JPH0133655B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明はセラミツク−金属複合ピストンに関す
るものである。 内燃機関の主要部品であるピストンは高温電圧
に曝され、耐熱性の要求は厳しいが、小型エンジ
ンの場合には軽量化を図るために、通常の鋳鉄に
代えてアルミニウム合金を用いたピストンが生み
出されたものの耐熱性や、断熱性等の熱的性質が
劣るので問題が残つていた。 ところで近時はセラミツク材を用いたピストン
も考えられているが、セラミツク材料の低い熱伝
導性に基づく熱遮蔽作用を利用し、内燃機関の作
動中における熱損失の減少、出力の向上、炭化水
素濃度の減少、燃費の低減など好ましい諸性能を
具備するピストンが期待できるものの、現在まで
考えられているセラミツクの焼ばめ鋳込み方式で
作られたピストンでは加熱冷却サイクルで長時間
使用した場合に金属の変形やへたりを生ずるおそ
れがあり、実用的なものはいまだ実現していな
い。 本発明はこのような状況に鑑みてなされたもの
で、上記のように鋳込みや焼ばめ等の物理的接触
でセラミツクと金属を結合するのではなく、セラ
ミツクと金属とを化学反応を利用して接合するこ
とにより極めて強固な接合構造をもつた内燃機関
のピストンを提供するものである。 次に本発明のピストンを図面を参照しつゝ説明
する。 第１図はピストンのクラウン部に嵌入されるリ
ング状のメタライズされたセラミツク成形体１ａ
である。 メタライズは後述のピストンに於てセラミツク
の表面のろう接される部分を形成するもので、こ
こでは下面にメタライズ部１−ｍを有する。第２
図は第１図に示したメタライズされたセラミツク
成形体１ａを鋳鉄ピストン本体２ａのクラウン部
３の上面に、嵌装するが、その際、銅、銅−モリ
ブデン−銅クラツド材又は銅−インバ−銅クラツ
ド材、鉄／ニツケル42アロイ、又はコバール板を
緩衝層４として前記セラミツク成形体１ａの下面
におかれてセラミツク成形体１ａと鋳鉄ピストン
本体２ａとの間を銀−銅共晶ろうによつてろう接
し一体化してなるピストンである。なおセラミツ
ク成形体１ａのろう接面はメタライズされた面で
あるが第２図に於ては省略して示してある。 第３図は第１図の円盤状のメタライズされたセ
ラミツク成形体１ａを代えて上部中央に空所のあ
るメタライズされた異形セラミツク成形体１ｂを
示しており、その外側の仮想線で示した範囲にピ
ストンに嵌装したときのろう接部分に対応してメ
タライズ１−ｍを設けるものである。 第４図、第５図、第６図、第７図、第８図及び
第９図は第３図に示した如きメタライズされた異
形セラミツク成形体１ｂをピストン本体のクラウ
ン部の上面に嵌装したピストンの例を示してい
る。但し、メタライズ部分はすべて明示すること
なく省略してあるがろう接されているところなの
で容易に理解されるであろう。 第４図は側面にメタライズされた異形セラミツ
ク成形体１ｂの外側の円筒状側面に、前記異形セ
ラミツク成形体１ｂを嵌装するピストンのクラウ
ン部の深さに等しい長さの円筒状銅板等緩衝層４
を設け、その内外に存在する異形セラミツク成形
体１ｂのメタライズ表面及び、ピストンの鋳鉄本
体２ａとの間は銀−銅共晶ろう剤によりろう接５
して一体化してある。 第５図は外側の表面全部がメタライズされた異
形セラミツク成形体１ｂを用い、その外側にこれ
と形状の合致する銅板等の緩衝層４を設けてピス
トンのクラウン部上面に嵌装し、緩衝層４を前記
異形セラミツク成形体１ｂのメタライズ表面及び
鋳鉄本体２ａとの間を銀−銅共晶ろう剤によりろ
う接５して一体化してある。 第６図は円筒状の側面をメタライズした異形セ
ラミツク成形体１ｂの円筒状の外側面に、銅板等
の緩衝層４を設け、この内部は異形セラミツク成
形体１ｂのメタライズ表面と、その外部に更に設
けられる鋳鉄リング６との間を銀・銅共晶ろう剤
によりろう接し、更に前記鋳鉄リング６の表面を
アルフイン処理７して後、これらをピストン本体
を構成するアルミニウム合金２ｂで鋳ぐるんで一
体となしたもので、ろう剤及びアルフイン処理に
より各層間が化学的に接合一体化されているもの
である。 第７図は側面及び底面をメタライズされた異形
セラミツク成形体１ｂのメタライズ部分に隣接
し、銅−モリブデン−銅クラツド板の如き緩衝層
４を設け、その外側にＵ字型の鋳鉄即ち鋳鉄キヤ
ツプ６を設け各層間を銀−銅共晶ろうでろう接５
して一体化してある。次に前記鋳鉄キヤツプ６の
外表面はアルフイン処理７し、その外側にピスト
ン本体２ｂを構成するアルミニウム合金が鋳ぐる
まれて両者の間は化学的に強固に接合されたアル
ミニウムピストンを示すものである。 第８図は側面をメタライズされた異形セラミツ
ク成形体１ｂの円筒状側面に、同セラミツク成形
体を嵌装するクラウン部の溝の深さに等しい銅又
はコバール板等の緩衝層４を設け、その内側は前
記セラミツク成形体１ｂのメタライズ表面と又そ
の外側は鋳鉄製ピストン本体２ａと銀−銅共晶ろ
うによりろう接５して一体化してある。 第９図は前記第８図とほとんど同様だが、第９
図では異形セラミツクの円筒状側面と底面の両方
に銅板等の緩衝層４を設けその両側を銀−銅共晶
ろうによりろう接５して一体化したものである。
又、その他第８図と同一部分には同一符号が示さ
れている。 以上の如く本発明はピストンのクラウン部上面
にセラミツク成形体を嵌装一体化するについて、
セラミツク表面に強固に生成している金属膜（メ
タライズ）を利用してろう接によりその外側と一
体化され、かつ必要に応じ銅或は銅合金、銅系ク
ラツド材、鉄／ニツケル42アロイ、又はコバール
板等のろう接容易な緩衝層を設けてこれを介して
ろう接により一体結合を実現したピストンを提供
し、更には、アルミニウム合金ピストンに於ては
鋳鉄リング又は鋳鉄キヤツプをセラミツク成形体
の外側に設け、この内部は銀−銅共晶ろうにより
ろう接し、その外側はアルフイン処理した上でア
ルミニウム合金をピストン本体２ｂとして鋳ぐる
んで鋳鉄とアルミニウム合金をアルフイン処理の
化学剤で接合して各層間が強固に接合されたアル
