JPH07223B2 - Manufacturing method of ceramics cast-in member - Google Patents
Manufacturing method of ceramics cast-in memberInfo
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- JPH07223B2 JPH07223B2 JP1491590A JP1491590A JPH07223B2 JP H07223 B2 JPH07223 B2 JP H07223B2 JP 1491590 A JP1491590 A JP 1491590A JP 1491590 A JP1491590 A JP 1491590A JP H07223 B2 JPH07223 B2 JP H07223B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、鋳鉄製シリンダヘッド、鋳鉄製ピストン、
鋳鉄製排気マニホルド等の高い熱応力を繰り返し受ける
鋳鉄製部品を製造する際に鋳込んで製造するセラミック
ス鋳包み部材の製造方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial application] The present invention relates to a cast iron cylinder head, a cast iron piston,
The present invention relates to a method for manufacturing a ceramics cast-in member manufactured by casting when manufacturing a cast iron component such as a cast iron exhaust manifold that is repeatedly subjected to high thermal stress.
内燃機関の燃焼室を形成するシリンダヘッド及びシリン
ダライナは、通常、鋳鉄で形成されている。このため、
燃焼室は靱性に乏しい鋳鉄の性質に加えて、シリンダヘ
ッド及びシリンダライナの鋳造時の残留応力や、機関作
動時にシリンダヘッド及びシリンダライナが受ける熱疲
労、熱衝撃等によって絶えず破壊の危険にさらされてい
る。特に、シリンダヘッドについては、吸気ポートと排
気ポートとの間、及びこれらポートと予燃焼室孔又は燃
料噴射ノズル孔との間のいわゆるバルブブリッジ部は、
構造上、十分な寸法及び肉厚とすることが困難であるこ
とから強度的に弱く、これらの部分に亀裂、クラック等
の破壊が発生する恐れがある。The cylinder head and the cylinder liner forming the combustion chamber of the internal combustion engine are usually made of cast iron. For this reason,
In addition to the properties of cast iron, which has poor toughness, the combustion chamber is constantly exposed to the risk of fracture due to residual stress during cylinder head and cylinder liner casting, thermal fatigue and thermal shock that the cylinder head and cylinder liner receive during engine operation. ing. Particularly, in the cylinder head, the so-called valve bridge portion between the intake port and the exhaust port and between these ports and the pre-combustion chamber hole or the fuel injection nozzle hole is
Since it is difficult to have a sufficient size and thickness in terms of the structure, the strength is weak, and there is a risk that breakage such as cracks or cracks may occur in these portions.
従来、このような問題に対する対策として、例えば、シ
リンダヘッドの鋳造時に、高い強度を必要とする箇所に
異種金属を鋳込んで補強を図ったり(実公昭48-25923号
公報参照)、バルブブリッジ部に、機関運転時に発生す
る熱応力の強弱に対応して強弱をつけて焼き入れしたり
(実公昭63-8831号公報参照)することによるシリンダ
ヘッドの補強が行われている。Conventionally, as a countermeasure against such a problem, for example, when casting a cylinder head, a dissimilar metal is cast into a place where high strength is required for reinforcement (see Japanese Utility Model Publication No. Sho 48-25923), a valve bridge portion. In addition, the cylinder head is reinforced by hardening the material according to the strength and weakness of thermal stress generated during engine operation (see Japanese Utility Model Publication No. 63-8831).
しかしながら、特に、最近のエンジンの高出力化に伴
う、熱負荷と同時に機械的負荷の増大によって、この亀
裂発生の恐れは増々大きくなっており、熱応力の大きい
部分を単に補強するだけでは十分な対策とはいえない。However, in particular, due to the recent increase in the output of the engine and the increase in the mechanical load at the same time as the thermal load, the risk of occurrence of this crack is increasing more and more, and it is sufficient to simply reinforce the portion having a large thermal stress. Not a countermeasure.
一方、エンジン性能の向上の一環として、燃焼室周りを
表面断熱して温度過上昇による熱疲労を抑制する技術の
開発が進められており、そのひとつとして、例えば、第
6図及び第7図に示すように、シリンダヘッドの燃焼室
面側の一部をセラミックス材料とすることにより、亀裂
発生防止と同時に断熱効果を高めるようにしたものが知
られている(例えば、実開昭59-85348号公報参照)。第
6図はシリンダヘッド構造を示す平面図、及び第7図は
第6図のA−A断面図である。吸気ポート41と排気ポー
ト42との間にあって燃料噴射ノズル装着孔43に股がるシ
リンダヘッドのバルブブリッジ部に座ぐり部を入れて凹
部44を形成し、この凹部44にセラミックスを充填してセ
ラミックス層45を設けている。On the other hand, as part of the improvement of engine performance, the development of a technology for suppressing the thermal fatigue due to the excessive temperature rise by thermally insulating the surface around the combustion chamber is one of them. For example, as shown in FIG. 6 and FIG. As shown, it is known that a part of the cylinder head on the combustion chamber surface side is made of a ceramic material to prevent cracks from occurring and at the same time enhance the heat insulating effect (for example, Japanese Utility Model Publication No. 59-85348). See the bulletin). FIG. 6 is a plan view showing the cylinder head structure, and FIG. 7 is a sectional view taken along line AA of FIG. Between the intake port 41 and the exhaust port 42, a recessed portion 44 is formed by inserting a counterbore portion in the valve bridge portion of the cylinder head that grows in the fuel injection nozzle mounting hole 43, and the recessed portion 44 is filled with ceramics. Layer 45 is provided.
