JPH07102911A - タペット材及びその製造方法 - Google Patents
タペット材及びその製造方法Info
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- JPH07102911A JPH07102911A JP5246880A JP24688093A JPH07102911A JP H07102911 A JPH07102911 A JP H07102911A JP 5246880 A JP5246880 A JP 5246880A JP 24688093 A JP24688093 A JP 24688093A JP H07102911 A JPH07102911 A JP H07102911A
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- ceramic
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 急激な熱ショックや機械的な衝撃によって
も、クラックや破壊を起こすことのない、高強度、高信
頼性セラミックス−金属接合タペット材を提供する。 【構成】 Ｓｉ3 Ｎ4 ：ＳｉＣ微粒子＝７０〜９０：３
０〜１０（体積比）及びＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒子
０．１〜１体積％のＳｉ3 Ｎ4 −ＳｉＣ−ＴｉＣ，Ｔｉ
Ｎ粒子分散複合セラミックス１を用い、接合界面に熱処
理により窒化物，炭化物，酸化物の混合相を生成させ
て、ロウ材を介して金属２と焼き嵌める。 【効果】 耐摩耗性、耐食性、耐久性、摺動性に優れ、
高強度かつ高靭性の粒子分散複合セラミックスを用い、
かつ、この粒子分散複合セラミックスの被接合面を熱処
理して接合性を高めると共に、ロウ材による接合と焼き
嵌めによる圧縮応力との相乗効果で著しく高強度で信頼
性に優れたタペット材が提供される。
も、クラックや破壊を起こすことのない、高強度、高信
頼性セラミックス−金属接合タペット材を提供する。 【構成】 Ｓｉ3 Ｎ4 ：ＳｉＣ微粒子＝７０〜９０：３
０〜１０（体積比）及びＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒子
０．１〜１体積％のＳｉ3 Ｎ4 −ＳｉＣ−ＴｉＣ，Ｔｉ
Ｎ粒子分散複合セラミックス１を用い、接合界面に熱処
理により窒化物，炭化物，酸化物の混合相を生成させ
て、ロウ材を介して金属２と焼き嵌める。 【効果】 耐摩耗性、耐食性、耐久性、摺動性に優れ、
高強度かつ高靭性の粒子分散複合セラミックスを用い、
かつ、この粒子分散複合セラミックスの被接合面を熱処
理して接合性を高めると共に、ロウ材による接合と焼き
嵌めによる圧縮応力との相乗効果で著しく高強度で信頼
性に優れたタペット材が提供される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はタペット材及びその製造
方法に係り、特に、機械や自動車等の構造部材としての
耐摩耗性摺動部材として有用な高性能セラミックス−金
属接合部材よりなるタペット材及びその製造方法に関す
る。
方法に係り、特に、機械や自動車等の構造部材としての
耐摩耗性摺動部材として有用な高性能セラミックス−金
属接合部材よりなるタペット材及びその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】機械や自動車等の構造部材としては、耐
久性、耐摩耗性、強度等の特性に優れると共に、軽量な
材料が要求されており、このような要求特性を満たすも
のとして、高性能なセラミックス材料と金属材料との接
合部材が提案されている。
久性、耐摩耗性、強度等の特性に優れると共に、軽量な
材料が要求されており、このような要求特性を満たすも
のとして、高性能なセラミックス材料と金属材料との接
合部材が提案されている。
【０００３】セラミックス−金属接合体の製造技術の研
究における歴史は長く、従来、多くの研究がなされてい
る。例えば、接合に用いるロウ材や、セラミックスと金
属との間に介在させるインサート材の選定についての研
究がなされている。
究における歴史は長く、従来、多くの研究がなされてい
る。例えば、接合に用いるロウ材や、セラミックスと金
属との間に介在させるインサート材の選定についての研
究がなされている。
【０００４】現在、ロウ材としては、セラミックス及び
金属の界面のヌレ性を良くすることができるＡｇ−Ｃｕ
系のロウ材が主に用いられている。また、Ａｇ−Ｃｕ系
ロウ材にセラミックスに対して活性なＴｉを添加したロ
ウ材も多く用いられている。
金属の界面のヌレ性を良くすることができるＡｇ−Ｃｕ
系のロウ材が主に用いられている。また、Ａｇ−Ｃｕ系
ロウ材にセラミックスに対して活性なＴｉを添加したロ
