JPH02153861A - Ceramic material for internal chill and production thereof - Google Patents
Ceramic material for internal chill and production thereofInfo
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- JPH02153861A JPH02153861A JP63304002A JP30400288A JPH02153861A JP H02153861 A JPH02153861 A JP H02153861A JP 63304002 A JP63304002 A JP 63304002A JP 30400288 A JP30400288 A JP 30400288A JP H02153861 A JPH02153861 A JP H02153861A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は中空管状のセラミックをアルミニウム、鋳鉄な
どの溶融金属で鋳ぐるむ場合に使用するセラミック材料
、特にガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等のボー
トライナー、エキゾーストマニホールドライナー、ピス
トンキャビティ、シリンダートッププレート等に用いら
れる断熱性鋳ぐるみ用セラミック材料およびその製造方
法に関するものである。Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) The present invention relates to ceramic materials used when hollow tubular ceramics are cast with molten metal such as aluminum or cast iron, and particularly to boat liners for gasoline engines, diesel engines, etc. The present invention relates to a ceramic material for heat-insulating castings used for exhaust manifold liners, piston cavities, cylinder top plates, etc., and a method for manufacturing the same.
(従来の技術)
近年自動車排ガスによる環境汚染が重要な社会問題とな
っており、自動車排ガス中の有害物質を触媒により除去
する方法が主体となっている。この触媒として使用され
ているPt5Rh等の貴金属は資源上、コスト上の問題
から使用量の削減が課題となっており、また近年増加傾
向にある4バルブエンジンでは排ガス温度低下による触
媒浄化性能の低下が問題となっている。(Prior Art) In recent years, environmental pollution caused by automobile exhaust gas has become an important social problem, and methods of removing harmful substances from automobile exhaust gas using catalysts have become the main method. Reducing the amount of precious metals used as catalysts, such as Pt5Rh, has become an issue due to resource and cost issues.Furthermore, in 4-valve engines, which have been on the rise in recent years, catalyst purification performance has declined due to lower exhaust gas temperatures. is a problem.
これらの問題を解決する方法の1つにエンジンの排気ポ
ートや排気マニホールドの内面を低ヤング率のセラミッ
ク製のポートライナーによってライニングし、その断熱
作用により排ガス温度を上昇させることが特開昭63−
236759号公報に提案されている。また、本発明で
目的とするチタン酸アルミニウムへの希土類元素の添加
については、特公昭57−3629号公報および特開昭
56−92164号公報に開示されている。One of the ways to solve these problems is to line the inner surface of the engine's exhaust port and exhaust manifold with a port liner made of ceramic with a low Young's modulus, and increase the exhaust gas temperature due to its insulation effect.
This is proposed in Japanese Patent No. 236759. Furthermore, the addition of rare earth elements to aluminum titanate, which is the object of the present invention, is disclosed in Japanese Patent Publication No. 3629/1982 and Japanese Patent Application Laid-open No. 92164/1982.
(発明が解決しようとする課題)
しかしながら、特開昭63−236759号公報で開示
されている材料では、使用した時の排ガス温度の変化に
よる冷熱サイクルにより、強度が劣化し、破損してしま
う問題があった。(Problems to be Solved by the Invention) However, the material disclosed in JP-A No. 63-236759 has a problem in that its strength deteriorates and it breaks due to the cooling and heating cycles caused by changes in exhaust gas temperature during use. was there.
また、特公昭57−3629号および特開昭56−92
164号の発明は、いずれもチタン酸アルミニウムに対
してY、La、 Ceの酸化物を所定量添加することに
より緻密質でかつ低膨張の焼結体を得ている。しかしな
がら、いずれもヤング率が高く、鋳ぐるみ材料として使
用できない問題があった。Also, Japanese Patent Publication No. 57-3629 and Japanese Patent Publication No. 56-92
In each of the inventions of No. 164, a dense and low-expansion sintered body is obtained by adding a predetermined amount of oxides of Y, La, and Ce to aluminum titanate. However, both had a problem in that they had a high Young's modulus and could not be used as casting materials.
本発明は上記したような従来の課題を解決して、耐熱性
と耐熱衝撃性及び断熱性に優れるうえ、鋳ぐるみ時に発
生する圧縮力によってもクラックを発生するおそれがな
く、使用時の冷熱サイクルに対する耐久性をも兼ね備え
た低ヤング率鋳ぐるみ用セラミック材料およびその製造
方法を提供しようとするものである。The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and has excellent heat resistance, thermal shock resistance, and heat insulation properties, and there is no risk of cracking due to compressive force generated during casting, and it can be used in cold and hot cycles during use. The object of the present invention is to provide a ceramic material for castings with a low Young's modulus that also has durability against the effects of oxidation, and a method for producing the same.
