JPH1061765A - セラミックス基複合材料製ピストンピン及びその製造方法 - Google Patents
セラミックス基複合材料製ピストンピン及びその製造方法Info
- Publication number
- JPH1061765A JPH1061765A JP21276796A JP21276796A JPH1061765A JP H1061765 A JPH1061765 A JP H1061765A JP 21276796 A JP21276796 A JP 21276796A JP 21276796 A JP21276796 A JP 21276796A JP H1061765 A JPH1061765 A JP H1061765A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal
- piston pin
- impregnated
- ceramic
- carbon black
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2251/00—Material properties
- F05C2251/04—Thermal properties
- F05C2251/042—Expansivity
Landscapes
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 硬度と熱膨張率の双方において適切な特性を
有するピストンピンを提供する。 【解決手段】 多孔質セラミックス基材の開気孔中に金
属が含浸されてなるセラミックス基複合材料製のピスト
ンピンにおいて、前記多孔質セラミックス基材の気孔率
をその中心から外表面に向かって低下させ、この基材に
含浸されている金属の含浸量をこの基材の中心から外表
面に向かって低下させる。
有するピストンピンを提供する。 【解決手段】 多孔質セラミックス基材の開気孔中に金
属が含浸されてなるセラミックス基複合材料製のピスト
ンピンにおいて、前記多孔質セラミックス基材の気孔率
をその中心から外表面に向かって低下させ、この基材に
含浸されている金属の含浸量をこの基材の中心から外表
面に向かって低下させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はピストンピンに関す
る。さらに詳細には、本発明は、熱膨張率と硬度が共に
適切な値を有する、セラミックス基複合材料製ピストン
ピン及びその製造方法に関する。
る。さらに詳細には、本発明は、熱膨張率と硬度が共に
適切な値を有する、セラミックス基複合材料製ピストン
ピン及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ピストンピンは、内燃機関のシリンダ内
を往復して吸入、圧縮、爆発、排気の作用を行うピスト
ンと、このピストンの往復運動を回転運動に変換するク
ランクシャフトに取付けられたコンロッドとを結合する
ものである。このピストンピンはピストンのピンボスに
挿入され、そこでコンロッドの小端部とピストンとを結
合させる。
を往復して吸入、圧縮、爆発、排気の作用を行うピスト
ンと、このピストンの往復運動を回転運動に変換するク
ランクシャフトに取付けられたコンロッドとを結合する
ものである。このピストンピンはピストンのピンボスに
挿入され、そこでコンロッドの小端部とピストンとを結
合させる。
【０００３】このように、ピストンピンはピストンが受
けた爆発圧力をコンロッドに伝達する部品であり、従っ
てこのピストンピンには高荷重が作用して曲げ、たわみ
が生ずる。また、ピンボスの応力集中を伴うため、十分
な強度及び剛性が要求される。現在、このようなピスト
ンピンは、クロム鋼などの機械構造用合金鋼を用い、冷
間鍛造により所定の部品形状に成形された後、浸炭焼き
入れ、焼き戻しにより表面処理を施して製造されてい
る。
けた爆発圧力をコンロッドに伝達する部品であり、従っ
てこのピストンピンには高荷重が作用して曲げ、たわみ
が生ずる。また、ピンボスの応力集中を伴うため、十分
な強度及び剛性が要求される。現在、このようなピスト
ンピンは、クロム鋼などの機械構造用合金鋼を用い、冷
間鍛造により所定の部品形状に成形された後、浸炭焼き
入れ、焼き戻しにより表面処理を施して製造されてい
る。
【０００４】ところで、現在自動車部品としてセラミッ
クスが使用されている。このようなセラミックスは一般
に構造用セラミックスと呼ばれ各種のものが実用化され
ている。このようにセラミックスが自動車部品として使
用されるのは、このセラミックスが耐熱性に優れ、高温
においても十分な強度を有すること、硬度が高く、耐磨
耗性に優れていること、密度が小さく軽量であること、
化学的に安定であり、耐食性に優れていること、等の利
点を有しているからである。
クスが使用されている。このようなセラミックスは一般
に構造用セラミックスと呼ばれ各種のものが実用化され
