JPS5841778A - セラミツクス−金属複合構造体 - Google Patents

セラミツクス−金属複合構造体

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JPS5841778A
JPS5841778A JP14051881A JP14051881A JPS5841778A JP S5841778 A JPS5841778 A JP S5841778A JP 14051881 A JP14051881 A JP 14051881A JP 14051881 A JP14051881 A JP 14051881A JP S5841778 A JPS5841778 A JP S5841778A
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JP
Japan
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ceramic
metal
sintered
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composite structure
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JP14051881A
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市川 二朗
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Daido Steel Co Ltd
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Daido Steel Co Ltd
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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】 に関する。
セラミックスは、その耐熱性、高剛性、耐摩耗性あるい
は耐食性などの点で、在来の金属材料を超えたすぐれた
特性を有するため、構造用材料とし°ての使用が広い分
野で試みられるようになってきた。
実際にセラミックスを構造用材料として使用するに当っ
ては、ある構造全体をセラミックスでつくることは少な
く、金属と複合することが多い。
このようなセラミックス部材と金属部材との複合構造体
における最大の問題は、温度の変化に伴って両部材の燃
鞭脹係数の差により生じる応力でセラミックス部材が破
損したり、内外部から機械的に加えられた卯力に対して
、金属部材は弾性変形で応力集中が避けられるのに対し
、セラミックスは高剛性のため応力が集中して破損しや
すいことにある。
セラミックスの破損を防ぐ対策としては、セラミックス
部材に加わる力を金属部材で十分に分散できるような設
計をするか、またはセラミックス部材を金属部材との間
に緩衝層を設けることが−考えられる。
しかし、この観点からのセラミックス−金属複合構造体
の構成についての具体的鋒案は一少なく、セラミックス
製タービンブレードと金属製ディスクの組み合わせに当
って植込部に被覆層を設ける哀とが開示(特開昭49−
37009号)された程度である。
本発明は、金属部材として特定の相対密度をもつ焼結金
属を使用することにより、現状の打開をはかるものであ
る。
一般に焼結金属は、同じ組成の溶製金属にくらべてヤン
グ率が低く、小さな応力でも大きな変形を起すことが知
られている。 これを利用すれば、セラミックス部材へ
の応力の集中を避けることができる。
焼結金属のこの特徴は、その相対密度が高(なり、機械
的特性が溶製金属に近くなるにつれて失なわれてゆ(。
 種々の相対密度の焼結金属をセラミックスと組み合わ
せて試験したところ、上記、の効果は相対密度94%付
近で顕著な臨界性を有し、これ以下の相対密度の焼結金
属部材はセラミ、 ツクス部材を破損させること少な(
、一方、この限界を超える相対密度の焼結金属部材を用
いたとき−には、セラミックスへの応力集中が、しばし
ばそれを破損する程度に至ることが見出された。
さらにこの相対密度の限界は、金属の種類にかかわらず
ほぼ同じ、上記94%付近にあることも判明した。 こ
れは、焼結金属としての特徴は主としてその気孔率によ
って支配され、金属の物性そのものによって決定される
わけではないからと考えられる。
このようなわけで、本発明のセラミックス−金属複合構
造体は、第一に、セラミックス部材およびこれと接触関
係にある金属部材とから構成され、金属部材が相対密度
94%以下の焼結材であることを特徴とする。 金属部
材は、セラミックス部材と接している部分が上記相対密
度をもつ焼結金属であればよく、全体がこの焼結金属で
ある必要はない。
従って本発明のセラミックス−金属複合構造体の第二の
タイプは、セラミックス部材およびこれと接触関係にあ
る金属部材とから構成され、金属部材が相対密度94%
以下の焼結材と相対密度94%以下の焼結材および(ま
たは)溶製材とからなり、相対密度94%以下の焼結材
の部分にお、いてセラミックス部材と接触していること
を特徴とする。
このような、相対密度94%以下の焼結金属をいわば緩
衝層としてそなえる複合構造体においては、その層の厚
