JPH04255786A - セラミックスコーティング金属ガスケット及びその製造法 - Google Patents

セラミックスコーティング金属ガスケット及びその製造法

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JPH04255786A
JPH04255786A JP10219491A JP10219491A JPH04255786A JP H04255786 A JPH04255786 A JP H04255786A JP 10219491 A JP10219491 A JP 10219491A JP 10219491 A JP10219491 A JP 10219491A JP H04255786 A JPH04255786 A JP H04255786A
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ceramic
metal
gasket
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oc2h5
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野村 彰一
Akira Kitagawa
北川 章
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はセラミックスコーティン
グ金属ガスケット及びその製造法に関する。
【0002】
【従来の技術及びその課題】従来使用されているガスケ
ットは、アスベスト成形品が主流であったが、近年発ガ
ン性の問題から使用が困難になってきた。
【0003】この代替として、黒鉛ガスケット、金属ガ
スケット等の使用が増加してきたが、黒鉛ガスケットは
主成分が黒鉛であるため、高温で酸化されCO2となり
、昇華するという問題点がある。
【0004】また、金属製のガスケットでは、通常の鉄
、ステンレス、アルミニウム、銅等を材質とするものは
、高温で酸化を起こし、劣化してガスシール性を失うと
いう欠点がある。耐熱性金属を用いることにより、高温
での劣化を防ぐことができるが、この場合にも高温でガ
スケットの接合部分が金属へ融着して、取り外しが不能
になるという欠点がある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記した如
き従来技術の問題点に鑑みて、耐熱性、金属融着防止性
、潤滑性、ガスシール性等に優れ、高温環境での使用に
適した耐熱性ガスケットを得るべく鋭意検討を重ねてき
た。その結果、金属ガスケットの表面にゾルーゲル法に
よるセラミックス層を設けることによって、上記目的を
達成できることを見出し、ここに本発明を完成するに至
った。
【0006】即ち、本発明は、以下に示すセラミックス
コーティング金属ガスケット及びその製造法を提供する
ものである。
【0007】■  金属ガスケットの少なくとも表面部
分にゾルーゲル法によるセラミックス層を設けてなるセ
ラミックスコーティング金属ガスケット。
【0008】■  金属ガスケットの少なくとも表面部
分に、セラミックス原料の液状組成物を塗布し、ゾルー
ゲル法によりセラミックス層を形成することを特徴とす
るセラミックスコーティング金属ガスケットの製造法。
【0009】本発明は、金属を材質とするガスケットで
あれば特に限定はなく、各種のガスケットに適用できる
。金属材料の形状も特に限定はなく、金属板やリング状
などの各種の成形品を対象とすることができる。金属ガ
スケットの種類としては、例えば、波形金属板ガスケッ
ト、溝付金属ガスケット、平形金属ガスケット、のこ歯
形ガスケット、レンズリング、ブリッジマン形ガスケッ
ト、デルタ形ガスケット、ダブルコーン形ガスケット、
ブラインドメタルリングガスケット、メタル中空Oリン
グ、リングジョイントガスケット等があり、使用される
部所としては、例えば化学プラントフランジ、発電所蒸
気フランジ、石油精製プラントフランジ、内燃機関(シ
リンダーヘッド、エキゾーストマニホールド、ターボチ
ャージャー、マフラー等)フランジ、オートクレーブボ
ンネット、熱交換器ボンネット等がある。本発明金属ガ