ている。このようにセラミックスが自動車部品として使
用されるのは、このセラミックスが耐熱性に優れ、高温
においても十分な強度を有すること、硬度が高く、耐磨
耗性に優れていること、密度が小さく軽量であること、
化学的に安定であり、耐食性に優れていること、等の利
点を有しているからである。
【０００５】ここで、耐熱性と機械的特性が共に優れた
構造用セラミックスである窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4)とクロ
ム鋼（ＳＣｒ15）の特性を以下の表１に示す。
構造用セラミックスである窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4)とクロ
ム鋼（ＳＣｒ15）の特性を以下の表１に示す。
【表１】
【０００６】この表より明らかなように、窒化珪素はク
ロム鋼よりも軽量であり、かつ強度、硬度に優れてい
る。ところが、内燃機関のシリンダ内は高温環境にあ
り、ピストンの最高使用温度は数百度にも達する。この
ような高温ではピストン自体が膨張するが、ピストンピ
ンとしてセラミックスを用いた場合、表１より明らかな
ように、セラミックスとスチールでは熱膨張率に大きな
差があるため、高温下では、熱膨張率の小さなセラミッ
クス製のピストンピンの外径と、熱膨張率の大きなスチ
ール製であるピンボスのピストンピン穴及びコンロッド
小端穴の直径との間のクリアランスが拡大する。この結
果、ピストンの往復運動時にピン打音が発生してしま
う。
ロム鋼よりも軽量であり、かつ強度、硬度に優れてい
る。ところが、内燃機関のシリンダ内は高温環境にあ
り、ピストンの最高使用温度は数百度にも達する。この
ような高温ではピストン自体が膨張するが、ピストンピ
ンとしてセラミックスを用いた場合、表１より明らかな
ように、セラミックスとスチールでは熱膨張率に大きな
差があるため、高温下では、熱膨張率の小さなセラミッ
クス製のピストンピンの外径と、熱膨張率の大きなスチ
ール製であるピンボスのピストンピン穴及びコンロッド
小端穴の直径との間のクリアランスが拡大する。この結
果、ピストンの往復運動時にピン打音が発生してしま
う。
【０００７】従って、ピストンピンとしてセラミックス
を用いる場合、その熱膨張率を高める必要がある。この
熱膨張率を高めるためには、セラミックスを熱膨張率の
高い金属と複合化する手段が考えられる。このようなセ
ラミックスと金属の複合材料は従来より知られており、
例えば特開昭４９−１２１８１０号公報は、セラミック
ス等の多孔体に溶融金属を含浸させることからなる、金
属含浸体の製造方法が開示されている。アルミニウムは
スチールのほぼ倍の熱膨張率を有しており、セラミック
スにこのアルミニウムを含浸させると、その含浸量に比
例して得られる複合材料の熱膨張率は増加し、また、ア
ルミニウムは密度が低いため、その含浸量に比例して複
合材料の密度も低下する。従って、セラミックスに含浸
させる金属の量を調節することにより、ピストンピンボ
ス及びコンロッドに用いられる材料とほぼ同等の熱膨張
率を達成することができ、上記のピン打音の問題を解消
することができる。例えば、窒化珪素基材にアルミ合金
(A41) を56体積％含浸させることにより、上記表１に示
すように、クロム鋼とほぼ同等の熱膨張率を達成するこ
とができる。
を用いる場合、その熱膨張率を高める必要がある。この
熱膨張率を高めるためには、セラミックスを熱膨張率の
高い金属と複合化する手段が考えられる。このようなセ
ラミックスと金属の複合材料は従来より知られており、
例えば特開昭４９−１２１８１０号公報は、セラミック
ス等の多孔体に溶融金属を含浸させることからなる、金
属含浸体の製造方法が開示されている。アルミニウムは
スチールのほぼ倍の熱膨張率を有しており、セラミック
スにこのアルミニウムを含浸させると、その含浸量に比
例して得られる複合材料の熱膨張率は増加し、また、ア
ルミニウムは密度が低いため、その含浸量に比例して複
合材料の密度も低下する。従って、セラミックスに含浸
させる金属の量を調節することにより、ピストンピンボ
ス及びコンロッドに用いられる材料とほぼ同等の熱膨張
率を達成することができ、上記のピン打音の問題を解消
することができる。例えば、窒化珪素基材にアルミ合金
(A41) を56体積％含浸させることにより、上記表１に示
すように、クロム鋼とほぼ同等の熱膨張率を達成するこ
とができる。
【０００８】ところが、表１より明らかなように、セラ
ミックスに金属を含浸させることにより熱膨張率を高め
ることができるが、金属の含浸量の増加に伴い逆に硬度
は低下してしまう。すなわち、金属含浸複合材料を用い
るとピン打音は発生しないが、硬度の低下に伴うピンの
損傷、磨耗等の問題が発生することになる。
ミックスに金属を含浸させることにより熱膨張率を高め
ることができるが、金属の含浸量の増加に伴い逆に硬度