しかしながら、鋳鉄製シリンダヘッドにおいて、燃焼室
面側の一部をセラミックス化する際に、鋳鉄材料とセラ
ミックスとをうまく接合する技術がなく、やむなくボル
ト締結等の機械的接合による性能試験が行われているの
が現状である。However, in the cast iron cylinder head, when converting a part of the combustion chamber surface side into ceramics, there is no technique for successfully joining the cast iron material and the ceramics, and the performance test is unavoidably performed by mechanical joining such as bolt fastening. It is the current situation.
また、排気マニホルドにおいては、内部排ガスの断熱性
によるターボ効率の向上を狙って、内部にセラミックス
製のポートライナを挿入したものもある。この場合、排
気マニホルドを鋳造する際に、セラミックスライナを同
時に鋳込む手段が用いられているが、鋳鉄とセラミック
スとの接合がないため、運転中の振動、衝撃等によって
セラミックスが破損するという問題が生じる。Further, some exhaust manifolds have a ceramic port liner inserted therein for the purpose of improving turbo efficiency due to the heat insulation of the internal exhaust gas. In this case, when casting the exhaust manifold, a means for casting the ceramic liner at the same time is used, but since there is no joining between cast iron and ceramics, there is a problem that the ceramics will be damaged by vibration, impact, etc. during operation. Occurs.
また、特開昭62-298443号公報には、固体粒子の表面改
質方法が開示されている。該固体粒子の表面改質方法
は、表面に各種形状の凹凸や穴、溝を有する固体粒子の
凹部に他の固体粒子を埋め込み、衝撃式手段を用いてこ
の固体粒子を軟化、溶融、変形させて、他の固体粒子を
包み込んだ状態にするものである。この固体粒子の表面
改質方法は、第4図に示すような粉体衝撃装置及びその
周辺装置を利用して達成される。Further, JP-A-62-298443 discloses a method for modifying the surface of solid particles. The surface modification method of the solid particles is such that other solid particles are embedded in the concave portions of the solid particles having various shapes of irregularities, holes and grooves, and the solid particles are softened, melted and deformed by using an impact type means. To enclose other solid particles. This method for modifying the surface of solid particles is achieved by using a powder impact device and its peripheral devices as shown in FIG.
第4図に示すように、該粉体衝撃装置Hは、ケーシング
1に回転可能に支持した回転軸4に回転盤2を支持し、
回転盤2の外周に複数の衝撃ピン3を間隔をおいて半径
方向に配置している。回転盤2は高速で回転することが
でき、該回転盤2の半径方向に一定の空間を置いて衝撃
ピン3の外周軌道面に沿って、衝突リング5がケーシン
グ1に周設されている。更に、衝突リング5の一部を切
り欠いた切欠き部には、カプセル粉体を排出するための
開閉弁6が設けられている。この開閉弁6は、アクチュ
エータ8の作動によって弁軸7を介して開閉作動され
る。回転盤2の外周と衝突リング5との間に設けられた
衝撃室13には、一端が衝突リング5の内壁に形成された
循環口14に開口し且つ他端が回転盤2の中心部付近に開
口する循環回路9が連通している。カプセル粉体の原料
は、原料ホッパ10と循環回路9とを連結する原料供給用
シュート11を通じて衝撃室13に投入され、該原料は衝撃
室13でカプセル粉体に製造され、該カプセル粉体は排出
用シュート12から排出される。この粉体衝撃装置の周辺
装置としては、原料計量フィーダ16、原料貯槽17、サイ
クロン21、ロータリバルブ22、バグフィルタ23、ロータ
リバルブ24、送風機25、時限制御装置31、予めセラミッ
クス粒子の表面に金属粒子を付着させるために用いられ
るプレプロセッサー32等から成る。As shown in FIG. 4, in the powder impact device H, a rotary disc 4 is supported by a rotary shaft 4 rotatably supported by a casing 1,
A plurality of impact pins 3 are arranged in the radial direction on the outer periphery of the rotating disk 2 with a space therebetween. The turntable 2 can rotate at a high speed, and a collision ring 5 is provided around the casing 1 along the outer peripheral raceway surface of the impact pin 3 with a certain space in the radial direction of the turntable 2. Further, an opening / closing valve 6 for discharging the capsule powder is provided in the notch portion which is formed by notching a part of the collision ring 5. The opening / closing valve 6 is opened / closed via the valve shaft 7 by the operation of the actuator 8. The impact chamber 13 provided between the outer periphery of the rotary disc 2 and the collision ring 5 has one end opening to a circulation port 14 formed in the inner wall of the collision ring 5 and the other end near the center of the rotary disc 2. A circulation circuit 9 that opens to the is communicated. The raw material of the capsule powder is introduced into the impact chamber 13 through the raw material supply chute 11 that connects the raw material hopper 10 and the circulation circuit 9, and the raw material is manufactured into the capsule powder in the impact chamber 13, and the capsule powder is It is discharged from the discharge chute 12. As a peripheral device of this powder impact device, a raw material measuring feeder 16, a raw material storage tank 17, a cyclone 21, a rotary valve 22, a bag filter 23, a rotary valve 24, a blower 25, a time control device 31, a metal on the surface of the ceramic particles in advance. It consists of a preprocessor 32, etc. used to deposit the particles.