ミニウムピストンを提供するものである。 そして、これらピストンを、実際のエンジンに
取りつけ、そのセラミツクとピストン本体の必要
強度をみると、セラミツクに働く力が主にピスト
ンの上下運動の慣性力とすると、その必要強度
は、400℃で100Kg／cm²以上であれば、良いことも
例１の試料で確認した。 次に本発明で最も重要な点はメタライズされた
セラミツク成形体を使用することにあるが、ここ
に用いられるセラミツクとしては窒化珪素
Si₃N₄、炭化硅素SiC、イツトリア安定化ジルコ
ニア等の耐熱性がよく強度の強い材料が好まし
い。その表面に金属層を設ける手段としては蒸着
法又は活性化金属法が好ましいものであり、以下
これらについて詳述する。 Ａ蒸着法 例 １ セラミツク成形体の蒸着を要する表面に、物理
蒸着法により、周期表のＡ族（Ti、Zr、Hf）
から選ばれた１種又は２種以上からなる第１金属
層を設け、その上に物理蒸着法又は化学メツキ法
により、周期表のＢ族（Cu、Ag、Au）から選
ばれた１種又は２種以上からなる第２金属層を設
けて金属膜を形成し、メタライズされたセラミツ
ク成形体を得る。 例 ２ セラミツク成形体の表面に物理蒸着法により形
成された周期表のＡ族（Ti、Zr、Hf）又は
Ａ族（Cr、Mo、Ｗ）から選ばれた１種又は２種
以上からなる第１金属層を設け、その上に物理蒸
着法又は化学メツキ法により形成されたＢ族
（Cu、Ag、Au）から選ばれた１種又は２種以上
からなる第２金属層を設けて金属膜を形成し、メ
タライズされたセラミツク成形体を得る。 例 ３ セラミツク成形体の表面に物理蒸着法により形
成された周期表のＡ族（Cr、Mo、Ｗ）又は
Ｂ族（Cu、Ag、Au）から選ばれた１種又は２種
以上からなる金属膜を形成してメタライズされた
セラミツク成形体を得る。 本発明に於て好ましいセラミツク材料について
は既に言及し、耐熱性、耐熱衝撃性の優れたもの
を挙げたが、これらの他にアルミナ磁器、ムライ
ト磁器、ジルコン磁器等のピストンのヘツドとし
て使用に耐えるならばすべてのセラミツクが適用
することができる。 次に本発明の実施例と比較例の試料を作成し比
較試験をした結果を示す。 実施例 １ 気孔率１％、窒化珪素含有率90％の常圧焼結窒
化珪素を第１図のように加工してセラミツク成形
体とし、その下面には真空蒸着法にて10^-6torrの
真空中で、Zr500Å、Cu5μを順次蒸着した後、厚
さ１mm、直径50mmのCu板又はCu（0.3）−Mo（0.4）
−Cu（0.3）のクラツド材を中間層として介在させ
鋳鉄ピストン本体のクラウン部に嵌入、接合は
銀、銅共晶ろうを用いて水素炉中で900℃にてろ
う付し、第２図の如きピストンを得た。 実施例 ２ 気孔率１％、炭化珪素含有率0.5％の常圧焼結
炭化珪素を用い、実施例と同様にして第２図の
如きピストンを得た。 接合体の強度を測るため、鋳鉄ピストンを加工
して引張強度を測定した。 又、耐熱性及び耐久性を調べるために市販のブ
ンゼンバーナーにてピストンのセラミツク部分を
直接あぶり加熱−冷却のサイクルテストを500サ
イクル、1000サイクル行なつたこの時の接合部の
温度はどちらも最高400℃、最低300℃であつた。 比較例はセラミツクをメタライズすることな
く、焼嵌め代0.1mm取り、鋳鉄ピストンのクラウ
ン部に装着して500℃で焼嵌めし前記同様なバー
ナ−テスト及び引張強度を測定した。 これらの結果は表１に示すとおりである。 The present invention relates to a ceramic-metal composite piston. Pistons, which are the main components of internal combustion engines, are exposed to high-temperature voltages and have strict requirements for heat resistance, but in order to reduce weight in small engines, pistons made of aluminum alloy instead of regular cast iron have been created. However, problems remained because the heat resistance and thermal properties such as heat insulation were inferior. Incidentally, recently pistons made of ceramic materials have been considered, and by utilizing the heat shielding effect based on the low thermal conductivity of ceramic materials, it is possible to reduce heat loss during operation of internal combustion engines, improve output, and improve the performance of hydrocarbons. Although pistons can be expected to have favorable performance such as reduced concentration and reduced fuel consumption, pistons made using the ceramic shrink-fit casting method that has been considered up to now suffer from metal damage when used for long periods of time in heating and cooling cycles. There is a risk that this may cause deformation or sagging, and