JPS61103664A - セラミックスと金属の接合方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、セラミックスと金属との複合形状体を鋳ぐる
み法によって製造するに当たって、セラミックスと金属
との接合状態を改善する方法に関する。

〔従来技術とその問題点〕

金属の熱膨張係数はセラミックスに比べて著しく大きく
、このため、セラミックスを金属で鋳ぐるんだとき、鋳
ぐるんだ溶融金属の凝固、冷却過程での収縮の程度はセ
ラミックスより大きい。このため、鋳ぐるまれたセラミ
ックスには圧縮応力が作用することになり、これがセラ
ミックスの破壊あるいは鋳ぐるんだ金属の変形と破壊を
もたらすことがある。

このセラミックスを金属で鋳ぐるむ場合の熱収縮率の差
により発生する圧縮応力を緩和するための対策として、
例えば特開昭５９−６４１５０号公報に記載されている
ように、熱膨張係数がセラミックスのそれに近い材質を
緩衝材としてセラミックス体の周囲に介挿することが行
われている。

しかし、上記のような緩衝材を使用するにはセラミック
スと緩衝材とのハメ合公差を廠しく管理しないと、冷却
後セラミックスと緩衝材との間に不整合部分が発生する
ために接合部の接合力を著しく欠いてしまうという問題
を生しる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、かかる従来の１ノＩぐるみ法によるセ
ラミックスと金属の接合にあたっての問題点を解消する
もので、１）Ｉぐるみ金属の凝固、冷却過程におけるセ
ラミックス形状体への圧縮応力を抑制すると共に、セラ
ミックスと金属間の接合力を保証する方法を堤供するこ
とにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記本発明の目的は、鋳ぐるむ金属よりも高融点でかつ
小さな熱膨張係数を持つ材質からなる介挿体をセラミッ
クスの外周に、所定空間を介して配置した後、接合金属
を鋳ぐるむことによって達成される。

介挿体を構成する材料としては、金属、サーメットセラ
ミックス等鋳ぐるみ金属よりも高融点でかつ小さな熱膨
張係数を持つものであれば、任意のものが使用できるが
、例えば、鋳ぐるむ金属がアルミニウム合金であって、
セラミックスが窒化珪素の場合には、ＳＯ５３０４が好
適に使用できる。

介挿体の形状としては、セラミックスの外形と類似のリ
ング形状、ソリング形状あるいはこれらに類似した形状
物をセラミックスを中心に配置、或いはこれらの形状の
ものを分割１分散してセラミックスの外周に所定間隔を
以゛Ｃ配；ｎする。

介挿体は接合すべき金屈伜体と分離されていても良いし
、また、枠体と一体構造であっても良いし、更に、一体
構造の場合には溶接、ボルト等で固定した構造であって
も良い。

さらに、介挿体がシリンダ状の場合には、介挿体側面に
任意の大きさと数の貫通孔を設けることによって、介挿
体を鋳ぐるみ金属内に埋設する必要がなく、設置のため
の作業がＭ華になる。

介挿体を分割して配置することは、セラミックスが複雑
な形状を有する場合に有利である。

また、介挿体はセラミックスを囲み、且つ一定間隔をお
いて複数層設けてもよい。

このように、セラミックスの形状体の周囲に配、置され
た介挿体は、鋳ぐるみ金属の凝固、冷却過程で生じる体
積変化による圧縮応力のセラミックスへの過度な直接負
荷を抑制緩和し、しかも、適度な圧縮応力がセラミック
スに負荷されるので、セラミックスと金属との間の接合
状態を改善することになる。

介挿体を配置するに当たっては、セラミックスの性状と
形状、それに大きさに応して、また、鋳ぐるむべき金属
の性質に応じて、介挿体とセラミックスとの間隔および
介挿体の形状２分割、配置を凋贅することによって、セ
ラミックス体に及ぼされる圧縮応力を任意に調整するこ
とが可能となり、鋳ぐるまれたセラミックスの破壊と変
形が防止できる。

なお、セラミックス、介挿体５外側金属は鋳ぐるみに当
たって、予め加熱しておく。

〔実施例〕

以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。

実施例１ ６０ｖｗ径のＳＯ５３０４製外枠２内にセットされた鋳
ぐるむべきセラミックスｌとしての２０酊径の窒化珪素
丸棒の周囲に、介挿体３として、ＳＯ３３０４製の内径
３０龍の′＄１図に示すリング状とシリンダ状のものを
同心的に配置して、且つセラミックス。

介挿体、　５ＬＩＳ　３０４製外枠を約８００℃に予め
加熱しておき、その間に形成された空間４にアルミニウ
ム合金を鋳込んで接合した。

リング状の介挿体３としては、第１図の（ａ）に示すよ
うに外枠２と完全に分離した状態で支持台の上に配置し
たものと、また、（ｂ）に示すように外枠２と一体的に
構成したものを使用した。

