JPH0538565A - 鋳ぐるみ用セラミツク焼成体 - Google Patents
鋳ぐるみ用セラミツク焼成体Info
- Publication number
- JPH0538565A JPH0538565A JP3192879A JP19287991A JPH0538565A JP H0538565 A JPH0538565 A JP H0538565A JP 3192879 A JP3192879 A JP 3192879A JP 19287991 A JP19287991 A JP 19287991A JP H0538565 A JPH0538565 A JP H0538565A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- quartz glass
- ceramic
- fired body
- calcined body
- cast
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- Pending
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Exhaust Silencers (AREA)
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 中空状のセラミック焼成体の内面に生じる割
れや亀裂を防止することを目的とする。 【構成】 中空状のチタン酸アルミニウムからなる成形
体１の内面に粉砕した石英ガラスを加圧して付着させ、
１５５０℃の電気炉３内で焼成して内面に石英ガラス層
２が形成されたセラミック焼成体４を作製する。その結
果、セラミック焼成体と石英ガラスとの間に剥離を発生
させることなく、セラミックに生じる割れや亀裂を防止
することができる。
れや亀裂を防止することを目的とする。 【構成】 中空状のチタン酸アルミニウムからなる成形
体１の内面に粉砕した石英ガラスを加圧して付着させ、
１５５０℃の電気炉３内で焼成して内面に石英ガラス層
２が形成されたセラミック焼成体４を作製する。その結
果、セラミック焼成体と石英ガラスとの間に剥離を発生
させることなく、セラミックに生じる割れや亀裂を防止
することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関のシリンダラ
イナ、排気ポート、排気マニホルド等に主に断熱部材と
して利用されるセラミック焼成体に関し、詳しくは金属
で鋳ぐるまれて用いられる鋳ぐるみ用セラミック焼成体
に関する。
イナ、排気ポート、排気マニホルド等に主に断熱部材と
して利用されるセラミック焼成体に関し、詳しくは金属
で鋳ぐるまれて用いられる鋳ぐるみ用セラミック焼成体
に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、性能向上の観点から、自動車部品
のセラミックス化が研究されている。特にセラミックス
の優れた耐熱性から、エンジン部品への応用研究が活発
に行われている。例えば排気ポートや排気マニホルドな
どに応用する場合、中空体とする必要があるが、セラミ
ックスは加熱または冷却時の熱衝撃、あるいは取扱い時
の衝撃などにより破損し易いので、セラミック中空体を
アルミニウム合金等の金属で鋳ぐるむ方法が有効な手段
であると考えられており、特開平１−３１７６７７号公
報には、チタン酸アルミニウムを主結晶とするセラミッ
クスを内層、鋳ぐるみ用の金属を外層として互いに密着
状態となしたセラミック複合体が開示されている。チタ
ン酸アルミニウムを主結晶とするかかるセラミックスは
熱伝導率が低いため、このセラミックスを鋳ぐるんだ構
造体は断熱性に優れており、また低強度材料でありヤン
グ率が小さく、鋳ぐるみ用の金属により鋳ぐるみを行っ
た場合、鋳ぐるみ金属の収縮を容易に吸収できる。従っ
て、冷却過程で鋳ぐるみ金属の収縮に追随することがで
きるため、セラミックスの破壊や、セラミックスの鋳ぐ
るみ金属からの脱落が発生しない。
のセラミックス化が研究されている。特にセラミックス
の優れた耐熱性から、エンジン部品への応用研究が活発
に行われている。例えば排気ポートや排気マニホルドな
どに応用する場合、中空体とする必要があるが、セラミ
ックスは加熱または冷却時の熱衝撃、あるいは取扱い時
の衝撃などにより破損し易いので、セラミック中空体を
アルミニウム合金等の金属で鋳ぐるむ方法が有効な手段
であると考えられており、特開平１−３１７６７７号公
