JPH07121446B2 - セラミックス鋳ぐるみ体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はセラミックス鋳ぐるみ体の製造方法に関する。

（従来技術） セラミックスをアルミニウム合金や鋳鉄等の金属によっ
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ックスに接触する際の熱衝
撃によりセラミックスが破損することがある。またセラ
ミッ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内部
圧縮応力によりセラミックスが破損することがある。

このような問題を解決するため、セラミックス鋳ぐるみ
部周縁に混練した鋳物砂のような断熱性と柔軟性を備え
た中間層を設け、溶湯金属注入時に発生する熱衝撃を緩
和すると共に、該金属の冷却時に発生する内部圧縮応力
を吸収する方法が提案されている（例えば特開昭53−83
26号公報）。

（発明が解決しようとする問題点） しかし上記方法では、鋳物砂の砂粒間の隙間が小さいた
め、鋳ぐるむ際に溶湯が中間層中に浸透せず、セラミッ
クス基体と鋳ぐるみ金属との接合強度が弱くなるという
問題があった。

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、セラミックスをアルミニウム合金や鋳鉄によって鋳
ぐるむ際にセラミックスが金属溶湯の熱衝撃や冷却収縮
によって破損することがなく、かつセラミックスと鋳ぐ
るみ金属とが強固に接合したセラミックス鋳ぐるみ体の
製造方法を提供することを目的としている。

（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、セラミックス基体
の周囲にセラミックスビーズ（小粒体）を層状に装着し
て被鋳込み体を形成し、しかる後該被鋳込み体の周囲に
金属溶湯を流し込んで鋳ぐるむ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図ないし第５図は本発明の一実施例における製造工
程を示し、第１図は被鋳込み体の縦断図、第２図は同輪
切り図、第３図は被鋳込み体を鋳型にセットした状態を
示す断面図、第４図はセラミックス鋳ぐるみ体の縦断
図、第５図は同輪切り図である。

図において、まず高さ70mm、外径40mm、肉厚3mmの緻密
質アルミナ（99.5％）から成る円筒状のセラミックス基
体（１）の外周面に、平均粒径4mmのアルミナビーズ（9
2％ハイアルミナ結焼体）（２）を耐熱性無機質接着剤
（日産化学製ボンド・エックス）（３）を介して層状
（単層）に装着する。なお前記アルミナビーズ（２）相
互の間隔は0.4±0.2mm以上にされている。次に前記アル
ミナビーズ（２）層の外周部に厚さ20mmのシート状のポ
リスチレン部材（４）を巻装し、該ポリスチレン部材
（４）の外周面に塗型（５）を施して被鋳込み体（６）
とする（第１図参照）。しかる後前記被鋳込み体（６）
を、これにポリスチレン製の湯道（７）を取付けた上、
鋳枠（８）内にセットする。該鋳枠（８）は、通気構造
を有すると共に上端を開口した内箱（９）と、該内箱
（９）の側部及び底部を包囲して該内箱（９）との間に
減圧室（11）を構成した外箱（12）とから成っており、
該外箱（12）には一端が減圧室（11）と連通し、他端が
図示しない真空ポンプと接続された管路（13）が設けら
れている。

このような鋳枠（８）の内箱（９）内に鋳物砂用珪砂
（AFS粒度−100相当）（14）を充満し、図示しない振動
手段によって該珪砂（14）に流動性を付与しつつ前記被
鋳込み体（６）を、その湯口（７）の上端が内箱（９）
の上面に現出するようにして該内箱（９）内にセットす
る。次に湯口（７）の上端を除いた鋳枠（８）の上面を
酢酸ビニール共重合体、ポリエチレン等の気密シート
（15）で密閉する。

しかる後、図示しない真空ポンプンを作動させ、管路
（13）及び減圧室（11）を介して内箱（９）内の空気を
排気し、以て内箱（９）内の圧力を大気圧より200〜500
mmHgほど低くする。これにより珪砂（14）は内箱（９）
内にて被鋳込み体（６）を内蔵したまま固化し、鋳型を
形成する（第３図参照）。この状態で1,380℃の鋳鉄（1
6）の溶湯の湯口（７）上端より注湯すると、被鋳込み
体（６）中のポリスチレン部材（４）及び接着剤（３）
が燃焼気化し、これによって生じた空洞及び隙間に溶湯
が置換的に充填され、セラミックス鋳ぐるみ体（17）が
成形される。所定時間経過後、真空ポンプの作動を停止
して内箱（９）内の減圧状態を解除すると、珪砂（14）
の各粒子の移動が自由になり鋳型が崩壊するから、容易
に内部の製品を取出すことができる。このようにして得
たセラミックス鋳ぐるみ体（17）を切断してその組織を
調べたところ、第４図に示す如く、内側のアルミナセラ
ミックス層（１）、外側の鋳鉄層（16）及び両者の中間
に存在するアルミナビーズ（２）と鋳鉄（16）との複合
層の三層から形成されており、いずれの層にも破損クラ
ック等の存在は認められなかった。

（第２実施例） 第６図は本発明の他の実施例における被鋳込み体の縦断
正面図、第７図は同縦断側面図（第６図のＡ−Ａ線にお
ける）、第８図はセラミックス鋳ぐるみ体の縦断正面
図、第９図は同縦断側面図（第８図のＢ−Ｂ線におけ
る）である。