スケットの特に好ましい適用対象は耐熱性、潤滑性等が
要求される内燃機関用のガスケットである。
【0010】ガスケットを形成する金属としては特に限
定はないが、通常使用される温度によって決められ、例
えば鉄、アルミニウム、銅、ステンレス、チタン等の各
種の金属又は合金を用いることができ、更にこれらに亜
鉛メッキ、ニッケルメッキ、クロムメッキやその他各種
の金属メッキ又は合金メッキを施した材料も用いること
ができる。
【0011】本発明ではガスケットを形成する金属の表
面にゾルーゲル法によるセラミックス層を設ける。ゾル
ーゲル法によるセラミックス層は、緻密な皮膜であり、
密着性に優れ、耐熱衝撃性が良好である。ゾルーゲル法
によるセラミックス層の形成法としては、各種の方法が
公知であり、また、原料としても各種のものが知られて
いるが、本発明では特に限定的ではなく、いずれも採用
できる。
【0012】ゾルーゲル法によるセラミックスは、通常
、セラミックス原料の液状組成物を塗布し、重合、ゲル
化させることによって形成することができる。該液状組
成物は、各種の金属アルコキシドや金属ヒドロキシドを
セラミックス原料として含有するものであり、この様な
セラミックス原料の好ましい例として、イ)式(R1)
mM1(OR2)n (式中、R1は炭素数1〜3のアルキル基又はビニル基
、R2は水素、メチル、エチル、イソプロピル又はt−
ブチル、M1はCa又はBa、mは0又は1、nは1又
は2を示す)で表わされる化合物、 ロ)式(R3)kM2(OR4)l (式中、R3は炭素数1〜3のアルキル基又はビニル基
、R4は水素、メチル、エチル、イソプロピル又はt−
ブチル、M2はAl、Y又はLa、kは0又は1、lは
2又は3を示す)で表わされる化合物、ハ)式(R5)
iM3(OR6)j (式中、R5は炭素数1〜3のアルキル基又はビニル基
、R6は水素、メチル、エチル、イソプロピル又はt−
ブチル、M3はTi、Zr、Mn、Sn、Si又はSr
、iは0又は1、jは3又は4を示す)で表わされる化
合物、等を挙げることができる。これらの化合物は1種
又は2種以上組み合わせて用いることができ、また2種
以上が縮合しているものを用いてもよい。
【0013】上記セラミツクス原料の具体例としては、
Ca(OCH3)2、Ca(OC2H5)2、Ca(O
C3H7)2、Ca(OC4H9)2、Ba(OCH3
)2、Ba(OC2H5)2、Ba(OC3H7)2、
Ba(OC4H9)2、Al(OCH3)3、Al(O
C2H5)3、Al(OC3H7)3、Al(OC4H
9)3、CH3Al(OCH3)2、CH3Al(OC
2H5)2、CH3Al(OC3H7)2、CH3Al
(OC4H9)2、Ti(OCH3)4、Ti(OC2
H5)4、Ti(OC3H7)4、Ti(OC4H9)
4、CH3Ti(OCH3)3、CH3Ti(OC2H
5)3、CH3Ti(OC3H7)3、CH3Ti(O
C4H9)3、C2H5Ti(OCH3)3、C2H5
Ti(OC2H5)3、C2H5Ti(OC3H7)3
、C2H5Ti(OC4H9)3、Si(OCH3)4
、Si(OC2H5)4、Si(OC3H7)4、Si
(OC4H9)4、CH3Si(OCH3)3、CH3
Si(OC2H5)3、CH3Si(OC3H7)3、
CH3Si(OC4H9)3、C2H5Si(OCH3
)3、C2H5Si(OC2H5)3、C2H5Si(
OC3H7)3、C2H5Si(OC4H9)3、Zr
(OCH3)4、Zr(OC2H5)4、Zr(OC3
H7)4、Zr(OC4H9)4、CH3Zr(OCH
3)3、CH3Zr(OC2H5)3、CH3Zr(O
C3H7)3、CH3Zr(OC4H9)3、C2H5
Zr(OCH3)3、C2H5Zr(OC2H5)3、
C2H5Zr(OC3H7)3、C2H5Zr(OC4
H9)3、Y(OCH3)3、Y(OC2H5)3、Y
(OC3H7)3、Y(OC4H9)3、La(OCH
3)3、La(OC2H5)3、La(OC3H7)3
、La(OC4H9)3、Mn(OCH3)4、Mn(
OC2H5)4、Mn(OC3H7)4、Mn(OC4
H9)4、Sn(OCH3)4、Sn(OC2H5)4
、Sn(OC3H7)4、Sn(OC4H9)4、Sr
(OCH3)4、Sr(OC2H5)4、Sr(OC3