は低下してしまう。すなわち、金属含浸複合材料を用い
るとピン打音は発生しないが、硬度の低下に伴うピンの
損傷、磨耗等の問題が発生することになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】このようにセラミック
スでピストンピンを製造するとその熱膨張率が低いため
ピン打音が発生するという問題があり、セラミックスに
金属を含浸させて熱膨張率を高めると硬度が低下してピ
ストンピンとしては使用できないという問題がある。ピ
ストンピンには相手部材となるピストンのピンボス部や
コンロッド小端部との熱膨張率の近さと十分な硬度とが
要求されるが、従来のセラミックスもしくはセラミック
ス複合材料ではこの熱膨張率と硬度をバランスさせた特
性を得ることは困難であった。
スでピストンピンを製造するとその熱膨張率が低いため
ピン打音が発生するという問題があり、セラミックスに
金属を含浸させて熱膨張率を高めると硬度が低下してピ
ストンピンとしては使用できないという問題がある。ピ
ストンピンには相手部材となるピストンのピンボス部や
コンロッド小端部との熱膨張率の近さと十分な硬度とが
要求されるが、従来のセラミックスもしくはセラミック
ス複合材料ではこの熱膨張率と硬度をバランスさせた特
性を得ることは困難であった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明によれば、多孔質セラミックス基材の開気孔
中に金属が含浸されてなるセラミックス基複合材料製の
ピストンピンにおいて、前記多孔質セラミックス基材の
気孔率がその中心から外表面に向かって低下しており、
この基材に含浸されている金属の含浸量がこの基材の中
心から外表面に向かって低下している。
めに本発明によれば、多孔質セラミックス基材の開気孔
中に金属が含浸されてなるセラミックス基複合材料製の
ピストンピンにおいて、前記多孔質セラミックス基材の
気孔率がその中心から外表面に向かって低下しており、
この基材に含浸されている金属の含浸量がこの基材の中
心から外表面に向かって低下している。
【００１１】このように、セラミックス基材の気孔率に
傾斜を設け、外表面の気孔率を内部に比して小さくする
ことにより、ピストンピンの表面では金属に対するセラ
ミックスの割合を高くすることができ、高い硬度を達成
でき、一方内部は熱膨張率を高くすることができ、相対
的に靱性を高くすることができ、結果としてピストンピ
ンとして外表面に要求される硬度と、全体として要求さ
れる熱膨張率を双方を達成することになる。
傾斜を設け、外表面の気孔率を内部に比して小さくする
ことにより、ピストンピンの表面では金属に対するセラ
ミックスの割合を高くすることができ、高い硬度を達成
でき、一方内部は熱膨張率を高くすることができ、相対
的に靱性を高くすることができ、結果としてピストンピ
ンとして外表面に要求される硬度と、全体として要求さ
れる熱膨張率を双方を達成することになる。
【００１２】また、２番目の発明によれば、上記セラミ
ックス基複合材料製ピストンピンの製造方法において、
所定のピストンピンの形状であり、内部に中空部を有
し、かつ中心から外表面に向かって気孔率が低下してい
る多孔質セラミックス基材に対し、前記内部の中空部か
ら外表面に向かって金属が充填含浸される。
ックス基複合材料製ピストンピンの製造方法において、
所定のピストンピンの形状であり、内部に中空部を有
し、かつ中心から外表面に向かって気孔率が低下してい
る多孔質セラミックス基材に対し、前記内部の中空部か
ら外表面に向かって金属が充填含浸される。
【００１３】セラミックス基材は内側から外表面に向か
って気孔率が低下しているため、金属の含浸に対する抵
抗の小さな内側から、すなわち中空のセラミックス基材
のこの中空部から外表面に向かって金属を含浸させるこ
とにより十分かつ確実に金属の含浸を行うことができ
る。
って気孔率が低下しているため、金属の含浸に対する抵
抗の小さな内側から、すなわち中空のセラミックス基材
のこの中空部から外表面に向かって金属を含浸させるこ
とにより十分かつ確実に金属の含浸を行うことができ
る。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明のセラミックス基複合材料
製ピストンピンに用いられるセラミックス材料として
は、従来構造用セラミックスとして用いられている各種
のものを用いることができる。このようなセラミックス
としては、例えば非酸化物系の窒化珪素、炭化珪素、窒
化アルミニウム、サイアロン、酸化物系のアルミナ、ジ
ルコニア、ムライト、コーディエライト、チタン酸アル
ミニウム等が例示される。これらのうち、物理的・化学
的特性の点において窒化珪素が特に好ましく、粒状粉末
の窒化珪素成形体を高温で加熱してプリフォームとした
ときに、粒子形状が柱状に変化するので、柱状粒子が３
次元的に絡み合った構造のプリフォームが得られる点に
おいて優れている。