a practical product has not yet been realized. The present invention was made in view of this situation, and instead of bonding ceramic and metal through physical contact such as casting or shrink fitting as described above, it combines ceramic and metal using a chemical reaction. The present invention provides a piston for an internal combustion engine that has an extremely strong joint structure by joining together. Next, the piston of the present invention will be explained with reference to the drawings. Figure 1 shows a ring-shaped metallized ceramic molded body 1a that is fitted into the crown of the piston.
It is. The metallization forms the part of the ceramic surface to be soldered in a piston, which will be described later, and here the metallization part 1-m is provided on the lower surface. Second
The figure shows that the metallized ceramic molded body 1a shown in FIG. 1 is fitted onto the upper surface of the crown portion 3 of the cast iron piston body 2a. A copper clad material, iron/nickel 42 alloy, or Kovar plate is placed on the lower surface of the ceramic molded body 1a as a buffer layer 4, and a silver-copper eutectic solder is used to connect the ceramic molded body 1a and the cast iron piston body 2a. It is a piston that is integrated with a soldered joint. The soldered surface of the ceramic molded body 1a is a metallized surface, but is omitted from illustration in FIG. FIG. 3 shows a metalized irregular-shaped ceramic molded body 1b with a space in the upper center in place of the disk-shaped metallized ceramic molded body 1a in FIG. 1, and the area shown by the imaginary line on the outside A metallized layer 1-m is provided corresponding to the brazed portion when the piston is fitted into the piston. Figures 4, 5, 6, 7, 8, and 9 show a metalized irregularly shaped ceramic molded body 1b as shown in Figure 3, which is fitted onto the top surface of the crown portion of the piston body. The figure shows an example of a piston. However, all metallized parts are omitted without being explicitly shown, but since they are soldered, they will be easily understood. Fig. 4 shows a buffer layer such as a cylindrical copper plate having a length equal to the depth of the crown portion of the piston into which the irregularly shaped ceramic molded body 1b is fitted, on the outer cylindrical side surface of the irregularly shaped ceramic molded body 1b whose side surface is metallized. 4
The metallized surface of the irregularly shaped ceramic molded body 1b existing inside and outside of the molded body 1b and the cast iron body 2a of the piston are soldered using a silver-copper eutectic brazing agent 5.