ウ材も多く用いられている。
【０００５】一方、インサート材は、セラミックスと金
属との間にはさみ込んで両者の熱膨張率の差を緩和する
ものである。即ち、セラミックスは接合時の加熱によ
り、セラミックスと金属との熱膨張率の差に起因する熱
応力を受けて割れが発生するため、この熱応力の緩和の
ために、各種のインサート材を１層又は２層に介在させ
ている。例えば、特開昭６０−９６５８４号公報に開示
されるセラミックスと金属の接合方法においては、セラ
ミックスとしてＳｉ3 Ｎ4 ，ＳｉＣを用い、金属とセラ
ミックスの接合時の熱膨張差による割れを防止するため
にインサート材を用いている。
属との間にはさみ込んで両者の熱膨張率の差を緩和する
ものである。即ち、セラミックスは接合時の加熱によ
り、セラミックスと金属との熱膨張率の差に起因する熱
応力を受けて割れが発生するため、この熱応力の緩和の
ために、各種のインサート材を１層又は２層に介在させ
ている。例えば、特開昭６０−９６５８４号公報に開示
されるセラミックスと金属の接合方法においては、セラ
ミックスとしてＳｉ3 Ｎ4 ，ＳｉＣを用い、金属とセラ
ミックスの接合時の熱膨張差による割れを防止するため
にインサート材を用いている。
【０００６】従来、このインサート材としては、Ｎｉ，
Ｃｕ，Ｍｏ，Ｎｂが用いられている。
Ｃｕ，Ｍｏ，Ｎｂが用いられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来においては、セラ
ミックスとしてモノリシックなセラミックス（例えばＳ
ｉ3 Ｎ4 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ムライト，ＳｉＣ）を用いてい
るため、熱応力に対する靭性が不足し、接合強度の大き
なセラミックス−金属接合体は得られなかった。
ミックスとしてモノリシックなセラミックス（例えばＳ
ｉ3 Ｎ4 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ムライト，ＳｉＣ）を用いてい
るため、熱応力に対する靭性が不足し、接合強度の大き
なセラミックス−金属接合体は得られなかった。
【０００８】また、従来のセラミックス材料では、構造
部材としての耐摩耗性、耐久性、耐食性、摺動性等の要
求特性を十分に満たすことができなかった。
部材としての耐摩耗性、耐久性、耐食性、摺動性等の要
求特性を十分に満たすことができなかった。
【０００９】一方、接合時の熱応力の緩和のためには、
前述の如く、セラミックスと金属との間に各種のインサ
ート材を１層又は２層に介在させることが行われている
が、十分な効果は得られていない。接合強度をより一層
高めるために、セラミックスの表面をメタライズした
り、溶射するなどの方法も採用されている。
前述の如く、セラミックスと金属との間に各種のインサ
ート材を１層又は２層に介在させることが行われている
が、十分な効果は得られていない。接合強度をより一層
高めるために、セラミックスの表面をメタライズした
り、溶射するなどの方法も採用されている。
【００１０】しかしながら、メタライズや溶射法を採用
したものでも、高温における接着強度が低く、かつ、腐
食に対しても弱いという欠点がある。特に、溶射法で
は、セラミックスと溶射面との界面の接合強度が低く、
また、その溶射表面が多孔質となるため、ロウ材との均
密な接合は不可能である。
したものでも、高温における接着強度が低く、かつ、腐
食に対しても弱いという欠点がある。特に、溶射法で
は、セラミックスと溶射面との界面の接合強度が低く、
また、その溶射表面が多孔質となるため、ロウ材との均
密な接合は不可能である。
【００１１】このようなことから、従来においては、要
求特性を十分に満たすセラミックス−金属接合部材より
なるタペット材は提供されていないのが現状である。
求特性を十分に満たすセラミックス−金属接合部材より
なるタペット材は提供されていないのが現状である。
【００１２】本発明は上記従来の実情に鑑みてなされた
ものであって、急激な熱ショックや機械的な衝撃によっ
ても、クラックや破壊を起こすことのない、高強度、高
信頼性、セラミックス−金属接合体よりなるタペット材
及びその製造方法を提供することを目的とする。
ものであって、急激な熱ショックや機械的な衝撃によっ
ても、クラックや破壊を起こすことのない、高強度、高
信頼性、セラミックス−金属接合体よりなるタペット材
及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】請求項１のタペット材
は、一端側が閉じた筒状のタペット材において、該一端
側がセラミックスよりなり、筒状部分が金属よりなるセ
ラミックス−金属接合タペット材であって、該金属とセ
ラミックスとは焼き嵌め及びロウ付けにより接合されて
