JPH0651222B2 - セラミックスの鋳ぐるみ方法 - Google Patents

セラミックスの鋳ぐるみ方法

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JPH0651222B2
JPH0651222B2 JP33718589A JP33718589A JPH0651222B2 JP H0651222 B2 JPH0651222 B2 JP H0651222B2 JP 33718589 A JP33718589 A JP 33718589A JP 33718589 A JP33718589 A JP 33718589A JP H0651222 B2 JPH0651222 B2 JP H0651222B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、セラミックスを金属で鋳ぐるんで複合製品を
得るためのセラミックスの鋳ぐる方法に関する。
(従来の技術) セラミックスは耐熱性、耐摩耗性、耐食性等に優れてい
ることより、その用途が拡大しつゝあるが、靱性が不足
しており、このため、例えばエンジンの排気ポート、排
気マニホールドなどの衝撃を受ける用途には、セラミッ
クス体を金属で鋳ぐるんで成る複合体を用いる例が多く
見られる。ところで、セラミックスを金属で鋳ぐるむ場
合の問題点としては、鋳ぐるみ金属を鋳込んだ際の熱
衝撃によりセラミックス体に割れが生じ易いこと、鋳
込み後の鋳ぐるみ金属の凝固収縮によりセラミックス体
に大きな締付力が作用し、同様にセラミックス体に割れ
が生じ易いことなどが挙げられる。
そして従来、上記については、セラミックス体を予熱
する対策、あるいはセラミックス体に予めセラミック
ス、カーボン、ホウ化物等の繊維から成る緩衝材を巻付
ける対策(特開昭59-64150号公報、特開昭62-275562号
公報等)が有力となり、それなりの効果を上げていた。
一方、上記については、これまで決め手がないままに
種々の対策がなされており、例えば、中〜低温における
鋳ぐるみ金属の強度を特定し、その塑性変形能を増すこ
とによりセラミックス体に加わる締付力を軽減する対策
(特開昭60-216966号公報参照)などもあった。
(発明が解決しようとする課題) ところで、上記凝固収縮に起因する割れを発生に関して
は、特にセラミックス体に屈曲部や断面変化部等の異形
状部がある場合に割れが発生し易いことが知られてい
る。これは、セラミックス体に異形状部があると、鋳ぐ
るみ金属の全体の凝固収縮からくる応力が異形状部に集
中するためと考えられる。しかしながら、上記鋳ぐるみ
金属の強度を特定する対策を含み、従来の対策によれ
ば、この応力集中に対して特別の配慮がなされおらず、
何れも、形状の複雑なセラミックスを対象とした場合
に、割れの発生を確実に回避できない、という問題があ
った。
本発明は、上記従来の問題を解決することを課題として
なされたもので、その目的とするとことは、セラミック
ス体の形状がどのようなものであるかによらず、その鋳
ぐるみ時における割れを確実に防止することができるセ
ラミックス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) 本発明は、上記目的を達成するため、セラミックス体の
異形状部を部分的に金属で鋳ぐるんだ後、その全体をさ
らに金属で鋳ぐるむように構成したことを特徴とする。
本発明において、上記異形状部を部分的に鋳ぐるむ厚さ
は任意であり、全体を鋳ぐるむ厚さより薄くても、厚く
ても、あるいはそれと同等であっても良い。また上記部
分的に鋳ぐるむ金属は、全体を鋳ぐるむ金属と必ずしも
同一でなくても良いが、異種金属を用いる場合は、全体
を鋳ぐるむ金属よりも融点の高いものを選択するのが望
ましい。さらに全体を鋳ぐるむに際しては、予めセラミ
