JPS61154758A - Binding method of ceramic structural body and metallic structural body - Google Patents
Binding method of ceramic structural body and metallic structural bodyInfo
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- JPS61154758A JPS61154758A JP27818084A JP27818084A JPS61154758A JP S61154758 A JPS61154758 A JP S61154758A JP 27818084 A JP27818084 A JP 27818084A JP 27818084 A JP27818084 A JP 27818084A JP S61154758 A JPS61154758 A JP S61154758A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
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- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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Abstract
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構造体と金属構造体との結合方法
に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method of joining a ceramic structure and a metal structure.
[従来の技術]
セラミックスのもつ耐熱性に看目し、これを金属構造体
の表面に結合することにより金属構造体の熱負荷を軽減
しようとする試みは、例えば内燃tIA関の燃焼室を区
画する壁部に応用されている。[Prior Art] In view of the heat resistance of ceramics, attempts have been made to reduce the heat load on the metal structure by bonding it to the surface of the metal structure. It is applied to walls where
一般に、セラミックスと金属とは熱膨張率が著しく異な
るため、単に鋳ぐるむなどの手段でセラミックスと金属
とを直接粘合するだけでは、その結合強度が弱く、熱膨
張率の通いから高温の使用環境では熱応力により破損に
至る。In general, ceramics and metals have significantly different coefficients of thermal expansion. Therefore, simply bonding ceramics and metals directly by casting or other methods will result in weak bond strength, and the use of high temperatures due to the difference in thermal expansion coefficients. In the environment, thermal stress can lead to failure.
特に、繰り返し荷重を受ける内燃機関のピストンなどで
は、より確実な結合手段が要求される。In particular, more reliable coupling means are required for internal combustion engine pistons that are subject to repeated loads.
このため、例えば実開昭59−65960号公報に開示
されるように、セラミックスからなるピストン冠部と金
属からなるピストン本体との間に、重ね合せ部と嵌合部
を備え、この嵌合部を金属の熱膨張による応力から保護
するために、保護リングをピストン冠部のボス部に対し
て隙間を存して支持したうえ、このピストン冠部にピス
トン本体を鋳くんだものが提案されている。For this reason, for example, as disclosed in Japanese Utility Model Application Publication No. 59-65960, an overlapping part and a fitting part are provided between the piston crown made of ceramic and the piston body made of metal, and this fitting part is provided. In order to protect the piston from stress due to thermal expansion of the metal, it has been proposed that a protective ring is supported with a gap between the boss of the piston crown and that the piston body is cast into the piston crown. There is.
この従来技術では、保護リングとピストン冠部のボス部
とを貫通するビンにより、ピストン冠部とピストン本体
との重ね合せ結合部の剥離が阻止される。このピンはピ
ストン冠部とピストン本体との内部に挿通支持されるの
で、この部分での熱膨張による応力を考慮しなければな
らない。また、金属リングとボス部との間に隙間を備え
るためには、量産上その鋳造方法に何らかの対策を講じ
なければならないなど残された問題の解決が期待される
。In this prior art, the pin that passes through the protective ring and the boss of the piston crown prevents the overlapping joint between the piston crown and the piston body from peeling off. Since this pin is inserted and supported inside the piston crown and the piston body, stress due to thermal expansion in this portion must be taken into consideration. In addition, it is expected that the remaining problems such as the need to take some measures in the casting method for mass production in order to provide a gap between the metal ring and the boss portion are expected to be solved.
[発明が解決しようとする開題点]
本発明の目的は、従来例とは異なり、熱膨張の興なるセ
ラミックス構造体と金属構造体との重ね合せ結合部につ
いて、熱応力が緩和されるとともに高い機械的結合強度
が得られるセラミックス構造体と金属構造体との結合方
法を提供することにある。[Problem to be Solved by the Invention] The purpose of the present invention, unlike the conventional examples, is to alleviate thermal stress and to reduce thermal stress at the overlapping joint between a ceramic structure and a metal structure where thermal expansion occurs. An object of the present invention is to provide a method for bonding a ceramic structure and a metal structure that provides mechanical bonding strength.