おり、該セラミックスは、Ｓｉ3 Ｎ4 のマトリックス相
中に、ＳｉＣ微粒子とＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒子と
が分散してなり、Ｓｉ3 Ｎ4 とＳｉＣ微粒子とをＳｉ3
Ｎ4 ：ＳｉＣ微粒子＝７０〜９０：３０〜１０の体積割
合で含みかつ、ＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒子をＳｉ3
Ｎ4 とＳｉＣ微粒子との合計に対して０．１〜１体積％
含む粒子分散複合セラミックスであって、その接合界面
は熱処理により窒化物と炭化物と酸化物との混合相とな
っていることを特徴とする。
は、一端側が閉じた筒状のタペット材において、該一端
側がセラミックスよりなり、筒状部分が金属よりなるセ
ラミックス−金属接合タペット材であって、該金属とセ
ラミックスとは焼き嵌め及びロウ付けにより接合されて
おり、該セラミックスは、Ｓｉ3 Ｎ4 のマトリックス相
中に、ＳｉＣ微粒子とＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒子と
が分散してなり、Ｓｉ3 Ｎ4 とＳｉＣ微粒子とをＳｉ3
Ｎ4 ：ＳｉＣ微粒子＝７０〜９０：３０〜１０の体積割
合で含みかつ、ＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒子をＳｉ3
Ｎ4 とＳｉＣ微粒子との合計に対して０．１〜１体積％
含む粒子分散複合セラミックスであって、その接合界面
は熱処理により窒化物と炭化物と酸化物との混合相とな
っていることを特徴とする。
【００１４】請求項２のタペット材の製造方法は、請求
項１に記載のタペット材を製造する方法であって、前記
セラミックスの被接合面を酸化雰囲気中で熱処理して窒
化物と炭化物と酸化物との混合相を生成させた後、該セ
ラミックスをロウ材を介して金属と焼き嵌めることを特
徴とする。
項１に記載のタペット材を製造する方法であって、前記
セラミックスの被接合面を酸化雰囲気中で熱処理して窒
化物と炭化物と酸化物との混合相を生成させた後、該セ
ラミックスをロウ材を介して金属と焼き嵌めることを特
徴とする。
【００１５】即ち、セラミックスと金属との接合では、
セラミックスの破壊が最大のネックとなっていたが、従
来のセラミックス材料では、接合時の熱応力に十分に耐
えうるものは少なかった。本発明者らは、高耐久性、高
靭性の新規セラミックス材料を開発し、これをセラミッ
クス−金属接合体のセラミックス材料を用いると共に、
セラミックスと金属との接合手段を改良することにより
本発明を完成させた。
セラミックスの破壊が最大のネックとなっていたが、従
来のセラミックス材料では、接合時の熱応力に十分に耐
えうるものは少なかった。本発明者らは、高耐久性、高
靭性の新規セラミックス材料を開発し、これをセラミッ
クス−金属接合体のセラミックス材料を用いると共に、
セラミックスと金属との接合手段を改良することにより
本発明を完成させた。
【００１６】以下に本発明を詳細に説明する。
【００１７】まず、本発明で用いられる粒子分散複合セ
ラミックスについて説明する。
ラミックスについて説明する。
【００１８】本発明に係る粒子分散複合セラミックス
は、Ｓｉ3 Ｎ4 マトリックス相に第２成分としてＳｉＣ
微粒子が、第３成分としてＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒
子が、それぞれ、下記の割合で分散してなるものであ
る。なお、ＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒子の割合は、Ｓ
ｉ3 Ｎ4 とＳｉＣ微粒子との合計に対する割合である。
は、Ｓｉ3 Ｎ4 マトリックス相に第２成分としてＳｉＣ
微粒子が、第３成分としてＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒
子が、それぞれ、下記の割合で分散してなるものであ
る。なお、ＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒子の割合は、Ｓ
ｉ3 Ｎ4 とＳｉＣ微粒子との合計に対する割合である。
【００１９】Ｓｉ3 Ｎ4 ：ＳｉＣ微粒子＝７０〜９０：
３０〜１０（体積比） ＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒子＝０．１〜１体積％ ここで、Ｓｉ3 Ｎ4 の体積比が７０未満では複合材とし
ての特性が得られず、また、強度が著しく低下する。９
０を超えると相対的に第２，３成分の割合が低減し、第
２，３成分粒子を複合化させることによる本発明の効果
が十分に得られない。ＳｉＣ微粒子の複合化により、靭
性や強度、耐摩耗性の向上が図れるが、このＳｉＣ微粒