(課題を解決するための手段)
本発明の鋳ぐるみ用セラミック材料は、結晶相としてチ
タン酸アルミニウムを65容量%以上含有し、その結晶
の平均粒径が10μm以上であり、かつ希土類元素を酸
化物に換算して0.5〜16重量%含有するガラス相が
20容量%以下であってヤング率が50〜2000kg
f/+nm”であることを特徴とするものである。(Means for Solving the Problems) The ceramic material for castings of the present invention contains 65% by volume or more of aluminum titanate as a crystalline phase, the average grain size of the crystals is 10 μm or more, and rare earth elements are oxidized. Glass phase containing 0.5 to 16% by weight in terms of solids is 20% by volume or less and Young's modulus is 50 to 2000 kg
f/+nm".
また、本発明の鋳ぐるみ用セラミック材料の製造方法は
、A1□03源原料として、A1□03成分が96重量
%以下で、平均粒径が3μm以上の原料と、Ti[12
源原料として平均粒径が3μm以下の原料および所定の
希土類元素を酸化物に換算して1.8重量%以下配合し
た所定組成の粉体を成形し、焼成することを特徴とする
ものである。In addition, the method for producing a ceramic material for castings of the present invention uses, as the A1□03 source material, a raw material in which the A1□03 component is 96% by weight or less and the average particle size is 3 μm or more, and Ti[12
It is characterized by molding and firing a powder having a predetermined composition containing a raw material with an average particle size of 3 μm or less and a predetermined rare earth element in an amount of 1.8% by weight or less in terms of oxide as a source material. .
(作 用)
チタン酸アルミニウム結晶の各軸方向の熱膨張率は、a
、 b軸が正、C軸が負であり、かつその差が非常に
大きいため、冷熱サイクルのような温度の変化によって
、粒界には歪みが発生する。従来からある微粒の結晶で
構成される材料では、この歪みはあまり問題にはならな
いが、°特にチタン酸アルミニウムの結晶を平均で10
μm以上に成長させて低ヤング率化した鋳ぐるみ用材料
の場合には、この歪みが非常に大きくなるため、冷熱サ
イクルによって粒界の間隔が広がり、強度が劣化してし
まうことがわかった。(Function) The coefficient of thermal expansion in each axial direction of aluminum titanate crystal is a
, the b-axis is positive and the c-axis is negative, and the difference between them is very large, so that distortion occurs in the grain boundaries due to changes in temperature such as during cooling and heating cycles. This distortion is not much of a problem with conventional materials composed of fine grained crystals, but in particular aluminum titanate crystals with an average of 10
It has been found that in the case of casting materials that have been grown to a diameter of .mu.m or more and have a low Young's modulus, this strain becomes extremely large, and as a result, the spacing between grain boundaries widens due to heating and cooling cycles, resulting in a decrease in strength.
これに対し、Y、 Ce、 La等の希土類元素を微量
添加すると、冷熱サイクルによる強度劣化を防止できる
ことを見出した。これは、添加した希土類元素が粒界ガ
ラス相に凝集し、ガラス相の強度およびガラス相とチタ
ン酸アルミニウム結晶との結合力が向上したことによる
ものと考えられる。On the other hand, it has been found that adding a small amount of rare earth elements such as Y, Ce, and La can prevent strength deterioration due to cooling and heating cycles. This is thought to be due to the fact that the added rare earth element aggregated in the grain boundary glass phase, improving the strength of the glass phase and the bonding force between the glass phase and the aluminum titanate crystals.
すなわち、本発明はこのような知見に基いて完成された
ものであって、所定の結晶粒径を有するチタン酸アルミ
ニウムを主結晶相とし、このチタン酸アルミニウム結晶
の粒界に所定量の希土類元素を含有するガラス相が存在
する構造のセラミック材料が上記本発明の目的とする低
ヤング率を達成でき、かつ冷熱サイクル耐久性をも兼ね
備えた材料が得られることを見出した。That is, the present invention was completed based on such knowledge, and the main crystal phase is aluminum titanate having a predetermined crystal grain size, and a predetermined amount of rare earth element is added to the grain boundaries of the aluminum titanate crystals. It has been found that a ceramic material having a structure in which a glass phase containing the above is present can achieve the low Young's modulus that is the object of the present invention, and also has thermal cycle durability.
