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JP2588427B2 - Insulated ceramic cast-in-place body and method of manufacturing the same - Google Patents
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JP2588427B2 - Insulated ceramic cast-in-place body and method of manufacturing the same - Google Patents

Insulated ceramic cast-in-place body and method of manufacturing the same

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JP2588427B2
JP2588427B2 JP63333957A JP33395788A JP2588427B2 JP 2588427 B2 JP2588427 B2 JP 2588427B2 JP 63333957 A JP63333957 A JP 63333957A JP 33395788 A JP33395788 A JP 33395788A JP 2588427 B2 JP2588427 B2 JP 2588427B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、セラミックスからなる内層を金属によって
鋳ぐるんだ構造の断熱セラミック鋳ぐるみ鋳造体に関
し、得にエキゾーストマニホルド等に用いるのに適した
断熱セラミック鋳ぐるみ鋳造体に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an insulated ceramic cast insert having a structure in which an inner layer made of ceramic is formed by metal, and is particularly suitable for use in an exhaust manifold or the like. The present invention relates to a heat-insulated ceramic cast body.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来から、エキゾーストマニホルドや排気パイプ等の
排気系機器に、断熱の目的でセラミック内層を設けるこ
とが試みられている。セラミック内層は、金属部品の内
面にセラミック層を塗布し、焼成することにより形成す
ることができるが、逆にあらかじめセラミック内層用の
セラミックス部品を形成しておき、それをアルミニウ
ム、鋳鉄などの金属で鋳ぐるむ方法もあり、かかる鋳ぐ
るみ法により断熱セラミック鋳ぐるみ鋳造体を製造する
種々の方法提案されている(特公昭50−3737号公報、特
公昭51−16168号公報、特開昭50−126010号公報等)。
しかしながら、セラミックスの熱膨張係数は金属よりも
小さいため、鋳ぐるんだ金属溶湯が冷却固化して収縮す
る際に、セラミック焼結体には圧縮応力がかかる。この
ため、セラミック焼結体にマイクロクラックが生じた
り、破壊したりするという問題がある。
Conventionally, it has been attempted to provide a ceramic inner layer in an exhaust system device such as an exhaust manifold and an exhaust pipe for the purpose of heat insulation. The ceramic inner layer can be formed by applying a ceramic layer to the inner surface of a metal component and firing it.On the other hand, a ceramic component for the ceramic inner layer is formed in advance, and the ceramic component is formed of a metal such as aluminum or cast iron. There is also a casting method, and various methods for producing a heat-insulated ceramic casting product by such a casting method have been proposed (Japanese Patent Publication No. 50-3737, Japanese Patent Publication No. 51-16168, Japanese Patent Application Laid-Open No. No. 126010).
However, since the coefficient of thermal expansion of ceramics is smaller than that of metal, compressive stress is applied to the ceramic sintered body when the cast metal melt is cooled and solidified and contracts. For this reason, there is a problem that microcracks are generated or broken in the ceramic sintered body.

かかる問題を解決するために、種々の提案がなされ
た。
Various proposals have been made to solve such a problem.

特開昭51−16168号は、弾性率が200〜5000kg/mm2、曲
げ強さが8〜200kg/cm2、肉厚が内径の1/4以下で、表面
が滑らかな耐火物骨材とアルミナセメントよりなる可撓
性のセラミック半製品を鋳型内に設置し、該セラミック
半製品を溶解金属で鋳ぐるむことを特徴とする断熱鋳物
の製造方法を開示している。また特公昭58−37277号は
この可撓性のセラミック半製品に熱衝撃による亀裂防止
用のコーティング剤を塗布した後で鋳ぐるむ方法を開示
している。いずれの方法でも、溶融金属が冷却凝固する
際の圧縮応力をセラミック半製品の弾性限界内での収縮
により吸収することにより、セラミックの亀裂を防止し
ている。これと同様の方法が特公昭52−48602号にも開
示されている。
JP-A-51-16168 discloses a refractory aggregate having a modulus of elasticity of 200 to 5000 kg / mm 2 , a bending strength of 8 to 200 kg / cm 2 , a thickness of 1/4 or less of the inner diameter, and a smooth surface. A method for producing a heat-insulated casting, comprising placing a flexible ceramic semi-finished product made of alumina cement in a mold and casting the ceramic semi-finished product with a molten metal is disclosed. Japanese Patent Publication No. 58-37277 discloses a method in which a coating material for preventing cracks due to thermal shock is applied to this flexible ceramic semi-finished product, and then the resulting product is cast. In either method, cracking of the ceramic is prevented by absorbing the compressive stress caused by cooling and solidification of the molten metal by shrinkage within the elastic limit of the ceramic semi-finished product. A similar method is also disclosed in JP-B-52-48602.