子の体積比が１０未満では、この改善効果が十分に得ら
れず、３０を超えると焼結性が悪くなる。従って、Ｓｉ
3 Ｎ4 ：ＳｉＣ微粒子＝７０〜９０：３０〜１０（体積
比）とする。
３０〜１０（体積比） ＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒子＝０．１〜１体積％ ここで、Ｓｉ3 Ｎ4 の体積比が７０未満では複合材とし
ての特性が得られず、また、強度が著しく低下する。９
０を超えると相対的に第２，３成分の割合が低減し、第
２，３成分粒子を複合化させることによる本発明の効果
が十分に得られない。ＳｉＣ微粒子の複合化により、靭
性や強度、耐摩耗性の向上が図れるが、このＳｉＣ微粒
子の体積比が１０未満では、この改善効果が十分に得ら
れず、３０を超えると焼結性が悪くなる。従って、Ｓｉ
3 Ｎ4 ：ＳｉＣ微粒子＝７０〜９０：３０〜１０（体積
比）とする。
【００２０】ＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒子は、ＳｉＣ
微粒子の複合化による特性向上効果を更に高め、より一
層の高靭性化を図る作用を奏し、その割合がＳｉ3 Ｎ4
とＳｉＣ微粒子の合計に対して０．１体積％未満では、
この作用が十分に得られず、１体積％を超えると焼結性
に問題を生じる。従って、ＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒
子の割合は０．１〜１体積％とする。
微粒子の複合化による特性向上効果を更に高め、より一
層の高靭性化を図る作用を奏し、その割合がＳｉ3 Ｎ4
とＳｉＣ微粒子の合計に対して０．１体積％未満では、
この作用が十分に得られず、１体積％を超えると焼結性
に問題を生じる。従って、ＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒
子の割合は０．１〜１体積％とする。
【００２１】本発明において、Ｓｉ3 Ｎ4 マトリックス
相中に分散している各微粒子は、それぞれ下記粒径範囲
のナノ粒子であることが好ましい。
相中に分散している各微粒子は、それぞれ下記粒径範囲
のナノ粒子であることが好ましい。
【００２２】ＳｉＣ微粒子の粒径：５０〜５００ｎｍ ＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒子の粒径：５０〜７００ｎ
ｍ このような粒子分散複合セラミックスは例えば次のよう
にして製造される。即ち、まず、粒径０．０５〜０．５
μｍ程度のＳｉ3 Ｎ4 粉末と、上記粒径範囲のＳｉＣ微
粒子とＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒子とをボールミル等
により５〜１０時間程度連続的に均一分散混合する。こ
の混合に当り、分散性を良くするために、有機系の分散
剤を用いることができる。
ｍ このような粒子分散複合セラミックスは例えば次のよう
にして製造される。即ち、まず、粒径０．０５〜０．５
μｍ程度のＳｉ3 Ｎ4 粉末と、上記粒径範囲のＳｉＣ微
粒子とＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒子とをボールミル等
により５〜１０時間程度連続的に均一分散混合する。こ
の混合に当り、分散性を良くするために、有機系の分散
剤を用いることができる。
【００２３】得られた混合原料を、ホットプレス法、常
圧焼結、ＨＩＰ等により焼結して、高密度粒子分散複合
セラミックスを得ることができる。
圧焼結、ＨＩＰ等により焼結して、高密度粒子分散複合
セラミックスを得ることができる。
【００２４】このような粒子分散複合セラミックスを金
属と接合するに当り、セラミックスとロウ材とのヌレ性
を良くし、より強固な接合体とするために、セラミック
スの被接合面を酸化雰囲気中（空気中）で熱処理して、
セラミックス中に酸素を拡散させて、接合界面のセラミ
ックス中のＮ及び／又はＣの一部をＯに置換し、接合界
面に、窒化物、炭化物、酸化物の３相混合層を生成させ
る。
属と接合するに当り、セラミックスとロウ材とのヌレ性
を良くし、より強固な接合体とするために、セラミック
スの被接合面を酸化雰囲気中（空気中）で熱処理して、
セラミックス中に酸素を拡散させて、接合界面のセラミ
ックス中のＮ及び／又はＣの一部をＯに置換し、接合界
面に、窒化物、炭化物、酸化物の３相混合層を生成させ
る。
【００２５】この混合相の生成のための熱処理は１００
０〜１２００℃で３０分〜１時間の条件で行うことがで
き、これにより、セラミックスの接合界面に、数μｍの
厚さにわたって、窒化物，炭化物，酸化物の３相混合層
を生成させることができる。なお、この混合相中の酸化
物の割合は４０〜６０重量％、概ね５０重量％程度とす