製ピストンピンに用いられるセラミックス材料として
は、従来構造用セラミックスとして用いられている各種
のものを用いることができる。このようなセラミックス
としては、例えば非酸化物系の窒化珪素、炭化珪素、窒
化アルミニウム、サイアロン、酸化物系のアルミナ、ジ
ルコニア、ムライト、コーディエライト、チタン酸アル
ミニウム等が例示される。これらのうち、物理的・化学
的特性の点において窒化珪素が特に好ましく、粒状粉末
の窒化珪素成形体を高温で加熱してプリフォームとした
ときに、粒子形状が柱状に変化するので、柱状粒子が３
次元的に絡み合った構造のプリフォームが得られる点に
おいて優れている。
【００１５】このセラミックス材料を所定のピストンピ
ンの形状に成形する。これは常法により行ってよく、す
なわち、セラミックス材料粉末に焼結助剤、成形助剤等
を混合して混練した原料粉末を、圧縮することにより成
形する金型成形法やＣＩＰ（冷間静水圧プレス）法、可
塑成形を利用する押出成形法や射出成形法、原料スラリ
ーを流し込むスリップキャスト法等により成形する。こ
うして得たセラミックス材料の成形体を通常の加熱濾に
て加熱し、多孔質のプリフォームとする。このプリフォ
ームの気孔率は成形圧力と加熱温度により調節すること
ができる。
ンの形状に成形する。これは常法により行ってよく、す
なわち、セラミックス材料粉末に焼結助剤、成形助剤等
を混合して混練した原料粉末を、圧縮することにより成
形する金型成形法やＣＩＰ（冷間静水圧プレス）法、可
塑成形を利用する押出成形法や射出成形法、原料スラリ
ーを流し込むスリップキャスト法等により成形する。こ
うして得たセラミックス材料の成形体を通常の加熱濾に
て加熱し、多孔質のプリフォームとする。このプリフォ
ームの気孔率は成形圧力と加熱温度により調節すること
ができる。
【００１６】本発明のピストンピンに用いられるセラミ
ックス基材（プリフォーム）は、上記のようにその内部
の開気孔率がその内部中心から外表面に向かって低下し
ていることが必要である。セラミックス材料の成形体を
焼結すると、加熱温度によっては、緻密化を促進する助
剤を加えない窒化珪素では多孔質のプリフォームが得ら
れるが、その内部の気孔率は一様であり、本発明の目的
を達成することができない。プリフォーム内部の気孔率
に変化を設けるためには、例えば加熱前のセラミックス
成形体内に、加熱によって消失するような材料、例えば
カーボンブラック、又は昇華性物質、例えばナフタリ
ン、アントラセン、臭化カリウム等の微粒子を、成形体
内にその分布に傾斜をもたせて混入させておく。すなわ
ち、気孔率を高くしたい成形体の内部に多くの前記微粒
子を分布させ、外表面に向かって含有量を少なくする。
焼成の際の高温において前記微粒子はセラミックスの焼
成体から除去され、前記微粒子の含有分布に対応した、
すなわち内部に多くの、そして外表面に向かって減少し
た気孔が形成されることになる。
ックス基材（プリフォーム）は、上記のようにその内部
の開気孔率がその内部中心から外表面に向かって低下し
ていることが必要である。セラミックス材料の成形体を
焼結すると、加熱温度によっては、緻密化を促進する助
剤を加えない窒化珪素では多孔質のプリフォームが得ら
れるが、その内部の気孔率は一様であり、本発明の目的
を達成することができない。プリフォーム内部の気孔率
に変化を設けるためには、例えば加熱前のセラミックス
成形体内に、加熱によって消失するような材料、例えば
カーボンブラック、又は昇華性物質、例えばナフタリ
ン、アントラセン、臭化カリウム等の微粒子を、成形体
内にその分布に傾斜をもたせて混入させておく。すなわ
ち、気孔率を高くしたい成形体の内部に多くの前記微粒
子を分布させ、外表面に向かって含有量を少なくする。
焼成の際の高温において前記微粒子はセラミックスの焼
成体から除去され、前記微粒子の含有分布に対応した、
すなわち内部に多くの、そして外表面に向かって減少し
た気孔が形成されることになる。
【００１７】このようにセラミックス成形体内のカーボ
ンブラック等の微粒子の混合量に傾斜を設けるための１
つの方法を図１を参照して説明する。まず、セラミック
ス原料粉末にカーボンブラックを加えて成形用粉末を製
造する。この際、カーボンブラックの混合量を変化さ
せ、例えば図１の場合、カーボンブラックの含有量のみ
が異なる３種類の成形用粉末を製造する。そして所定の
ピストンピンの形状の金型に芯金を入れ、カーボンブラ
ック含有量の最も少ない成形用粉末１を金型と芯金の間
に充填し、加圧成形する。成形後、芯金を抜き取り、次
いで得られた成形体の中空部に、前記芯金よりも径の小
さな芯金を挿入し、前記成形粉末よりもカーボンブラッ
クの含有量の多い成形用粉末２をこの芯金と成形体の間
に充填し、加圧成形する。芯金を抜き取った後、最後に
得られた成形体の中空部に、カーボンブラック含有量の
最も多い成形用粉末３を充填し、加圧成形する。以上の