更に、シリンダ状の介挿体３として、第１図の（ｃ）に
シリンダ状の介挿体３の側面に所要数の貫通孔１１を設
けた例と、（ｄ）に間隙１２によってシリンダ状の介挿
体３を円周方向に複数に分割した例を示す。

アルミニウム合金としては、市販のアルミニウムインゴ
ットを使用し、鋳込み温度は８００℃であった。

鋳込み空間４に８００℃の溶融アルミニウム合金を鋳込
み、セラミックスｌと外枠２を接合した。

鋳ぐるみ後の複合体は、何等の亀裂、変形も認められな
いものであった。

実施例２ 第２図に示すように、鋳ぐるむべきセラミックス１とし
て３０１外径と５１厚の窒化珪素質パイプの外周に間隔
を置いて、ＳＯＳ　３０４製の外枠２と一体的に構成し
たリング状介挿体３を配置し、その間の空間４に実施例
１と同様にアルミニウム合金を鋳込んで、パイプ状の鋳
ぐるみ製品ｌＯを得た。

冷却後、このバイブ鋳ぐるみ部を検査したが亀裂。

変形は認められなかった。

更に、第３図に示すような装置を用いて得られた鋳ぐる
み製品１０を電気炉５中にセントされた不活性ガス導入
装置６に密封状態で連結し、更に鋳ぐるみ製品１０のパ
イプの先端にガスシール材７を設けた装置を用いてテス
トした。鋳ぐるみ製品１０を最高５００℃まで加熱し、
２に１／−の圧力で窒素ガスを封入して窒素ガスの漏れ
をゲージ８圧力の変化で確認したが、２４時間後もゲー
ジ圧の変化は認められなかった。

以上のことから、アルミニウム合金で窒化珪素質パイプ
を鋳ぐるんでも、パイプへの損傷はなくさらに十分な接
合性を高温下でも保持していることが判った。

実施例３ 第４図は、セラミックスとして炭化珪素質で成形した耐
摩耗板を５ＩＩＳ　３０４製のベース板にアルミニウム
合金を鋳込んで一体化する例を示す。

耐摩耗板の断面形状に合わせて段付フランジを介挿体３
として使用した。鋳込み空間４にアルミニウム合金を実
施例１と同様に鋳込んで耐摩耗仮に固定して鋳ぐるみ体
２０を得た。冷却後、炭化珪素質の板及び鋳ぐるみ部を
検査したが、亀裂、変形は認められなかった。

更に、第５図にように、鋳ぐるみ体２０を摺動摩耗試験
機の固定台にセットして、炭化珪素賞捧２１を押付けて
矢印方向に往復運動せしめて摺動摩耗試験を行ったが、
炭化珪素質耐摩耗板はＳＯ５３０４ベース板に強固に接
合されており、外れることはなかった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、鋳ぐるみ金属の頗固、冷却過程におけ
る収縮量を調整でき、セラミックスの破壊及び鋳ぐるみ
金属部の破壊、変形を防止できる利点がある。

また、本発明の方法によって製造された鋳ぐるみ体のセ
ラミックスと金属部分との接合は、完全に行われている
ので、従来不可能であった熱膨張係数の大きく異なるセ
ラミックス製ガス供給パイプ等の金属とセラミックス間
の高温下におけるガスシール部材にも使用できる。

さらに、本発明は、セラミックス軸受等の機械部品、セ
ラミックス製ピストンクラウン等のエンジン部品、セラ
ミックス製粉体吹込ノズル等の耐摩耗性部品、その他各
種の用途の部品製作時に適用できる。

【図面の簡単な説明】

添付回はそれぞれ本発明によるセラミ、クスと金属の接
合の実施例と試験法の例を示す図である。 第１図、第２図および第４図は本発明の接合方法の例を
示し、第３図および第５図はその試験方法の例を示す。 ｌ：セラミックス　　　２：外枠 ３：介挿体、　　　　　　４：鋳込み空間５：電気炉　
　　　　　６：ガス導入装置７：ガスシール材　　　８
：ゲージ ｌＯ：鋳ぐるみ製品　　　ｌｌ：貫通孔１２：間隙　　
　　　　　２０；鋳ぐるみ体２１：炭化珪素質棒

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、セラミックスの外周に、鋳ぐるみ金属よりも高融点
   で且つ熱膨張係数の小さい材質からなる介挿体をセラミ
   ックスとの間に間隔をもって配置したのち、鋳ぐるむこ
   とを特徴とするセラミックスと金属の接合方法。 ２、介挿体が複数の分割体であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載のセラミックスと金属の接合方
   法。