JPS6021173A

JPS6021173A - セラミツクス鋳ぐるみ鋳物の製造方法

Info

Publication number: JPS6021173A
Application number: JP12779083A
Authority: JP
Inventors: Hideo Tsunoda; 英雄角田; Masakatsu Fukuda; 福田　正勝; Shuji Ono; 修二小野; Hiroichi Yamamoto; 博一山本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1983-07-15
Filing date: 1983-07-15
Publication date: 1985-02-02

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】本発明は、セラミックス崎ぐるみ鋳物の製造方法に関し
、鋳ぐるみ時の熱衝撃あるいは鋳ぐるみ後の収縮による
セラミックスの亀裂を防止するために、鋳ぐるみ用セラ
ミックスに緩衝材を形成して、セラミックス鋳ぐるみ鋳
物を製造する方法に関する。

内燃機関の燃焼室、排気系等の高温となる場所には、断
熱特性を向上させ、熱効率を良くする目的で、セラミッ
クス成形体を金属溶湯によって鋳ぐるんだ製品が使用さ
れる。このような鋳ぐるみ用成形体は、鋳造時或いは使
用時に次のような性質を要求される。

イ）一定の可撓性を有し、金属溶湯鋳込時の熱衝撃に耐
えて、鋳物或いはセラミックスに割れを生じないこと。

口）使用時に、振動や冷熱サイクル等の衝撃に対して優
れ、耐久性が良好なこと。

これらの要求を満たすためには、高強度で、しかもヤン
グ率の小さな可撓性セラミックス成形体が有望であり、
出願人等は、特願昭５８−３５７１号において、耐火物
粉末に、珪酸ソータ、珪ジルコン酸ソータ及ヒアルＥン
ｆｉｌｌソータのうち少くとも１種と、高炉スラグ、カ
ルシリスラグ及びマグネスラグのうち少なくとも１種と
を配合してなる組成物を所望の形状にした後加熱焼成し
てなることを特徴とする可撓性セラミックスを提案し、
好結果を得ている。

しかし、鋳物及びセラミックスの肉厚が比較的大きな製
品に対して有効なこの方法も、鋳物或いはセラミックス
の肉厚が小さな製品に対しては、餉ぐる不時の熱衝撃や
運転時の振動を十分緩衝できないことが思念される。

本発明は、上記の懸念を解決する目的でなされたもので
あシ、溶湯と接触するセラミックスの表面に、緩衝材層
を設けることにより、鋳ぐるみ時の熱衝撃や運転時の振
動を緩衝できるセラミックス鋳ぐるみ鋳物の製造方法を
提供するものである。

すなわち本発明は、鋳型内の所定の位置に配置したセラ
ミックスを溶湯によって鋳ぐるむセラミックス鋳ぐるみ
鋳物の製造方法において、溶湯と接触する該セラミック
スの表面に、耐火物粉末、粘結剤、溶剤、及び該溶剤に
不溶のポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、
ポリメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート等の
粒状の熱可塑性樹脂を１種以上配合した組成物を所望の
厚さに塗布した後、該樹脂の熱分解温度以上に加熱し、
該樹脂を揮発させることによシ、多孔質の緩衝材層全介
在させることを特徴とするセラミックス鋳ぐるみ鋳物の
製造方法に関するものである。

本発明方法は、鋳ぐるみ用セラミックス等、可撓性を心
安とする６柚セラミックスの表向処理材等に適用できる
。

本発明方法に係る鋳ぐるみ用セラミックスを鋳ぐるんだ
パイプの断面図ｍ１１図に、第１図のＡ部を拡大して第
２図に示す。

第１，２図において、１はセラミックス、２は本発明方
法による緩衝材層、３は鋳ぐるみ金属である。

緩衝材）＠２は、コーテイング材として、溶湯と接触す
るセラミックス１の表面に塗布し７た後、加熱して多孔
質化する。

コーテイング材は、Ｚｒ、　５ｉ０４．　ＺｒＯ２，Ａ
１２０Ｂ　。

ＭｇＯ等の耐火物粉末を主成分とする。使用する耐火物
粉末は、対象となるセラミックス１と同質のものが望ま
しい。同質のものであれば、加熱中の膨張率の違いによ
るコーティング層の剥離が起きにくいからである。

使用する粘結剤は、水ガラス、コロイダルシリカ、エチ
ルシリケート等、高温性質の優しタものが望ましい。こ
れらの粘結剤を使用した緩衝材層２ば、υｊぐるみ時に
溶湯と接触しても剥離することかない。また、セラミッ
クス鋳ぐるみ鋳物製品として使用する際にも優れた耐久
性が得られる。