ようにすれば、カーボンブラックの含有量が３段階に変
化した、内部から外表面に向かってカーボンブラックの
含有量が低下したセラミックス原料の成形体を得ること
ができる。この図では３段階の傾斜を設けたが、成形用
粉末の種類を多くし、成形段階を多くすることによりよ
り多段階のカーボンブラックの含有量の傾斜を設けるこ
とができる。また、上記では成形体の周囲から成形を行
ったが、これとは逆に成形体の中心から、カーボンブラ
ックの含有量の多い成形用粉末を用いて順に成形を行っ
てもよい。こうして得られた成形体を空気中４００〜６
５０℃で加熱することにより、内部のカーボンブラック
は消失し、気孔が形成されるが、カーボンブラックの含
有量に応じて、内部から外表面に向かって気孔率が低下
した多孔質セラミックス基材が得られる。
ンブラック等の微粒子の混合量に傾斜を設けるための１
つの方法を図１を参照して説明する。まず、セラミック
ス原料粉末にカーボンブラックを加えて成形用粉末を製
造する。この際、カーボンブラックの混合量を変化さ
せ、例えば図１の場合、カーボンブラックの含有量のみ
が異なる３種類の成形用粉末を製造する。そして所定の
ピストンピンの形状の金型に芯金を入れ、カーボンブラ
ック含有量の最も少ない成形用粉末１を金型と芯金の間
に充填し、加圧成形する。成形後、芯金を抜き取り、次
いで得られた成形体の中空部に、前記芯金よりも径の小
さな芯金を挿入し、前記成形粉末よりもカーボンブラッ
クの含有量の多い成形用粉末２をこの芯金と成形体の間
に充填し、加圧成形する。芯金を抜き取った後、最後に
得られた成形体の中空部に、カーボンブラック含有量の
最も多い成形用粉末３を充填し、加圧成形する。以上の
ようにすれば、カーボンブラックの含有量が３段階に変
化した、内部から外表面に向かってカーボンブラックの
含有量が低下したセラミックス原料の成形体を得ること
ができる。この図では３段階の傾斜を設けたが、成形用
粉末の種類を多くし、成形段階を多くすることによりよ
り多段階のカーボンブラックの含有量の傾斜を設けるこ
とができる。また、上記では成形体の周囲から成形を行
ったが、これとは逆に成形体の中心から、カーボンブラ
ックの含有量の多い成形用粉末を用いて順に成形を行っ
てもよい。こうして得られた成形体を空気中４００〜６
５０℃で加熱することにより、内部のカーボンブラック
は消失し、気孔が形成されるが、カーボンブラックの含
有量に応じて、内部から外表面に向かって気孔率が低下
した多孔質セラミックス基材が得られる。
【００１８】こうして得られた多孔質セラミックス基材
に、常法により金属を含浸させる。例えば、加熱溶融し
た金属中に多孔質セラミックス基材を浸漬させる。この
際、雰囲気を加圧して含浸させてもよく、あるいは減圧
し、いわゆる真空法により含浸させてもよい。又は、高
圧鋳造法（スクイズキャスティング法）により１トン以
上の圧力において金属を注入してもよい。この含浸させ
る金属としては各種のものを用いることができるが、物
性の点から、アルミニウム、マグネシウム、もしくはこ
れらの合金が好ましい。この金属は多孔質セラミックス
基材の空隙の98％以上を占有することが好ましい。この
金属が占有する割合が低いと、得られるピストンピン内
に空孔欠陥が生じ、強度が低下することがあるからであ
る。
に、常法により金属を含浸させる。例えば、加熱溶融し
た金属中に多孔質セラミックス基材を浸漬させる。この
際、雰囲気を加圧して含浸させてもよく、あるいは減圧
し、いわゆる真空法により含浸させてもよい。又は、高
圧鋳造法（スクイズキャスティング法）により１トン以
上の圧力において金属を注入してもよい。この含浸させ
る金属としては各種のものを用いることができるが、物
性の点から、アルミニウム、マグネシウム、もしくはこ
れらの合金が好ましい。この金属は多孔質セラミックス
基材の空隙の98％以上を占有することが好ましい。この
金属が占有する割合が低いと、得られるピストンピン内
に空孔欠陥が生じ、強度が低下することがあるからであ
る。
【００１９】上記のように、本発明に用いられる多孔質
セラミックス基材はその気孔率が内部から外表面に向か
って低下している。金属を含浸させる際の抵抗は気孔率
が高い方が低いため、基材の外表面からよりも内部から
金属を含浸させた方が容易であると考えられる。そこで
本発明のピストンピンの製造において、多孔質セラミッ
クス基材を中空にし、例えば図１において３の部分を中
空にし、この中空部から基材の外表面に向かって金属を
含浸させることが好ましい。そして基材の中空部を金属
で充填して中心が金属である中実の図２に示すようなピ
ストンピンが得られる。
セラミックス基材はその気孔率が内部から外表面に向か
って低下している。金属を含浸させる際の抵抗は気孔率
が高い方が低いため、基材の外表面からよりも内部から
金属を含浸させた方が容易であると考えられる。そこで
本発明のピストンピンの製造において、多孔質セラミッ
クス基材を中空にし、例えば図１において３の部分を中