H7)4、Sr(OC4H9)4、Ca(OH)2、B
a(OH)2、Al(OH)3、CH3Al(OH)2
、Ti(OH)4、CH3Ti(OH)3、C2H5T
i(OH)3、Si(OH)4、CH3Si(OH)3
、C2H5Si(OH)3、Zr(OH)4、CH3Z
r(OH)3、C2H5Zr(OH)3、Y(OH)3
、La(OH)3、Mn(OH)4、Sn(OH)4、
Sr(OH)4等を挙げることができる。また、これら
の縮合物は、上記化合物の任意の組み合わせにより自由
に作製でき、分子量も適宜選択できる。縮合物の一例と
しては、ZrOSi(OC2H5)6、AlOSi(O
C2H5)5、TiOSi(OC2H5)6、(C3H
7O)3ZrOSi(OC2H5)3、(C4H9O)
3ZrOSi(OC2H5)3、(C3H7O)3Ti
OSi(OC2H5)3、(C4H9O)3TiOSi
(OC2H5)3、(C3H7O)2AlOSi(OC
2H5)3、(C4H9O)2AlOSi(OC2H5
)3、等を示すことができる。
【0014】これらのセラミックス原料は、通常、有機
溶剤、水、これらの混合溶媒等に溶解又は分散して用い
られるが、セラミックス原料自体で液状のものは、その
まま用いることも可能である。有機溶剤は、公知のゾル
ーゲル法の液状組成物において用いられるものをいずれ
も使用でき、例えば、メタノール、エタノール、プロパ
ノール、ブタノール等の低級アルコール類、エチレング
リコールモノアルキルエーテル、ジエチレングリコール
モノアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアル
キルエーテル、ジプロピレングリコールモノアルキルエ
ーテル等のアルキル基としてメチル、エチル、ブチル等
を有する炭化水素エーテルアルコール類、エチレングリ
コールモノアルキルエーテルアセテート、ジエチレング
リコールモノアルキルエーテルアセテート、プロピレン
グリコールモノアルキルエーテルアセテート、ジプロピ
レングリコールモノアルキルエーテルアセテート等の上
記炭化水素エーテルアルコール類の酢酸エステル類、エ
トキシエチルアセテート等のアルコール類の酢酸エステ
ル類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブ
チル等の酢酸エステル類、アセトン等を用いることがで
きる。
【0015】液状組成物中のセラミックス原料の濃度は
、通常10〜100重量%程度とすればよく、使用する
原料の性質に応じて適宜決定すればよい。
【0016】また、上記セラミックス原料の液状組成物
には、必要に応じてコロイド状物質及び/又は無機微粉
末を添加することができる。コロイド状物質及び/又は
無機微粉末の添加によって、ゾルーゲル法により形成さ
れるセラミックス層がより緻密化される。
【0017】本発明で用いられるコロイド状物質とは、
10〜10000オングストローム程度の液状又は固体
の粒子が分散媒中に分散しているものをいい、各種の公
知のものが使用できる。分散媒としては、通常、上記し
た低級アルコール類、炭化水素エーテルアルコール類、
これらの酢酸エステル類等の有機溶剤や水が単独又は混
合して用いられており、分散粒子の濃度は10〜60重
量%程度のものが一般的である。本発明では、このよう
なコロイド状物質をいずれも用いることができる。コロ
イド状物質の具体例としては、コロイド状シリカ、コロ
イド状アルミナ、コロイド状酸化チタン、コロイド状酸
化ジルコン、コロイド状硅酸ジルコン、コロイド状水酸
化アルミニウム、コロイド状水酸化ジルコン等を挙げる
ことができる。
【0018】無機微粉末は、粒子径5〜150mμ程度
のものが適当であり、例えばアルミナ微粉末、酸化チタ
ン微粉末、シリカ微粉末等を用いることができる。
【0019】コロイド状物質及び/又は無機微粉末は、
セラミックス原料の液状組成物中に70重量%程度まで
添加することができ、好ましくは、3〜40重量%程度
添加すればよい。
【0020】上記セラミックス原料の液状組成物には、
更に必要に応じて、充填剤、顔料、被覆補強材等を添加
してもよい。充填剤及び顔料としては、通常の無機系の
ものを用いることができ、例えば、酸化マグネシウム、