ることにより、最良の接合強度を得ることができる。
０〜１２００℃で３０分〜１時間の条件で行うことがで
き、これにより、セラミックスの接合界面に、数μｍの
厚さにわたって、窒化物，炭化物，酸化物の３相混合層
を生成させることができる。なお、この混合相中の酸化
物の割合は４０〜６０重量％、概ね５０重量％程度とす
ることにより、最良の接合強度を得ることができる。
【００２６】本発明においては、このようにして熱処理
により接合界面に窒化物，炭化物，酸化物混合相を生成
させた粒子分散複合セラミックスをロウ材を介して金属
とめることにより接合を行う。
により接合界面に窒化物，炭化物，酸化物混合相を生成
させた粒子分散複合セラミックスをロウ材を介して金属
とめることにより接合を行う。
【００２７】ロウ材としては、Ａｇを主成分とし、Ｔｉ
を含むものが好ましく、その厚さは概ね１０μｍ以下、
特に３〜６μｍ程度とするのが好ましい。
を含むものが好ましく、その厚さは概ね１０μｍ以下、
特に３〜６μｍ程度とするのが好ましい。
【００２８】本発明においては、セラミックスと金属と
をロウ材を介して焼き嵌めることにより、一端側が閉じ
た筒状であって、該一端側がセラミックスよりなり、筒
状部分が金属よりなるタペット材とする。この焼き嵌め
は、金属の種類によっても異なるが、真空度１０-3〜１
０-4Ｔｏｒｒ、温度８５０〜１２００℃程度で行うこと
ができる。
をロウ材を介して焼き嵌めることにより、一端側が閉じ
た筒状であって、該一端側がセラミックスよりなり、筒
状部分が金属よりなるタペット材とする。この焼き嵌め
は、金属の種類によっても異なるが、真空度１０-3〜１
０-4Ｔｏｒｒ、温度８５０〜１２００℃程度で行うこと
ができる。
【００２９】このような熱処理における熱間の金属の膨
張を利用してセラミックスを嵌め込み、ロウ材を介して
接合する。加熱後の冷却時に金属は収縮してセラミック
スに対して圧縮応力を発生し、ロウ材による接合力との
併用効果で高強度に接合される。
張を利用してセラミックスを嵌め込み、ロウ材を介して
接合する。加熱後の冷却時に金属は収縮してセラミック
スに対して圧縮応力を発生し、ロウ材による接合力との
併用効果で高強度に接合される。
【００３０】なお、本発明のタペット材において、封止
端面側はタペット材としての摺動特性や耐摩耗性の面か
らセラミックスであることが必須条件である。このた
め、焼き嵌めにより本発明のタペット材を構成するため
には、後述の図１，２に示す如く、金属とセラミックス
との接合界面の少なくとも一部がテーパー面であること
が必要となる。
端面側はタペット材としての摺動特性や耐摩耗性の面か
らセラミックスであることが必須条件である。このた
め、焼き嵌めにより本発明のタペット材を構成するため
には、後述の図１，２に示す如く、金属とセラミックス
との接合界面の少なくとも一部がテーパー面であること
が必要となる。
【００３１】このように接合界面をテーパー面とするこ
とにより、より一層高い接合強度を得ることができる。
なお、このテーパーの角度には特に制限はないが、後述
の図１，２に示す角度θが２０〜５０°程度であること
が好ましい。
とにより、より一層高い接合強度を得ることができる。
なお、このテーパーの角度には特に制限はないが、後述
の図１，２に示す角度θが２０〜５０°程度であること
が好ましい。
【００３２】また、タペット材として良好な摺動性、耐
摩耗性、耐久性等を得ると共に、十分な広さの接合界面
を確保して高い接合強度を得るために、封止端面のセラ
ミックス部分の厚さ（図１，２のＸの長さ）は５〜１０
ｍｍ，接合界面相当部の厚さ（図１，２のＹの長さ）は
２〜７ｍｍ程度とするのが好ましい。
摩耗性、耐久性等を得ると共に、十分な広さの接合界面
を確保して高い接合強度を得るために、封止端面のセラ
ミックス部分の厚さ（図１，２のＸの長さ）は５〜１０
ｍｍ，接合界面相当部の厚さ（図１，２のＹの長さ）は
２〜７ｍｍ程度とするのが好ましい。
【００３３】なお、本発明において、セラミックスと接
合される金属としては、炭素鋼やクロム合金鋼が挙げら
れるが、これらに限定されるものではない。
合される金属としては、炭素鋼やクロム合金鋼が挙げら
れるが、これらに限定されるものではない。
【００３４】
【作用】本発明者らは、従来のモノリシックなＳｉ3 Ｎ
4 とは全く特性の異なる粒子分散複合セラミックスを開
発した。この材料はＳｉ3 Ｎ4 −ＳｉＣ−ＴｉＣ及び／
又はＴｉＮの３成分（又は４成分）系であり、高強度、
高靭性で耐食性、耐摩耗性、摺動特性に優れている。
4 とは全く特性の異なる粒子分散複合セラミックスを開
発した。この材料はＳｉ3 Ｎ4 −ＳｉＣ−ＴｉＣ及び／
又はＴｉＮの３成分（又は４成分）系であり、高強度、
高靭性で耐食性、耐摩耗性、摺動特性に優れている。
【００３５】本発明においては、セラミックスのマトリ