空にし、この中空部から基材の外表面に向かって金属を
含浸させることが好ましい。そして基材の中空部を金属
で充填して中心が金属である中実の図２に示すようなピ
ストンピンが得られる。
【００２０】セラミックス材料としては各種のものを用
いることができ、特に窒化珪素を用いることが好ましい
が、この窒化珪素を用いた多孔質窒化珪素基材は、平均
粒径が１μｍ以下であり、かつアスペクト比が５以上で
ある窒化珪素質の柱状晶であることが特に好ましい。こ
のような構成にすることにより、金属をより容易に含浸
させることができ、また金属を含浸させても窒化珪素の
有する高い強度をあまり損なうことなく、靱性を向上さ
せることができるからである。さらに、この窒化珪素質
の柱状晶は多孔質窒化珪素基材の35〜90体積％を占める
ことがさらに好ましい。
いることができ、特に窒化珪素を用いることが好ましい
が、この窒化珪素を用いた多孔質窒化珪素基材は、平均
粒径が１μｍ以下であり、かつアスペクト比が５以上で
ある窒化珪素質の柱状晶であることが特に好ましい。こ
のような構成にすることにより、金属をより容易に含浸
させることができ、また金属を含浸させても窒化珪素の
有する高い強度をあまり損なうことなく、靱性を向上さ
せることができるからである。さらに、この窒化珪素質
の柱状晶は多孔質窒化珪素基材の35〜90体積％を占める
ことがさらに好ましい。
【００２１】
【実施例】シリコンジミドの熱分解によって得られたα
−Ｓｉ3 Ｎ4 粉末（平均粒径0.3μｍ）と焼結助剤とし
てのＹ2 Ｏ3 粉末（平均粒径0.6 μｍ）とを重量比で
９：１に、エタノールを媒液とした湿式で３日間ボール
ミル混合した。その後、この混合した粉末を乾燥し、ふ
るいを通過させてセラミックス原料粉末を得た。このセ
ラミックス原料粉末に、下記の表２に示す割合でカーボ
ンブラック（三菱化学（株）製、ダイアブラックＩ）を
加え、上記と同様にして混合し、４種類の成形用粉末１
〜４を得た。
−Ｓｉ3 Ｎ4 粉末（平均粒径0.3μｍ）と焼結助剤とし
てのＹ2 Ｏ3 粉末（平均粒径0.6 μｍ）とを重量比で
９：１に、エタノールを媒液とした湿式で３日間ボール
ミル混合した。その後、この混合した粉末を乾燥し、ふ
るいを通過させてセラミックス原料粉末を得た。このセ
ラミックス原料粉末に、下記の表２に示す割合でカーボ
ンブラック（三菱化学（株）製、ダイアブラックＩ）を
加え、上記と同様にして混合し、４種類の成形用粉末１
〜４を得た。
【００２２】
【表２】
【００２３】φ36×70mmの金型の中心にφ28mmの芯金を
配置させ、この金型と芯金の隙間に上記表２に示した成
形用粉末No.1を振動充填し、150kg/cm2 で加圧成形し
た。次いで芯金を抜き取り、かわりにφ20mmの芯金を挿
入し、この金型と芯金の隙間に上記表２に示した成形用
粉末No.2を振動充填し、150kg/cm2 で加圧成形した。次
いでφ12mmの芯金を挿入し、成形用粉末No.3を振動充填
し、加圧成形し、最後に成形用粉末No.4を振動充填し、
加圧成形し、４層の組成からなるφ36×70mmの成形体を
得た。この成形体を薄ゴム袋に入れ、減圧排気した後に
密封し、水中で3000kg/cm2の静水圧加圧を行った。
配置させ、この金型と芯金の隙間に上記表２に示した成
形用粉末No.1を振動充填し、150kg/cm2 で加圧成形し
た。次いで芯金を抜き取り、かわりにφ20mmの芯金を挿
入し、この金型と芯金の隙間に上記表２に示した成形用
粉末No.2を振動充填し、150kg/cm2 で加圧成形した。次
いでφ12mmの芯金を挿入し、成形用粉末No.3を振動充填
し、加圧成形し、最後に成形用粉末No.4を振動充填し、
加圧成形し、４層の組成からなるφ36×70mmの成形体を
得た。この成形体を薄ゴム袋に入れ、減圧排気した後に
密封し、水中で3000kg/cm2の静水圧加圧を行った。
【００２４】こうして得られた成形体を空気中で450 ℃
において加熱し、成形体内部のカーボンブラックを燃焼
除去させた。この結果、φ33×66mmの、カーボンブラッ
ク添加量に相当する気孔を有する多孔質窒化珪素基材が
得られた。
において加熱し、成形体内部のカーボンブラックを燃焼
除去させた。この結果、φ33×66mmの、カーボンブラッ
ク添加量に相当する気孔を有する多孔質窒化珪素基材が
得られた。
【００２５】この多孔質窒化珪素基材にアルミニウム合
金（95wt% Ａｌ−４wt% Ｃｕ−１wt% Ｓｉ）溶湯を1000
kg/cm2に加圧して含浸させた後、冷却し、本発明のアル
ミニウム−窒化珪素複合材料ピストンピンが得られた。
このピストンピンの断面のアルミニウム合金量を常法で
測定したところ、表層部において約46体積％、中間部で
約55体積％、そして中心部で約64％であり、アルミニウ
ム合金の傾斜組成を示した。
金（95wt% Ａｌ−４wt% Ｃｕ−１wt% Ｓｉ）溶湯を1000