さが不十分であると、セラミックス部材への応力集中の
防止が不完全になる。 必要な厚さは、複合構造体の形
状や大きさ、と(にセラミックス部材のそれら、焼結金
属の相対密度および発生する応力の程度などで異なる−
が、多くの場合に、セラミックス部材の厚さの少なくと
も1/2 あればよいことが、実験の結果明らかになっ
た。
上記第一および第二のタイプのいずれにお℃・ても、セ
ラミックス部材と金属部材との間、さらに 。
は金属部材が2種以上のものからなる場合はそれらの間
、の接触のあり方は任意である。 たとえば、ボルト締
め、圧入、焼きばめのような機械的方法、接着、あるい
は溶接、圧接、拡散接合のような化学的あるいは物理的
方法が利用できる。
つまり、各部材の間は、接触面においてそれら自体が接
合していてもよいし、また別の手段で強制的に接触させ
られているだけでもよい。
本発明のセラミックス−金属複合構造体は、両部材間の
接合が良好であるから、セラミックスのもつ耐熱性、耐
摩耗性および耐食性を、金属部材のもつすぐれた機械的
特性により活用することができる。 従って本発明は、
熱機関の耐熱部品、バルブやカムの耐摩耗部品、あるい
は化学装置の耐食部品などを中心とする、きわめて広範
囲の分野に適用することができる。
実施例 1 内径10闘X外径30MX高さ10宵1のS I 3 
N 4普通暁給体リングを、厚さ10關×内径30ma
X  外径50WJの 808410焼結体(相対密度
90%)リングに圧入して、第1図に示す構成の二重リ
ングを製作した。
これを、大気中°500℃の炉に15分間保持し直ちに
水中(約25℃ )に投入し、(2分間おき、再び炉内
に戻すという加熱−冷却サイクル試験に供した。
比較のため、SUS 410の上記と同じ形状であるが
本発明に従わない材料からなるリングを用いた二重リン
グをもつくり、同じ熱サイクル試験を行なった。
その結果は次のとおりである。
(本発明)相対密度90%  100回を超えてもの焼
結晶     変化なし く比較例)相対密度97%  38回でセラミックスの
焼結晶     部分にワレ発生 鋳物(SCHI)  12回  〃 圧延材        8リ  〃 実施例 2 焼結金属の相対密度のもつ臨界性を確認するため、実施
例1と同じ材料と構成の二重リングを、5US410の
焼結相対密度を、88%、92% 、96%および98
%にえらんで各3点ずつ製作し、同様な熱サイクル試験
を行なった。
結果をグラフにすれば、第2図のとおりである。
プロットに上向きの矢印がついているのは、その熱サイ
クル回数(100回)においてなおりレッジの茜生がな
いことを示す。 相対密度92%の金1属焼結を用いた
場合は耐熱サイクル性がきわめて良好であり、96%に
至ると、同様に良好なものもあるが、比較的容易に劣化
するものもあり、94%あたりが限界であるとの結論に
至る。 図の斜線部分はバラツキの領域であって、これ
は、セラミックス中に存在する欠陥の程度がサンプルに
より異なるため起ったものと゛考えられる。
実施例 3 実施例1と同じ材料を用い、寸法も同じであるが、構成
はこれと逆に、第3図に示すようにS j 3 N 4
を外側に、SUS 410  を内側にした二重リング
を製作して、同様な熱サイクル試験を行なった。
その結果を下に示す。
(本発明)相対密度90%   100回を飼えてもの
焼結晶      変化なし く比較例)相対密度97%   31回♀セラミックス
の焼結晶      部分にワレ発生 鋳物(SCII 1)   10回 〃圧延材    
   4回  〃 実施例1の場合にくらべ、この場合はセラミックス部分
により多くの引張り応力がかかりやすいきびしい条件で
あるにもかかわらず、本発明に従えばすぐれた耐熱サイ
クル性が得られる。
実施例゛4       。
下記3種のリングを組み合、わせて、第4図に示す構造
の三重リングを製作した。
○ 内径10 MjX外径30闘×高さ10+uのS 
l 3 N 4 普通焼結体リング、○ 内径30*a
X外径42闘×高さ10ipの5US304 焼結体(
相対密度90%)リング、および ○ 内径42 ms X外径62 w X高さ10鰭の
5US304 圧延材リング。
これに対して実施例1と、同様な熱サイクル試験を“行
なったところ、100 回に至っても変化はなかった。
実施例 5 実施例4より SUS 304 焼結体リングの肉厚を
やや小さくして、下記3種の組み合わせで、第5図に示
す構成の三重リングを製作した。
○ 内径10關X外径301JIX高さ10su*  
のS I 3 N 4 普通焼結体リング、○ 内径3
0*sX外径38襲×高さ10關の5us304 焼結
体(相対密度90% )リング、および ○ 内径38111JX外径58藺×高さ10ma+の
5US304 圧延材リング。
この三重リングのサンナル20個について熱すィクル試
験を行なったところ、100回まで変化しないものもあ
る一方80回程度でワレの生じたものもあり、実施例4
にくらべて若干低い成績が得られた。 この結果から、
焼結金属の厚みはセラミックス部材の厚みの1/2以上
が望ましいことが判る。
実施例 6 焼結At203 と、焼結535C鋼との組み合わすで
、第6図に示す構造の銅伸線機用のキャプスタンを製作
した。 この複°合体はすぐれた耐摩耗性を示した。
実施例 7 渦流燃焼式ジーゼルエンジンのホットチャンバー(燃焼
