その大部分が化合物となるよう
に行なわなければならない。転化率が低く、たと
えば未反応金属が20％以上も残つているような場
合は、保護層の熱伝導率が期待したように低下せ
ず、目的に合致しなかつたり、あるいはこの残留
金属と鋳造する金属の溶湯とが反応したりするこ
とがある。 保護層の作用は、その厚さ、気孔率、芯材との
密着性などにより左右されるが、一般には気孔率
が大きく厚さが厚い方が、断熱性に関する限り効
果が大きい。多くの場合、気孔率は５〜40％の範
囲が、また厚さは0.1〜２mm程度が適当である。
機械的強度に関しては、保護層の部分は強力とは
いえないから、厚すぎても芯材と周囲の金属とが
はがれやすくなることがあり、好ましくない。 本発明に従つて保護されたセラミツクス芯材
は、既知の技術により、金属で鋳ぐるんで複合体
とする。 以下、実施例を示して本発明を具体的に説明す
る。 実施例 １ 第１図に横断面を、第２図に縦断面をそれぞれ
示す構造の、セラミツクス−金属複合体１０を製
造した。 セラミツクス芯材１としてAl2O3製の、外径30
mm、内径24mm（従つて肉厚３mm）、長さ30mmの筒
を用意し、その表面にアセチレン−酸素ガス溶射
により、厚さ0.5mmのAl層を形成した。その気孔
率は、約20％である。 これを大気中で580℃に５時間加熱することに
より、Al層を酸化させてAl2O3層１１とした。 上記のAl2O3保護層１１をもつたAl2O3の筒で
あるセラミツクス芯材１を鋳型内におき、鋳型を
800℃に予熱して、1450℃のインコネル713Cの溶
湯を注湯し、内側金属層２および外側金属層３を
それぞれ肉厚5.0mmに形成して冷却固化した。得
られた複合体１０のAl2O3の芯材１には、ワレは
全く認められなかつた。 比較のため、保護層を形成せずにAl2O3芯材を
直接鋳ぐるんだ場合は、芯材の全体にわたつて、
ごく小さいが多数のワレが発生した。 実施例 ２〜６ 実施例１と同じAl2O3芯材を用い、その表面
に、種々の金属を種々の被覆法により被覆し、そ
れをさらに種々の化学的方法で転化させて保護層
とした。 各種の保護層を有するセラミツクス芯材に対し
て、実施例１と同じインコネル713C合金の鋳ぐ
るみを行なつた。いずれの製品複合体も、ワレの
発生はなかつた。 被覆金属とその適用法、被覆の厚さと気孔率、
転化方法、および転化生成物とそれを含む保護層
の厚さを、一括して表に示す。 【表】
法の改良に関する。 たとえばエンジンの部品に使用するセラミツク
ス−金属複合体を製造する、最も代表的な方法は
鋳ぐるみ、すなわちセラミツクスの芯材をとり囲
んで金属を鋳造するものである。この鋳ぐるみに
は、セラミツクス芯材が高温の金属溶湯に接触す
るときの熱衝撃でセラミツクス芯材にワレが生
じ、製品複合体の強度を低下させるというおそれ
がある。 この問題のひとつの解決策として、セラミツク
ス芯材の表面に、同種または異種のセラミツク
ス、または金属、または金属とセラミツクスとの
複合体からなる保護層を設けることが考えられ
る。 こうした保護層を形成する手段として、出願人
はさきに溶射による技術を確立して、すでに開示
した。 その後の研究により、溶射またはその他の手段
によりいつたん金属の被覆層を形成し、これを化
学的に転化させてセラミツクスとした保護層が、
鋳ぐるみに際しての熱衝撃の緩和に良好な結果を
与えることを見出したので、ここに提案する次第
である。 本発明のセラミツクス−金属複合体の製造方法
は、セラミツクス芯材を金属で鋳ぐるむことによ
りセラミツクス−金属複合体を製造する方法にお
いて、セラミツクス芯材の表面に気孔率５％以上
の金属層を形成し、この層の大部分を、酸化物、
窒化物、炭化物、ケイ化物、ホウ化物もしくは硫
化物またはこれらの２種以上の混合物ないし複合
化合物に転化させたのち、金属で鋳ぐるむことを
特徴とする。 本発明で使用できるセラミツクス芯材として
は、アルミナ（Al2O3）、ジルコニア（ZrO2）、マ
グネシア・シリケート（2MgO・SiO2，MgO・
SiO2）、マグネシウム・アルミノ・シリケート
（2MgO・2Al2O3・5SiO2）窒化ケイ素（Si3N4）、
酸窒化ケイ素（Si2ON2）、窒化チタン（TiN）、
サイアロン、炭化ケイ素（SiC）、ホウ化チタン
（TiB2）、ケイ化モリブデン（MoSi2）などであ
つて、焼結体ほか、単結晶、あるいは物理的化学