そこで、これらの問題を解決するために、鋳鉄材料とセ
ラミックスを接合する手段として、セラミックス粒子に
金属粒子を適量配合して焼結したものを鋳鉄に鋳込む方
法が有効と考えられる。これによると、セラミックスに
混合された金属粒子と鋳鉄溶湯とが金相学的に結合し、
その結果、セラミックスと鋳鉄とが強固に接合される。Therefore, in order to solve these problems, as a means for joining the cast iron material and the ceramics, it is considered effective to use a method in which the ceramic particles are mixed with an appropriate amount of metal particles and sintered, and then cast into cast iron. According to this, the metal particles mixed with the ceramics and the cast iron molten metal are metallurgically bonded,
As a result, the ceramic and the cast iron are firmly joined.
しかしながら、上記のような方法は、以下の点で問題点
を有する。まず、セラミックス及び金属粒子が偏在する
ような混合体から成る部品である場合には、耐熱性、断
熱性、耐変形性等の低下は勿論のこと、部品そのものの
耐久強度の低下を招く恐れがある。また、セラミックス
と金属粒子を均一に混合した成形体を製作することは相
当に困難なことであり、そのためには、徹底した品質管
理を行う必要がある。そこで、上記の問題を解決するた
めには、セラミックスと金属粒子とを均一に混合させた
成形体を製作するという課題を解決する必要がある。However, the above method has the following problems. First, in the case of a part made of a mixture in which ceramics and metal particles are unevenly distributed, not only the heat resistance, heat insulation property, deformation resistance, etc., but also the durability strength of the part itself may be deteriorated. is there. Further, it is considerably difficult to manufacture a molded body in which ceramics and metal particles are uniformly mixed, and for that purpose, it is necessary to perform thorough quality control. Therefore, in order to solve the above problem, it is necessary to solve the problem of producing a molded body in which ceramics and metal particles are uniformly mixed.
この発明の目的は、上記の課題を解決することであり、
各種形状の凹凸や穴、溝を表面に有する固体粒子に他の
固体粒子を埋め込み、衝撃式手段を用いてこの固体粒子
を軟化、溶融、変形させて他の固体粒子を包み込んだ状
態にすることができることに着眼し、セラミックス粒子
を核にして該セラミックス粒子の表面にわたって多数の
金属粒子を均一に固着させてカプセル粉体を製造し、該
カプセル粉体を原料として成形体を製作し、該成形体を
焼成と鋳込みによって鋳鉄と強固に結合させてセラミッ
クス鋳包み部材を製造し、該セラミックス鋳包み部材の
均一且つ良好な耐熱性、断熱性、耐変形性等を確保する
ことができるセラミックス鋳包み部材の製造方法を提供
することである。An object of the present invention is to solve the above problems,
Embedding other solid particles in solid particles having various shapes of irregularities, holes, and grooves on the surface, and softening, melting, and deforming these solid particles using impact type means to enclose other solid particles. Focusing on the fact that it is possible to produce a capsule powder by uniformly adhering a number of metal particles over the surface of the ceramic particle with the ceramic particle as a nucleus to produce a capsule powder, and manufacturing a molded body using the capsule powder as a raw material, A ceramic cast-in member capable of producing a ceramic cast-in member by firmly bonding the body to cast iron by firing and casting, and ensuring uniform and good heat resistance, heat insulation, deformation resistance, etc. of the ceramic cast-in member. A method of manufacturing a member is provided.
この発明は、上記の目的を達成するために、次のように
構成されている。即ち、この発明は、セラミックス粒子
の表面に該粒子の粒径より小さい粒径の金属粒子を多数
付着させる工程、高速気流による衝撃作用によってセラ
ミックス粒子に金属粒子を食い込ませてカプセル粉体を
製造する工程、該カプセル粉体を原料として所定の形状
の成形体を形成する工程、及び該成形体に対して鋳鉄材
を鋳込むと共に前記成形体を焼成してセラミックス鋳包
み部材を製造する工程、から成るセラミックス鋳包み部
材の製造方法に関する。The present invention is configured as follows to achieve the above object. That is, according to the present invention, a step of adhering a large number of metal particles having a particle size smaller than the particle size of the ceramic particles onto the surface of the ceramic particles, and the impact of the high-speed air flow causes the metal particles to bite into the ceramic particles to produce a capsule powder. From a step, a step of forming a molded body of a predetermined shape from the capsule powder as a raw material, and a step of casting a cast iron material into the molded body and firing the molded body to produce a ceramics cast-in member. The present invention relates to a method for manufacturing a ceramics cast-in member having the same.
また、このセラミックス鋳包み部材の製造方法におい
て、前記セラミックス鋳包み部材はピストンヘッドの燃
焼室壁面である。In the method for manufacturing a ceramics cast-in member, the ceramics cast-in member is a combustion chamber wall surface of a piston head.
或いは、このセラミックス鋳包み部材の製造方法におい
て、前記セラミックス鋳包み部材はシリンダヘッドの下
面部及び/又は排気ポートである。Alternatively, in the method for manufacturing a ceramics cast-in member, the ceramics cast-in member is a lower surface portion of a cylinder head and / or an exhaust port.
又は、このセラミックス鋳包み部材の製造方法におい
て、前記セラミックス鋳包み部材は排気マニホルドの壁
面及び該入口部の壁面である。Alternatively, in the method for manufacturing a ceramics cast-in member, the ceramics cast-in member is a wall surface of the exhaust manifold and a wall surface of the inlet portion.
