JPH0475113B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はセラミツクスと金属との接合方法、特
にセラミツクスを金属で鋳ぐるみ方法に関する。

（従来技術） セラミツクスをアルミニウムや鋳鉄等の金属に
よつて鋳ぐるむことにより耐摩耗性断熱鋳物を製
造する場合、高温の金属溶湯がセラミツクスに接
触する際の熱衝撃によりセラミツクスが破損する
ことがある。

またセラミツクスの熱膨張率は金属のそれより
も著しく小さいため、金属溶湯が冷却凝固して収
縮する際に発生する圧縮応力によりセラミツクス
が破壊することがある。

このような問題を解決するため、熱膨張率がセ
ラミツクスのそれに近いアンバー（Ni合金）の
ような材料を中間層としてセラミツクスの鋳ぐる
み部周縁に挿入した後、目的金属を鋳込む方法
や、セラミツクスの鋳ぐるみ面に多孔質の緩衝部
材を設け、鋳ぐるむ際にその部分を座屈させて溶
湯金属注入時に発生する熱衝撃や該金属冷却時に
発生する圧縮応力を該緩衝部材に吸収させる方法
等が提案されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし前者の方法は、セラミツクスと緩衝部材
とをうまく整合させる必要があるため、セラミツ
クス部材と緩衝部材とのハメ合い公差の精度を厳
しく管理する必要があり、加工コストが高価にな
る欠点がある。また後者の方法では、緩衝部材が
薄すぎるとセラミツクスに圧縮応力が作用してセ
ラミツクスが破壊する恐れがあると共に、緩衝部
材が厚い場合には該部材の一部のみが座屈して強
度の低い緩衝部材が残存し、その部分の接合強度
が弱くなる。このため緩衝部材の厚さをわずかな
寸法範囲で厳密に制御しなければならず、大量生
産が困難になる。本発明は上記のような事情に鑑
みてなされたものであり、セラミツクスをアルミ
ニウムや鋳鉄によつて鋳ぐるむ際に金属溶湯の熱
衝撃や冷却収縮からセラミツクスを保護するた
め、セラミツクスの鋳ぐるみ部周縁に緩衝部材を
配設するセラミツクスと金属の接合方法におい
て、セラミツクス部材と緩衝部材とのハメ合い公
差や緩衝部材の厚さを厳密に制御する必要がな
く、かつ接合部分における強度が弱くならないよ
うなセラミツクスと金属の接合方法を提供せんと
するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記の目的を達成するため、セラミツ
クス成形体の鋳ぐるみ面にセラミツクスと鋳込金
属とが均一に混合して成る緩衝層を設けるもので
ある。即ち本発明は、所定太さと長さを有する未
焼成セラミツクスの長繊維を集積し、加圧成形し
て立体状の網構造を有する帯状のセラミツクス多
孔体を成形する工程と、前記セラミツクス多孔体
をセラミツクス成形体の鋳ぐるみ部周縁に巻装す
る工程と、両者を焼成して一体化されたセラミツ
クス焼成体を得る工程と、前記セラミツクス焼成
体を鋳型キヤビテイにセツトした上、該キヤビテ
イ内に溶湯金属を注入する工程とから成ることを
特徴としている。

以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明す
る。

第１実施例 第１図はセラミツクス成形体の鋳ぐるみ部周縁
に配設する立体状網構造のセラミツクス多孔体の
製造工程を示し、１はドクターブレード法（泥し
よう鋳込み法）で成形した厚さ１mm、巾30mmの未
焼成アルミナセラミツクスをロール状にき取つた
グリーンシートである。該グリーンシート１を１
対のロールカツタ２，２で１mm間隔で切断し、１
mm×１mm×30mmの長繊維３を得る。その後該長繊
維３を搬送ベルト４上に厚さ約５mmで連続してか
つランダムに集積し、これを１対のローラ５，５
で加圧成形して巾20mm、厚さ２mmの可撓性帯状物
で立体状網構造を有するセラミツクス多孔体６を
得る。なお該セラミツクス多孔体６は、空孔率約
80％、平均気孔径約２mmに調製されている。

次に、押出し成形法で成形した円筒状の未焼成
アルミナ成形体の外周面に前記セラミツクス多孔
体６を巻装した上、これを自然乾燥、強制乾燥及
び脱脂工程を経た後焼成（1600℃で２時間保持）
すると、第２図に示す如く、中心部におけるセラ
ミツクスの緻密層７と外周部におけるセラミツク
スの多孔層８とが一体的に固着した円筒状のアル
ミナセラミツクス焼成体９が得られる。

このような焼成体９を、その円筒空胴部内に
CO₂製中子１１を嵌装した上、自硬性鋳型１２の
キヤビテイ１３内にセツトする（第３図参照）。
なお鋳型キヤビテイ１３と焼成体９外壁との間に
は所定の空〓が設けられている。

しかる後、該鋳型１２内に1430℃の鋳鉄の溶湯
を注入し、所定時間経過後、該鋳型１２から第４
図に示す鋳造品１４を取出した所、中心部のセラ
ミツクス緻密層７には破壊が見られなかつた。