It has been integrated. Fig. 5 shows a modified ceramic molded body 1b whose entire outer surface is metallized, and a buffer layer 4 made of a copper plate or the like that matches the shape is provided on the outer side and is fitted onto the top surface of the crown portion of the piston. 4 is integrated by soldering 5 between the metallized surface of the irregularly shaped ceramic molded body 1b and the cast iron body 2a using a silver-copper eutectic brazing agent. Fig. 6 shows that a buffer layer 4 such as a copper plate is provided on the cylindrical outer surface of an irregularly shaped ceramic molded body 1b whose cylindrical side surface is metallized, and the inside of this layer covers the metallized surface of the irregularly shaped ceramic molded body 1b, and the outer surface thereof is further covered with a buffer layer 4. The cast iron ring 6 to be provided is soldered using a silver-copper eutectic brazing agent, and after the surface of the cast iron ring 6 is subjected to Alfin treatment 7, they are integrally cast together with the aluminum alloy 2b that constitutes the piston body. The layers are chemically bonded and integrated using a waxing agent and Alfin treatment. FIG. 7 shows a shaped ceramic molded body 1b whose side and bottom surfaces are metallized, with a buffer layer 4 such as a copper-molybdenum-copper clad plate adjacent to the metallized part, and a U-shaped cast iron cap 6 on the outside thereof. 5 and solder each layer with silver-copper eutectic solder.
It has been integrated. Next, the outer surface of the cast iron cap 6 is subjected to Alfin treatment 7, and an aluminum alloy constituting the piston body 2b is cast around the outside of the cast iron cap 6, and the aluminum piston is chemically and firmly bonded between the two. . Fig. 8 shows that a buffer layer 4 of copper or Kovar plate or the like is provided on the cylindrical side surface of an irregularly shaped ceramic molded body 1b whose side surface is metallized, the depth of which is equal to the depth of the groove in the crown portion into which the ceramic molded body is fitted. The inside is integrated with the metallized surface of the ceramic molded body 1b, and the outside with the cast iron piston body 2a by soldering 5 using a silver-copper eutectic solder. Figure 9 is almost the same as Figure 8 above, but
In the figure, a buffer layer 4 such as a copper plate is provided on both the cylindrical side and bottom surfaces of the deformed ceramic, and both sides are soldered 5 using a silver-copper eutectic solder to be integrated.
Further, other parts that are the same as those in FIG. 8 are designated by the same reference numerals. As described above, the present invention involves fitting and integrating a ceramic molded body onto the top surface of the crown portion of a piston.
Utilizing the metal film (metallization) strongly formed on the ceramic surface, it is integrated with the outside by soldering, and if necessary, it can be made of copper or copper alloy, copper-based cladding material, iron/nickel 42 alloy, or We provide a piston that achieves integral connection by soldering through a buffer layer such as a Kovar plate that is easy to solder.Furthermore, in the case of aluminum alloy pistons, we provide a cast iron ring or a cast iron cap with a ceramic molded body. The inside is soldered using a silver-copper eutectic solder, and the outside is treated with Alfin, and then an aluminum alloy is cast as the piston body 2b, and the cast iron and aluminum alloy are joined with a chemical agent for Alfin treatment. The present invention provides an aluminum piston in which layers are firmly bonded. When we install these pistons in an actual engine and look at the required strength of the ceramic and piston body, we find that if the force acting on the ceramic is mainly the inertial force of the vertical movement of the piston, the required strength is 100 kg at 400°C. It was also confirmed in the sample of Example 1 that it is good if it is ² cm2 or more. Next, the most important point of the present invention is the use of a metalized ceramic molded body, and the ceramic used here is silicon nitride.