報には、チタン酸アルミニウムを主結晶とするセラミッ
クスを内層、鋳ぐるみ用の金属を外層として互いに密着
状態となしたセラミック複合体が開示されている。チタ
ン酸アルミニウムを主結晶とするかかるセラミックスは
熱伝導率が低いため、このセラミックスを鋳ぐるんだ構
造体は断熱性に優れており、また低強度材料でありヤン
グ率が小さく、鋳ぐるみ用の金属により鋳ぐるみを行っ
た場合、鋳ぐるみ金属の収縮を容易に吸収できる。従っ
て、冷却過程で鋳ぐるみ金属の収縮に追随することがで
きるため、セラミックスの破壊や、セラミックスの鋳ぐ
るみ金属からの脱落が発生しない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、断熱による出
力の向上などを目的として、内燃機関のシリンダヘッド
用排気ポートや排気マニホルドなどに使用する場合、燃
料中の不完全燃焼成分や金属の酸化小片が飛来し、内面
に衝突する。このような場合では、低強度材料であるこ
とはマイナス要因となり、粒子が衝突した際に成形体の
内壁の一部が削り取られたり亀裂が生じる原因となる。
そこで本発明の鋳ぐるみ用セラミック焼成体は、中空状
のセラミック焼成体の内部を流動する排ガスがセラミッ
クスと接触する部分を、セラミックスより高硬度、高強
度材料で保護することによりセラミック焼成体に生じる
割れや亀裂を防止することを目的とする。
力の向上などを目的として、内燃機関のシリンダヘッド
用排気ポートや排気マニホルドなどに使用する場合、燃
料中の不完全燃焼成分や金属の酸化小片が飛来し、内面
に衝突する。このような場合では、低強度材料であるこ
とはマイナス要因となり、粒子が衝突した際に成形体の
内壁の一部が削り取られたり亀裂が生じる原因となる。
そこで本発明の鋳ぐるみ用セラミック焼成体は、中空状
のセラミック焼成体の内部を流動する排ガスがセラミッ
クスと接触する部分を、セラミックスより高硬度、高強
度材料で保護することによりセラミック焼成体に生じる
割れや亀裂を防止することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の鋳ぐるみ用セラ
ミック焼成体は、線膨張係数が−０．５×１０-6／Ｋ〜
０．５×１０-6／Ｋの材料からなる中空状のセラミック
焼成体の内面に石英ガラス層が設けられていることを特
徴とする。線膨張係数が上記範囲内のセラミック材料と
しては、チタン酸アルミニウムやリン酸二亜鉛カリウ
ム、リチウムアルミノケイ酸塩等を用いることができ
る。セラミック焼成体の内面に石英ガラス層を形成する
方法としては、粉砕した石英ガラスを加圧して直接成形
体内面に付着させ、その後焼成して石英ガラスを溶解さ
せて形成する方法や、有機媒体や接着剤等により付着さ
せる方法、例えばポリエステル系接着剤に粉砕した石英
ガラスを加え、混合させた後に硬化剤を添加し、セラミ
ック成形体内面に塗布し、硬化させ、その後焼成するこ
とによって接着剤を消失させるという方法等が考えられ
る。
ミック焼成体は、線膨張係数が−０．５×１０-6／Ｋ〜
０．５×１０-6／Ｋの材料からなる中空状のセラミック
焼成体の内面に石英ガラス層が設けられていることを特
徴とする。線膨張係数が上記範囲内のセラミック材料と
しては、チタン酸アルミニウムやリン酸二亜鉛カリウ
ム、リチウムアルミノケイ酸塩等を用いることができ
る。セラミック焼成体の内面に石英ガラス層を形成する
方法としては、粉砕した石英ガラスを加圧して直接成形
体内面に付着させ、その後焼成して石英ガラスを溶解さ
せて形成する方法や、有機媒体や接着剤等により付着さ
せる方法、例えばポリエステル系接着剤に粉砕した石英
ガラスを加え、混合させた後に硬化剤を添加し、セラミ
ック成形体内面に塗布し、硬化させ、その後焼成するこ
とによって接着剤を消失させるという方法等が考えられ
る。
【０００５】
【作用】石英ガラスの硬度、強度は鋳ぐるまれるセラミ
ックスの硬度、強度よりも優れているため排ガスが流動
する部分に石英ガラスの層を設けることにより、燃料中
の不完全燃焼成分や金属の酸化小片が飛来して衝突して
も、耐粒子衝突被害性に優れた石英ガラスの層でセラミ
ックスを保護することができる。また、石英ガラスと、
上述したチタン酸アルミニウム、リン酸二亜鉛カリウ
ム、リチウムアルミノケイ酸塩等の間には線膨張係数に
ほとんど差がないため使用環境条件が低温から高温に至
るまで石英ガラスとセラミック焼成体との界面に熱応力
が生じ難く、また生じたとしてもその値は非常に小さ
い。そのため、セラミック焼成体と石英ガラスとの界面
