JPS63130253A - 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接合方法、特にセラミ
ックスを金属で鋳ぐるむ方法に関する。

（従来技術） セラミックスをアルミニウム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、ソ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
する圧縮応力によりセラミックスが破壊することがある
。

このような問題を解決するため、熱膨張率がセラミック
スのそれに近いアンバー（Ｎｉ合金）のような材料を中
間層としてセラミックスの鋳ぐるみ部局縁に挿入した後
、目的金属を鋳込む方法や、セラミックスの鋳ぐるみ面
に多孔質の緩衝部材を設け、鋳ぐるむ際にその部分を座
屈させて溶湯金属注入時に発生する熱衝撃や該金属冷却
時に発生する圧縮応力を該緩衝部材に吸収させる方法等
が提案されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし前者の方法は、セラミックスと緩衝部村山 とつまく整合させる必要があるため、セラミックス部材
と緩衝部材とのハメ合い公差の精度を厳しく管理する必
要があり、加工コストが高価になる欠点がある。また後
者の方法では、緩衝部材が薄すぎるとセラミックスに圧
縮応力が作用してセラミックスが破壊する恐れがあると
共に、緩衝部材が厚い場合には該部材の一部のみが座屈
して強度の低い緩衝部材が残存し、その部分の接合強度
が弱くなる。このため緩衝部材の厚さをわずかな寸法範
囲で厳密に制御しなければならず、大量生産が困難にな
る。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や鋳鉄によって鋳ぐ
るむ際に金属溶湯の熱衝撃や冷却収縮からセラミックス
を保護するため、セラミックスの鋳ぐるみ部周縁に緩衝
部材を配設するセラミックスと金属の接合方法において
、セラミックス部材と緩衝部材とのハメ合い公差や緩衝
部材の厚さを厳密に制御する必要がなく、かつ接合部分
における強度が弱くならないようなセラミックスと金属
の接合方法を提供せんとするものである。

（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、セラミツｃ クス成形体め鋳ぐるみ面０セラミックスと鋳込金属とが
均一に混合して成る緩衝層を設けるものである。即ち本
発明は、所定太さと長さを有する未焼成セラミックスの
長繊維を集積し、加圧成形して立体状の網構造を有する
帯状のセラミックス多孔工程と、両者を焼成して一体化
されたセラミ、ソクス焼成体を得る工程と、前記セラミ
ックス焼成体を鋳型キャビティにセットした上、該キャ
ビティ内に溶湯金属を注入する工程とから成ることを特
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」」Ｕ新例 第１図はセラミックス成形体の鋳ぐるみ部周縁に配設す
る立体状網構造のセラミックス多孔体の製造工程を示し
、（１）はドクターブレード法（泥しょ゛う“鋳込み法
）で成形した厚さ１ｇ、巾３　Ｑ　ｍｙｐｔの未焼成ア
ルミナセラミックスをロール状に巻き取ったグリーンシ
ートである。該グリーンシート（１）を１対のロールカ
ッタ（２）　（２）で１層間隔で切断し、１ｍｍ×１ｆ
ｆｆｆＸ３０ｆｆｆｆの長繊維（３）を得る。

その後膣長繊維（３）を搬送ベルト（４）上に厚さ約５
羽で連続してかつランダムに集積し、これを１対のロー
ラ（５）　（５）で加圧成形して巾２Ｑｙｔｔｙ、厚さ
２朋の可撓性帯状物で立体状網構造を有するセラミック
ス多孔体（６）を得る。なお該セラミックス多孔体（６
）は、空孔率約８０％、平均気孔径約２門に調製されて
いる。

次に、押出し成形法で成形した円筒状の未焼成アルミナ
成形体の外周面に前記セラミックス多孔体（６）を巻装
した上、これを自然乾燥、強制乾燥及び脱脂工程を経た
後焼成（１，６００°Ｃで２時間保持）すると、第２図
に示す如く、中心部におけるセラミックスの緻密層（７
）と外周部におけるセラミックスの多孔Ｎ（８）とが一
体的に固着した円筒状のアルミナセラミ、ソクス焼成体
（９）が得られる。

このような焼成体（９）を、その円筒空胴部内にＣＯ２
製中子（１１）を嵌装した上、自硬性鋳型（１２）のキ
ャビティ（１３）内にセットする（第３図参照）。

なお鋳型キャビティ（１３）と焼成体（９）外壁との間
には所定の空隙が設けられている。

しかる後、該鋳型（１２）内に１，４３０°Ｃの鋳鉄の
溶湯を注入し、所定時間経過後、該鋳型（１２）から第
４図に示す鋳造品（１４）を取出した所、中心部のセラ
ミックス緻密層（７）には破壊が見られなかった。

また該鋳造品（１４）を切断して調べた所、中心部のセ
ラミックス緻密層（７）、外周部の鋳鉄層（１５）及び
両者の中間部に形成されたセラミックスと鋳鉄との複合
層（１６）とから成っていることが分った。