Materials with good heat resistance and strength, such as Si ₃ N ₄ , silicon carbide (SiC), and yttria-stabilized zirconia, are preferable. As a means for providing a metal layer on the surface, a vapor deposition method or an activated metal method is preferable, and these methods will be described in detail below. Example of A vapor deposition method 1 Group A of the periodic table (Ti, Zr, Hf) is applied to the surface of the ceramic molded body requiring vapor deposition by physical vapor deposition.
A first metal layer consisting of one or more selected from the following is provided, and one or more selected from Group B of the periodic table (Cu, Ag, Au) is formed on the first metal layer by physical vapor deposition or chemical plating. A second metal layer consisting of two or more types is provided to form a metal film, and a metallized ceramic molded body is obtained. Example 2 A ceramic material made of one or more members selected from Group A (Ti, Zr, Hf) or Group A (Cr, Mo, W) of the periodic table formed by physical vapor deposition on the surface of a ceramic molded body. A metal film is formed by providing one metal layer, and providing a second metal layer made of one or more metals selected from group B (Cu, Ag, Au) by physical vapor deposition or chemical plating. to obtain a metalized ceramic molded body. Example 3 Metal consisting of one or more selected from Group A (Cr, Mo, W) or Group B (Cu, Ag, Au) of the periodic table, formed by physical vapor deposition on the surface of a ceramic molded body. A film is formed to obtain a metallized ceramic molded body. Preferable ceramic materials for the present invention have already been mentioned, including those with excellent heat resistance and thermal shock resistance, but in addition to these materials, there are also alumina porcelain, mullite porcelain, zircon porcelain, etc., which can withstand use as a piston head. In that case, all ceramics can be applied. Next, the results of comparative tests made by preparing samples of Examples of the present invention and Comparative Examples will be shown. Example 1 Pressure-sintered silicon nitride with a porosity of 1% and a silicon nitride content of 90% was processed to form a ceramic molded body as shown in Figure 1, and the bottom surface was coated with 10 ^-6 torr by vacuum evaporation. After sequentially depositing Zr500Å and Cu5μ in vacuum, a Cu plate with a thickness of 1mm and a diameter of 50mm or a Cu(0.3)-Mo(0.4)
-Cu (0.3) clad material is interposed as an intermediate layer and fitted into the crown of the cast iron piston body, and the joint is brazed at 900℃ in a hydrogen furnace using silver and copper eutectic solder, as shown in Figure 2. I got a piston like this. Example 2 A piston as shown in FIG. 2 was obtained in the same manner as in Example using pressureless sintered silicon carbide having a porosity of 1% and a silicon carbide content of 0.5%. In order to measure the strength of the joint, a cast iron piston was machined and its tensile strength was measured. In addition, in order to investigate heat resistance and durability, we conducted a heating-cooling cycle test of 500 and 1000 cycles by directly roasting the ceramic part of the piston using a commercially available Bunsen burner, and the temperature of the joint at both times was the highest. The temperature was 400℃, the lowest was 300℃. In the comparative example, the ceramic was not metallized, a shrink-fitting allowance of 0.1 mm was taken, and the ceramic was attached to the crown of a cast iron piston and shrink-fitted at 500°C, and the burner test and tensile strength were measured in the same manner as described above. These results are shown in Table 1.

【表】 実施例 ３ 気孔率１％、窒化珪素含有率90％の常圧焼結窒
化珪素を用いて第３図に示した如き異形セラミツ
ク成形体を作り、その垂直な外側面をメタライズ
した。 メタライズの条件は実施例１と同様な方法で
Ti1000Å、Cr1000Å、Cu5μを順次に蒸着し、メ
タライズした異形セラミツクを製造した。このメ
タライズした異形セラミツクを鋳鉄ピストンのク
ラウン部に嵌装し、厚さ0.5mmのCu板を緩衝層と
して介在させ、銀−銅共晶ろうを用いて水素炉中
で900℃でろう付けし第４図に示したような鋳鉄
ピストンを得た。 又同様にして側面及び底面に蒸着してメタライ
ズした異形セラミツクを用い、銀−銅共晶ろうを
用いて水素炉中で900℃でろう付けし、第５図に
示したような鋳鉄ピストンを得た。 更に又、側面及び底面に蒸着したメタライズし
た異形セラミツクを用い、鋳鉄リングをコバール
板を介在させて銀−銅共晶ろうを用いて水素炉中
で900℃でろう付けし、次に鋳鉄リングの表面を
アルフイツト処理した後アルミニウム合金
（AC8A）で鋳ぐるんで第６図に如きアルミニウ
ムピストンを得た。 実施例 ４ 気孔率１％、ジルコニア含有率90％のイツトリ
ア安定化ジルコニアを用い、実施例３と同様な方
法によつて、第４図、第５図及び第６図に示した
ようなピストンを製造した。これら実施例３、４
に示したものについて実施例１と同様なバーナー
テストを行なつた後、ピストンを加工して接合強
度を測定した。 比較例はSi₃N₄からなるセラミツク成形体をア
ルミニウム合金（AC8A）でぐるんでバーナーテ
ストを行なつて後、接合強度を測定した。 これらの結果は表２に示すとおりである。[Table] Example 3 A deformed ceramic molded body as shown in FIG. 3 was made using pressureless sintered silicon nitride having a porosity of 1% and a silicon nitride content of 90%, and its vertical outer surface was metallized. The conditions for metallization were the same as in Example 1.
