JPH01212283A - セラミックスと金属の接合体の製法 - 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
ミッ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聞届がある。

たとえば近時セラミッ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ッ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ックスとの接合方
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ックスと金属の接合
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、セラミックスと金属の接合体を製造するに際
し、多孔質部を冑するセラミックス成形体を使用し、該
セラミッ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
ミックスと金属の接合体の製法に関する。

［作　用］ セラミッ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って、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
とによって、セラミッ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かえられる。

［実施例］ つぎに図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

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）はセラミックス成形体であり、
（２）はそのセラミックス充実部、（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ックス成形体（
１）を型（財）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、ブレス
０１）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ηから取出す。

かくして第３図に示すごとき接合体かえられる。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）は金属がセラミックス成形体（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）とセラミックス成形体（１）とが強固に接合され
ることとなる。

多孔質部（３）を有するセラミックス成形体（１）を製
造する方法はとくに制限されないが、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。

セラミックスの泥漿鋳込み成形法は、セラミックス原料
、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（２ＴＪと
外ワクのとからなる型頭に後に加熱により分解除去しう
る有機連続多孔体のを収め、そのうえから泥漿Ｑ４を注
ぐ。このばあい型を密閉型とし、泥漿Ｑ４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
多孔体ツの連続孔中に侵入し、水分は石コウ板に吸収さ
れる。

余った泥漿Ｑ４は多孔体の上に堆積する。

水分が吸収されたのち、外ワクを外し、多孔体のと一体
となっている成形体を取出し、低温（たとえば４５０〜
Ｂ００℃）で加熱して多孔体の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のの分解除
去と焼結を同時に行なうことによって、第１図に示され
るごときセラミックス充実部（２）と多孔質部（３）と
からなるセラミックス焼結体（１）かえられる。

有機連続多孔体のとしては加熱により分解除去しうるち
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。

セラミッ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、チッ化ケイ素などのチッ化物、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、チッ化ケイ素、アルミナ、イツトリアからなる
組成のセラミックス原料が好適に゛用いられる。

セラミックス成形体（１）の多孔質部（３）の空隙率（
容積％）が低すぎると、金属の侵入量が少なすぎて接合
強度が低下し、空隙率が高すぎると、多孔質部（３）の
セラミッ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）の空隙率は１０〜８０％
の範囲が好ましい。

またセラミックス成型体（１）の多孔質部（３）におけ
るセラミックス骨髄構造およびそこに侵入して形成され
た金属の骨髄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
１−〜１０　ａｒｍ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１〜５０關程度が適当である。厚さが１１１１未満で
は所望の接合強度かえられがたく、一方厚さが５０１１
■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、溶湯鍛造によってセラミックス多孔体
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ックス成形体
（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ので、エンジンのピスト
ン、ロッカーアーム、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■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）
はセラミックス部（３３）からなり、金属部（３１）と
セラミックス部（３３）は本発明の接合方法により接合
されている。セラミックス部（３３）　（充実部）の厚
さは通常１〜１０１１１１程度とされる。

つぎに実施例をあげて本発明の詳細な説明する。

実施例１ 第４図に示される石コウ型の底部に厚さ２龍のポリウレ
タン連続発泡体（空隙率８５％、平均孔径５００ρ）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 ポリビニルアルコール　　　　　　　　　０，５イオン
交換水　　　　　　　　　　　　Ｂ５．０セルナＤ−７
３５（中東油脂■製分散剤）１．２３０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、ついでチッ素
ガス雰囲気下（８，５ｋｇ／ｃｊ）に１８５０℃で４時
間加熱して焼結した。かくして厚さ２關の多孔質部（空
隙率７５％、平均孔径３５０ρ）および厚さ２■■の充
実部からなるセラミックス成形体かえられた。

か（してえられたセラミックス成形体を、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（Ｃｕ
　１．３％、３１１１〜１３％、残部Ｎ）の溶湯を注ぎ
、プレスで１０００ｋｇ／ａｄの圧力下に１分間加圧し
、冷却後型から取出し、セラミックス充実部の厚さ２１
１１１％接合部の厚さ２１１゜金属充実部の厚さ２鰭の
接合体をえた。

えられた接合体について引張強度（ｋｇ／ｎｖｌｉ）を
測定した。なお比較のためにアルミニウム成形体とチッ
化ケイ素を主体とするセラミックス成形体を固体反応接
合（加圧カフ５ｋｇ　／　ｄ、温度６１０℃、時間１２
０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。

第　　１　　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ッ
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ックス成形体を製
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）：セラミックス成形体 （２）：セラミックス充実部 （３）：多孔質部 （４）：連続孔 （６）：金属充実部 （７）：接合部 第１　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　セラミッ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ックス成形体を使用し、該セラミ
   ッ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ック
   スと金属の接合体の製法。