ックス相として、Ｓｉ3 Ｎ4 を用い、これに靭性や強
度、耐摩耗性を付与するため、ＳｉＣ微粒子を第２成分
として分散させた。更に、この第２成分の複合特性を高
めるために、第３成分としてのＴｉＣ及び／又はＴｉＮ
微粒子を分散させ、目的を十分に満足する粒子分散複合
セラミックスを開発した。
ックス相として、Ｓｉ3 Ｎ4 を用い、これに靭性や強
度、耐摩耗性を付与するため、ＳｉＣ微粒子を第２成分
として分散させた。更に、この第２成分の複合特性を高
めるために、第３成分としてのＴｉＣ及び／又はＴｉＮ
微粒子を分散させ、目的を十分に満足する粒子分散複合
セラミックスを開発した。
【００３６】本発明に係る粒子分散複合セラミックスに
おいては、Ｓｉ3 Ｎ4 マトリックス相の中に第２，第３
成分の微粒子が分散して、内部応力を誘起した状態にな
っているため極めて強度、靭性が高い材料となってい
る。
おいては、Ｓｉ3 Ｎ4 マトリックス相の中に第２，第３
成分の微粒子が分散して、内部応力を誘起した状態にな
っているため極めて強度、靭性が高い材料となってい
る。
【００３７】しかして、本発明に係る粒子分散複合セラ
ミックスは、従来のＳｉ3 Ｎ4 単味材料やＳｉ3 Ｎ4 −
ＳｉＣの２成分系の材料にくらべて強度特性が優れてい
るため、接合材料の素材として極めて優れたものとなっ
ている。
ミックスは、従来のＳｉ3 Ｎ4 単味材料やＳｉ3 Ｎ4 −
ＳｉＣの２成分系の材料にくらべて強度特性が優れてい
るため、接合材料の素材として極めて優れたものとなっ
ている。
【００３８】ところで、金属とセラミックスを接合する
に当り、金属とセラミックスの両方に相性の良い接合用
ロウ材を用いるが、この場合、特にセラミックスとロウ
材との接合強度が重要な因子となる。即ち、セラミック
スはロウ材に対するヌレ性が悪く、このため接合力が十
分でない。
に当り、金属とセラミックスの両方に相性の良い接合用
ロウ材を用いるが、この場合、特にセラミックスとロウ
材との接合強度が重要な因子となる。即ち、セラミック
スはロウ材に対するヌレ性が悪く、このため接合力が十
分でない。
【００３９】本発明では、このセラミックスとロウ材と
の接合をより強固なものとするために、セラミックスの
接合界面に熱処理を施し、部分的に酸化物を生じさせ、
接合界面に窒化物，炭化物，酸化物の３層を混在させ
る。一方で、ロウ材として、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系のもの
を用いた場合、ロウ材中のＴｉ成分は酸素との親和性が
強く、このためロウ材中に酸素が拡散し、従来にはない
強力な接合強度が得られる。
の接合をより強固なものとするために、セラミックスの
接合界面に熱処理を施し、部分的に酸化物を生じさせ、
接合界面に窒化物，炭化物，酸化物の３層を混在させ
る。一方で、ロウ材として、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系のもの
を用いた場合、ロウ材中のＴｉ成分は酸素との親和性が
強く、このためロウ材中に酸素が拡散し、従来にはない
強力な接合強度が得られる。
【００４０】また、本発明では、上記ロウ材による接合
と共に、金属の冷却収縮による圧縮応力を利用して接合
を行う。即ち、熱間時に金属は膨張して、そのサイズは
大きくなる。この時にセラミックスをロウ材と共に嵌め
込み接合する。セラミックスは金属の圧縮応力を受ける
と同時に、ロウ材も金属とセラミックスの間で圧縮応力
を受け、ロウ材は接合界面によく流れ、その膜厚もうす
くなり、巣のない良好な接合層となる。
と共に、金属の冷却収縮による圧縮応力を利用して接合
を行う。即ち、熱間時に金属は膨張して、そのサイズは
大きくなる。この時にセラミックスをロウ材と共に嵌め
込み接合する。セラミックスは金属の圧縮応力を受ける
と同時に、ロウ材も金属とセラミックスの間で圧縮応力
を受け、ロウ材は接合界面によく流れ、その膜厚もうす
くなり、巣のない良好な接合層となる。
【００４１】このため、従来はロウ付け接合時には、イ
ンサート材を用いて、熱膨張率の緩和を行っていたが、
本発明の圧縮応力を加えたロウ材による接合では、イン
サート材による熱応力の緩和は必要なく、インサート材
なしに高強度の接合体が得られる。
ンサート材を用いて、熱膨張率の緩和を行っていたが、
本発明の圧縮応力を加えたロウ材による接合では、イン
サート材による熱応力の緩和は必要なく、インサート材
なしに高強度の接合体が得られる。
【００４２】従来のモノリシックな材料では靭性が低
く、熱処理による接合効果は十分ではないが、本発明に
係る粒子分散複合セラミックスによれば、従来からある
安価なロウ材を用いて、ロウ付け接合と焼き嵌め接合と
の相乗効果により、高い接合強度を有するセラミックス
−金属接合タペット材を得ることができる。