で剥離が生じることがなくセラミック焼成体の内面を保
護することができる。
ックスの硬度、強度よりも優れているため排ガスが流動
する部分に石英ガラスの層を設けることにより、燃料中
の不完全燃焼成分や金属の酸化小片が飛来して衝突して
も、耐粒子衝突被害性に優れた石英ガラスの層でセラミ
ックスを保護することができる。また、石英ガラスと、
上述したチタン酸アルミニウム、リン酸二亜鉛カリウ
ム、リチウムアルミノケイ酸塩等の間には線膨張係数に
ほとんど差がないため使用環境条件が低温から高温に至
るまで石英ガラスとセラミック焼成体との界面に熱応力
が生じ難く、また生じたとしてもその値は非常に小さ
い。そのため、セラミック焼成体と石英ガラスとの界面
で剥離が生じることがなくセラミック焼成体の内面を保
護することができる。
【０００６】
【実施例】以下、添付図面に基づいて本発明の実施例に
ついて詳細に説明する。まず、本実施例で作製するセラ
ミックライナを成形するためのスリップを作製する。焼
結助剤として酸化第二鉄６重量％と酸化ケイ素２重量％
を添加したチタン酸アルミニウム粉末に、解膠剤として
ポリカルボン酸アンモニウムを用い、粉体濃度の８０％
となるように蒸留水を加えてボールミルで混合し、スリ
ップを作製した。なお、表１にチタン酸アルミニウムと
石英ガラスの硬度、強度、融点及び線膨張係数を示す。
ついて詳細に説明する。まず、本実施例で作製するセラ
ミックライナを成形するためのスリップを作製する。焼
結助剤として酸化第二鉄６重量％と酸化ケイ素２重量％
を添加したチタン酸アルミニウム粉末に、解膠剤として
ポリカルボン酸アンモニウムを用い、粉体濃度の８０％
となるように蒸留水を加えてボールミルで混合し、スリ
ップを作製した。なお、表１にチタン酸アルミニウムと
石英ガラスの硬度、強度、融点及び線膨張係数を示す。
【０００７】
【表１】
【０００８】出来上がったスリップを所定の石膏型へ流
し込み、着肉させた後、余分なスリップを排泥して外径
４０ｍｍ、内径３２ｍｍ、厚さ４ｍｍの円筒形状に成形
した。次に、この成形体１を乾燥後石膏型から取り出
し、平均粒径０．０５ｍｍに粉砕した石英ガラスを成形
体１の内面に約１ｋｇｆ／ｃｍ2 の圧力で加圧し、厚さ
が０．２ｍｍとなるように付着させる。上記工程によっ
て得られた成形体１を図２に示すように電気炉３内にて
１５５０℃の温度で４時間保持して焼成した。石英ガラ
スの融点は約１６００℃であるためこの時点で石英ガラ
スは融点近傍、或いは融点を越える温度に達し、石英ガ
ラスが溶けて成形体１の内面に石英ガラス層２が形成さ
れる。出来上がった焼成体４の断面を図１に示す。次
に、上記工程で得られた焼成体を鋳型内に配置し、アル
ミニウム合金溶湯を注湯して鋳ぐるみを行った。得られ
た鋳ぐるみ体の断面を図３に示す。このようにして焼成
体４の外周表面にアルミニウム合金からなる肉厚６ｍｍ
の金属層５が形成される。 （比較例１）上記実施例と同様の方法で成形史た後、そ
のままの状態で焼成して内面に石英ガラス層が形成され
ないセラミックライナを作製し、アルミニウム合金で鋳
ぐるみを行った。 （比較例２）上記実施例と同様の方法で成形した後、内
面にアルミナ層が形成されたセラミックライナを作成
し、アルミニウム合金で鋳ぐるみを行った。アルミナの
硬度、強度、融点及び線膨張係数を表２に示す。
し込み、着肉させた後、余分なスリップを排泥して外径
４０ｍｍ、内径３２ｍｍ、厚さ４ｍｍの円筒形状に成形
した。次に、この成形体１を乾燥後石膏型から取り出
し、平均粒径０．０５ｍｍに粉砕した石英ガラスを成形
体１の内面に約１ｋｇｆ／ｃｍ2 の圧力で加圧し、厚さ
が０．２ｍｍとなるように付着させる。上記工程によっ
て得られた成形体１を図２に示すように電気炉３内にて
１５５０℃の温度で４時間保持して焼成した。石英ガラ
スの融点は約１６００℃であるためこの時点で石英ガラ
スは融点近傍、或いは融点を越える温度に達し、石英ガ
ラスが溶けて成形体１の内面に石英ガラス層２が形成さ
れる。出来上がった焼成体４の断面を図１に示す。次
に、上記工程で得られた焼成体を鋳型内に配置し、アル
ミニウム合金溶湯を注湯して鋳ぐるみを行った。得られ
た鋳ぐるみ体の断面を図３に示す。このようにして焼成
体４の外周表面にアルミニウム合金からなる肉厚６ｍｍ
の金属層５が形成される。 （比較例１）上記実施例と同様の方法で成形史た後、そ
のままの状態で焼成して内面に石英ガラス層が形成され
ないセラミックライナを作製し、アルミニウム合金で鋳