或いは、このセラミックス鋳包み部材の製造方法におい
て、前記成形体を焼成して焼結体を製造する工程、及び
該焼結体に対して鋳鉄材を鋳込んでセラミックス鋳包み
部材を製造する工程を有するものである。Alternatively, in the method for manufacturing a ceramics cast-in member, the steps of firing the molded body to produce a sintered body, and casting a cast iron material into the sintered body to produce a ceramics cast-in member. I have.
この発明によるセラミックス鋳包み部材の製造方法は、
以上のように構成されており、次のように作用する。即
ち、このセラミックス鋳包み部材の製造方法において、
第一工程でセラミックス粒子の表面に金属粒子を付着さ
れる。その時の付着する力は一般によく知られているフ
ァンデルワールス力による。しかし、この段階では異種
粒子間付着が必ずしも強固ではない。そこで、第二工程
では、第一工程で製作したセラミックス粒子を核にして
該表面に多数の金属粒子を付着させた混合体に対して高
速気流による衝撃力を作用させることによって、セラミ
ックス粒子に金属粒子を食い込ませてカプセル粉体を製
造する。これにより異種粒子間の固着状態が強固なもの
になる。そこで、一個一個のセラミックス粒子の表面を
金属粒子が強固な付着力をもって覆い包むことになるの
で、該カプセル粉体を原料にして所定の形状の成形体を
製作すると、該成形体はセラミックス粒子と金属粒子と
の均一な混合状態になることができる。更に、次の工程
ではカプセル粉体から成る成形体を焼結して焼結体を製
造し、該焼結体に対して鋳鉄を鋳込み、例えば、シリン
ダヘッドのバルブブリッジ部、シリンダヘッドの排気ポ
ートライナ、ピストンヘッド部等のセラミックス鋳包み
部材を製作する。場合によっては、成形体を焼結すると
共に該成形体に対して鋳鉄を鋳込んでセラミックス鋳包
み部材を製作する。成形体の焼成時及び該成形体或いは
焼結体に対して鋳鉄を鋳込む時には、セラミックスを覆
っている金属粒子と金属粒子とが金属成分同士が冶金学
的に結合し、且つ結合金属と鋳鉄とが金属成分同士で冶
金学的に結合するので、セラミックス粒子は金属に鋳包
み状態になり、カプセル粉体の成形体と鋳鉄材とが強固
に結合され、耐熱性、断熱性、耐変形性に富んだ強固な
結合状態のセラミックス鋳包み部材が製造される。The method of manufacturing a ceramics cast-in member according to the present invention is
It is configured as described above and operates as follows. That is, in the method for manufacturing the ceramic cast-in member,
In the first step, metal particles are attached to the surface of the ceramic particles. The adhesion force at that time is due to the generally well-known Van der Waals force. However, at this stage, adhesion between different kinds of particles is not necessarily strong. Therefore, in the second step, the ceramic particles produced in the first step are used as nuclei to apply an impact force by a high-speed air flow to the mixture in which a large number of metal particles are attached to the surface of the ceramic particles, so that the metal A capsule powder is manufactured by biting particles. As a result, the fixed state between different kinds of particles becomes strong. Therefore, since the metal particles cover the surface of each ceramic particle with a strong adhesive force, when a molded body of a predetermined shape is manufactured using the capsule powder as a raw material, the molded body is converted into ceramic particles. A uniform mixed state with the metal particles can be obtained. Further, in the next step, a molded body made of capsule powder is sintered to manufacture a sintered body, and cast iron is cast into the sintered body. For example, a valve bridge portion of a cylinder head or an exhaust port of a cylinder head. Manufacture ceramics cast-in members such as liners and piston heads. In some cases, the molded body is sintered and cast iron is cast into the molded body to produce a ceramics cast-in member. At the time of firing the molded body and when casting the cast iron into the molded body or the sintered body, the metal particles covering the ceramics and the metal particles are metallurgically bonded to each other, and the bonded metal and the cast iron are bonded together. Since and are metallurgically bonded to each other by the metal components, the ceramic particles are cast into the metal, and the molded body of the capsule powder and the cast iron material are firmly bonded, resulting in heat resistance, heat insulation, and deformation resistance. A ceramic cast-in member with a high degree of strong bonding is produced.
以下、図面を参照して、この発明によるセラミックス鋳
包み部材の製造方法の一実施例について説明する。An embodiment of a method for manufacturing a ceramics cast-in member according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
この発明によるセラミックス鋳包み部材の製造方法は、
例えば、第4図に示す粉体衝撃装置及びその周辺装置を
利用してカプセル粉体を製造することができる。この粉
体衝撃装置Hは、上記しているので、ここでは詳細な説
明は省略する。The method of manufacturing a ceramics cast-in member according to the present invention is
For example, capsule powder can be manufactured using the powder impact device shown in FIG. 4 and its peripheral devices. Since the powder impact device H has been described above, detailed description thereof is omitted here.
この発明によるセラミックス鋳包み部材の製造方法は、
主として、三つの工程を有しているが、そのうちの第一
工程及び第二工程は、例えば、上記の粉体衝撃装置及び
その周辺装置を用いて、以下のようにして実施すること
ができる。The method of manufacturing a ceramics cast-in member according to the present invention is
Although it mainly has three steps, the first step and the second step of them can be carried out as follows, for example, using the above-mentioned powder impact device and its peripheral devices.