kg/cm2に加圧して含浸させた後、冷却し、本発明のアル
ミニウム−窒化珪素複合材料ピストンピンが得られた。
このピストンピンの断面のアルミニウム合金量を常法で
測定したところ、表層部において約46体積％、中間部で
約55体積％、そして中心部で約64％であり、アルミニウ
ム合金の傾斜組成を示した。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば、多孔質セラミックス基
材の気孔率に傾斜を設け、含浸金属量を、基材の内部に
多くし、外表面に向かって少なくして傾斜を設けること
により、硬度と熱膨張率の双方において適切な特性を有
するピストンピンを得ることができる。
材の気孔率に傾斜を設け、含浸金属量を、基材の内部に
多くし、外表面に向かって少なくして傾斜を設けること
により、硬度と熱膨張率の双方において適切な特性を有
するピストンピンを得ることができる。
【図１】本発明のピストンピン用のセラミックス基材の
断面図である。
断面図である。
【図２】本発明のピストンピンの断面図である。
１、２、３…カーボンブラック含有セラミックス原料 ４…金属含有多孔質セラミックス ５…金属
Claims (2)
- 【請求項１】 多孔質セラミックス基材の開気孔中に金
属が含浸されてなるセラミックス基複合材料製のピスト
ンピンにおいて、前記多孔質セラミックス基材の気孔率
がその中心から外表面に向かって低下しており、この基
材に含浸されている金属の含浸量がこの基材の中心から
外表面に向かって低下していることを特徴とするセラミ
ックス基複合材料製ピストンピン。 - 【請求項２】 多孔質セラミックス基材の開気孔中に金
属が含浸されてなるセラミックス基複合材料製のピスト
ンピンの製造方法であって、所定のピストンピンの形状
であり、内部に中空部を有し、かつ中心から外表面に向
かって気孔率が低下している多孔質セラミックス基材に
対し、前記内部の中空部から外表面に向かって金属を充
填含浸することを特徴とするセラミックス基複合材料製
ピストンピンの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21276796A JPH1061765A (ja) | 1996-08-12 | 1996-08-12 | セラミックス基複合材料製ピストンピン及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21276796A JPH1061765A (ja) | 1996-08-12 | 1996-08-12 | セラミックス基複合材料製ピストンピン及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1061765A true JPH1061765A (ja) | 1998-03-06 |
Family
ID=16628068
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21276796A Pending JPH1061765A (ja) | 1996-08-12 | 1996-08-12 | セラミックス基複合材料製ピストンピン及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1061765A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7033156B2 (en) | 2002-04-11 | 2006-04-25 | Luka Gakovic | Ceramic center pin for compaction tooling and method for making same |
| US7214046B2 (en) | 2002-04-11 | 2007-05-08 | Luka Gakovic | Ceramic center pin for compaction tooling and method for making same |
| US8312612B2 (en) | 2002-04-11 | 2012-11-20 | Blue Sky Vision Partners, Llc | Refurbished punch tip and method for manufacture and refurbishing |
| US8807199B2 (en) | 2004-04-08 | 2014-08-19 | Composite Metal Technology Ltd. | Liquid pressure forming |
-
1996
- 1996-08-12 JP JP21276796A patent/JPH1061765A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7033156B2 (en) | 2002-04-11 | 2006-04-25 | Luka Gakovic | Ceramic center pin for compaction tooling and method for making same |