また特公昭56−37021号は、セラミック部品の組織全
体にあらかじめマイクロクラックを発生させ、このマイ
クロクラックで鋳ぐるみの際の圧縮応力を吸収してセラ
ミック部品の圧縮破壊を阻止するようにしたセラミック
鋳ぐるみ鋳物の製造法を提案している。
Japanese Patent Publication No. 56-37021 discloses a ceramic casting in which a microcrack is generated in advance in the entire structure of a ceramic part, and the microcrack absorbs the compressive stress at the time of casting to prevent the compressive fracture of the ceramic part. We have proposed a manufacturing method for hollow castings.

さらに特公昭60−240365号は、無機質繊維にて繊維成
形体を形成し、前記繊維成形体の表面層の個々の無機質
繊維間にセラミックの微細片を含むスラリーを充填し、
これを乾燥し加熱して前記セラミックの微細片を焼結さ
せ、かくして処理された前記繊維成形体を鋳型内の所定
の位置に配置し、前記鋳型内の前記無機質繊維を含む空
間内に溶融金属を導入してこれを凝固させるセラミック
ス体の鋳ぐるみ方法を開示している。
Furthermore, Japanese Patent Publication No. 60-240365 discloses a method of forming a fibrous body with inorganic fibers, and filling a slurry containing fine pieces of ceramic between individual inorganic fibers on the surface layer of the fibrous body,
This is dried and heated to sinter the fine pieces of the ceramic, dispose the fiber molded body thus treated at a predetermined position in a mold, and place a molten metal in a space containing the inorganic fibers in the mold. And a method of casting a ceramic body to solidify the same.

この方法によれば、繊維成形体の表面層の個々の無機
質繊維間にセラミックスの微細片を含むスラリーを充填
し、これを乾燥し加熱してセラミックスの微細片を焼結
させる過程において、セラミックスの微細片が焼結され
ることにより形成されたセラミックス体と、一部にてセ
ラミックス体中に密着した状態にて埋設され、他の部分
にてセラミックス体外に延在する多数の無機質繊維とを
含む構造体が形成される。この構造体が鋳型内の所定の
位置に配置され、鋳型内の無機質繊維を含む空間内に溶
融金属が導入される。溶融金属が凝固することにより、
無機質繊維のセラミックス体外に延在していた部分が金
属製の主要部内に密着した状態にて埋設されるので、セ
ラミックス体及び金属製の主要部の両方に跨がって延在
し、それらに強固に密着した多数の無機質繊維によりセ
ラミックス体と金属製の主要部とが強固に結合される。
これによりセラミックス体が主要部より剥離してセラミ
ックス体のがたつきが生じることのない部材が得られ
る。
According to this method, a slurry containing fine ceramic pieces is filled between the individual inorganic fibers of the surface layer of the fiber molded body, and the slurry is dried and heated to sinter the fine ceramic pieces. Includes a ceramic body formed by sintering fine pieces, and a large number of inorganic fibers that are partially embedded in the ceramic body in close contact and extend outside the ceramic body in other parts A structure is formed. This structure is placed at a predetermined position in the mold, and the molten metal is introduced into the space containing the inorganic fibers in the mold. As the molten metal solidifies,
Since the portion of the inorganic fiber extending outside the ceramic body is buried in a state of being closely attached to the main part made of metal, it extends over both the ceramic body and the main part made of metal. The ceramic body and the main part made of metal are firmly bonded by a large number of strongly adhered inorganic fibers.
As a result, a member is obtained in which the ceramic body does not peel from the main part and rattling of the ceramic body does not occur.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、特公昭51−16168号等の方法では、溶
融金属の凝固に伴う圧縮応力をセラミック半製品の弾性
変形により完全に吸収して、亀裂等を防止することは事
実上難しいという問題がある。従って、亀裂や破損のな
い断熱セラミック鋳ぐるみ鋳造品を確実に製造するには
適さない方法である。
However, the method of Japanese Patent Publication No. 51-16168 has a problem that it is practically difficult to completely absorb the compressive stress caused by the solidification of the molten metal due to the elastic deformation of the ceramic semi-finished product, thereby preventing cracks and the like. Therefore, this method is not suitable for reliably producing a heat-insulated ceramic cast-in-place casting without cracks or breakage.