ぐるみを行った。 （比較例２）上記実施例と同様の方法で成形した後、内
面にアルミナ層が形成されたセラミックライナを作成
し、アルミニウム合金で鋳ぐるみを行った。アルミナの
硬度、強度、融点及び線膨張係数を表２に示す。
【０００９】
【表２】
【００１０】（評価）こうして得られた鋳ぐるみ体につ
いて高温耐久性試験を行った。すなわち１０００℃の高
温ガスを連続して１００時間、５０ｍ／ｓの流速で焼成
体４内に流したところ、内面に石英ガラス層が形成され
ていない焼成体は割れが発生したのに対し、実施例で形
成した焼成体４には割れなどの不具合は生じなかった。
また、アルミナ焼成体を１ｍｍ角程度に粉砕した粒子を
上記高温ガス中に導入し、粒子衝突試験を行ったが、同
様に実施例の焼成体４の内表面には欠けなどの問題は生
じなかった。また、比較例２においては、焼成体と石英
ガラスとの間に剥離が生じたのに対して、実施例の焼成
体においては剥離の発生は見られなかった。これは、チ
タン酸アルミニウムと石英ガラスの線膨張係数に、表１
に示すようにほとんど差がないため、使用環境条件が低
温から高温に至るまで焼成体５と石英ガラス層２との界
面において熱応力が生じ難く、生じたとしてもその値は
非常に小さいことによるものと考えられる。また、チタ
ン酸アルミニウムは微細な気孔を多数有するため、焼成
時に石英ガラスが焼成体４内の気孔に浸透し、両者の結
合が更に強固になる。更に、石英ガラスの融点は１６０
０℃でチタン酸アルミニウムの焼成温度近傍なので、石
英ガラス層の形成とセラミックスの焼成を同時に行うこ
とができるとともに、石英ガラスが一旦融解したあと、
セラミック部品の内面に層をなすので面粗度が向上し、
内部を流動する排ガスの排気抵抗を減少することができ
る。また、鋳ぐるみ時にアルミニウム合金からなる金属
層５が冷却、固化する際、焼成体４には外周から圧縮応
力が加わる。しかし、チタン酸アルミニウムは低強度材
料であるため、焼成体４の外表面側が変形することによ
りこの応力を吸収することができ、焼成体４の割れを防
止することができる。
いて高温耐久性試験を行った。すなわち１０００℃の高
温ガスを連続して１００時間、５０ｍ／ｓの流速で焼成
体４内に流したところ、内面に石英ガラス層が形成され
ていない焼成体は割れが発生したのに対し、実施例で形
成した焼成体４には割れなどの不具合は生じなかった。
また、アルミナ焼成体を１ｍｍ角程度に粉砕した粒子を
上記高温ガス中に導入し、粒子衝突試験を行ったが、同
様に実施例の焼成体４の内表面には欠けなどの問題は生
じなかった。また、比較例２においては、焼成体と石英
ガラスとの間に剥離が生じたのに対して、実施例の焼成
体においては剥離の発生は見られなかった。これは、チ
タン酸アルミニウムと石英ガラスの線膨張係数に、表１
に示すようにほとんど差がないため、使用環境条件が低
温から高温に至るまで焼成体５と石英ガラス層２との界
面において熱応力が生じ難く、生じたとしてもその値は
非常に小さいことによるものと考えられる。また、チタ
ン酸アルミニウムは微細な気孔を多数有するため、焼成
時に石英ガラスが焼成体４内の気孔に浸透し、両者の結
合が更に強固になる。更に、石英ガラスの融点は１６０
０℃でチタン酸アルミニウムの焼成温度近傍なので、石
英ガラス層の形成とセラミックスの焼成を同時に行うこ
とができるとともに、石英ガラスが一旦融解したあと、
セラミック部品の内面に層をなすので面粗度が向上し、
内部を流動する排ガスの排気抵抗を減少することができ
る。また、鋳ぐるみ時にアルミニウム合金からなる金属
層５が冷却、固化する際、焼成体４には外周から圧縮応
力が加わる。しかし、チタン酸アルミニウムは低強度材
料であるため、焼成体４の外表面側が変形することによ
りこの応力を吸収することができ、焼成体４の割れを防
止することができる。
【００１１】
【発明の効果】本発明の鋳ぐるみ用セラミック焼成体に
よれば、セラミック焼成体の内面に、線膨張係数にほと
んど差がない石英ガラスの層を設けることにより、両者
間に剥離が発生することなく、中空状のセラミック焼成
体の内部を流動する排ガス等の粒子がセラミックスに衝
突して発生する割れや亀裂を防止することができる。
よれば、セラミック焼成体の内面に、線膨張係数にほと
んど差がない石英ガラスの層を設けることにより、両者
間に剥離が発生することなく、中空状のセラミック焼成
体の内部を流動する排ガス等の粒子がセラミックスに衝
突して発生する割れや亀裂を防止することができる。
【図１】本実施例の焼成体の断面図である。