セラミックス成形体の原料としては、セラミックス粒子
としてアルミナ(Al2O3)粉体を使用し、また、金属粒
子として鉄系金属粉体を使用する。As a raw material for the ceramic molded body, alumina (Al 2 O 3 ) powder is used as ceramic particles, and iron-based metal powder is used as metal particles.
アルミナ粉体であるセラミックス粒子の粒径と、該セラ
ミックス粒子を被覆する鉄系金属粉体の金属粒子の粒径
との比率は、例えば、10:1程度が適切である。The ratio of the particle size of the ceramic particles that are alumina powder to the particle size of the metal particles of the iron-based metal powder that coats the ceramic particles is appropriately about 10: 1, for example.
第一工程の処理は、プレプロセッサー32において行わ
れ、一般によく知られている粉体間のファンデルワール
ス力によって、鉄系金属粉体の金属粒子Mはアルミナ粉
体のセラミックス粒子Cの表面に付着する。アルミナ粒
子の表面に鉄系金属粒子を付着させた被処理粉体は、第
5図(A)に示すような状態である。そして、この被処
理粉体は原料貯槽17へ送られる。The treatment of the first step is performed in the preprocessor 32, and the metal particles M of the iron-based metal powder are deposited on the surface of the ceramic particles C of the alumina powder by the generally well-known Van der Waals force between the powders. Adhere to. The powder to be treated having the iron-based metal particles attached to the surface of the alumina particles is in a state as shown in FIG. 5 (A). Then, the powder to be treated is sent to the raw material storage tank 17.
次に、第二工程の処理は、例えば、第4図に示すような
粉体衝撃装置Hによって行われる。Next, the process of the second step is performed by, for example, a powder impact device H as shown in FIG.
まず、開閉弁6を閉鎖した状態にしておき、不活性ガス
を装置内に導入しながら、回転軸4を駆動させて回転盤
2を回転させる。回転盤2の回転速度は、8000〜16000r
pmである。これにより、回転盤2の外周に設けた衝撃ピ
ン3の回転に伴って気流が発生し、この気流の遠心力に
基づくファン効果によって衝撃室13に開口する循環回路
9の循環口14から循環回路9を巡って回転盤2の中心部
に戻る気流の循環流れが形成される。First, the on-off valve 6 is kept closed, and the rotating shaft 4 is driven to rotate the turntable 2 while introducing an inert gas into the apparatus. The rotation speed of the turntable 2 is 8000 to 16000r.
pm. As a result, an airflow is generated in accordance with the rotation of the impact pin 3 provided on the outer circumference of the rotary disk 2, and the fan effect based on the centrifugal force of this airflow causes the circulation circuit 14 to open to the impact chamber 13 from the circulation port 14 to the circulation circuit. A circulation flow of the airflow is formed around 9 and returning to the central portion of the rotary disk 2.
この循環気流が形成された後に、原料貯槽17に貯蔵され
ていた被処理粉体を原料計量フィーダ16より原料ホッパ
10に投入する。被処理粉体は原料ホッパ10から原料供給
用シュート11を通って衝撃室13に入る。衝撃室13に入っ
た被処理粉体は、ここで高速で回転する回転盤2の多数
の衝撃ピン3によって瞬間的な打撃作用を受け、更に、
周辺の衝突リング5に衝突して再度衝撃作用と強度の圧
縮作用を受ける。そして、同時に循環ガスの流れに同伴
して被処理粉体は循環回路9を循環して再び衝撃室13へ
と戻り、再度打撃衝撃作用を受ける。After this circulating air flow is formed, the powder to be processed stored in the raw material storage tank 17 is fed from the raw material measuring feeder 16 to the raw material hopper.
Throw in 10. The powder to be treated enters the impact chamber 13 from the raw material hopper 10 through the raw material supply chute 11. The powder to be treated, which has entered the impact chamber 13, is subjected to an instantaneous impact action by a large number of impact pins 3 of the turntable 2 rotating at high speed, and further,
It collides with the surrounding collision ring 5 and is again subjected to the impact action and the strong compression action. At the same time, the powder to be treated circulates in the circulation circuit 9 while being entrained in the flow of the circulating gas, returns to the impact chamber 13 again, and is again impacted by the impact.
セラミックス粒子Cの表面に多数の金属粒子Mを付着さ
せた被処理粉体は、上記のような衝撃作用を短時間のう
ちに連続して何回も繰り返し受けることになる。その経
過時間は、例えば、1〜10分程度である。その間にセラ
ミックス粒子Cの表面は熱エネルギーを受けることによ
り、金属粒子M或いはセラミックス粒子Cは短時間のう
ちに軟化、溶融或いは変形して金属粒子Mがセラミック
ス粒子Cの全表面に均一に拡がって食い込み、或いはセ
ラミックス粒子は金属粒子Mで覆い包まれ、第5図
(B)に示すように、セラミックス粒子Cを核とした金
属粒子Mの被覆のカプセル粉体(複合粉体)が製造され
る。The powder to be treated in which a large number of metal particles M are attached to the surfaces of the ceramic particles C is repeatedly subjected to the above-described impact action many times in a short time. The elapsed time is, for example, about 1 to 10 minutes. In the meantime, the surface of the ceramic particles C receives heat energy, so that the metal particles M or the ceramic particles C are softened, melted or deformed in a short time, and the metal particles M are spread uniformly over the entire surface of the ceramic particles C. The bite or the ceramic particles are covered with the metal particles M, and as shown in FIG. 5 (B), a capsule powder (composite powder) having the ceramic particles C as the core and covered with the metal particles M is manufactured. .