図において、表面に凹凸を形成した70mm×45mm×30mmの
緻密質アルミナから成るセラミックス基体（１）の表面
に、第１実施例の場合と同様平均粒径4mmのアルミナビ
ーズ（２）を、相互の間隔を0.4±0.2mm以上として耐熱
性無機質接着剤（図示せず）を介して層状（単層）に装
着した。

次に前記アルミナビーズ（２）層の上面に、接合させた
い鋳鉄と同形状に成形されたポリスチレン部材（４）を
装着し、該ポリスチレン部材（４）の表面に塗型（図示
せず）を施して第６図に示すような被鋳込み体（６）を
成形する。しかる後、該被鋳込み体（６）を第１実施例
の場合と同様の鋳枠にセットし、同様の手順で鋳鉄（1
6）の溶湯を注湯して、第８図に示すようなセラミック
ス鋳ぐるみ体（17）を得た。これも第一実施例と同様に
アルミナセラミックス層（１）、鋳鉄層（16）及びアル
ミナビーズ（２）と鋳鉄（16）との複合層の三層から成
っており、いずれの層にも破損、クラック等の存在は認
められなかった。

（作用及び効果） 上記のような本発明によれば、鋳型内へ注入された鋳鉄
（16）溶湯は、最初被鋳込み体（６）の外殻部を構成す
るポリスチレン部材（４）を燃焼気化させ、これによっ
て生じた空間部に置換的に充填されて鋳鉄層（16）を形
成するが、この時セラミックス基体（１）の外周部を層
状に被覆しているアルミナビーズ（２）が断熱効果を発
揮して、セラミックス基体（１）への熱衝撃が緩和され
る。前記溶湯は更に、前記アルミナビーズ（２）の相互
の隙間に充填されている耐熱性無機質接着剤（３）を燃
焼気化させつつ該隙間に置換的に充填され、これにより
アルミナビーズ（２）と鋳鉄（16）との複合層が形成さ
れる。溶湯は次に冷却凝固して収縮し、この時内部圧縮
応力が発生するが、前記鋳鉄（16）とセラミックスビー
ズ（２）との複合層の熱膨張係数はセラミックス基体
（１）のそれよりも大きく、かつ鋳鉄（16）のそれより
も小さいため、鋳熱溶湯の内部圧縮応力は該複合層によ
って緩和され、セラミックス基体（１）の破損が防止さ
れる。

一方、アルミナビーズ（２）間の隙間に充填された溶湯
の一部はセラミックス基体（１）の表面と接触してお
り、凝固収縮時の内部圧縮応力とも相俟ってセラミック
ス基体（１）に作用してこれを締付ける。この締付力は
鋳鉄（16）が完全に凝固冷却した後も残留し、これによ
ってセラミックス基体（１）と鋳ぐるみ鋳鉄（16）とは
固く接合された状態になる。

なお実施例では、鋳ぐるみ金属として鋳鉄を用い、また
セラミックス基体の周囲にアルミナビーズを装着した
が、前者はアルミ合金、ステンレス合金等の耐熱、耐蝕
金属を用いてもよく、後者は溶湯温度に耐えるセラミッ
クビーズであれば何でもよい。

また実施例では、アルミナビーズの平均粒径を4mmと
し、粒子間の隙間を0.4±0.2mm以上としたが、これは重
力鋳造の場合の設定値であり、加圧鋳造の場合は粒径及
び粒子間隔をもっと小さくしてもよい。

また前記アルミナビーズはセラミックス基体の周囲に単
層で装着されたが、多層に装着してもよく、この場合ア
ルミナビーズの粒径を、例えばセラミックス基体に近い
ほど小さくし、反対にセラミックス基体に遠いほど大き
くしてアルミナビーズと金属との複合層を制御すること
により、より強固な鋳ぐるみ接合が可能になる。

なお、注湯時に金属溶湯がアルミナビーズに均等に接触
すると共にアルミナビーズ間の隙間に十分浸透するよう
に、鋳型方案、溶湯圧、溶湯温度等を十分検討する必要
がある。

また実施例では、フルモールド法によってセラミックス
鋳ぐるみ体を製造したが、生型鋳造法その他の鋳造法に
よってこれを製造してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における被鋳込み体の縦断
図、第２図は同輪切り図、第３図は被鋳込み体を鋳型に
セットした状態を示す断面図、第４図はセラミックス鋳
ぐるみ体の縦断図、第５図は同輪切り図、第６図は本発
明の他の実施例における被鋳込み体の縦断正面図、第７
図は同縦断側面図、第８図はセラミックス鋳ぐるみ体の
縦断正面図、第９図は同縦断側面図である。 （１）：セラミックス基体、（２）：アルミナビーズ （３）：接着剤、（４）：ポリスチレン部材 （６）：被鋳込み体、（８）：鋳枠 （16）：鋳鉄、（17）：セラミックス鋳ぐるみ体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミックス基体（１）の周囲にセラミッ
   クスビーズ（２）を層状に装着して被鋳込み体（６）を
   形成し、しかる後該被鋳込み体（６）の周囲に金属溶湯
   を流し込んで鋳ぐるむことを特徴とするセラミックス鋳
   ぐるみ体の製造方法。