また、この結晶構造を有するセラミック材料を製造する
方法として、粗粒のAl2O,源原料と微粒のTie2
源原料および所定量の希土類元素を使用することにより
、上記材料として好適な結晶相としてチタン酸アルミニ
ウムを65容量%以上含有し、その結晶の平均粒径が1
0μm以上であり、ヤング率を50〜2000kgf/
mm” 、圧縮強度を5〜40kgf/+nm2気孔率
を5〜35%とした鋳ぐるみ用セラミック材料を得るこ
とができる。In addition, as a method for manufacturing a ceramic material having this crystal structure, coarse grained Al2O, source material and fine grained Tie2
By using the raw material and a predetermined amount of rare earth elements, the above material contains 65% by volume or more of aluminum titanate as a suitable crystalline phase, and the average grain size of the crystals is 1.
0 μm or more, and Young's modulus of 50 to 2000 kgf/
It is possible to obtain a ceramic material for castings having a compressive strength of 5 to 40 kgf/+nm2 and a porosity of 5 to 35%.
なお、本発明のセラミック材料における各構成要件の限
定理由および好適な範囲は以下の通りである。チタン酸
アルミニウムを65容量%以上、その結晶の平均粒径を
10μm以上と限定したのは、それぞれその値が65容
量%未満、10μm未満であると、ヤング率が2000
kgf/mm”を越え鋳ぐるみ時にクラックが発生する
ためである。また、ガラス相の量が20容量%を越える
とヤング率が2000kgf/mm’を越えてしまうた
め、ガラス相の量を20容量%以下とした。さらに、ガ
ラス相中の希土類元素が酸化物に換算して0.5重量%
未満であると冷熱サイクルによる抗折強度の劣化率が1
6重量%を越えるとヤング率が2000kgf/mm2
を越えてしまうため、ガラス相中の希土類元素の含有量
を酸化物に換算して0.5〜16重量%と限定した。In addition, the reason for limitation and the preferable range of each component in the ceramic material of the present invention are as follows. The reason for limiting the aluminum titanate to 65% by volume or more and the average grain size of its crystals to be 10μm or more is that if the values are less than 65% by volume and less than 10μm, the Young's modulus will be 2000%.
This is because cracks will occur during casting if the amount of the glass phase exceeds 20% by volume, and the Young's modulus will exceed 2000 kgf/mm'. % or less.Furthermore, the rare earth element in the glass phase is 0.5% by weight in terms of oxide.
If it is less than 1, the deterioration rate of bending strength due to heating and cooling cycles will be 1.
If it exceeds 6% by weight, Young's modulus will be 2000kgf/mm2.
Therefore, the content of rare earth elements in the glass phase was limited to 0.5 to 16% by weight in terms of oxides.
さらに、好適な範囲は以下の理由による。圧縮強度が5
kgf/mω2未満および/または抗折強度が0.2
kgf/mm’未満であると鋳ぐるみの際に変形のおそ
れがあり、取り扱い上の問題も生ずるとともに、圧縮強
度が40kgf/mm”を越えるか抗折強度が2.0
kgf/w2を越えるとヤング率が2000kgf/m
m’を越える場合がある。また、気孔率が5%未満では
十分な断熱効果が得られず、35%を越すものは強度、
ヤング率が本発明の数値範囲を外れる場合がある。ヤン
グ率は特に50〜200 kgf/mm2 とすること
が最も好ましいが、ガラス相中の希土類元素が酸化物に
換算して10重量%より多くなるとヤング率が200
kgf/mm’を越えてしまう。さらに、セラミック材
料の組成でAl20340〜65重量%、Ti0230
〜60重量%とすると好ましく、その理由はこれ以外の
組成ではチタン酸アルミニウムの結晶量が65容1%以
上となりにくく、またSiO□、MgO1Fe、O,の
少なくとも1種を総計10重量%以下であると好ましい
のは、10重量%を越えると同じくチタン酸アルミニウ
ムの結晶量が65容量%以上となりにくく、また結晶粒
径が10μm以上とならない場合があるためである。さ
らに、本発明のセラミック材料は、2.0 X 1O−
6(40〜800℃)以下の熱膨張係数を持ち、また0
、 8〜5. OX 10−’ cal/Cm−5ec
・tの熱伝導率を有すると、高温の排気ガスと直接接
触するポートライナーに好適である。Furthermore, the preferred range is based on the following reasons. Compressive strength is 5
kgf/mω2 or less and/or bending strength is 0.2
If it is less than 40 kgf/mm', there is a risk of deformation during casting, which may cause problems in handling, and if the compressive strength exceeds 40 kgf/mm' or the bending strength is 2.0
When exceeding kgf/w2, Young's modulus is 2000 kgf/m
m' may be exceeded. In addition, if the porosity is less than 5%, sufficient insulation effect cannot be obtained, and if the porosity exceeds 35%, the strength
Young's modulus may fall outside the numerical range of the present invention. The Young's modulus is most preferably set to 50 to 200 kgf/mm2, but if the rare earth element in the glass phase exceeds 10% by weight in terms of oxide, the Young's modulus becomes 200 kgf/mm2.