A metalized irregular shaped ceramic was manufactured by sequentially depositing Ti1000Å, Cr1000Å, and Cu5μ. This metallized irregular shaped ceramic was fitted into the crown of a cast iron piston, a 0.5 mm thick Cu plate was interposed as a buffer layer, and the metallized ceramic was brazed at 900°C in a hydrogen furnace using a silver-copper eutectic solder. A cast iron piston as shown in Figure 4 was obtained. Similarly, a cast iron piston as shown in Fig. 5 was obtained by using deformed ceramics deposited and metallized on the side and bottom surfaces and brazing them at 900°C in a hydrogen furnace using silver-copper eutectic solder. Ta. Furthermore, using metallized irregular ceramics deposited on the side and bottom surfaces, a cast iron ring was brazed at 900°C in a hydrogen furnace using a silver-copper eutectic solder with a Kovar plate interposed. After the surface was subjected to alphite treatment, it was cast with aluminum alloy (AC8A) to obtain an aluminum piston as shown in Fig. 6. Example 4 Using ittria-stabilized zirconia with a porosity of 1% and a zirconia content of 90%, a piston as shown in FIGS. 4, 5, and 6 was produced in the same manner as in Example 3. Manufactured. These Examples 3 and 4
After conducting the same burner test as in Example 1 for the piston shown in 1, the piston was processed and the joint strength was measured. In a comparative example, a ceramic molded body made of Si ₃ N ₄ was wrapped in an aluminum alloy (AC8A) and a burner test was conducted, and then the bonding strength was measured. These results are shown in Table 2.

【表】 定した。
次に窒化珪素を用い実施例１と同様にメタライ
ズしたセラミツク成形体を得、厚さ１mmのCu板
を中間緩衝層として用い、銀−銅共晶ろうにて接
合し第２図の如き鋳鉄ピストンを得、その熱間強
度を100℃、300℃、500℃で測定した。 上記の如き各実施例と比較例の試験結果より本
発明の各実施例のピストンは300℃までは熱的に
安定であり、従来の焼嵌め、鋳ぐるみ方式による
ピストンよりも、数段性能が優れていることが判
つた。 上記各例に於て、周期表のＡ族（Ti、Zr、
Hf）、Ａ族（Cr、Mo、Ｗ）の金属を第１層或
は第２層に選んだ理由はセラミツク成形体との反
応性が良く、密着性に富み、接合強度が大きく
又、接合後の耐熱性が良好なためである。 又、最外層にＢ族（Cu、Ag、Au）を選んだ
のは各種ろう剤との濡れ性が良好であり、良好な
ろう接が得られるためである。勿論Ｂ族を第１
層にして金属膜を構成してもセラミツクとの密着
性は一応さしつかえないものと認められる。 なお本発明で物理蒸着法としてはイオンビーム
法、スパツタリング法、抵抗加熱法等を指称し、
蒸着膜厚は蒸着設備によつて限定されるものでは
あるが、好ましくはＢ族では数千Åその他は数
百Å程度あればよい。 Ｂ 活性化金属法 活性化金属法は蒸着法に代る有力な方法で次
のような手法で達成される。 (1) セラミツク成形体の表面にTi又はZrと
Ag、Cuのうち少なくとも一種以上と箔とを
載せて、非酸化性雰囲気中にて800℃〜1200
℃に加熱する方法。 (2) セラミツク成形体の表面にTi箔又はZr箔
とAg、Cuのうち少なくとも一種以上のろう
箔を載せて、非酸化性雰囲気中にて800℃〜
1200℃にて加熱接合する方法。 このような手法でセラミツク成形体の所定の表
面にメタライズ層を形成した場合、Ti又はZrが
セラミツク中に拡散してセラミツク中の酸素原
子、窒素原子と化学的に結合して高度に一体性を
保持することができる。 実施例 ５ 気孔率１％、窒化珪素含有率90％の常圧焼結窒
化珪素を第３図の如く加工し、セラミツクの側面
に重量％でTi5％、Ag69％、Cu26％の厚さ0.05
mmの箔を設置した後、Cu板（厚さ0.5mm）を設置
し、ついでAg−Cu共晶ろうをCu板を鋳鉄ピスト
ンの間に設置し、10^-4Torrの真空中で1000℃、
30分間加熱接合して第８図の如き鋳鉄ピストンを
得た。 実施例 ６ 同様なセラミツクの側面及び底面に実施例５と
全く同様な方法でTi−Ag−Cu箔、Cu板、Ag−
Cu共晶ろうを設け同様な真空加熱接合を施した
鋳鉄ピストンを得た。 これらについて実施例１の場合と同様なバーナ
ーテストを行なつた後、ピストンを加工し、その
接合強度を測定した。 結果は表３に示すとおりである。[Table] Established.