策１衷皇り 第１実施例と同様の方法で立体状網構造のセラミックス
多孔体を作ると共に、その空孔率を約３０％、平均気孔
径を約０．５羽とした。そして該セラミックス多孔体を
円筒状の未焼成アルミナ成形体の外周面に巻装して焼成
して得たアルミナセラミックス焼成体を鋳型キャビティ
内にセットして。

第１実施例と同一条件でキャビティ内に鋳鉄溶湯を鋳込
んだ所、溶湯はセラミックス多孔層内にほとんど浸透し
ていなかった。

（作用及び効果） 上記のような本発明によれば、鋳型キャビティ（１３）
内へ注入された鋳鉄溶湯は、最初アルミナセラミックス
焼成体（９）の外周部の多孔層（８）に接触し、この時
該多孔層（８）が断熱効果を発揮して中心部のセラミッ
クス緻密層（７）への熱衝撃が緩和される。鋳鉄溶湯は
次に前記多孔層（８）の気孔内へ浸透し、その結果該多
孔層（８）はセラミックスと鋳鉄との複合層（１６）に
なる。鋳鉄溶湯は更に鋳型キャビティ（１３）とアルミ
ナセラミックス焼成体（９）の外壁との空隙を満たした
後冷却凝固し、この時圧縮応力が発生するが、前記複合
層（１６）は熱膨張率がセラミックスと鋳鉄の中間的な
ものになること、また該複合層（１６）は鋳鉄に較べて
弾性率が小さく耐力も低いこと等から圧縮応力が該複合
層（１６）に吸収され、中心部のセラミックス緻密層（
７）が破壊することはない。

また該複合層（１６）は前記セラミックス多孔体（６）
の空孔率、平均気孔径を適切なものに設定することによ
り、空孔がなく、密度や強度の大きいものにすることが
できるから、セラミックスと鋳鉄の接合強度がこの部分
で弱くなる心配はなく、従って複合層（１６）の厚さを
厳密に制御する必要がない。

更に前記セラミックス多孔体（６）は未焼成で可撓性の
ある段階で円筒状のアルミナ成形体の外周面に巻装され
るため、両者のハメ合い公差を問題にする必要はなく、
従って加工の手間が不要になる。なお実施例では未焼成
アルミナセラミックスのシートを裁断して長繊維を作り
、該長繊維を基に立体状Ｍ　ｌｒＭ造のセラミックス多
孔体を成形したが、セラミックスバインダとして熱可塑
性バインダを使用し、射出押出し成形により長繊維を作
ってもよい。

また実施例では鋳ぐるむセラミックスと同材質のセラミ
ックスで立体状網構造の多孔体を成形したが、これに限
定されることはなく、熱膨張率の小さい材質や熱衝撃に
強い材質、例えばチタン酸アルミニウム（Ａｎ２０ａ・
Ｔｉ０２）やコープイライト（２Ｍり０・２Ａβ２０８
・５Ｓ、；Ｏｉ＋）などで立体状網構造多孔体を成形す
れば、実施例のものと同等もしくはそれ以上の効果が期
待できる。

更に実施例ではｌ　ＭＭ　Ｘ　ｌ　ｆｉ×３０Ｍの長繊
維を基に立体状網構造多孔体を成形したが、該長繊維の
太さ、長さを適宜変更することによりセラミックス多孔
体の空孔率、気孔の大小等を調節することができ、その
結果複合層の力学特性を広く調整することができる。

なお複合層の力学特性は金属溶湯の温度、溶湯材質、鋳
型方案、注湯圧力等によっても左右されることを留意す
べきである。

更に実施例では、未焼成の円筒状アルミナ成形体に同じ
く未焼成のセラミックス多孔体を巻装して焼成・溶着し
ているが、焼成されたアルミナ成形体に未焼成のセラミ
ックス多孔体を巻装して焼成し、両者を固着してもよい
。

【図面の簡単な説明】

第１図は立体状網構造のセラミックス多孔体の製造工程
を示す概念図、第２図はアルミナセラミックス焼成体の
断面図、第３図はアルミナセラミックス焼成体を鋳型に
セットした状態の断面図・第４図は第３図から得られた
鋳造品の断面図である。 （３）：長繊維　　　　　　（６）：セラミックス多孔
体（７）：セラミックス緻密層　（８）：セラミックス
多孔層（９）：アルミナセラミックス焼成体 （１４）　：鋳造品　　　　　（１５）　：鋳鉄層（１
６）　：複合層 序１図 賽２図 〉４区

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 所定太さと長さを有する未焼成セラミックスの長繊維を
   集積し、加圧成形して立体状の網構造を有する帯状のセ
   ラミックス多孔体を成形する工程と、前記セラミックス
   多孔体をセラミックス成形体の鋳ぐるみ部周縁に巻装す
   る工程と、両者を焼成して一体化されたセラミックス焼
   成体を得る工程と、前記セラミックス焼成体を鋳型キャ
   ビティにセットした上、該キャビティ内に溶湯金属を注
   入する工程とから成ることを特徴とするセラミックスと
   金属の接合方法。