【図２】本実施例の焼成装置の説明図である。
【図３】本実施例の鋳ぐるみ体の断面図である。
１ ・・・ 成形体 ２ ・・・ 石英ガラス層 ３ ・・・ 電気炉 ４ ・・・ 焼成体 ５ ・・・ 金属層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｆ 1/42 Ｎ 8503−3Ｇ
Claims (1)
- 【請求項１】 線膨張係数が−０．５×１０-6／Ｋ〜
０．５×１０-6／Ｋの材料からなる中空状の鋳ぐるみ用
セラミック焼成体の内面に石英ガラス層が設けられてい
ることを特徴とする鋳ぐるみ用セラミック焼成体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3192879A JPH0538565A (ja) | 1991-08-01 | 1991-08-01 | 鋳ぐるみ用セラミツク焼成体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3192879A JPH0538565A (ja) | 1991-08-01 | 1991-08-01 | 鋳ぐるみ用セラミツク焼成体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0538565A true JPH0538565A (ja) | 1993-02-19 |
Family
ID=16298500
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3192879A Pending JPH0538565A (ja) | 1991-08-01 | 1991-08-01 | 鋳ぐるみ用セラミツク焼成体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0538565A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5846489A (en) * | 1994-04-09 | 1998-12-08 | Boehringer Mannheim Gmbh | System for opening closures of vessels and for the contamination-free operation of reaction sequences |
| WO2018070374A1 (ja) * | 2016-10-12 | 2018-04-19 | 日本碍子株式会社 | 中間部材 |
| WO2022057518A1 (zh) * | 2020-09-15 | 2022-03-24 | 深圳前海发维新材料科技有限公司 | 一种高软化点、低热膨胀系数、高耐磨、低热导率的玻璃复合材料在发动机气轮机中的应用 |
-
1991
- 1991-08-01 JP JP3192879A patent/JPH0538565A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5846489A (en) * | 1994-04-09 | 1998-12-08 | Boehringer Mannheim Gmbh | System for opening closures of vessels and for the contamination-free operation of reaction sequences |
| WO2018070374A1 (ja) * | 2016-10-12 | 2018-04-19 | 日本碍子株式会社 | 中間部材 |
| CN109843831A (zh) * | 2016-10-12 | 2019-06-04 | 日本碍子株式会社 | 中间部件 |
| JPWO2018070374A1 (ja) * | 2016-10-12 | 2019-09-05 | 日本碍子株式会社 | 中間部材 |
| US10933560B2 (en) | 2016-10-12 | 2021-03-02 | Ngk Insulators, Ltd. | Intermediate member |
| WO2022057518A1 (zh) * | 2020-09-15 | 2022-03-24 | 深圳前海发维新材料科技有限公司 | 一种高软化点、低热膨胀系数、高耐磨、低热导率的玻璃复合材料在发动机气轮机中的应用 |
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