また特公昭56−37021号の方法では、セラミック体に
マイクロクラックを発生させて、鋳込時の圧縮応力を緩
和させるようにしているが、これだと使用時のヒートサ
イクル、振動等によってマイクロクラックが成長拡大
し、鋳造体が破壊してしまうおそれがある。
In the method of Japanese Patent Publication No. 56-37021, micro-cracks are generated in the ceramic body to relieve the compressive stress at the time of casting. May grow and expand, and the cast body may be broken.

さらに特開昭60−240365号の方法では、鋳ぐるみ金属
な圧縮応力による亀裂や破壊の問題が解決されていな
い。
Furthermore, the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-240365 does not solve the problem of cracking and breaking due to compressive stress of cast-in metal.

本発明の目的は、かかる亀裂や破壊の問題を解消し、
鋳ぐるみの際の圧縮応力を吸収してセラミック体のクラ
ック発生や破壊を防止した断熱セラミック鋳ぐるみ鋳造
体、及びその製造方法を提供することにある。
The object of the present invention is to eliminate such cracking and breaking problems,
An object of the present invention is to provide a heat-insulated cast-in-mold ceramic body which absorbs compressive stress at the time of cast-in and prevents cracks and breakage of the ceramic body, and a method of manufacturing the same.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明は、上記目的を達成すべく種々検討を重ねた結
果、収縮性のあるセラミックフェルト層を、セラミック
焼結体の外周に設けることにより、鋳ぐるみの際に生じ
る圧縮応力を吸収させればよいことを見出し、本発明を
完成させた。
As a result of various studies to achieve the above object, the present invention provides a shrinkable ceramic felt layer on the outer periphery of a ceramic sintered body to absorb the compressive stress generated at the time of casting. The present inventors have found good things and completed the present invention.

すなわち、本発明の断熱セラミック鋳ぐるみ鋳造体及
びその製造方法は、セラミック焼結体の鋳ぐるみ面にセ
ラミックフェルト層を形成して、鋳ぐるみ金属により鋳
ぐるんだことを特徴とする。
That is, the insulated ceramic cast insert and the method of manufacturing the same according to the present invention are characterized in that a ceramic felt layer is formed on a cast-in surface of a ceramic sintered body, and the cast body is cast with a cast-in metal.

本発明を以下詳細に説明する。 The present invention will be described in detail below.

第1図は、本発明の断熱セラミック鋳ぐるみ鋳造体の
一例を示す一部切欠斜視図であり、1はセラミック層、
2はその鋳ぐるみ面に形成したセラミックフェルト層、
3は鋳ぐるみ金属層である。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing an example of a heat-insulated ceramic cast insert of the present invention, where 1 is a ceramic layer,
2 is a ceramic felt layer formed on the cast-in surface,
3 is a cast-in metal layer.

セラミック層1は、高温強度及び断熱性を有するとと
もに、熱衝撃に十分に耐えられる材質からなるもので、
このようなセラミック材としては、アルミナ系セラミッ
クス、アルミナセメント又はこれらの混合物等が好まし
いが、その他にアルミノカルシエート、窒化珪素等のセ
ラミックスを用いることもできる。
The ceramic layer 1 has a high-temperature strength and a heat insulating property, and is made of a material that can sufficiently withstand a thermal shock.
As such a ceramic material, alumina-based ceramics, alumina cement or a mixture thereof is preferable, but ceramics such as aluminocalcinate and silicon nitride can also be used.

アルミナセラミックスは、平均粒径0.3〜50μm程度
のアルミナ粉末100重量部に、必要に応じてMgO,SiO2
の焼結助剤を0.1〜5重量部程度混合し、スリップキャ
スト法等により成形後、1400〜1800℃で0.5〜4時間焼
結することにより得ることができる。
Alumina ceramics is prepared by mixing about 0.1 to 5 parts by weight of a sintering aid such as MgO or SiO 2 with 100 parts by weight of alumina powder having an average particle size of about 0.3 to 50 μm, if necessary, and then molding by slip casting or the like. And sintering at 1400-1800 ° C. for 0.5-4 hours.

またアルミナセメントは、CaO・Al2O3を主成分とする
セメントであり、耐火性、耐熱性、強度等を上げるため
に種々の粒子を配合することができる。
Alumina cement is a cement containing CaO.Al 2 O 3 as a main component, and various kinds of particles can be blended for improving fire resistance, heat resistance, strength and the like.