窒化硅素、窒化硼素、黒鉛、窒化チタン、酸化ニッケル
、石英、シリカ、硅酸ジルコン、アルミナ、酸化チタン
、チタンイエロー、炭酸マグネシウム、ドロマイト、炭
化硅素、炭化タングステン、酸化鉄(赤、黒)、バリウ
ムイエロー、アンチモンイエロー、コバルトブルー、コ
バルトバイオレット、コバルトグリーン、マンガンブラ
ック、マンガンブルー、マンガンバイオレット、ストロ
ンチウムクロメート、タルク、クロムオキサイドハイド
レートグリーン、クロムオキサイドグリーン、亜鉛グリ
ーン、炭酸バリウム、チョーク、沈澱炭酸カルシウム、
アルミナハイドレート、酸化亜鉛、ホタル石、モリブデ
ン赤、モリブデンオレンジ、クロムイエロー、鉛クロメ
ート、ウルトラマリーン、朱、塩基性炭酸鉛等を用いる
ことができる。これらのうちで、特に、窒化硅素、窒化
硼素等は、セラミックス層の摩擦係数を低下させること
ができるので、熱膨張が生じる場合等にすべり性の向上
により、ガスケットに亀裂が生じ難くなるので有利であ
る。充填剤及び顔料は、常法に従って、増粘剤等ととも
に用いることができる。
【0021】被覆補強材は、無機質で繊維状のものをい
い、この代表例としてチタン酸カリウム、炭化硅素、窒
化硅素、酸化アルミニウム、ベリリア炭化硼素、硅酸塩
ガラス、石英などがある。
【0022】充填剤及び/又は顔料は、液状組成物中に
70重量%程度まで、好ましくは0.1〜10重量%程
度添加することができる。また披覆補強材は、液状組成
物中に70重量%程度まで、好ましくは1〜60重量%
程度添加することができる。
【0023】上記した液状組成物は、急速なゲル化を防
止するためにpH2.5〜6.0程度に調整することが
好ましい。pH調整には、例えば、塩酸、酢酸、クロロ
酢酸、クエン酸、マレイン酸、シュウ酸、トルエンスル
ホン酸、グルタル酸、ジメチルマロン酸、安息香酸等の
無機酸又は有機酸を用いることができる。
【0024】また、上記液状組成物には、更に、室温で
は該液状組成物をゲル化させることがなく、加熱によっ
て解離して該液状組成物の重合を加速することのできる
緩衝化潜触媒として、カルボン酸金属塩、アミンカルボ
キシレート、四級アンモニウムカルボキシレート、硝酸
塩等を液状組成物中に1.5重量%程度まで添加するこ
とができる。このような緩衝化潜触媒としては、ジメチ
ルアミンアセテート、エタノールアミンアセテート、ジ
メチルアニリンホルメート、酢酸ナトリウム、プロピオ
ン酸ナトリウム、ギ酸カリウム、ギ酸ナトリウム、ベン
ジルトリメチルアンモニウムアセテート、硝酸ナトリウ
ム、硝酸アンモニウム等を例示できる。
【0025】本発明では、上記したセラミックス原料の
液状組成物を金属ガスケット上に、スプレー法、デップ
法、ロールコート法、ハケ塗り法、印刷法等の各種の塗
布法によって塗布し、重合ゲル化させることによってセ
ラミックス層を形成させる。金属ガスケットは、通常二
枚以上の金属板を積層した構造の場合が多いが、この場
合には、ガスケットを構成する各金属板にセラミックス
層を形成した後、ガスケットに加工してもよく、或いは
、先にガスケットを製造しておき、その表面部分にセラ
ミックス原料の液状組成物を塗布し、重合させて、セラ
ミックス層を形成させてもよい。
【0026】セラミックス原料の液状組成物の重合ゲル
化は、常温でも進行するが、加熱することによって、ゲ
ル化時間が短縮され、また、重合密度が上がって、セラ
ミックス層がより緻密化する。加熱温度は特に限定はな
く、高温で加熱するほどセラミックス層をより緻密化す
ることができるが、コスト面からは100〜250℃程
度で10〜30分程度加熱することが適当である。
【0027】尚、ゾルーゲル法によるセラミックス層で
は、ピンホールの発生を完全に防止するために、セラミ
ックス原料の液状組成物の塗布、乾燥後、又は加熱硬化
後に、更に、該液状組成物を一層又は二層以上重ね塗り
し、硬化させて二層以上のセラミックス層を形成させる
ことが好ましい。
【0028】また、セラミックス原料の液状組成物中に
、充填剤及び/又は顔料を添加して用いる場合には、形
成されるセラミックス層上に、更に、充填剤及び顔料を
添加していないセラミックス原料の液状組成物によるセ