kgf/mm'. Furthermore, the composition of the ceramic material is Al20340~65% by weight, Ti0230
It is preferable to set the amount to ~60% by weight, because with other compositions, it is difficult for the crystal content of aluminum titanate to exceed 65% by volume, and at least one of SiO□, MgO1Fe, and O should be contained in a total amount of 10% by weight or less. The reason why it is preferable is that if it exceeds 10% by weight, the amount of aluminum titanate crystals will be difficult to exceed 65% by volume, and the crystal grain size may not exceed 10 μm. Furthermore, the ceramic material of the present invention has a 2.0×1O−
6 (40~800℃) or less, and has a coefficient of thermal expansion of 0.
, 8-5. OX 10-' cal/Cm-5ec
- A thermal conductivity of t is suitable for a port liner that comes into direct contact with high-temperature exhaust gas.
次に、本発明の製造方法における、Al2O3源原料お
よびTiO2源原料に対する限定理由は以下の通りであ
る。A1□G、#原料の純度が96%より高く、平均粒
子径が3μm以上の場合、Al2O3源原料の反応性が
低いため未反応残留物が多く、ヤング率が2000 k
gf/mm2より高くなり、アルミ鋳ぐるみによるクラ
ックの恐れがある。また、A12[1,源原料の平均粒
子径が3μmより小さい場合、Al2O3源原料の純度
にかかわらずチタン酸アルミニウムの平均粒径が10μ
m以下となり、ヤング率が2000kgf/mm2を越
えてしまう。さらに、AI、03源原料中に含まれる不
純物が重量%で510220%、Fe、0゜20%ある
いはSlO□、Fe2O,の総計で20%を越えると、
チタン酸アルミニウムの結晶が65%以上とならず結晶
粒径が10μm以上とならない場合がある。Next, the reasons for limiting the Al2O3 source material and the TiO2 source material in the production method of the present invention are as follows. A1□G, #When the purity of the raw material is higher than 96% and the average particle size is 3 μm or more, the reactivity of the Al2O3 source raw material is low, so there are many unreacted residues, and the Young's modulus is 2000 k
gf/mm2, and there is a risk of cracking due to aluminum casting. In addition, when the average particle size of the A12[1, source material is smaller than 3 μm, the average particle size of aluminum titanate is 10 μm regardless of the purity of the Al2O3 source material.
m or less, and the Young's modulus exceeds 2000 kgf/mm2. Furthermore, if the impurities contained in the AI, 03 source material exceeds 510220% by weight, Fe, 0°20%, or the total of SlO□, Fe2O, exceeds 20%,
There are cases where the crystal grain size of aluminum titanate is not 65% or more and the crystal grain size is not 10 μm or more.
以上より、Al2O3源原料は、重量%で純度が96%
以下、平均粒径が3μm以上でなければならず、好まし
くは不純物量は51020〜20%、l”e2030〜
20%あるいは5i02、Fe、03の総計で0〜20
%であると好ましい。From the above, the Al2O3 source material has a purity of 96% by weight.
Below, the average particle size must be 3 μm or more, preferably the amount of impurities is 51020~20%, l”e2030~
20% or 0 to 20 in total of 5i02, Fe, 03
% is preferable.
さらに、TiO2源原料は、平均粒径が3μmより大き
いと未反応残留物が多くなり、ヤング率が2000kg
f/ll1ff12を越え、アルミ鋳ぐるみによるクラ
ンクの恐れがある。したがって、TiO7源原料は、平
均粒径が3μm以下でなければならない。Furthermore, if the average particle size of the TiO2 source material is larger than 3 μm, there will be a large amount of unreacted residue, and the Young's modulus will be 2000 kg.
If f/ll1ff12 is exceeded, there is a risk of cranking due to aluminum casting. Therefore, the TiO7 source material must have an average particle size of 3 μm or less.