的析出法により生成したもの、およびガラス系統
で溶融法により得られるものなど、その製造方法
や形態は任意である。 このセラミツクス芯材の表面にまず形成する被
覆金属は、それを化学的に転化させて生成させよ
うとする化合物に応じてえらぶ。代表的なもの
は、Al，Zr，Si，Cr，TiおよびMoである。 これらの、および他の金属の被覆の形成法もま
た、その材料によつて選択することができる。 最も一般的には溶射であるが、セラミツクス芯
材を金属の粉末で包んで焼結してもよい。あるい
は、金属焼結体または発泡金属体を芯材焼きばめ
や圧入により一体化することもできる。芯材と金
属層との接着性を高めるため、あらかじめ芯材表
面を金属化しておくことが好ましい。 いずれの方法によるにしても、セラミツクス芯
材表面に形成する金属の被覆層は、気孔率５％以
上でなければならない。これは、次の工程で金属
を各種セラミツクス化合物に転化させるときに、
反応剤が被覆の内部まで侵入するために必要であ
る。気孔率が大きいほど転化は容易であるが、あ
まり大きいと得られる保護層の強度が低くなつて
芯と鋳ぐるんだ金属との接合をそこなう。気孔率
の上限は、ふつう85％程度である。最適の気孔率
は、金属とその転化によつて生成する化合物の種
類などの条件によつて異なるから、それぞれの場
合に、実験的に定めるべきである。 被覆した金属の転化により生成させる化合物
は、セラミツクス芯材保護の効果が最も高くなる
ようにえらぶ。最も一般的な観点は、金属溶湯に
よる熱衝撃の緩和ということから、断熱性の高
い、つまり熱伝導率の低いものが望ましいが、そ
のほかに、溶湯の温度、鋳造方法による溶湯の流
れ方、鋳型の予熱条件に加えて、保護層の気孔率
やセラミツクス芯材との密着性、さらには鋳ぐる
む金属との密着性など、多くの因子があるから、
それぞれの場合に応じて選択しなければならな
い。複合体製品が熱サイクルの加わる条件下に使
用されるときには、保護層と芯材との熱膨脹率の
差も考慮する必要がある。 金属の被覆から保護層を形成する化学的転化の
手段について説明すれば、つぎのとおりである。 酸化は、大気中または酸化性雰囲気中での加熱
により、容易に行なえる。窒化、炭化および硫化
は、それぞれ窒化性、炭化性および硫化性の雰囲
気を与えるガス中、液中において、または紛末中
に埋めて、加熱して実施する。ケイ化は、Si蒸気
またはSi溶湯と接触させることにより実現する。
ホウ化は、ジボランのようなホウ化性ガスまたは
ホウ素含有化合物とともに加熱することにより可
能である。これらの処理を同時に、または逐時行
なうことにより、２種以上の化合物が混合してい
るか、または複合化合物が存在する保護層が形成
できる。 金属の転化は、その大部分が化合物となるよう
に行なわなければならない。転化率が低く、たと
えば未反応金属が20％以上も残つているような場
合は、保護層の熱伝導率が期待したように低下せ
ず、目的に合致しなかつたり、あるいはこの残留
金属と鋳造する金属の溶湯とが反応したりするこ
とがある。 保護層の作用は、その厚さ、気孔率、芯材との
密着性などにより左右されるが、一般には気孔率
が大きく厚さが厚い方が、断熱性に関する限り効
果が大きい。多くの場合、気孔率は５〜40％の範
囲が、また厚さは0.1〜２mm程度が適当である。
機械的強度に関しては、保護層の部分は強力とは
いえないから、厚すぎても芯材と周囲の金属とが
はがれやすくなることがあり、好ましくない。 本発明に従つて保護されたセラミツクス芯材
は、既知の技術により、金属で鋳ぐるんで複合体
とする。 以下、実施例を示して本発明を具体的に説明す
る。 実施例 １ 第１図に横断面を、第２図に縦断面をそれぞれ
示す構造の、セラミツクス−金属複合体１０を製
造した。 セラミツクス芯材１としてAl2O3製の、外径30
mm、内径24mm（従つて肉厚３mm）、長さ30mmの筒
を用意し、その表面にアセチレン−酸素ガス溶射
により、厚さ0.5mmのAl層を形成した。その気孔
率は、約20％である。 これを大気中で580℃に５時間加熱することに
より、Al層を酸化させてAl2O3層１１とした。 上記のAl2O3保護層１１をもつたAl2O3の筒で
あるセラミツクス芯材１を鋳型内におき、鋳型を
800℃に予熱して、1450℃のインコネル713Cの溶
湯を注湯し、内側金属層２および外側金属層３を