室)を、 ○ 第7図に示すように、S i3N 4反応焼結体噴
孔部を5UH661焼結体で全体をつくったチャンレ(
−に圧入することにより、および○ 第8図に示すよう
に、セラミックス製噴孔部の周囲を5IJII661焼
結体で囲んだものを、鋳造5CH1製チヤンバー中に鋳
ぐるみKより設けることにより、 そオフそれ製作した′0 このホットチャンバーは、従来や耐熱Ni基合金の製品
にまさるとも劣らない耐ヒートクラツク性を有し、かつ
耐熱Ni基合金で問題となる噴孔部の溶損に関しては、
セラミックスの利点である高゛温耐食性を発揮すること
ができ、溶損は全く認められなかった。
【図面の簡単な説明】
第′1図は、本発明の実施例1で製作したセラミックス
−焼結金属複合構造体を示すものであって、Aは半分あ
られした平面図、Bは軸にTri 5断面図である。 ′ 第2図は、セラミックス−焼結金属複合構造体にお
ける焼結金属の相対密度のもつ臨界性を示す第3図は、
本発明の実施例3で製作したセラミックス−焼結金属複
合構造体を示す第1図と同様な図であって、Aは半分あ
られした平面図、Bは軸に沿う断面図である。 第4図は、本発明の実施例4で製作したセラミックス−
焼結金属複合構造体を示す図であって、Aは半分あられ
した平面図、Bは軸に沿う断面図である。 第5図は、本発明の実施例5で製作し゛たセラミックス
−焼結金属複合構造体・を示す図であって、Aは半分あ
られした平面図、Bは軸に沿つ断面図である。 第6図は、本発明の実施例−6の銅伸線機用キャプスタ
ンを示す、半ばは断面図、半ばは平面図である。 第7図および第8図はともに、セラミックス−焼結金属
の複合により製作した、渦流燃焼式ジーゼルエンジ/の
ホットチャンバーを示を縦断面図である。 特許出願人  大同特殊鋼株式会社 代理人 弁理士   須  賀  総  夫JA−i図
    才4図 才8図    才6図 牙 2 図 1杆慨友(°l。) 牙6図 牙7図    牙8図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (+)セラミックス部材およびこれと接触関係にある金
    属部材とから構成され、金属部材が相対密度94%以下
    の焼結材であることを特徴とするセラミックス−金属複
    合構造体。 (2)  セラミックス部材およびこれと接触関係にあ
    る金属部材とから構成され、金属部材が相対密度94%
    以下の焼結材と相対密度94%超過の焼結材および(ま
    たは)溶製材とからなり、相対密度94%以下の焼結材
    の部分においてセラミックス部材と接触していることを
    特徴とするセラミックス−金属複合構造体。 (3)相対密度94%以下の焼結材の厚さがセラミック
    ス部材の厚さのほぼ1/2以上である特許請求の範囲第
    2項の複合構造体。
JP14051881A 1981-09-07 1981-09-07 セラミツクス−金属複合構造体 Granted JPS5841778A (ja)

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JP14051881A JPS5841778A (ja) 1981-09-07 1981-09-07 セラミツクス−金属複合構造体

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JP14051881A JPS5841778A (ja) 1981-09-07 1981-09-07 セラミツクス−金属複合構造体

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JPS5841778A true JPS5841778A (ja) 1983-03-11
JPS6216184B2 JPS6216184B2 (ja) 1987-04-10

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59113203A (ja) * 1982-11-12 1984-06-29 エムテイ−ユ−・モトレン−ウント・タ−ビネン−ユニオン・ミユンヘン・ジ−エムビ−エツチ ジエツトエンジン用のセラミツク製回転部材と金属製回転部材の結合部及びその作製方法
JPS6256380A (ja) * 1985-09-05 1987-03-12 株式会社東芝 セラミツクス−金属接合部材

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54108816A (en) * 1976-04-15 1979-08-25 Brunswick Corp Porous ceramic seal and preparation thereof
JPS55154587A (en) * 1979-05-11 1980-12-02 United Technologies Corp Structure having ceramic surface coating thereon and method

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JPS6216184B2 (ja) 1987-04-10

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