さらにアルミナセラミックスとアルミナセメントとを
適当な割合で配合したものもセラミック材料として用い
ることができる。この場合、繊維状のアルミナセラミッ
ク成分が含まれていてもよく、粒子セラミックス/繊維
状セラミックスの重量比が45/55〜95/5の範囲内にある
ことが好ましい。
Further, a mixture of alumina ceramics and alumina cement at an appropriate ratio can also be used as the ceramic material. In this case, a fibrous alumina ceramic component may be contained, and the weight ratio of particulate ceramic / fibrous ceramic is preferably in the range of 45/55 to 95/5.

なおセラミックス層1は、0.5kg/mm2以上、好ましく
は2.5kg/mm2以上の強度を有していることが望ましい。
It is desirable that the ceramic layer 1 has a strength of 0.5 kg / mm 2 or more, preferably 2.5 kg / mm 2 or more.

セラミックフェルト層2は、セラミック層1の外周に
形成されるもので、アルミナ、アルミナ−シリカ、炭化
ケイ素、ジルコニア、ガラス等の長繊維又は短繊維から
なるフェルト状の層である。ガラス繊維などのように編
織できる場合は、加工性が良ければ、編織物としてもよ
い。
The ceramic felt layer 2 is formed on the outer periphery of the ceramic layer 1 and is a felt-like layer made of long fibers or short fibers such as alumina, alumina-silica, silicon carbide, zirconia, and glass. When knitting and weaving such as glass fiber are possible, knitted and woven fabrics may be used if workability is good.

セラミックフェルト層2は、鋳ぐるみ時の鋳ぐるみ金
属の収縮応力を緩和するように作用する。例えば、鋳ぐ
るみ金属にアルミニウム合金を用いた場合、下記式で表
される収縮量D(%)以上の収縮が必要となる。
The ceramic felt layer 2 acts to reduce the shrinkage stress of the as-cast metal during as-cast. For example, when an aluminum alloy is used as the cast-in metal, shrinkage of not less than the shrinkage amount D (%) represented by the following equation is required.

ここで、D:収縮量(%)、 R0:金属層内径、 R2:セラミックフェルト層内径、 TE:アルミニウムの線形熱膨張率、 MP:アルミニウムの溶融温度、 RT:室温 ここで、例えば、セラミックフェルト層2の厚さ=1m
m、R0=41mm、R2=40mmとすると、アルミニウムの線形
熱膨張率TE=23×10-6/deg、(アルミニウム合金の融点
−室温)=700℃であるので、 となる。セラミックフェルト層2は、厚さ1mmで66%の
収縮量を吸収できるように、収縮できるものでなければ
ならない。このような収縮のためには、フェルト状とな
っていることは非常に有利である。
Here, D: shrinkage amount (%), R 0: the metal layer inside diameter, R 2: ceramic felt layers inside diameter, TE: Aluminum linear thermal expansion coefficient of, MP: aluminum melting temperature, RT: room temperature where, for example, Thickness of ceramic felt layer 2 = 1m
If m, R 0 = 41 mm, and R 2 = 40 mm, the linear thermal expansion coefficient TE of aluminum is 23 × 10 −6 / deg and (melting point of aluminum alloy−room temperature) = 700 ° C. Becomes The ceramic felt layer 2 must be capable of shrinking so as to absorb 66% of shrinkage at a thickness of 1 mm. For such shrinkage, it is very advantageous to have a felt shape.

以上の収縮性を有するセラミックフェルト層2は、フ
ェルト密度が0.1〜3.0g/cc、フェルト厚さが0.5mm以
上、好ましくは1〜3mm程度であるのが好適である。
The ceramic felt layer 2 having the above shrinkability has a felt density of 0.1 to 3.0 g / cc and a felt thickness of 0.5 mm or more, preferably about 1 to 3 mm.

このようなセラミックフェルト層2は、直径3〜10μ
m、長さ数mm程度のセラミック繊維を抄紙法により抄い
て作成することができる。
Such a ceramic felt layer 2 has a diameter of 3 to 10 μm.
It can be prepared by making a ceramic fiber having a length of m and several mm in length by a papermaking method.

鋳ぐるみ金属としては、鉄、アルミニウム合金、マグ
ネシウム合金等の通常鋳ぐるみに用いることのできる金
属を使用することができるが、軽量化の目的にはアルミ
ニウム合金が好ましい。
As the cast-in metal, a metal such as iron, an aluminum alloy, and a magnesium alloy which can be used for a normal cast-in can be used, but an aluminum alloy is preferable for the purpose of weight reduction.