それぞれ肉厚5.0mmに形成して冷却固化した。得
られた複合体１０のAl2O3の芯材１には、ワレは
全く認められなかつた。 比較のため、保護層を形成せずにAl2O3芯材を
直接鋳ぐるんだ場合は、芯材の全体にわたつて、
ごく小さいが多数のワレが発生した。 実施例 ２〜６ 実施例１と同じAl2O3芯材を用い、その表面
に、種々の金属を種々の被覆法により被覆し、そ
れをさらに種々の化学的方法で転化させて保護層
とした。 各種の保護層を有するセラミツクス芯材に対し
て、実施例１と同じインコネル713C合金の鋳ぐ
るみを行なつた。いずれの製品複合体も、ワレの
発生はなかつた。 被覆金属とその適用法、被覆の厚さと気孔率、
転化方法、および転化生成物とそれを含む保護層
の厚さを、一括して表に示す。 【表】
図面は本発明の実施例により製造したセラミツ
クス−金属複合体の構造を示すものであつて、第
１図は半分の横断面図、第２図は縦断面図であ
る。 １…セラミツクス芯材、２…内側金属層、３…
外側金属層、１０…セラミツクス−金属複合体、
１１…保護層。
クス−金属複合体の構造を示すものであつて、第
１図は半分の横断面図、第２図は縦断面図であ
る。 １…セラミツクス芯材、２…内側金属層、３…
外側金属層、１０…セラミツクス−金属複合体、
１１…保護層。
Claims (1)
- １ セラミツクス芯材を金属で鋳ぐるむことによ
りセラミツクス−金属複合体を製造する方法にお
いて、セラミツクス芯材の表面に気孔率５％以上
の金属層を形成し、この層の金属の大部分を、酸
化物、窒化物、炭化物、ケイ化物、ホウ化物、も
しくは硫化物またはこれらの２種以上の混合物な
いし複合化合物に転化させたのち、金属で鋳ぐる
むことを特徴とする製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3584184A JPS60180658A (ja) | 1984-02-27 | 1984-02-27 | セラミツクス−金属複合体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3584184A JPS60180658A (ja) | 1984-02-27 | 1984-02-27 | セラミツクス−金属複合体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60180658A JPS60180658A (ja) | 1985-09-14 |
| JPH0424142B2 true JPH0424142B2 (ja) | 1992-04-24 |
Family
ID=12453198
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3584184A Granted JPS60180658A (ja) | 1984-02-27 | 1984-02-27 | セラミツクス−金属複合体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60180658A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07103816B2 (ja) * | 1984-02-29 | 1995-11-08 | いすゞ自動車株式会社 | 燃焼室壁面を多孔質断熱材で被覆した内燃機関 |
| JPH0770325B2 (ja) * | 1986-09-22 | 1995-07-31 | 株式会社日立製作所 | ナトリウム―硫黄電池 |
| JPH0685993B2 (ja) * | 1987-05-15 | 1994-11-02 | 株式会社東芝 | 鋳包み方法 |
| JP2581691B2 (ja) * | 1987-06-22 | 1997-02-12 | 静岡県 | 金属とセラミックスとの接合方法 |
| US5628806A (en) * | 1995-11-22 | 1997-05-13 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Method of making alumina abrasive grain having a metal carbide coating thereon |