[問題点を解決するための手段]
上記目的を達成するために、本発明の方法はセラミック
ス繊維成形体をセラミックス構造体の表面に組み付けて
鋳型にセットし、金属構造体を鋳ぐるむと同時に、前記
セラミックス繊維成形体の空隙に溶融金属を充填させる
ものである。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the method of the present invention involves assembling a ceramic fiber molded body onto the surface of a ceramic structure, setting it in a mold, casting the metal structure, and at the same time, The voids in the ceramic fiber molded body are filled with molten metal.
セラミックス構造体を成形する場合に、金属構造体と対
向する面にセラミックス繊維成形体が組み付けられる。When molding a ceramic structure, a ceramic fiber molded body is assembled on the surface facing the metal structure.
セラミックス構造体にセラミックス繊維成形体を組み合
わせた成形体を鋳型の内部にセットし、金属構造体を溶
湯鍛造、真空溶浸などの方法により、時間を掛けかつ加
圧しながら鋳くるむ。これにより、鋳くるむ時に熱膨張
率の差に起因するセラミックス構造体の熱破損を防止す
ることができる。金属構造体を鋳くるむ時に溶融金属が
セラミックス繊維成形体の空隙へ滲みこんで充填され、
F RM (fibre reinforced me
tal ) 、屠体が形成ざる。A molded body that combines a ceramic structure and a ceramic fiber molded body is set inside a mold, and a metal structure is cast over time and under pressure using methods such as molten metal forging and vacuum infiltration. Thereby, it is possible to prevent thermal damage to the ceramic structure due to a difference in coefficient of thermal expansion during casting. When the metal structure is cast, molten metal seeps into the voids of the ceramic fiber molded body and fills it.
FRM (fiber reinforced me)
tal), the carcass is formed.
セラミックス繊維成形体は、ウィスカと称するSi C
,Si 3 NaなどのセラミックスlI維(直径数μ
m、長さ数100μm)を複雑に絡み合わせたものであ
って、成形型の内部に充填した蒸発性の溶液にウィスカ
を浸漬し、これを引き上げて乾燥すれば多孔質のセラミ
ックス繊維成形体が成形される。The ceramic fiber molded body is made of SiC called whiskers.
, Si 3 Na and other ceramic lI fibers (several microns in diameter)
The whiskers are immersed in an evaporative solution filled inside a mold, pulled up and dried to form a porous ceramic fiber molded body. molded.
FRM層体屠体ラミックス繊維の含有率Vtが高いほど
セラミックスの性質すなわちセラミックスの熱膨張率に
近づく。そこで、セラミックス構造体と金属構造体との
間に形成されるFRM層体屠体セラミックス構造体と対
向する面ではセラミックス繊維の含有率Vfが多く、逆
に金属構造体と対向する面ではより長い繊維を配分する
などしてセラミックス繊維の含有率Vfが少なくなるよ
うにセラミックス繊維成形体3aが予め成形される。The higher the content Vt of carcass ramix fibers in the FRM layer body, the closer it approaches the properties of ceramics, that is, the coefficient of thermal expansion of ceramics. Therefore, the ceramic fiber content Vf is higher on the surface facing the FRM layer carcass ceramic structure formed between the ceramic structure and the metal structure, and conversely, it is longer on the surface facing the metal structure. The ceramic fiber molded body 3a is formed in advance by distributing the fibers so that the ceramic fiber content Vf is reduced.
本発明は単にセラミックス構造体と金属構造体との重ね
合せ結合部に限らず、セラミックス構造体と金属構造体
との嵌合による結合部にも適用することができる。The present invention is not limited to simply overlapping joints between a ceramic structure and a metal structure, but can also be applied to a joint between a ceramic structure and a metal structure by fitting.
[作用]
セラミックス構造体と金属構造体との間に形成されるF
RM層体層線3ラミックスに近似する性質と金属に近似
する性質とを兼ね備えているので、セラミックス構造体
と金属構造体との機械的結合度が高く、結合部に熱応力
が発生しない構造物が得られる。[Function] F formed between the ceramic structure and the metal structure
RM Layer Layer 3 Since it has properties similar to Lamix and properties similar to metal, the degree of mechanical bonding between the ceramic structure and metal structure is high, and the structure does not generate thermal stress at the bonded part. You can get things.