水ガラス或いはコロイダルシリカを粘結剤とする場合に
は水、エチルシリケートを粘結剤とする場合にはエタノ
ール或いはイソプロピルアルコール等の溶剤を加え、上
記の耐火物粉末とｔこ共へラリ−化する。

このスラリーに、該溶剤に不溶のポリフロピレン、ポリ
エチレン、ポリスチレン、ポリメタクリレート、ポリエ
チレンテレフタレート等の粒状の熱可塑性樹脂を１柚以
上配合する。これらの熱可塑性樹脂は、加熱することに
よって解重合しやすい特性があり、これらを配合したコ
ーテイング材全セラミックス１の表面に塗布後、加熱し
て得られる緩衝材層２は、該樹脂ｉｌ１分が空洞化した
多孔質となる。址た該熱可塑性樹脂は解重合しやすいた
め、残置等が残りにくく、注湯時にキライ（揮発酸分に
よるカス発生のために、鋳物内にブロホールが発生した
り、鋳物表面があばた状になるとと）が発生しにくい。

熱可塑性樹脂の粒径は、特に限定しないが、２００　、
ｍ以下が望ましい。上記樹脂の粒径によって加熱後に得
られる窒洞部の大きさか決唸るため、できるだけ粒径の
細かい方がコーティング層の塗布厚みを調整しやすく、
得られた緩衝材層２の錯洞も一定になりやすい。これら
粒状の熱可塑性樹脂は、ペレット化する前の中間生成品
が望ましく、中間生成品の粒径はいずれも２００１１ｍ
以下の微粒である。

上記の熱可塑性樹脂の添加量は、５〜４０重量％が望ま
しい。５Ｍ量チ以下では、加熱後得られる緩衝材中の空
孔の数が少ないため、本発明の目的である鋳ぐるみ時の
熱衝撃や鋳ぐるみ後の収縮を緩和できない。また、４０
重量％以上では、独立した窒化が得られず、剥離しやす
い。

筐た、粘結剤及び溶剤の添加量は、合計で１５〜５０重
Ｍ％が望ましい。１５重ｆｔ％以下では、スラリー化し
ないため塗布できず、５０重Ｍ％以上では、流動性が低
下しすぎて、耐火物と樹脂とが分離して均一な空孔を持
つ緩衝材層が得られない。この内、粘結剤の添加量は、
全配合の５重量％以上が望ましい。５重量％以下では、
加熱後のコーティング層の接着が不十分であり、剥離し
やすい。粘結剤添加量の上限は、前記の理由で５０重敏
係が望ましい。

耐火物は、上記配合の残量として添加するものであり、
１０〜８０重量％の範囲で添加する。

以上の様な配合のコーティング剤を、セラミックス１の
表面に所望の厚みで塗布する。コーディング層は厚いほ
ど鋳込み時の熱衝撃や収縮に対して有効であるが、その
厚さを、鋳ぐるみ金属肉厚の１７１５程度以上にすれば
、鋳込み時の鋳物あるいは、セラミックスに生じる亀裂
を防止できる。また、緩衝材層は、空孔が多いため強度
的に弱い傾向がある。従って、激しい振動が加わるエン
ジンの排気管等、厳しい条件の基で使用されるものでは
、長時間の運転で、緩衝材層が壊れる傾向にろる。その
ため、厳しい条件で使用されるものに対しては、緩衝材
層の厚さを、鋳ぐるみ金属肉厚の１１５程度以下にする
ことが望ましい。但し、強度的な条件が厳しくない場合
は、この限りではない。

なお、コーティング剤中の熱可塑性樹脂は、４００℃以
上に保持することにより解重合する。

また本発明で緩衝材層２を多孔質とする理由は次の通り
である。

セラミックスは、耐熱性や断熱性が優れる半面、可撓性
が殆んどない。従って、金属で鋳ぐるむと、注計時の熱
衝撃や、その後の金属の収縮によって、鋳物あるいは、
セラミックスに割れを生じやすい欠点がある。この内、
注湯時の熱衝撃は、セラミックス等によシ、はぼ解決で
きる（特願昭５８−３５７１号参照）が、収縮時の亀裂
を完全に防止することは困難である。

この収縮時の亀裂の防止をセラミックス表面に多孔質の
緩衝材層を設りることによシ解決するのである。緩衝材
層の空孔は、樹脂が分解してできたものであり、細かい
球状の独立空孔である。緩衝材層は、セラミックスと比
較して多孔質であるため低荷重で破壊する。また、独立
した空孔であるため、荷重がかかった面から順に空孔が
壊れて行き、内部に荷重が伝わりにくい。