ックス体の外周に緩衝材を巻付けるようにしても良い。
(作用) 上記のように構成したセラミックスの鋳ぐるみ方法にお
いては、初回の鋳ぐるみ範囲はわずかであるため、その
凝固収縮によりセラミックス体の全体に発生する歪は軽
減され、したがって異形状部に集中する応力は可及的に
緩和される。しかも2回目の鋳ぐるみに際しては、初回
に部分的に鋳ぐるんだ層が応力の一部を担うこととな
り、前記同様に異形状部にかかる応力は緩和される。
(実施例) 以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明す
る。
第1図は、本発明の一実施例で得た複合体を示したもの
である。同図中、1は、ほゞ直角の屈曲部1aを有する
セラミックスパイプで、その屈曲部1aの外周には、後
述する部分鋳ぐるみにより得た部分鋳ぐるみ層2と後述
する全体鋳ぐるみにより得た全体鋳ぐるみ層3の延長部
3aとが積層形成され、一方、その屈曲部1aを除く部
分(一般部)1bの外周には前記全体鋳ぐるみ層3が表
面同一層になるように単独形成されている。
こゝで、セラミックスパイプ1は、チタン酸アルミニウ
ムから成っており、外径40mm、肉厚4mm程度の大きさを
有している。また、部分鋳ぐるみ層2および全体鋳ぐる
み層3は、共にアルミニウム合金(JIS AC4C)から成って
おり、それぞれの厚さt,tは、t=約2mm、t
=約3mm程度とされている。またセラミックスパイプ
1の屈曲部1aの範囲において、部分鋳ぐるみ層2と全
体鋳ぐるみ層の延長部3aとをプラスした鋳ぐるみ層全
体の厚さは約3mmとされており、したがってこの範囲に
おける全体鋳ぐるみ層の延長部3aの厚さは1mm程度の
薄層となっている。
以下、上記複合体を製造する方法を説明する。
先ず、セラミックスパイプ1を鋳型(図示略)内にセッ
トし、これを予熱(400℃程度)した後、セラミックス
パイプ1の屈曲部1aの周りにのみアルミニウム合金を
鋳込む。この鋳込みにより、該屈曲部1aの外周には上
記した部分鋳ぐるみ層2が形成される。次に、この部分
鋳ぐるみ層2を有するセラミックスパイプ1を他の鋳型
(図示略)内にセットし、該部分鋳ぐるみ層2を含むセ
ラミックスパイプ1の周りにアルミニウム合金を鋳込
む。この鋳込みにより、セラミックスパイプ1の屈曲部
1aの外周には上記部分鋳ぐるみ層2と全体鋳ぐるみ層
の延長部3aとが積層形成されると共に、その一般部1
bの外周には全体鋳ぐるみ層3が単独形成される。
しかして、上記初回の鋳ぐるみに際しては、鋳ぐるみ金
属(アルミニウム合金)がセラミックスパイプ1の一部
(屈曲部1a)を覆うだけであるため、この鋳ぐるみ金
属の凝固収縮によりセラミックパイプ1の全体に発生す
る歪は軽減され、したがって該屈曲部1aに集中する応
力は可及的に削減され、結果として該屈曲部1aに割れ
が発生することはない。また、2回目の鋳ぐるみに際し
ては、前記予め形成した部分鋳ぐるみ層2が緩衝層とな
り、この結果、セラミックパイプ1に発生する歪の絶対
量が軽減され、同じく該屈曲部1aに割れが発生するこ
とはない。
第2図は、上記2回目の鋳ぐるみ時における、セラミッ
クスパイプ1の外周面および部分鋳ぐるみ層2の外周面
での温度変化とセラミックスパイプ1に生じる歪の変化
とを見たものである。こゝで、温度変化は各対応する面
に熱電対を接合して測定する方法により、歪の変化は有
限要素法(FEM)を用いて解析する方法により求めた。な
お、比較のため、部分鋳ぐるみ層2を設けることなく、
単にセラミックスパイプ1の全体をアルミニウム合金で
鋳ぐるんだ比較例についても、前記同様に温度変化と歪
の変化とを調査した。
第2図に示す結果より、比較例の場合、セラミックスパ
イプ1の外周面温度は、破線Aで表わされるように、鋳
ぐるみ金属(アルミニウム合金)を注湯した直後に該金
属の凝固温度(共晶温度)T以上に達し、その後、共