[発明の実施例]
本発明を実施例に基づいて説明する。第1図はセラミッ
クス構造体としてのピストン冠部2と金属構造体である
ピストン本体4との結合部についての実施例を示す。ピ
ストン冠部2の下面から突出された一片6がセラミック
ス繊維成形体3aのスリット8に挿通され、かつ脚片6
に設けた穴7にピン5を挿通してピストン冠部2とセラ
ミックス繊維成形体3aが結合される。このセラミック
ス繊維成形体3aの片側にピストン本体4が鋳くるんで
結合される。[Examples of the Invention] The present invention will be described based on Examples. FIG. 1 shows an embodiment of a joint between a piston crown 2 as a ceramic structure and a piston body 4 as a metal structure. A piece 6 protruding from the lower surface of the piston crown 2 is inserted into a slit 8 of the ceramic fiber molded body 3a, and the leg piece 6
The piston crown 2 and the ceramic fiber molded body 3a are joined by inserting the pin 5 into the hole 7 provided in the piston. A piston body 4 is connected to one side of the ceramic fiber molded body 3a by a casting.
第2図に示すように、ピストン冠部2は円板の下面にピ
ン穴7を有する1対の脚片6を一体にセラミックスをも
って成形される。セラミックス繊維成形体3aはセラミ
ックス短繊維を必要により少量の結合剤を混入したうえ
互いに絡ませて成形した円板であり、これに−片6が係
合する1対の長方形のスリット8が成形される。そして
、好ましくはセラミックス繊維成形体3aの上面はセラ
ミックス繊維の含有率Vfが高く、下面はセラミックス
繊維の密度が低くなるように成形される。As shown in FIG. 2, the piston crown 2 is integrally molded of ceramic with a pair of legs 6 having pin holes 7 on the lower surface of a disc. The ceramic fiber molded body 3a is a disk formed by mixing short ceramic fibers with a small amount of binder if necessary and intertwining them with each other, and a pair of rectangular slits 8 into which the pieces 6 engage are formed. . Preferably, the ceramic fiber molded body 3a is molded so that the ceramic fiber content Vf is high on the upper surface, and the ceramic fiber density is low on the lower surface.
このセラミックス繊維成形体3aを予め成形したピスト
ン冠部2の下面に重ね合わせてビン5を脚片6の穴7に
挿通した侵に、鋳型の内部にセットし、アルミニウムな
どの溶融金属を加圧しながら注入し、ピストン本体4を
鋳くるむことによって、第1図に示すピストン10が完
成される。この時、溶融金属がセラミックス繊維成形体
3aの空隙へ充填され、FRM層体屠体形成さる。This ceramic fiber molded body 3a is superimposed on the lower surface of the pre-formed piston crown 2, the bottle 5 is inserted into the hole 7 of the leg piece 6, and set inside the mold, and molten metal such as aluminum is pressurized. The piston 10 shown in FIG. 1 is completed by casting the piston body 4 and encasing the piston body 4. At this time, the molten metal is filled into the voids of the ceramic fiber molded body 3a, thereby forming the FRM layered body carcass.
FRM層休3体下面はセラミックス繊維の含有率Vfが
少なくなっているので、金属に近い性質を有し、ピスト
ン本体4とのなじみが良く、鋳ぐるみによって高い結合
強度が得られる。なお、ビン5はセラミックス繊維成形
体3aと同質の材料またはピストン本体4と同質のセラ
ミックス材料で構成されることが好ましい。Since the lower surface of the FRM layered body has a low ceramic fiber content Vf, it has properties close to metal, fits well with the piston body 4, and high bonding strength can be obtained by casting. The bottle 5 is preferably made of the same material as the ceramic fiber molded body 3a or the same ceramic material as the piston body 4.
第4図はセラミックス構造体としてのシリンダライナ2
2と、金属構造体としてのシリンダ本体24との結合構
造を示す。予め円筒形に成形したセラミックス繊維成形
体の内面に、セラミックスからなるシリンダライナ22
を嵌合し、これを鋳型の内部にセットし、この外側に溶
融金属を注入してシリンダ本体24を鋳ぐるむ。この時
、FRM層体屠体が形成され、この外周面側はセラミッ
クス繊維の含有率vfが少なくなっているので、その金
属的性質からシリンダ本体24との高い結合強度が得ら
れる。Figure 4 shows cylinder liner 2 as a ceramic structure.