この様な作用により、注湯後の鋳ぐるみ金属の収縮に応
じて、緩衝材層は表面から破壊していき、収縮の加わら
ない緩衝材層及び内部のセラミックスが破壊しにくい効
果がある。

次に、本発明の実施例をあげる。

実施例第６図は、単頭エンジンのセラミックス鋳ぐるみ排気管
を示す部分断面図である。セラミックス１１は内径がφ
６５咽、肉厚４咽、鋳ぐるみ金属１５は外径がφ７５鰭
、長さ２００ｍｍである。

セラミックス１１の配合は、次のとお９である。

ジルコン粉末　８ろｗｔ％カルシリスラグ　ｂｗｔ％水ガラス　１２ｗｔ優上記配合物を金型に充填し所望の形状とした。

尚、この配合のセラミックス１１は、９００〜１、２０
０℃の温度範囲で焼成することが望ましい。９００℃以
下では、水ガラス中のソーダ分が残るため吸水性があシ
、排気管としての耐久性がなく、１．２００℃以上で焼
成すると、高強度のものが得られるが、焼成前後の寸法
変化が大きく所望の形状にすることができない。９００
〜１．２００℃の温度範囲で焼成したセラミックス１１
の性質は、焼成前後の寸法変化が０．５　％以下、圧縮
強きが５．５〜４ゆ／朋２、歪み１．７条前後である。

緩衝材層１２を形成されるために用いるコーテイング材
の配合は、次のとおシである。

ジルコン粉末　５６．５　ｗｔ％カルシリスラグ　５．５　ｗｔ係氷水ガラス　９．５　ｗｔ％水　１　６．５　ｗｔ％ポリプロピレン粉末　１４ｗｔ％なお、このコーテイング材中のジルコン粉末、カルシリ
スラグ、水ガラスは、上記セラミックス１１と同一であ
り、これに溶剤である水とポリプロピレン粉末とを加え
たものである。

コーテイング材は、未焼成のセラミックス１１の外周に
０．７　ｍｍ程度の厚さで塗布した。コーテイング材を
塗布したセラミックスは、１０００℃で約５時間焼成し
た。焼成後、コーテイング材中の樹脂や水分が揮発して
得られた緩衝材層１２の厚さは約０．４日程度であった
。

緩衝材層１２を施こしたセラミックス１１と、比較のた
めに緩衝材層１２のないセラミックス１１とをそれぞれ
鋳型内の所定の位置に配置し、鋳物材質として５．５％
Ｃ，３％Ｓ１、０．６　％Ｍｎの組成の鋳鉄を、１．２
８０〜１．３００℃で注湯した。

その結果、緩衝材層１２のないセラミックス１１は、大
半が注湯後の鋳物の収縮によってセラミックス１１に亀
裂や剥離を生じたのに対し、緩衝材層１２を施こしたも
のは、亀裂や剥離のない健全なセラミックス１１の鋳ぐ
るみ排気管が得られた。また、運転中においでも、緩衝
材７１１２のないセラミックス１１は、エンジンの振動
によって割れを生じて脱落したのに対し、緩衝材Ｎ１２
を施こしたものは、良好な耐久性を示した。

以上のように本発明方法によれは、セラミックス１１に
亀裂を発生することなく鋳ぐるむことかでき、且つ運転
中においても振動を緩和する効果があｐ、セラミックス
１１に亀裂を生じない効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法に係るセラミックス鋳ぐるみｖＪ物
の一例を示す図、第２図は第１図のＡ都拡大図、第６図
は本発す」の実施例で製造した単頭エンジンのセラミッ
クス澗ぐるみ排気管ｆ示す図である。後代理人　内　１）　明復代理人　萩　原　亮　−

Claims

【特許請求の範囲】

鋳型内の所定の位置に配置したセラミックス全溶湯によ
って鋳ぐるむセラミックス鋳ぐるみ鋳物の製造方法にお
いて、溶湯と接触する該セラミックスの表面に、耐火物
粉末、粘結剤、溶剤、及び該溶剤に不溶の粒状の熱可産
性樹脂を１種以上配合した組成物を、所望の厚さに塗布
した後、該樹脂の熱分解温度以上に加熱し、該樹脂を揮
発させることにより、多孔質の緩衝材層を介在させるこ
とを特徴とするセラミックス鋳ぐるみ鋳物の製造方法。