カプセル粉体の製造が終了した後は、開閉弁6を鎖線で
示す位置まで移動させて開放し、衝撃室13からカプセル
粉体を排出する。After the production of the capsule powder is completed, the on-off valve 6 is moved to the position shown by the chain line and opened, and the capsule powder is discharged from the impact chamber 13.
カプセル粉体は、それ自身に作用している遠心力と、送
風機25の吸引力で短時間(数秒間)のうちに衝撃室13及
び循環回路9から排出され、排出用シュート12を通って
サイクロン21及びバグフィルタ23等の粉末捕集装置に導
入される。次いで、粉末捕集装置でカプセル粉体は捕集
されて、ロータリバルブ22、24を介して外に排出され
る。The capsule powder is discharged from the impact chamber 13 and the circulation circuit 9 within a short time (several seconds) by the centrifugal force acting on itself and the suction force of the blower 25, and passes through the discharge chute 12 to the cyclone. 21 and a bag filter 23, etc. are introduced into the powder collecting device. Next, the capsule powder is collected by the powder collecting device and discharged to the outside via the rotary valves 22 and 24.
第三工程は、第二工程で製造したカプセル粉体を、例え
ば、シリンダヘッド下面部、シリンダライナ、シリンダ
ヘッドの排気ポートライナ、排気マニホルドの壁面等の
所定の形状に成形し、それらの形状に対応する成形体を
形成し、該成形体を焼成すると共に、該成形体に対して
鋳鉄を鋳込んでセラミックス鋳包み部材を製作する。In the third step, the capsule powder produced in the second step is molded into a predetermined shape, for example, the lower surface of the cylinder head, the cylinder liner, the exhaust port liner of the cylinder head, the wall surface of the exhaust manifold, and the like. A corresponding molded body is formed, the molded body is fired, and cast iron is cast into the molded body to manufacture a ceramic cast-in member.
セラミックス鋳包み部材の金属成分とセラミックス成分
との比率は、30:70を最高に、金属成分を少なくするこ
とが可能である。耐熱性、断熱性、耐変形性等を強化す
る場合には、金属成分を少なくする。また、振動、衝撃
等の多い種類の装置では、セラミックスの脆性を改良す
る目的で金属成分を多くする構造に構成することもでき
る。The ratio of the metal component and the ceramic component of the ceramics cast-in member is 30:70, and it is possible to reduce the metal component. When strengthening heat resistance, heat insulation, deformation resistance, etc., the metal content is reduced. Further, in a device of many types such as vibration, impact, etc., the structure can be configured to increase the metal component for the purpose of improving brittleness of ceramics.
この発明によるセラミックス鋳包み部材の製造方法は、
上記のようにして達成できるが、このセラミックス鋳包
み部材の製造方法によって製造したセラミックス鋳包み
部材は、例えば、次に示すようなものに利用できる。The method of manufacturing a ceramics cast-in member according to the present invention is
Although it can be achieved as described above, the ceramics cast-in member manufactured by the method for manufacturing the ceramics cast-in member can be used, for example, in the following.
まず、第1図(A)及び第1図(B)に示すように、セ
ラミックス鋳包み部材としては、ピストン15を構成する
ピストンヘッド18の燃焼室壁面19を製作することができ
る。燃焼室壁面19をセラミックス鋳包み部材で製作すれ
ば、高温の燃焼ガスに晒されて繰り返しの熱応力を受け
ても、鋳鉄製ピストンの燃焼室面の亀裂、クラック等の
発生を防止することができる。First, as shown in FIGS. 1 (A) and 1 (B), a combustion chamber wall surface 19 of a piston head 18 constituting a piston 15 can be manufactured as a ceramics cast-in member. If the combustion chamber wall surface 19 is made of a ceramics cast-in member, it is possible to prevent cracks, etc. on the combustion chamber surface of the cast iron piston even when exposed to high temperature combustion gas and subjected to repeated thermal stress. it can.
又は、第2図(A)及び第2図(B)に示すように、セ
ラミックス鋳包み部材としては、排気マニホルド20の壁
部27内の内壁面26、或いは排気マニホルド20のシリンダ
ヘッドとの連結部即ち入口部のみに成形体或いは焼結体
を配置して鋳鉄を鋳込んでセラミックス鋳包み部材を形
成してもよいし、或いは、排気マニホルド20全体の内壁
面として成形体或いは焼結体を配置し、鋳鉄を鋳込んで
もよい。Alternatively, as shown in FIG. 2 (A) and FIG. 2 (B), as the ceramics cast-in member, the inner wall surface 26 in the wall portion 27 of the exhaust manifold 20 or the connection with the cylinder head of the exhaust manifold 20. The molded body or the sintered body may be disposed only in the section, that is, the inlet portion to cast the cast iron to form the ceramics cast-in member, or the molded body or the sintered body may be used as the inner wall surface of the entire exhaust manifold 20. It may be arranged and cast iron may be cast.