晶温度Tで一旦停滞した後、時間の経過とともに低下
する。また比較例の場合、セラミックスパイプ1に発生
する歪(圧縮歪)は、破線A′で表わされるように、鋳
ぐるみ金属の凝固完了後から発生し始め、時間の経過す
なわち温度の低下とともに増大して、常温ではかなり大
きな値(約−11×10-4)となる。
これに対して、本実施例の場合、部分鋳ぐるみ層2の外
周面温度は、細線Bで表わされるように、一旦鋳ぐる
み金属の凝固温度T以上に達するものの、その後の降
下は急となる。一方、セラミックスパイプ1の外周面の
温度は、太線Bで表わされるように、鋳ぐるみ金属の
凝固温度Tよりかなり低い温度Tでピークを示した
後、ゆるやかに降下し、所定の時間経過後は、セラミッ
クスパイプ1の外周面温度と部分鋳ぐるみ層2の外周面
温度とは一致するようになる。また本実施例の場合、セ
ラミックスパイプ1に発生する歪は、実線B′で表わさ
れるように、注湯後、一旦歪(圧縮歪)が低下し、その
後漸像して、常温では前記比較例に比し著しく小さくな
値(約1/2)となる。これにより、セラミックスパイプ
1の屈曲部1aに発生する応力も半減し、結果として割
れの発生はなくなる。
第3図は、上記実施例を適用して得た排気マニホールド
を示したものである。排気マニホールドの場合、図示の
ように、セラミックス体11は複数の屈曲部11aを有する
ものとなるが、その屈曲部11aのそれぞれに実施例の要
領で部分鋳ぐるみ層12と全体鋳ぐるみ層13とを積層形成
することにより、セラミックス体11に割れが発生するこ
とはなくなり、排気マニホールドの製造歩留りは大きく
向上するようになる。
なお、上記実施例においてセラミックスパイプ1の屈曲
部1aの外周に、部分鋳ぐるみ層2と全体鋳ぐるみ層3
とを積層形成するようにしたが、これに代え、例えば第
4図に示すように、セラミックスパイプ1の屈曲部1a
において、その外周から全体鋳ぐるみ層の延長部3aを
省略して、部分鋳ぐるみ層2のみを単独に設けるように
しても良い。この場合は、2回目の鋳ぐるみに際して部
分鋳ぐるみ層2の周りに鋳ぐるみ金属の溶湯が接触しな
いので、セラミックスパイプ1の屈曲部1aに対する熱
伝達はきわめてわずかとなり、この部分に対する応力の
集中もわずかとなって割れ発生は、より確実に防止され
る。なお第4図において、前出第1図と同一部分には同
一符号を付した。
(発明の効果) 以上、詳細に説明したように、本発明にかゝるセラミッ
クスの鋳ぐるみ方法によれば、2段回の鋳ぐるむこと
で、金属の凝固収縮に起因するセラミックス体の異形状
部への応力集中を可及的に緩和することが可能になり、
形状複雑なセラミックスに対しても確実に割れの発生を
防止できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例で得た複合体の構造を示す
断面図、第2図は、本実施例の鋳ぐるみ中における温度
変化および歪変化を比較例と対比して示す線図、第3図
は、本発明を適用して得た排気マニホールドの断面図、
第4図は、本発明の他の実施例で得た複合体の構造を示
す断面図である。 1……セラミックスパイプ 1a……屈曲部(異形状部) 2……部分鋳ぐるみ層 3……全体鋳ぐるみ層

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】セラミックス体の異形状部を部分的に金属
    で鋳ぐるんだ後、その全体をさらに金属で鋳ぐるむこと
    を特徴とするセラミツクスの鋳ぐるみ方法。
JP33718589A 1989-12-26 1989-12-26 セラミックスの鋳ぐるみ方法 Expired - Fee Related JPH0651222B2 (ja)

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