JPH048398B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明はセラミツクスと金属の接合体を製造す
る方法に関する。 ［従来の技術・発明が解決しようとする課題］ 従来セラミツクスと金属とを接合するには接着
剤による接着、メタライジング、溶融接合などの
方法が採られている。 しかしながら、これらの方法によるときは接合
強度が弱く、苛酷な条件下での使用に耐えない、
あるいは用途が制限されているなどの問題があ
る。 たとえば近時セラミツクスのすぐれた耐熱性、
断熱性を利用してエンジンなどに適用することが
提案されており、その１例としてアルミニウム合
金などのピストン本体のクラウン部にセラミツク
ス成形体を接合することがあげられる。 しかし、エンジンにおけるピストンなどのよう
に苛酷な条件下で実用に耐えうる金属とセラミツ
クスとの接合方法は知られていない。 本発明は前記の点に鑑みて、苛酷な使用条件下
においてもすぐれた接合強度を有するセラミツク
スと金属の接合体を提供せんとするものである。 ［課題を解決するための手段］ 本発明はセラミツクスと金属の接合体を製造す
るに際し、多孔質部を有するセラミツクス成形体
を使用し、該セラミツクス成形体に該多孔質部の
孔に金属が充填されるように金属部を一体的に設
けることを特徴とするセラミツクスと金属の接合
体の製法に関する。 ［作用］ セラミツクス成形体の方に多孔質部を設け、該
多孔質部において金属と一体化することによつ
て、すなわち該多孔質部の空孔に金属を充填する
ように金属部を設けることによつて、セラミツク
ス成形体と金属部とが多孔質部で強固に一体化さ
れた接合体がえられる。 ［実施例］ つぎに図面に基づいて本発明の方法を説明す
る。 第１〜３図は本発明の方法の一実施例を工程順
に示す説明図である。 第１図において、１はセラミツクス成形体であ
り、２はそのセラミツクス充実部、３はその多孔
質部である。多孔質部３は連続多孔体であり、４
はその空孔である。 つぎに、第２図に示すごとくこのセラミツクス
成形体１を型１０内に収め、溶湯鍛造する。すな
わちアルミニウム合金などの金属の溶湯５を注入
し、プレス１１で加圧して溶湯５を多孔質部３の
空孔４内に充填せしめ、ついで冷却後型１０から
取出す。 かくして第３図に示すごとき接合体がえられ
る。第３図において、６は金属充実部、７は接合
部であり、接合部７は金属がセラミツクス成形体
１の多孔質部３の孔４中に充填された構造を有し
ている。接合部７のこのような構造により、金属
充実部６とセラミツクス成形体１とが強固に接合
されることとなる。 多孔質部３を有するセラミツクス成形体１を製
造する方法はとくに制限されていないが、ここで
は泥漿鋳込み成形法に準じた方法によるばあいに
ついて説明する。 セラミツクスの泥漿鋳込み成形法は、セラミツ
クス原料、バインダー類および水などの媒体から
なる泥漿を石コウ型などの吸収性成形型に注入
し、水分を成形型に吸収させて所望の成形体をう
るものである。 第４図に示されるごとく、石コウ板製の底板２
１と外ワク２２とからなる型２０に後に加熱によ
り分解除去しうる有機連続多孔体２３を収め、そ
のうえから泥漿２４を注ぐ。このばあい型を密閉
型とし、泥漿２４を加圧下に注入するようにして
もよい。そうすると泥漿は有機連続多孔体２３の
連続孔中に侵入し、水分は石コウ板に吸収され
る。余つた泥漿２４は多孔体２３上に推積する。 水分が吸収されたのち、外ワクを外し、多孔体
２３と一体となつている成形体を取出し、低温
（たとえば450〜600℃）で加熱して多孔体２３を
分解除去したのち高温で焼成するか、あるいは直
接焼成して多孔体２３の分解除去と焼結を同時に
行なうことによつて、第１図に示されるごときセ
ラミツクス充実部２と多孔質部３とからなるセラ
ミツクス焼結体１がえられる。 有機連続多孔体２３としては加熱により分解除
去しうるものであればとくに制限されないが、
500℃程度の低温で容易に分解除去しうる点から、
樹脂発泡体、とくにポリウレタン発泡体が好まし
く用いられる。 セラミツクス原料としては接合体の用途に応じ
て各種のアルミナ、シリカ、ジルコニア、イツト
リアなどの酸化物、チツ化ケイ素などのチツ化
物、ホウ化ジルコニウムなどのホウ化物、炭化ケ
イ素などの炭化物などから適宜選択使用され、バ
インダー剤、分散剤なども従来のものがいずれも
使用される。 エンジンにおけるピストンのクラウン部などに
用いるばあいは、チツ化ケイ、素アルミナ、イツ
トリアからなる組成のセラミツクス原料が好適に
用いられる。 セラミツクス成形体１の多孔質部３の空〓率