Next, a ceramic molded body was obtained by metallizing silicon nitride in the same manner as in Example 1, using a 1 mm thick Cu plate as an intermediate buffer layer, and bonding it with silver-copper eutectic solder to form a cast iron piston as shown in Figure 2. was obtained, and its hot strength was measured at 100°C, 300°C, and 500°C. The test results of the above examples and comparative examples show that the pistons of each example of the present invention are thermally stable up to 300°C, and have several orders of magnitude higher performance than pistons using conventional shrink-fitting or casting methods. It turned out to be excellent. In each of the above examples, group A of the periodic table (Ti, Zr,
Hf), A group metals (Cr, Mo, W) were selected for the first or second layer because they have good reactivity with the ceramic molded body, excellent adhesion, high bonding strength, and This is because the subsequent heat resistance is good. Moreover, the reason why Group B (Cu, Ag, Au) was selected for the outermost layer is that it has good wettability with various brazing agents, and good soldering can be obtained. Of course, group B comes first.
Even if a metal film is formed as a layer, it is recognized that the adhesion with ceramic is acceptable. In the present invention, the physical vapor deposition method refers to an ion beam method, a sputtering method, a resistance heating method, etc.
Although the thickness of the deposited film is limited by the vapor deposition equipment, it is preferably several thousand angstroms for the B group, and several hundred angstroms for the others. B. Activated metal method The activated metal method is an effective alternative to the vapor deposition method, and is achieved by the following method. (1) Ti or Zr on the surface of the ceramic molded body
At least one of Ag and Cu and foil are placed and heated at 800℃ to 1200℃ in a non-oxidizing atmosphere.
How to heat to ℃. (2) Place Ti foil or Zr foil and at least one type of solder foil among Ag and Cu on the surface of the ceramic molded body and heat it at 800℃ in a non-oxidizing atmosphere.
A method of heating and bonding at 1200℃. When a metallized layer is formed on a predetermined surface of a ceramic molded body using such a method, Ti or Zr diffuses into the ceramic and chemically combines with the oxygen and nitrogen atoms in the ceramic, resulting in a high degree of integrity. can be retained. Example 5 Pressure-sintered silicon nitride with a porosity of 1% and a silicon nitride content of 90% was processed as shown in Fig. 3, and a thickness of 0.05% of Ti 5%, Ag 69%, and Cu 26% by weight was formed on the side of the ceramic.
After installing the foil with a thickness of 10 mm, a Cu plate (0.5 mm thick) was installed, and then an Ag-Cu eutectic solder was placed between the cast iron pistons, and heated at 1000℃ in a vacuum of 10 ^-4 Torr.
After heating and bonding for 30 minutes, a cast iron piston as shown in FIG. 8 was obtained. Example 6 Ti-Ag-Cu foil, Cu plate, Ag-
A cast iron piston with a Cu eutectic solder and similar vacuum heat welding was obtained. After conducting the same burner test as in Example 1 for these, pistons were processed and their joint strength was measured. The results are shown in Table 3.