Y、 La、 Ce等希土類元素の添加量は、1.8重
量%以下とすることで、ヤング率2000 kgf/m
m”以下、さらに好ましくは0.3重量%未満であれば
ヤング率200kgf/mm2以下とすることができる
。By setting the addition amount of rare earth elements such as Y, La, and Ce to 1.8% by weight or less, Young's modulus of 2000 kgf/m
m'' or less, more preferably less than 0.3% by weight, the Young's modulus can be 200 kgf/mm2 or less.
(実施例)
本発明のセラミック材料を製造するには、まずアルミナ
、仮焼ボーキサイト、精製ルチル、粗製ルチノペアナタ
ーゼ型チタン、イルメナイト、フェライトベンガラ、電
融マグネシウム、マグネサイト、電融スピネル、カオリ
ン、石英、電融シリカおよび所定の希土類元素等から、
化学組成が重量%でAl、0.40〜65%、Tl07
30〜60%であり、5in2、MgO、Fe2O,の
少なくとも1種が総計で10%以下となるように原料を
選択する。(Example) To produce the ceramic material of the present invention, first, alumina, calcined bauxite, purified rutile, crude rutinopeanatase type titanium, ilmenite, red ferrite, fused magnesium, magnesite, fused spinel, kaolin, From quartz, fused silica, certain rare earth elements, etc.
Chemical composition is Al in weight%, 0.40-65%, Tl07
The raw materials are selected so that the total content of at least one of 5in2, MgO, and Fe2O is 30 to 60% and 10% or less.
このとき、A1.(13源原料として^I2O3成分が
96重量%以下で平均粒径が3μm以上の原料と、Ti
O2源原料として平均粒径が3μm以下の原料を混合す
る必要がある。At this time, A1. (13 Source raw materials ^ Raw materials with an I2O3 component of 96% by weight or less and an average particle size of 3 μm or more, and Ti
It is necessary to mix raw materials with an average particle size of 3 μm or less as O2 source raw materials.
また、希土類元素は、硝酸塩、酸化物、その他の化合物
の形でも添加することができるが、微量添加で効果を得
るためには、微粒子の原料を用いて均一分散させること
が好ましい。Rare earth elements can also be added in the form of nitrates, oxides, and other compounds, but in order to obtain the effect with addition in a small amount, it is preferable to uniformly disperse them using fine particle raw materials.
これに水ガラス、ポリカルボン酸アンモニウム塩、アミ
ン類、ピロリン酸ナトリウム等から選択された解膠剤を
0.1〜1.0%添加し、更にPVA、MCSCMC、
アクリル酸塩等から選択されたバインダを1.0〜5.
0%添加して15〜40%の水とともにトロンメル、ポ
ットミル等で十分に混合撹拌して200〜1000cp
の粘度のスラリーを調整する。このようなスラリーは流
し込み法によって円筒形又はボートライナーの形状に成
形されたうえで乾燥、焼成される。この結果、結晶相と
してチタン酸アルミニウムを65%以上含有し、希土類
元素を酸化物に換算して0.5〜16%含有するガラス
相を20%以下含有する耐熱性、耐熱衝撃性、断熱性お
よび冷熱サイクル耐久性に優れたチタン酸アルミニウム
焼結体が得られるのであるが、その他の結晶相としてル
チル、コランダム、ムライトのうち1種以上の結晶を含
んでもよい。本発明においては、この焼成の際の条件を
例えば1450〜1650℃、好ましくは1500〜1
600℃で1〜16時間程時間段定することにより、チ
タン酸アルミニウムの結晶を平均粒径が10μm以上と
なるまで十分に成長させる。To this, 0.1 to 1.0% of a deflocculant selected from water glass, polycarboxylic acid ammonium salt, amines, sodium pyrophosphate, etc. is added, and further PVA, MCSCMC,
A binder selected from acrylates and the like is used in a range of 1.0-5.
Add 0% and mix thoroughly with 15-40% water using a trommel, pot mill, etc. to make 200-1000 cp.
Adjust the viscosity of the slurry. Such a slurry is formed into a cylindrical shape or a boat liner shape by a casting method, and then dried and fired. As a result, it has heat resistance, thermal shock resistance, and heat insulation properties that contain 65% or more of aluminum titanate as a crystal phase and 20% or less of a glass phase that contains 0.5 to 16% of rare earth elements in terms of oxides. In addition, an aluminum titanate sintered body having excellent thermal cycle durability can be obtained, but it may also contain one or more crystals among rutile, corundum, and mullite as other crystal phases. In the present invention, the firing conditions are, for example, 1,450 to 1,650°C, preferably 1,500 to 1,500°C.