また該鋳造品１４を切断して調べた所、中心部
のセラミツクス緻密層７、外周部の鋳鉄層１５及
び両者の中間部に形成されたセラミツクスと鋳鉄
との複合層１６とから成つていることが分つた。

第２実施例 第１実施例と同様の方法で立体状網構造のセラ
ミツクス多孔体を作ると共に、その空孔率を約30
％、平均気孔径を約0.5mmとした。そして該セラ
ミツクス多孔体を円筒状の未焼成アルミナ成形体
の外周面に巻装して焼成して得たアルミナセラミ
ツクス焼成体を鋳型キヤビテイ内にセツトして、
第１実施例と同一条件でキヤビテイ内に鋳鉄溶湯
を鋳込んだ所、溶湯はセラミツクス多孔層内にほ
とんど浸透していなかつた。

（作用及び効果） 上記のような本発明によれば、鋳型キヤビテイ
１３内へ注入された鋳鉄溶湯は、最初アルミナセ
ラミツクス焼成体９の外周部の多孔層８に接触
し、この時該多孔層８が断熱効果を発揮して中心
部のセラミツクス緻密層７への熱衝撃が緩和され
る。鋳鉄溶湯は次に前記多孔層８の気孔内へ浸透
し、その結果該多孔層８はセラミツクスと鋳鉄と
の複合層１６になる。鋳鉄溶湯は更に鋳型キヤビ
テイ１３とアルミナセラミツクス焼成体９の外壁
との空〓を満たした後冷却凝固し、この時圧縮応
力が発生するが、前記複合層１６は熱膨張率がセ
ラミツクスと鋳鉄の中間的なものになること、ま
た該複合層１６は鋳鉄に較べて弾性率が小さく耐
力も低いこと等から圧縮応力が該複合層１６に吸
収され、中心部のセラミツクス緻密層７が破壊す
ることはない。

また該複合層１６は前記セラミツクス多孔体６
の空孔率、平均気孔径を適切なものに設定するこ
とにより、空孔がなく、密度や強度の大きいもの
にすることができるから、セラミツクスと鋳鉄の
接合強度がこの部分で弱くなる心配はなく、従つ
て複合層１６の厚さを厳密に制御する必要がな
い。更に前記セラミツクス多孔体６は未焼成で可
撓性のある段階で円筒状のアルミナ成形体の外周
面に巻装されるため、両者のハメ合い公差を問題
にする必要はなく、従つて加工の手間が不要にな
る。なお実施例では未焼成アルミナセラミツクス
のシートを裁断して長繊維を作り、該長繊維を基
に立体状網構造のセラミツクス多孔体を成形した
が、セラミツクスバインダといて熱可塑性バイン
ダを使用し、射出押出し成形により長繊維を作つ
てもよい。

また実施例では鋳ぐるむセラミツクスと同材質
のセラミツクスで立体状網構造の多孔体を成形し
たが、これに限定されることはなく、熱膨張率の
小さい材質や熱衝撃に強い材質、例えばチタン酸
アルミニウム（Al₂O₃・TiO₂）やコーデイライト
（2MgO・2Al₂O₃・5SiO₂）などで立体状網構造
多孔体を成形すれば、実施例のものと同等もしく
はそれ以上の効果が期待できる。

更に実施例では１mm×１mm×30mmの長繊維を基
に立体状網構造多孔体を成形したが、該長繊維の
太さ、長さを適宜変更することによりセラミツク
ス多孔体の空孔率、気孔の大小等を調節すること
ができ、その結果複合層の力学特性を広く調整す
ることができる。

なお複合層の力学特性は金属溶湯の温度、溶湯
材質、鋳型方案、注湯圧力等によつても左右され
ることを留意すべきである。

更に実施例では、未焼成の円筒状アルミナ成形
体に同じく未焼成のセラミツクス多孔体を巻装し
て焼成・溶着しているが、焼成されたアルミナ成
形体に未焼成のセラミツクス多孔体を巻装して焼
成し、両者を固着してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は立体状網構造のセラミツクス多孔体の
製造工程を示す概念図、第２図はアルミナセラミ
ツクス焼成体の断面図、第３図はアルミナセラミ
ツクス焼成体を鋳型にセツトした状態の断面図、
第４図は第３図から得られた鋳造品の断面図であ
る。 ３：長繊維、６：セラミツクス多孔体、７：セ
ラミツクス緻密層、８：セラミツクス多孔層、
９：アルミナセラミツクス焼成体、１４：鋳造
品、１５：鋳鉄層、１６：複合層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 所定太さと長さを有する未焼成セラミツクス
   の長繊維を集積し、加圧成形して立体状の網構造
   を有する帯状のセラミツクス多孔体を成形する工
   程と、前記セラミツクス多孔体をセラミツクス成
   形体の鋳ぐるみ部周縁に巻装する工程と、両者を
   焼成して一体化されたセラミツクス焼成体を得る
   工程と、前記セラミツクス焼成体を鋳型キヤビテ
   イにセツトした上、該キヤビテイ内に溶湯金属を
   注入する工程とから成ることを特徴とするセラミ
   ツクスと金属の接合方法。