2 and a cylinder body 24 as a metal structure. A cylinder liner 22 made of ceramic is placed on the inner surface of the ceramic fiber molded body that has been previously formed into a cylindrical shape.
are fitted and set inside a mold, and molten metal is poured into the outside of the mold to form the cylinder body 24. At this time, an FRM layer carcass is formed, and since the ceramic fiber content vf is low on the outer peripheral surface side, high bonding strength with the cylinder body 24 can be obtained due to its metallic properties.
[発明の効果]
本発明は上述のように、セラミックスに似た性質を持つ
面と金属に似た性質を持つ面とを兼ね備えるFRM層体
屠体中間材として、この片面にセラミックス構造体を、
他面に金属構造体をそれぞれ結合するものであるから、
結合強度が非常に高く、かつそれぞれの結合面における
熱膨張率の差が小さいので、熱応力の発生を抑えること
ができ、高い機械的強度が得られる。そして、セラミッ
クス繊維成形体3aを予備成形し、これをセラミックス
構造体に組み付ける工程が加わるだけで、金属構造体を
この鋳造時セラミックス繊維成形体3aに結合するもの
であるから、低コストで容易に製造することができる。[Effects of the Invention] As described above, the present invention is an FRM layered carcass intermediate material that has both a surface with properties similar to ceramics and a surface with properties similar to metal.
Since the metal structure is connected to the other side,
Since the bonding strength is very high and the difference in coefficient of thermal expansion between the respective bonding surfaces is small, generation of thermal stress can be suppressed and high mechanical strength can be obtained. The metal structure can be easily bonded to the ceramic fiber molded body 3a at low cost by simply adding the steps of preforming the ceramic fiber molded body 3a and assembling it to the ceramic structure. can be manufactured.
第1図は本発明に係る断熱ピストンにおけるセラミック
ス構造体と金属構造体との結合方法を説明する正面断面
図、第2図は同断熱ピストンにおけるピストン冠部の斜
視図、第3図はセラミックス繊維成形体の斜視図、第4
図は断熱シリンダにおけるセラミックス構造体と金属構
造体との結合方法を説明する正面断面図、第5図は同セ
ラミックス構造体と金属構造体との結合方法における中
間成形体を示す斜視図である。
2:ピストン冠部(セラミックス構造体) 3゜23
: FRM層体屠体a:セラミックス繊維成形体 4:
ピストン本体(金属構造体) 22ニジリンダライナ(
セラミックス構造体) 24ニジリンダ本体(金属構造
体)Fig. 1 is a front cross-sectional view illustrating a method of joining a ceramic structure and a metal structure in an insulated piston according to the present invention, Fig. 2 is a perspective view of a piston crown in the insulated piston, and Fig. 3 is a ceramic fiber Perspective view of molded body, 4th
The figure is a front sectional view illustrating the method of joining the ceramic structure and the metal structure in the heat insulating cylinder, and FIG. 5 is a perspective view showing an intermediate molded body in the method of joining the ceramic structure and the metal structure. 2: Piston crown (ceramic structure) 3゜23
: FRM layer body carcass a: Ceramic fiber molded body 4:
Piston body (metal structure) 22 cylinder liner (
Ceramic structure) 24 Nijilinda body (metal structure)
Claims (1)
組み付けて鋳型にセットし、金属構造体を鋳ぐるむと同
時に、前記セラミックス繊維成形体の空隙に溶融金属を
充填させることを特徴とするセラミックス構造体と金属
構造体との結合方法。A ceramic structure and a metal, characterized in that a ceramic fiber molded body is assembled on the surface of the ceramic structure and set in a mold, and at the same time as the metal structure is cast, the voids of the ceramic fiber molded body are filled with molten metal. How to connect to a structure.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27818084A JPS61154758A (en) | 1984-12-27 | 1984-12-27 | Binding method of ceramic structural body and metallic structural body |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27818084A JPS61154758A (en) | 1984-12-27 | 1984-12-27 | Binding method of ceramic structural body and metallic structural body |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61154758A true JPS61154758A (en) | 1986-07-14 |
Family
ID=17593699
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27818084A Pending JPS61154758A (en) | 1984-12-27 | 1984-12-27 | Binding method of ceramic structural body and metallic structural body |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61154758A (en) |
-
1984
- 1984-12-27 JP JP27818084A patent/JPS61154758A/en active Pending
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