第2図は、本発明の断熱セラミック鋳ぐるみ鋳造体の
他の実施態様を示す一部切欠斜視図であり、セラミック
ス層1の鋳ぐるみ面にセラミックフェルト層2を形成す
るとともに、セラミック層1の内面にガラス層4を形成
し、さらにセラミックフェルト層2の外面を鋳ぐるみ金
属3よりも高融点の金属箔5で被覆している。6は、フ
ランジ部の面加工を行う際に、加工性を向上させるため
に設けたマシナブルセラミック層である。
FIG. 2 is a partially cutaway perspective view showing another embodiment of the insulated ceramic cast insert of the present invention, in which a ceramic felt layer 2 is formed on a cast surface of a ceramic layer 1 and a ceramic layer 1 is formed. A glass layer 4 is formed on the inner surface, and the outer surface of the ceramic felt layer 2 is covered with a metal foil 5 having a higher melting point than the cast metal 3. Reference numeral 6 denotes a machinable ceramic layer provided for improving workability when performing surface processing of the flange portion.

セラミック層1は、上記の通り、耐火性、耐熱性のあ
るセラミック焼結体であるので、ある程度の微細孔が存
在し、これに高温、高圧のガス流があたると、ガスがセ
ラミックス層1を透過して、断熱性能を悪化させるう
え、鋳ぐるみ金属層3にまで到達し、鋳ぐるみ金属層3
の温度が高くなりすぎたり、溶解したりするという問題
が生ずる。特にエキゾーストマニホールドに用いた場合
は、廃ガスの圧力が2kg/cm2にも達し、このような問題
が生じやすい。そのため、セラミックス層1の内面に、
ガラス層4をコートして、ガス流の透過を阻止し、断熱
性能の悪化、及び鋳ぐるみ金属層3を温度上昇及び溶解
を防ぐのが望ましい。エキゾーストマニホールドの場
合、廃ガス温度が800〜900℃にも達するので、溶解温度
が1000℃以上のガラスを用いるのが好ましい。ガラスの
組成は、アルミナ、シリカを主成分として、これにB
2O3、BaO、Na2O、CaO、Li2O、NaCl、SrO、PbO、K2O、Fe
2O3などの成分を1種類以上添加してもよい。セラミッ
クス層1を構成するセラミック材料とガラス層4を構成
するガラスとの線熱膨張率の差は−2×10-6〜10×10-6
/℃の範囲内にあるのが最適である。
As described above, since the ceramic layer 1 is a fire-resistant and heat-resistant ceramic sintered body, a certain amount of micropores are present. It penetrates and deteriorates the heat insulation performance and reaches the cast-in metal layer 3.
Are too high or melt. In particular, when used for an exhaust manifold, the pressure of the waste gas reaches 2 kg / cm 2 , and such a problem is likely to occur. Therefore, on the inner surface of the ceramic layer 1,
It is desirable to coat the glass layer 4 to prevent gas flow from permeating, to prevent the heat insulation performance from deteriorating, and to prevent the cast-in metal layer 3 from being heated and melted. In the case of an exhaust manifold, since the waste gas temperature reaches 800 to 900 ° C., it is preferable to use glass whose melting temperature is 1000 ° C. or higher. The glass composition is mainly composed of alumina and silica.
2 O 3 , BaO, Na 2 O, CaO, Li 2 O, NaCl, SrO, PbO, K 2 O, Fe
One or more components such as 2 O 3 may be added. The difference in the linear thermal expansion coefficient between the ceramic material forming the ceramic layer 1 and the glass forming the glass layer 4 is from −2 × 10 −6 to 10 × 10 −6.
It is optimally within the range of / ° C.

さらに、鋳ぐるみに際し、溶解鋳ぐるみ金属がセラミ
ックフェルト層2内に浸透するのを防ぎ、湯流れを良く
して均一な鋳造を行わせるために、鋳ぐるみ金属3より
も幾分融点の高い金属箔5でセラミックフェルト層2の
外面を被覆するのが好ましい。例えばアルミニム合金に
より鋳造する場合、市販のアルミ箔は注湯時に溶解しに
くいので、好ましい。
Further, at the time of casting, a metal having a melting point somewhat higher than that of the cast-in metal 3 is used in order to prevent the molten cast-in metal from penetrating into the ceramic felt layer 2 and improve the flow of the molten metal so as to perform uniform casting. Preferably, the outer surface of the ceramic felt layer 2 is covered with a foil 5. For example, when casting with an aluminum alloy, a commercially available aluminum foil is preferable because it is difficult to dissolve during pouring.