く、熱処理による接合効果は十分ではないが、本発明に
係る粒子分散複合セラミックスによれば、従来からある
安価なロウ材を用いて、ロウ付け接合と焼き嵌め接合と
の相乗効果により、高い接合強度を有するセラミックス
−金属接合タペット材を得ることができる。
【００４３】
【実施例】以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をよ
り具体的に説明する。
り具体的に説明する。
【００４４】なお、以下の実施例及び比較例において用
いた材料は次の通りである。
いた材料は次の通りである。
【００４５】 Ｓｉ3 Ｎ4 （宇部興産社製）：平均粒径０．３μｍ ＳｉＣ（イビデン社製）：平均粒径３００ｎｍ ＴｉＣ（日本新金属社製）：平均粒径２００ｎｍ ＴｉＮ（日本新金属社製）：平均粒径２００ｎｍ 実施例１〜３，比較例１ 実施例１，３及び比較例１においては図１に示す形状の
タペット材を、また、実施例２においては図２に示す形
状のタペット材を、次の手順で製造した。
タペット材を、また、実施例２においては図２に示す形
状のタペット材を、次の手順で製造した。
【００４６】なお、図１，２において、１はセラミック
ス、２は金属であり、各部の寸法は図面に示す通りであ
る。また、テーパーの角度θ1 は４０°，θ2 は３０°
である。
ス、２は金属であり、各部の寸法は図面に示す通りであ
る。また、テーパーの角度θ1 は４０°，θ2 は３０°
である。
【００４７】まず、表１に示す割合でＳｉ3 Ｎ4 とＳｉ
ＣとＴｉＣ又はＴｉＮとをボールミルにより混合した後
（ただし、比較例１ではＳｉ3 Ｎ4 のみを用いた。）、
１７００℃で２時間ホットプレス焼結した。なお、得ら
れた焼結体の物性は表１に示す通りであった。得られた
セラミックス焼結体の被接合面を１２００℃で３０分
間、大気圧下で電気炉内にて熱処理し、炭化物、酸化物
混合相を生成させた（ただし、比較例１ではこの熱処理
を行わなかった。）。
ＣとＴｉＣ又はＴｉＮとをボールミルにより混合した後
（ただし、比較例１ではＳｉ3 Ｎ4 のみを用いた。）、
１７００℃で２時間ホットプレス焼結した。なお、得ら
れた焼結体の物性は表１に示す通りであった。得られた
セラミックス焼結体の被接合面を１２００℃で３０分
間、大気圧下で電気炉内にて熱処理し、炭化物、酸化物
混合相を生成させた（ただし、比較例１ではこの熱処理
を行わなかった。）。
【００４８】このようにして得られたセラミックス焼結
体（厚さ７ｍｍ，直径３０ｍｍ）を肉厚２．５ｍｍ、高
さ３０ｍｍ、外径３０ｍｍの略中空円筒形状の炭素鋼
（Ｓ４５Ｃ）に、市販のＡｇ系ロウ材にＴｉを１．０重
量％添加したロウ材（厚さ８０μｍ）を介して、真空電
気炉で真空度１０-4Ｔｏｒｒ，８７０℃で１０分間熱処
理することにより焼き嵌めた。
体（厚さ７ｍｍ，直径３０ｍｍ）を肉厚２．５ｍｍ、高
さ３０ｍｍ、外径３０ｍｍの略中空円筒形状の炭素鋼
（Ｓ４５Ｃ）に、市販のＡｇ系ロウ材にＴｉを１．０重
量％添加したロウ材（厚さ８０μｍ）を介して、真空電
気炉で真空度１０-4Ｔｏｒｒ，８７０℃で１０分間熱処
理することにより焼き嵌めた。
【００４９】得られたセラミックス−金属接合タペット
材について、接合強度を調べ、結果を表１に示した。
材について、接合強度を調べ、結果を表１に示した。
【００５０】
【表１】
【００５１】表１より明らかなように、本発明に係る粒
子分散複合セラミックスは高靭性、高硬度かつ高強度で
あることから、このような粒子分散複合セラミックスを
用いることにより、セラミックス部分にクラックを生じ
ることなく、ロウ材による接合と焼き嵌めの圧縮応力に
よる相乗効果で著しく接合強度の高い、高耐久性タペッ
ト材を得ることができる。
子分散複合セラミックスは高靭性、高硬度かつ高強度で
あることから、このような粒子分散複合セラミックスを
用いることにより、セラミックス部分にクラックを生じ
ることなく、ロウ材による接合と焼き嵌めの圧縮応力に
よる相乗効果で著しく接合強度の高い、高耐久性タペッ
ト材を得ることができる。
【００５２】一方、Ｓｉ3 Ｎ4 単味のセラミックスで
は、靭性、硬度、強度がいずれも劣り、焼き嵌めにより
クラックを生じてしまい、高強度の接合体を得ることは
できない。
は、靭性、硬度、強度がいずれも劣り、焼き嵌めにより
クラックを生じてしまい、高強度の接合体を得ることは
できない。
【００５３】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明のタペット材
及びその製造方法によれば、耐摩耗性、耐食性、耐久
性、摺動性に優れる上に、高強度かつ高靭性の粒子分散
複合セラミックスを用い、かつ、この粒子分散複合セラ
ミックスの被接合面を熱処理して接合性を高めると共
に、ロウ材による接合と焼き嵌めによる圧縮応力との相
乗効果で著しく高強度で信頼性に優れたセラミックス−