By heating at 600° C. for about 1 to 16 hours, crystals of aluminum titanate are grown sufficiently until the average particle size becomes 10 μm or more.
これによってヤング率が50〜2000kgf/+++
m2、好ましくは圧縮強度5〜40kgf/石m2、抗
折強度0.2〜2、0 kgf/ mm” 、気孔率5
〜35%の物性値を持たせることができる。このような
低ヤング率のセラミック材料は鋳ぐるんだ金属材料が収
縮する際に金属材料とともに収縮することができ、特に
従来の高強度高ヤング率セラミックでは応力の集中によ
り破壊してしまうような複雑な形状でもクラックを発生
することがない。As a result, the Young's modulus is 50 to 2000 kgf/+++
m2, preferably compressive strength 5-40 kgf/m2, bending strength 0.2-2, 0 kgf/mm", porosity 5
It can have physical property values of ~35%. Ceramic materials with such a low Young's modulus can shrink together with the metal material when the metal material in which they are cast shrinks, and in particular, conventional high-strength, high Young's modulus ceramics can break due to stress concentration. No cracks occur even in complex shapes.
従って円筒タイプのボートライナーはもちろんのこと第
1図及び第2図に示すような4バルブエンジン用のシリ
ンダー側に2本のボート2を有し、エギゾーストマニホ
ールド側に単一の排気口lを有する複雑形状なボートラ
イナー3、あるいは第3図に示すようなエキゾーストマ
ニホールドライナーにも好適である。またこの焼結体中
のマイクロクラックにより熱伝導率が低くなり、比較的
気孔率が小さくても十分な断熱効果が発揮される。Therefore, as well as a cylindrical boat liner, it has two boats 2 on the cylinder side for a 4-valve engine as shown in Figures 1 and 2, and a single exhaust port 1 on the exhaust manifold side. It is also suitable for a boat liner 3 having a complicated shape or an exhaust manifold liner as shown in FIG. In addition, the microcracks in this sintered body lower the thermal conductivity, and a sufficient heat insulation effect is exhibited even if the porosity is relatively small.
チタン酸アルミニウムは1700℃以上、の融点を有す
るため、鋳ぐるむための溶融金属は特に制限はなくネズ
ミ鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄、白鋳鉄、アルミニウム合金、銅
合金、マグネシウム合金、亜鉛合金による鋳ぐるみに適
用できる。Since aluminum titanate has a melting point of over 1700℃, there are no particular restrictions on the molten metal for casting, and it can be used for casting made of gray cast iron, spheroidal graphite cast iron, white cast iron, aluminum alloy, copper alloy, magnesium alloy, and zinc alloy. can.
また、ガラス相中に微量の希土類元素を存在させること
によって、粒界ガラス相がチタン酸アルミニウムと強固
に接合され、上記の低ヤング率な鋳ぐるみに好適な性質
を損うことなく冷熱サイクル耐久性を兼ね備えた材料が
得られる。In addition, by having a small amount of rare earth elements present in the glass phase, the grain boundary glass phase is firmly bonded to aluminum titanate, making it durable for cold and hot cycles without impairing the above-mentioned properties suitable for low Young's modulus castings. A material with both properties can be obtained.
以下、実際の例について説明する。An actual example will be explained below.
実施例
以下の第1表に示されるA1゜0.源原料および第2表
に示されるTlO□源原料を主原料として第3表に示さ
れる試験Nα1〜35の組成となるように原料を調合し
、鋳型に流し込んで肉W、3 mm、長径64m+n、
短径36市の楕円筒形状のテストピースを作製した。A1°0. shown in Table 1 below in Examples. The raw materials were prepared using the TlO ,
An elliptical cylindrical test piece with 36 short diameters was prepared.
各テストピースを第3表に示した条件で焼成し、得られ
た焼成体に対して各種特性を測定した。Each test piece was fired under the conditions shown in Table 3, and various properties were measured on the resulting fired body.
次に、各焼成体に防砂を詰めた後に、アルミニウムによ
り鋳ぐるみ、アルミニウム肉厚が7 mmの金属セラミ
ック複合体を作製した。防砂を除去した後にテストピー
スにクラックが発生したか否かを確認した。結果を第3
表に示す。Next, each fired body was filled with anti-sand and then cast with aluminum to produce a metal-ceramic composite with an aluminum wall thickness of 7 mm. It was confirmed whether or not cracks had occurred in the test piece after sand protection was removed. 3rd result
Shown in the table.