| US7214046B2 (en) | 2002-04-11 | 2007-05-08 | Luka Gakovic | Ceramic center pin for compaction tooling and method for making same |
| US7913369B2 (en) | 2002-04-11 | 2011-03-29 | Blue Sky Vision Partners, Llc | Ceramic center pin for compaction tooling and method for making same |
| US8312612B2 (en) | 2002-04-11 | 2012-11-20 | Blue Sky Vision Partners, Llc | Refurbished punch tip and method for manufacture and refurbishing |
| US8807199B2 (en) | 2004-04-08 | 2014-08-19 | Composite Metal Technology Ltd. | Liquid pressure forming |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3547078B2 (ja) | シリンダブロックの製造方法 | |
| EP0659708B1 (en) | Alumina based ceramic material and method of manufacturing the same | |
| US10851020B2 (en) | Machinable metal matrix composite and method for making the same | |
| JPH1061765A (ja) | セラミックス基複合材料製ピストンピン及びその製造方法 | |
| JP4338362B2 (ja) | アルミニウム複合材の製造方法 | |
| JPH0157075B2 (ja) | ||
| JPH048398B2 (ja) | ||
| US7132156B2 (en) | Preform for composite material and aluminum composite material having the preform for composite material and a manufacturing method of the same | |
| JPH01172536A (ja) | 断熱、耐熱性セラミックス多孔体複合金属材料 | |
| EP0753101B1 (en) | Engine components including ceramic-metal composites | |
| US11001914B2 (en) | Machinable metal matrix composite and method for making the same | |
| JP3232029B2 (ja) | シリンダブロック | |
| JP3828622B2 (ja) | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 | |
| JP4279366B2 (ja) | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 | |
| JP3547077B2 (ja) | 金属基複合材用プリフォームの製造方法 | |
| JP3323396B2 (ja) | シリンダライナ及びシリンダブロック並びにそれらの製造方法 | |
| JP3287202B2 (ja) | 窒化珪素質セラミックス基複合材及びその製造方法 | |
| JPH07291722A (ja) | セラミックス焼結体の製造方法 | |
| JPH05330936A (ja) | 傾斜機能材料 | |
| JPH1061764A (ja) | セラミックス基複合材料製ピストン | |
| JPH1180860A (ja) | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 | |
| JP2784280B2 (ja) | セラミック複合焼結体及びその製法、並びに摺動部材 | |
| JPH07180606A (ja) | 繊維強化金属製ピストン | |
| JPH11152530A (ja) | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 | |
| JP2000204454A (ja) | 金属基複合材用プリフォ―ム及びその製造方法 |