（容積％）が低すぎると、金属の侵入量が少なす
ぎて接合度強度が低下し、空〓率が高すぎると、
多孔質部３のセラミツクス量が少なすぎてやはり
接合強度が低下する。この観点から多孔質部３の
空〓率は10〜80％の範囲が好ましい。 またセラミツクス成型体１の多孔質部３におけ
るセラミツクス骨骸構造およびそこに侵入して形
成された金属の骨骸構造に共に充分な強度を具備
せしめる点から、多孔質部３における連続孔４の
平均孔径は1μｍ〜10mm程度が好ましい。 多孔質部３の厚さ（すなわち接合部７の厚さ）
は１〜50mm程度が適当である。厚さが１mm未満で
は所望の接合強度がえられがたく、一方厚さが50
mmを超えても接合強度の向上は期待しえない。 本発明における接合体における接合は主に機械
的な絡み合いによるものであるから、金属部６の
金属の種類はとくに限定されず、用途に応じて適
宜選択すればよい。たとえばエンジンにおけるピ
ストンなどのばあいはアルミニウム合金、鋳鉄な
どが使用される。 前記においては、溶湯鍛造によつてセラミツク
ス多孔体と金属を接合するばあいについて述べた
が、これに限定されるものではなく、たとえば前
記セラミツクス成形体１の多孔質部３の側に金属
成形体を重ね、金属成形体の多孔質部３と接する
側を加熱溶融して多孔質部３に含浸させて接合体
を製造する方法なども採用できる。 本発明の方法によりえられる接合体は過酷な条
件下においても大きな接合強度を有するもので、
エンジンのピストン、ロツカーアーム、バルブ、
バルブシートなどに好適に使用される。 第５図にエンジンのピストンに適用したばあい
の例を示す。第５図において、ピストン本体３０
はアルミニウム合金などの金属部３１からなり、
クラウン部３２はセラミツクス部３３からなり、
金属部３１とセラミツクス部３３は本発明の接合
方法により接合されている。セラミツクス部３３
は（充実部）の厚さは通常１〜10mm程度とされ
る。 つぎに実施例をあげて本発明の方法を説明す
る。 実施例 １ 第４図に示される石コウ型の底部に厚さ２mmの
ポリウレタン連続発泡体（空〓率85％、平均孔径
500μｍ）を収容し、その上からつぎの組成の鋳
込み用泥漿を注いだ。 成 分 重量部 Al₂0₃：5.7重量部 Y₂0₃：5.0重量部 Si₃N₄：893.0重量部の混合物 100 ポリビニルアルコール 0.5 イオン交換水 65.0 セルナーＤ−735（中京油脂(株)製分散剤） 1.2 30分間放置後、成形体を脱型し、焼成炉に入れ
て500℃で２時間加熱してポリウレタン連続発泡
体を分解除去し、ついでチツ素ガス雰囲気下
（8.5Kg／cm²）に1850℃で４時間加熱して焼結し
た。かくして厚さ２mmの多孔質部（空〓率75％、
平均孔径350μｍ）および厚さ２mmの充実部から
なるセラミツクス成形体がえられた。 かくしてえられたセラミツクス成形体を、第２
図に示すごとく型に収め、そのうえからアルミニ
ウム合金（Cu1.3％、Si11〜13％、残部Al）の溶
湯を注ぎ、プレスで1000Kg／cm²の圧力下に１分間
加圧し、冷却後型から取出し、セラミツクス充実
部の厚さ２mm、接合部の厚さ２mm、金属充実部の
厚さ２mmの接合体をえた。 えられた接合体について引脹強度（Kg／mm²）を
測定した。なお比較のためにアルミニウム成形体
とチツ化ケイ素を主体とするセラミツクス成形体
を固体反応接合（加圧力75Kg／cm²、温度610℃、
時間120秒）してえられた接合体についても同様
に引張強度を測定した。 結果を第１表に示す。

【表】 ［発明の効果］ 本発明による接合体は、苛酷な条件下における
セラミツクスと金属との接合強度が大きいので、
エンジンにおけるピストンなどに好適に適用でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明の方法の一実施例を工程順
に示す説明図、第４図は本発明に用いるセラミツ
クス成形体を製造する方法を示す説明図、第５図
は本発明における接合体をエンジンのピストンに
適用した例を示す概略部分断面図である。 （図面の主要符号）、１：セラミツクス成形体、
２：セラミツクス充実部、３：多孔質部、４：連
続孔、６：金属充実部、７：接合部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ セラミツクスと金属の接合体を製造するに際
   し、多孔質部を有するセラミツクス成形体を使用
   し、該セラミツクス成形体に該多孔質部の孔に金
   属が充填されるように金属部を一体的に設けるこ
   とを特徴とするセラミツクスと金属の接合体の製
   法。