第1表において、冷熱サイクル試験は、第4図に冷熱サ
イクルのスケジュールおよび実際の試料温度を示すよう
に室温10分間保持と900℃20分間保持の冷熱サイ
クルを50回くり返した前後での抗折強度の劣化率を測
定した。また、チタン酸アルミニウムおよびガラス相の
量は、SEλ1写真におけるそれぞれの面積率から求め
た体積%として求めた。さらに、ガラス相中の希土類元
素の量は、透過電子顕微鏡でのEDX分析を用いて測定
した。In Table 1, the cooling/thermal cycle test was conducted before and after repeating the cooling/thermal cycle of holding room temperature for 10 minutes and holding at 900°C for 20 minutes 50 times, as shown in Figure 4, which shows the schedule of cooling/heating cycles and the actual sample temperature. The rate of strength deterioration was measured. Further, the amounts of aluminum titanate and glass phase were determined as volume % determined from the respective area ratios in the SEλ1 photograph. Additionally, the amount of rare earth elements in the glass phase was determined using EDX analysis with a transmission electron microscope.
なお、本発明と比較例の材料について、冷熱サイクルに
よる変化を確認しやすくするため、焼成物と600サイ
クルまで上記冷熱サイクル試験を実施した後の焼成物の
電子顕微鏡写真を第5図(a)(b)および第6図(a
)、 (b)にそれぞれ示す。すなわち、第5図(a)
、 (b)に本発明の焼成体の冷熱サイクル前および後
の結晶構造を、第6図(a)、ら)に比較例の焼成体の
冷熱サイクル前および後の結晶構造をそれぞれ示す。第
5図(a)、 (b)と第6図(a)、ら)とから、比
較例の材料は冷熱サイクルによって粒界の間隔が広がっ
ているが、本発明の材料では、冷熱サイクル試験前後に
顕著な差が認められない。In addition, in order to make it easier to confirm the changes due to the thermal cycle for the materials of the present invention and the comparative example, Fig. 5(a) shows an electron micrograph of the fired product and the fired product after conducting the above-mentioned thermal cycle test up to 600 cycles. (b) and Figure 6 (a)
) and (b) respectively. That is, FIG. 5(a)
, (b) shows the crystal structure of the fired body of the present invention before and after cooling and heating cycles, and FIG. From FIG. 5(a), (b) and FIG. 6(a), et al., it can be seen that in the material of the comparative example, the grain boundary interval widens due to the thermal cycle, but in the material of the present invention, No significant difference was observed before and after.
第3表の結果から、本発明の実施例で得られたセラミッ
ク材料は、鋳ぐるみによるクラックの発生が全く認めら
れないとともに、比較例と比べて冷熱サイクル試験によ
る劣化が少ないことがわかる。From the results in Table 3, it can be seen that in the ceramic materials obtained in the examples of the present invention, no cracks due to casting were observed, and there was less deterioration due to the thermal cycle test compared to the comparative examples.
(発明の効果)
以上の説明から明らかなように、本発明の鋳ぐるみ用セ
ラミック材料およびその製造方法によれば、所定の粗粒
のAl2O3源原料、微粒のTiO□源原料および希土
類元素を使用することにより、結晶相としてチタン酸ア
ルミニウムを65容量%以上含有し、その結晶の平均粒
径が10μm以上であり、希土類元素を酸化物に換算し
て0.5〜16重量%含有するガラス相を20容量%以
下含有した結晶構造を得られ、その結果ヤング率が低く
、耐熱性と耐熱衝撃性および断熱性に優れるうえ、鋳ぐ
るみ時に発生する圧縮力によってもクラックを発生する
おそれがなく、かつ冷熱サイクル耐久性を兼ね備えた鋳
ぐるみ用セラミック材料を得ることができる。(Effects of the Invention) As is clear from the above description, according to the ceramic material for castings and the manufacturing method thereof of the present invention, predetermined coarse-grained Al2O3 source raw materials, fine-grained TiO□ source raw materials, and rare earth elements are used. By doing so, a glass phase containing 65% by volume or more of aluminum titanate as a crystal phase, the average grain size of the crystals being 10 μm or more, and 0.5 to 16% by weight of rare earth elements in terms of oxides is obtained. As a result, it has a low Young's modulus, excellent heat resistance, thermal shock resistance, and heat insulation properties, and there is no risk of cracking due to the compressive force generated during casting. It is also possible to obtain a ceramic material for castings that has both cold and heat cycle durability.