金属接合タペット材が提供される。
及びその製造方法によれば、耐摩耗性、耐食性、耐久
性、摺動性に優れる上に、高強度かつ高靭性の粒子分散
複合セラミックスを用い、かつ、この粒子分散複合セラ
ミックスの被接合面を熱処理して接合性を高めると共
に、ロウ材による接合と焼き嵌めによる圧縮応力との相
乗効果で著しく高強度で信頼性に優れたセラミックス−
金属接合タペット材が提供される。
【図１】実施例１，３及び比較例２で製造したタペット
材の形状を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は
底面図である。
材の形状を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は
底面図である。
【図２】実施例２で製造したタペット材の形状を示す図
であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は底面図である。
であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は底面図である。
１ セラミックス ２ 金属
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年１１月１６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５０】
【表１】
Claims (2)
- 【請求項１】 一端側が閉じた筒状のタペット材におい
て、該一端側がセラミックスよりなり、筒状部分が金属
よりなるセラミックス−金属接合タペット材であって、 該金属とセラミックスとは焼き嵌め及びロウ付けにより
接合されており、 該セラミックスは、Ｓｉ3 Ｎ4 のマトリックス相中に、
ＳｉＣ微粒子とＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒子とが分散
してなり、Ｓｉ3 Ｎ4 とＳｉＣ微粒子とをＳｉ3 Ｎ4 ：
ＳｉＣ微粒子＝７０〜９０：３０〜１０の体積割合で含
みかつ、ＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒子をＳｉ3 Ｎ4 と
ＳｉＣ微粒子との合計に対して０．１〜１体積％含む粒
子分散複合セラミックスであって、 その接合界面は熱処理により窒化物と炭化物と酸化物と
の混合相となっていることを特徴とするタペット材。 - 【請求項２】 請求項１に記載のタペット材を製造する
方法であって、 前記セラミックスの被接合面を酸化雰囲気中で熱処理し
て窒化物と炭化物と酸化物との混合相を生成させた後、
該セラミックスをロウ材を介して金属と焼き嵌めること
を特徴とするタペット材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5246880A JPH07102911A (ja) | 1993-10-01 | 1993-10-01 | タペット材及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5246880A JPH07102911A (ja) | 1993-10-01 | 1993-10-01 | タペット材及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07102911A true JPH07102911A (ja) | 1995-04-18 |
Family
ID=17155120
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5246880A Withdrawn JPH07102911A (ja) | 1993-10-01 | 1993-10-01 | タペット材及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07102911A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008069060A (ja) * | 2006-09-15 | 2008-03-27 | Ihi Corp | 接合体および接合体の製造方法並びにスラスタ |
-
1993
- 1993-10-01 JP JP5246880A patent/JPH07102911A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008069060A (ja) * | 2006-09-15 | 2008-03-27 | Ihi Corp | 接合体および接合体の製造方法並びにスラスタ |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20001226 |