ラミックス層を0.5〜10μm程度の厚さで設けるこ
とによって、セラミックス層の表面を緻密にして、より
撥水性を向上させることができる。
【0029】ゾルーゲル法によるセラミックス層は、合
計厚さ3〜150μm程度とすればよい。
【0030】このようにして形成されたセラミックス層
は、表面硬度が高いために、傷付き難く、また不燃性で
あるために、高温に曝されていても分解したり燃えたり
することがなく、有害ガスの発生もしない。又高温での
金属の酸化劣化も防止でき、耐熱性が高いために融着を
防止でき、更に摩擦係数が上昇しにくい等の優れた特徴
を有する。
【0031】
【発明の効果】本発明のセラミックスコーティング金属
ガスケットは、優れた耐熱性を有し、酸化劣化し難く、
金属の融着も防止でき、また、潤滑性が良好で亀裂が生
じ難く、ガスシール性も良好であり、高温環境に曝され
る場合にも、長期間ガスケットとしての役目を保持する
ことができる。
【0032】
【実施例】以下実施例を示して、本発明を更に詳細に説
明する。
【0033】
【実施例1】イソプロピルアルコール15g及び水15
gからなる混合溶媒に粒径20mμの微粉末アルミナ1
3gを加え、更に充填剤として硅酸ジルコン15g、酸
化マンガン10g、シリカ15g及び窒化硼素10g、
被覆補強剤としてチタン酸カリウム繊維9gを加え、こ
れに更に塩酸0.1gを添加した溶液にメチルトリメト
キシシラン30gを加えて混合し、セラミックス原料の
液状組成物を調製した。
【0034】SUS304ステンレス製の上板、中板及
び下板の三層のラミネート構造からなるエキゾーストマ
ニホールド用金属ガスケットの表面全体に、上記液状組
成物をスプレー法により塗布し、150℃で30分間加
熱して、厚さ20μmのセラミックス層を形成した。
【0035】得られたセラミックスコーティング金属ガ
スケットを800℃で5時間加熱したところ、表面層の
酸化による劣化は認められず、摩擦係数は加熱前に0.
226であったものが、0.164まで低下した。一方
、セラミックス層を設けていないSUSステンレス製の
ガスケットを800℃で5時間加熱したところ、ステン
レスの酸化劣化がはげしく、表面の酸化膜が脱落して、
ガスケットの重量が減少した。
【0036】上記したセラミックスコーティング金属ガ
スケットを内燃機関のシリンダーヘッドとエキゾースト
マニホールドとの間にはさんで使用したところ、長期間
使用した場合にも酸化劣化を生じることなく、良好なシ
ールド性を維持できた。
【0037】
【実施例2】Ti(OC4H9)4とSi(OC2H5
)4の部分縮合物(C4H9O)3Ti−OSi(OC
2H5)335gにイソプロピルアルコール12g及び
ブチルセルソルブ3gを添加混合し、更に充填剤として
タルク10g、酸化アルミニウム10g及び黒鉛20g
、被覆補強剤としてチタン酸カリウム繊維5gを加え、
更に、酢酸0.5gを添加して、セラミックス原料の液
状組成物を調製した。
【0038】SUS304ステンレス製の上板、中板及
び下板の三層のラミネート構造からなる四気筒エンジン
のシリンダーヘッド用ガスケットの表面全体に、上記液
状組成物をスプレー法で塗布し、200℃で20分間加
熱して、厚さ10μmのゾルーゲル法によるセラミック
ス層を形成した。得られたセラミックスコーティングガ
スケットを用いて、エンジン本体に、シリンダーヘッド
部分を取り付けて、使用したところ、酸化によるガスケ
ットの劣化がなく、エンジンの振動によるシリンダーヘ
ッドの摩擦が防止され、長期間に亘って気密性が良好に
保持された。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属ガスケットの少なくとも表面部分にゾ
    ルーゲル法によるセラミックス層を設けてなるセラミッ
    クスコーティング金属ガスケット。
  2. 【請求項2】金属ガスケットの少なくとも表面部分に、
    セラミックス原料の液状組成物を塗布し、ゾルーゲル法
    によりセラミックス層を形成することを特徴とするセラ
    ミックスコーティング金属ガスケットの製造法。
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