第1図1;!4バルブエンジン用ポートライナーの斜視
図、
第2図はエンジンヘッドに鋳ぐるみ後のボートライナー
の断面図、
第3図はエキゾーストマニホールドライナーの鋳ぐるみ
後の断面図、
第4図は本発明の評価方法における冷熱サイクルのスケ
ジュールを示すグラフ、
第5図(a)、 (b)は本発明の焼成体の冷熱サイク
ル前および後の結晶の構造を示す38M写真、第6図(
a)、 (b)は比較例の焼成体の冷熱サイクル前およ
び後の結晶の構造を示す38M写真である。
特許出願人 日本碍子株式会社
第1図
時間
第5図
(al
第6図
(a)
tb)
手 続
補
正
書
平成元年12月Figure 1 1;! A perspective view of a port liner for a 4-valve engine, Fig. 2 is a sectional view of the boat liner after being cast into the engine head, Fig. 3 is a sectional view of the exhaust manifold liner after being cast, and Fig. 4 is an evaluation method of the present invention. Graphs showing the schedule of the cooling and heating cycles in FIGS.
a) and (b) are 38M photographs showing the crystal structure of the fired body of the comparative example before and after the thermal cycle. Patent applicant Nippon Insulator Co., Ltd. Figure 1 Time Figure 5 (al Figure 6 (a) tb) Procedural amendment December 1989
Claims (2)
上含有し、その結晶の平均粒径が10μm以上であり、
かつ希土類元素を酸化物に換算して0.5〜16重量%
含有するガラス相が20容量%以下であってヤング率が
50〜2000kgf/mm^2であることを特徴とす
る鋳ぐるみ用セラミック材料。1. Contains 65% by volume or more of aluminum titanate as a crystal phase, and the average grain size of the crystals is 10 μm or more,
and 0.5 to 16% by weight of rare earth elements in terms of oxides.
A ceramic material for castings characterized by containing a glass phase of 20% by volume or less and having a Young's modulus of 50 to 2000 kgf/mm^2.
が96重量%以下で、平均粒径が3μm以上の原料と、
TiO_2源原料として平均粒径が3μm以下の原料お
よび所定の希土類元素を酸化物に換算して1.8重量%
以下配合した所定組成の粉体を成形し、焼成することを
特徴とする鋳ぐるみ用セラミック材料の製造方法。2. As an Al_2O_3 source raw material, a raw material with an Al_2O_3 component of 96% by weight or less and an average particle size of 3 μm or more;
As a TiO_2 source raw material, raw materials with an average particle size of 3 μm or less and specified rare earth elements are 1.8% by weight in terms of oxides.
A method for manufacturing a ceramic material for castings, which comprises molding and firing a powder having a predetermined composition as described below.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63304002A JPH0662335B2 (en) | 1988-12-02 | 1988-12-02 | Casting ceramic material and manufacturing method thereof |
EP89312586A EP0372868B1 (en) | 1988-12-02 | 1989-12-01 | Ceramic materials for use in insert-casting and processes for producing the same |
DE68922193A DE68922193D1 (en) | 1988-12-02 | 1989-12-01 | Ceramic materials for composite casting and processes for their production. |
DE68922193T DE68922193T4 (en) | 1988-12-02 | 1989-12-01 | Ceramic materials for composite casting and processes for their production. |
US07/445,486 US5066626A (en) | 1988-12-02 | 1989-12-04 | Ceramic materials for use in insert-casting and processes for producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63304002A JPH0662335B2 (en) | 1988-12-02 | 1988-12-02 | Casting ceramic material and manufacturing method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02153861A true JPH02153861A (en) | 1990-06-13 |
JPH0662335B2 JPH0662335B2 (en) | 1994-08-17 |
Family
ID=17927875
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63304002A Expired - Lifetime JPH0662335B2 (en) | 1988-12-02 | 1988-12-02 | Casting ceramic material and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0662335B2 (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS573629A (en) * | 1980-06-11 | 1982-01-09 | Fujitsu Ltd | Urtrasonic tomogram diagnosis apparatus |
-
1988
- 1988-12-02 JP JP63304002A patent/JPH0662335B2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS573629A (en) * | 1980-06-11 | 1982-01-09 | Fujitsu Ltd | Urtrasonic tomogram diagnosis apparatus |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0662335B2 (en) | 1994-08-17 |
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