或いは、第3図(A)及び第3図(B)に示すように、
セラミックス鋳包み部材としては、鋳鉄製シリンダヘッ
ド28の下面部33、又はシリンダヘッド28の排気ポートラ
イナ30に適用することもできる。シリンダヘッド下面部
33及び排気ポートライナ30をセラミックス鋳包み部材で
製作した場合には、耐熱性、断熱性、耐変形性等に富ん
だ構造に構成でき、繰り返しの熱応力を受けても亀裂、
クラック等の発生を防止することができる。Alternatively, as shown in FIGS. 3 (A) and 3 (B),
The ceramic cast-in member may be applied to the lower surface portion 33 of the cast iron cylinder head 28 or the exhaust port liner 30 of the cylinder head 28. Lower surface of cylinder head
When the 33 and the exhaust port liner 30 are made of a ceramic cast-in member, a structure rich in heat resistance, heat insulation, deformation resistance, etc. can be formed and cracks even when subjected to repeated thermal stress,
It is possible to prevent the occurrence of cracks and the like.
更に、図示していないが、例えば、シリンダヘッドの下
面部の構造、例えば、吸気ポートと排気ポートとの間の
構造、或いは吸気ポートと排気ポートとの間で燃料噴射
ノズルの取付け孔に股がるシリンダヘッドのバルブブリ
ッジ部の座ぐり部の構造(第6図及び第7図参照)を、
この発明によるセラミックス鋳包み部材の製造方法で製
作し、該部位にセラミックス層を形成するように構成す
ることができる。Further, although not shown, for example, the structure of the lower surface of the cylinder head, for example, the structure between the intake port and the exhaust port, or the mounting hole of the fuel injection nozzle between the intake port and the exhaust port has a crotch. The structure of the spot facing part of the valve bridge part of the cylinder head (see FIGS. 6 and 7)
The ceramic cast-in member according to the present invention may be manufactured by the method for manufacturing, and a ceramic layer may be formed on the site.
この発明によるセラミックス鋳包み部材の製造方法は、
以上のように構成されているので、次のような効果を有
する。即ち、このセラミックス鋳包み部材の製造方法に
よれば、一個一個のセラミックス粒子の表面を金属粒子
が強固な付着力をもって覆い包むので、特に品質管理を
しなくても、セラミックス粒子と金属粒子は均一に混合
された製品を造ることができる。このため、耐熱性、断
熱性、耐変形性等にむらのない非常に優れたセラミック
ス鋳包み部材を製造することができる。しかも、この発
明の製造方法によって製作したセラミックス鋳包み部材
は、セラミックス粒子を覆っている金属粒子同士が冶金
学的に結合すると共に、セラミックス鋳包み部材を鋳鉄
に鋳込んだ時に、セラミックスを覆っている金属成分が
鋳鉄と冶金学的に結合するので、セラミックス鋳包み部
材を鋳鉄材に対して強固に結合してセラミックス自体の
脆さがなくなり、耐熱性、断熱性、耐変形性等を向上で
きることは勿論のこと、強度、耐久性等を向上すること
ができる。The method of manufacturing a ceramics cast-in member according to the present invention is
Since it is configured as described above, it has the following effects. That is, according to the method for manufacturing a ceramics cast-in member, since the metal particles cover the surface of each ceramic particle with a strong adhesive force, the ceramic particles and the metal particles are uniform even without quality control. It is possible to make mixed products. Therefore, it is possible to manufacture an extremely excellent ceramics cast-in member having no unevenness in heat resistance, heat insulation, deformation resistance and the like. Moreover, the ceramic cast-in member manufactured by the manufacturing method of the present invention is such that metal particles covering the ceramic particles are metallurgically bonded to each other, and when the ceramic cast-in member is cast into cast iron, it covers the ceramics. Since the existing metal components are metallurgically bonded to the cast iron, the cast-in ceramics member can be firmly bonded to the cast iron material, eliminating the brittleness of the ceramics itself and improving heat resistance, heat insulation, deformation resistance, etc. Of course, strength, durability, etc. can be improved.
このように、この発明によるセラミックス鋳包み部材の
製造方法によって、セラミックスを鋳鉄材に適用する場
合に障害となっていた問題が一挙に解決されるので、高
い熱応力を繰り返し受ける鋳鉄部品にセラミックスの特
性を活かす構造に適用することができるようになり、セ
ラミックスを適用できる範囲を一挙に拡大することが可
能になる。例えば、この発明によるセラミックス鋳包み
部材の製造方法によって製造したセラミックス鋳包み部
材としては、ピストンヘッドの燃焼室壁面、シリンダヘ
ッドの下面部及び/又は排気ポート、或いは排気マニホ
ルドの壁面及び該入口部の壁面等に利用できることにな
る。As described above, the method for manufacturing a ceramics cast-in member according to the present invention solves all the problems that have been obstacles when applying ceramics to a cast iron material. It becomes possible to apply to the structure that makes the most of the characteristics, and it becomes possible to expand the applicable range of ceramics all at once. For example, as the ceramics cast-in member manufactured by the method for manufacturing a ceramics cast-in member according to the present invention, the combustion chamber wall surface of the piston head, the lower surface portion of the cylinder head and / or the exhaust port, or the wall surface of the exhaust manifold and the inlet portion It can be used for wall surfaces.