【表】 これらの結果から判るように活性化金属法によ
つても蒸着法同様に強固なメタライズ層を設けた
セラミツク成形体が得られるので、これを用いた
ピストンの各種効果は蒸着法と全く変るところが
ない。[Table] As can be seen from these results, a ceramic molded body with a strong metallized layer can be obtained by the activated metal method as well as by the vapor deposition method, so the various effects of the piston using this method are completely different from those by the vapor deposition method. There is nothing that will change.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明で用いられるメタライズされた
セラミツク成形体の一例を示す縦断面図、第２図
はこれを用いた本発明のピストンの構造例を示す
一部縦断面図、第３図は本発明で用いられるメタ
ライズされたセラミツク成形体の他の例を示す縦
断面図、第４図〜第９図はこれを用いた本発明の
ピストンの各構造例を示す一部縦断面図である。 １ａ：メタライズされたリング状セラミツク成
形体、１ｂ：メタライズされた異形セラミツク成
形体、１−ｍ：メタライズ部、２ａ：鋳鉄ピスト
ン本体、２ｂ：アルミニウム合金ピストン本体、
３：クラウン部、４：緩衝層、５：ろう接、６：
鋳鉄リング、鋳鉄キヤツプ、７：アルフイン処
理。 FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing an example of a metalized ceramic molded body used in the present invention, FIG. 2 is a partial vertical cross-sectional view showing an example of the structure of a piston of the present invention using this, and FIG. FIGS. 4 to 9 are vertical cross-sectional views showing other examples of the metallized ceramic molded body used in the present invention, and FIGS. 4 to 9 are partial vertical cross-sectional views showing structural examples of the piston of the present invention using the same. . 1a: Metallized ring-shaped ceramic molded body, 1b: Metallized irregular shaped ceramic molded body, 1-m: Metallized part, 2a: Cast iron piston body, 2b: Aluminum alloy piston body,
3: Crown part, 4: Buffer layer, 5: Brazing, 6:
Cast iron ring, cast iron cap, 7: Alfin treatment.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １ 蒸着法によりメタライズされたセラミツク成
形体が、銅、銅合金、銅／Mo／銅クラツド材、
銅／インバー／銅クラツド材、鉄／42％Ni合金
又はコバールより選ばれた緩衝層を介して鋳鉄ピ
ストン本体とろう付けされていることを特徴とす
る鋳鉄ピストン。 ２ セラミツク成形体をTi及びZrのうち一種以
上とAg及びCuのうち一種以上との混合活性ろう
材により、銅、銅合金、銅／Mo／銅クラツド
材、銅／インバー／銅クラツド材、鉄／42％Ni
合金又はコバールより選ばれた緩衝層とろう付け
され、緩衝層と鋳鉄ピストン本体とは銀ろうにて
ろう付けされていることを特徴とする鋳鉄ピスト
ン。 ３ セラミツク成形体と鋳鉄リングとが、銅、銅
合金、銅／Mo／銅クラツド材、銅／インバー／
銅クラツド材、鉄／42％Ni合金又はコバールよ
り選ばれた緩衝層を介して、蒸着法あるいは活性
ろう材によりろう付けされ、更にアルミニウムに
より鋳ぐるまれていることを特徴とするアルミニ
ウムピストン。[Claims] 1. A ceramic molded body metallized by a vapor deposition method can be made of copper, copper alloy, copper/Mo/copper clad material,
A cast iron piston characterized by being brazed to a cast iron piston body through a buffer layer selected from copper/invar/copper clad material, iron/42% Ni alloy, or Kovar. 2 Ceramic molded bodies can be made into copper, copper alloy, copper/Mo/copper clad material, copper/invar/copper clad material, iron by using a mixed activated brazing filler metal of one or more of Ti and Zr and one or more of Ag and Cu. /42%Ni
A cast iron piston characterized in that it is brazed with a buffer layer selected from alloy or Kovar, and the buffer layer and the cast iron piston body are brazed with silver solder. 3 The ceramic molded body and the cast iron ring are made of copper, copper alloy, copper/Mo/copper clad material, copper/invar/
An aluminum piston characterized in that it is brazed by vapor deposition or active brazing material through a buffer layer selected from copper clad material, iron/42% Ni alloy, or Kovar, and is further cast in aluminum.