| US5611828A (en) * | 1995-11-28 | 1997-03-18 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Method of making alumina abrasive grain having a metal boride coating thereon |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4926123A (ja) * | 1972-07-05 | 1974-03-08 | ||
| JPS501922A (ja) * | 1973-05-10 | 1975-01-10 | ||
| JPS5348928A (en) * | 1976-10-18 | 1978-05-02 | Toyota Motor Co Ltd | Ceramic casting and method of making it |
| JPS56616A (en) * | 1979-02-22 | 1981-01-07 | Mitsubishi Electric Corp | Flow rate detecting unit |
-
1984
- 1984-02-27 JP JP3584184A patent/JPS60180658A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60180658A (ja) | 1985-09-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4877880B2 (ja) | 優先的に酸素と反応する層を含むセラミック材 | |
| US4567103A (en) | Carbonaceous articles having oxidation prohibitive coatings thereon | |
| US6517960B1 (en) | Ceramic with zircon coating | |
| JP2610331B2 (ja) | コーティングされたセラミックフイラー材 | |
| US9340460B2 (en) | Ultra-refractory material that is stable in a wet environment, and process for manufacturing same | |
| JP6841897B2 (ja) | その表面に少なくとも１つのコーティングを有しているローラー炉用ローラー | |
| JPH0424142B2 (ja) | ||
| JP2966375B2 (ja) | 積層セラミックス及びその製造方法 | |
| JP4416946B2 (ja) | セラミック複合体 | |
| US4485143A (en) | Silicon carbide material for low-melting point fusion metal | |
| JPH09245940A (ja) | セラミック発熱体およびその製造方法 | |
| JPH0785435B2 (ja) | 電気発熱体 | |
| JPS6340766A (ja) | 高温鉄鋼接触部材 | |
| JP3346365B2 (ja) | アルミニウムマトリックス複合材料被覆鋼管の製造方法 | |
| JP2020070208A (ja) | 無機焼結体 | |
| JP2751364B2 (ja) | 耐食性セラミックス材料及びその製造方法 | |
| JPS6230681A (ja) | 非通気性セラミツク焼結成形体とその製造方法 | |
| JP3060590B2 (ja) | 高温耐熱強度部材 | |
| JPH0753621B2 (ja) | 溶融金属用浸漬保護管 | |
| JP2002012961A (ja) | 鉄溶湯用部材とその製造方法 | |
| JP2504341B2 (ja) | 高温耐熱強度部材の製造方法 | |
| JP2000007472A (ja) | 溶射セラミックス層を有するセラミックス積層体の製造方法 | |
| JPH09318459A (ja) | 溶湯温度センサー用保護管 | |
| JPH02212384A (ja) | 耐溶損性ｂｎ系セラミックとその製造方法 | |
| JP2002362985A (ja) | セラミックコーティング部材とその製造方法 |