第1図(A)はこの発明によるセラミックス鋳包み部材
の製造方法によって製作したピストンヘッドの例を示す
斜視図、第1図(B)は第1図(A)のピストンヘッド
の燃焼室壁面の例を示す斜視図、第2図(A)はこの発
明によるセラミックス鋳包み部材の製造方法によって製
作した排気マニホルドの例を示す斜視図、第2図(B)
は第2図(A)の線2B-2Bにおける断面図、第3図
(A)はこの発明によるセラミックス鋳包み部材の製造
方法によって製作したシリンダヘッドの例を示す概略
図、第3図(B)は第3図(A)の排気ポートライナの
例を示す斜視図、第4図はこの発明によるセラミックス
鋳包み部材の製造方法を実施するために使用される粉体
衝撃装置及びその周辺装置を示す概略図、第5図(A)
はセラミックス粒子と金属粒子の関係を示す第一工程に
おける状態を説明する説明図、第5図(B)はセラミッ
クス粒子と金属粒子の関係を示す第二工程における状態
を説明する説明図、第6図はシリンダヘッド構造の一例
を示す平面図、及び第7図は第6図の線A−Aにおける
断面図である。 C……セラミックス粒子、H……粉体衝撃装置、M……
金属粒子、18……ピストンヘッド、19……燃焼室壁面、
20……排気マニホルド、27……壁部、28……シリンダヘ
ッド、29……排気ポート、30……排気ポートライナ、33
……下面部。1 (A) is a perspective view showing an example of a piston head manufactured by the method for manufacturing a ceramics cast-in member according to the present invention, and FIG. 1 (B) is a combustion chamber wall surface of the piston head of FIG. 1 (A). FIG. 2 (A) is a perspective view showing an example, and FIG. 2 (B) is a perspective view showing an example of an exhaust manifold manufactured by the method for manufacturing a ceramics cast-in member according to the present invention.
Is a sectional view taken along the line 2B-2B in FIG. 2 (A), and FIG. 3 (A) is a schematic view showing an example of a cylinder head manufactured by the method for manufacturing a ceramics cast-in member according to the present invention. ) Is a perspective view showing an example of the exhaust port liner of FIG. 3 (A), and FIG. 4 shows a powder impact device and its peripheral devices used for carrying out the method of manufacturing a ceramics cast-in member according to the present invention. Schematic diagram shown in FIG. 5 (A)
Is an explanatory view illustrating the state in the first step showing the relationship between the ceramic particles and the metal particles, FIG. 5 (B) is an explanatory diagram illustrating the state in the second step showing the relationship between the ceramic particles and the metal particles, and FIG. FIG. 7 is a plan view showing an example of the cylinder head structure, and FIG. 7 is a sectional view taken along the line AA in FIG. C …… ceramic particles, H …… powder impact device, M ……
Metal particles, 18 ... Piston head, 19 ... Combustion chamber wall surface,
20 …… Exhaust manifold, 27 …… Wall, 28 …… Cylinder head, 29 …… Exhaust port, 30 …… Exhaust port liner, 33
...... Lower surface part.
Claims (5)
り小さい粒径の金属粒子を多数付着させる工程、高速気
流による衝撃作用によってセラミックス粒子に金属粒子
を食い込ませてカプセル粉体を製造する工程、該カプセ
ル粉体を原料として所定の形状の成形体を形成する工
程、及び該成形体に対して鋳鉄材を鋳込むと共に前記成
形体を焼成してセラミックス鋳包み部材を製造する工
程、から成るセラミックス鋳包み部材の製造方法。1. A process of depositing a large number of metal particles having a particle size smaller than that of the ceramic particles on the surface of the ceramic particles, and a process of causing the metal particles to bite into the ceramic particles by an impact action of a high-speed air flow to produce a capsule powder. And a step of forming a molded body having a predetermined shape from the capsule powder as a raw material, and a step of casting a cast iron material into the molded body and firing the molded body to manufacture a ceramic cast-in member. Manufacturing method of ceramics cast-in member.
ッドの燃焼室壁面である請求項1に記載のセラミックス
鋳包み部材の製造方法。2. The method for producing a ceramics cast-in member according to claim 1, wherein the ceramics cast-in member is a wall surface of a combustion chamber of a piston head.
ッドの下面部及び/又は排気ポートである請求項1に記
載のセラミックス鋳包み部材の製造方法。3. The method for manufacturing a ceramics cast-in member according to claim 1, wherein the ceramics cast-in member is a lower surface portion of a cylinder head and / or an exhaust port.
ルドの壁面及び該入口部の壁面である請求項1に記載の
セラミックス鋳包み部材の製造方法。4. The method for producing a ceramics cast-in member according to claim 1, wherein the ceramics cast-in member is a wall surface of an exhaust manifold and a wall surface of the inlet portion.
程、及び該焼結体に対して鋳鉄材を鋳込んでセラミック
ス鋳包み部材を製造する工程を有する請求項1に記載の
セラミックス鋳包み部材の製造方法。5. The method according to claim 1, further comprising a step of firing the molded body to produce a sintered body, and a step of casting a cast iron material into the sintered body to produce a ceramics cast-in member. Manufacturing method of ceramics cast-in member.
Priority Applications (5)
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EP91100925A EP0440093B1 (en) | 1990-01-26 | 1991-01-24 | Cast product having ceramics as insert and method of making same |
DE69105761T DE69105761T2 (en) | 1990-01-26 | 1991-01-24 | Cast workpiece with ceramic reinforcement insert and method for its production. |
CA002035018A CA2035018C (en) | 1990-01-26 | 1991-01-25 | Cast product having ceramics as insert and method of making same |
US07/646,960 US5223213A (en) | 1990-01-26 | 1991-01-25 | Cast product having a ceramic insert and method of making same |
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