マシナブルセラミック層6はセラミック層1の端面を
覆い、鋳造体の端面加工を容易にする。このようなマシ
ナブルセラミックスとしては、チタン酸アルミニウム等
を用いることができる。
The machinable ceramic layer 6 covers the end face of the ceramic layer 1 and facilitates processing of the end face of the casting. As such machinable ceramics, aluminum titanate or the like can be used.

本発明の断熱セラミック鋳ぐるみ鋳造体は以下の方法
により製造することができる。
The heat-insulated ceramic cast body of the present invention can be manufactured by the following method.

第3図は本発明の方法によりエキゾーストマニホルド
を製造する例を示す。
FIG. 3 shows an example of producing an exhaust manifold by the method of the present invention.

まず、セラミック成形体を作成するための型10と、そ
の中へいれる中子11を準備する(A)。セラミック成形
型10は、樹脂型等でよく、また中子11はワックスのよう
な溶融除去できる材質からなるのが好ましい。
First, a mold 10 for producing a ceramic molded body and a core 11 to be inserted therein are prepared (A). The ceramic mold 10 may be a resin mold or the like, and the core 11 is preferably made of a material such as wax that can be removed by melting.

樹脂型10と中子11の間へセラミックススラリー12を鋳
込み(B)、次いで、養生する(C)。養生は水蒸気雰
囲気中で6〜20時間程度行う。次いで、離型し(D)、
中子のワックスを溶かし出し、脱脂して、セラミック成
形体13を得る(E)。その後焼結して、セラミックス焼
結体14を得る(F)。その後、必要に応じ、セラミック
ス焼結体14の内面にガラスフリットを塗布して、1000〜
1400℃で0.5〜4時間加熱し、ガラス化することにより
ガラス層を形成する(G)。またセラミック焼結体14の
端面にマシナブルセラミックスからなるフランジ15を取
り付ける(H)。
The ceramic slurry 12 is cast between the resin mold 10 and the core 11 (B), and then cured (C). Curing is performed in a steam atmosphere for about 6 to 20 hours. Next, release (D),
The core wax is melted and degreased to obtain a ceramic molded body 13 (E). Thereafter, sintering is performed to obtain a ceramic sintered body 14 (F). Thereafter, if necessary, a glass frit is applied to the inner surface of the ceramic
The glass layer is formed by heating at 1400 ° C. for 0.5 to 4 hours and vitrifying (G). A flange 15 made of machinable ceramic is attached to the end face of the ceramic sintered body 14 (H).

一方、セラミックフェルト16に、若干のバインダー
(例えば高塩基性塩化アルミナ)を加え、セラミックス
焼結体と同じ形状の木型17に巻き付けて(I)、真空成
形法によりセラミックフェルト層を形成し、その半割り
18、18を作る(J)。
On the other hand, a small amount of a binder (for example, highly basic chloride alumina) is added to the ceramic felt 16 and wound around a wooden mold 17 having the same shape as the ceramic sintered body (I), and a ceramic felt layer is formed by a vacuum forming method. Half of that
Make 18, 18. (J)

この半割り2つをセラミックス焼結体層14にかぶせて
接合し、接合面をガラス繊維織布で覆って固定する
(K)。これに必要に応じて、その上を金属箔で被覆し
て、鋳ぐるみ金属により鋳ぐるみ成形する(L)。
The two halves are covered with the ceramic sintered body layer 14 and joined, and the joining surface is covered and fixed with a glass fiber woven fabric (K). If necessary, this is covered with a metal foil and then cast-molded with a cast-in metal (L).

本発明の断熱セラミック鋳ぐるみ鋳造体は、エキゾー
ストマニホルドをはじめ、ポート、パイプ等の広い分野
に使用することができる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The insulated ceramic cast insert of the present invention can be used in a wide range of fields such as ports and pipes, including exhaust manifolds.

〔作 用〕(Operation)

本発明の断熱セラミック鋳ぐるみ鋳造体においては、
セラミック層1と鋳ぐるみ金属層3との間に、鋳ぐるみ
金属の凝固による圧縮応力に応じて収縮し得るセラミッ
クフェルト層2を介在させているので、鋳ぐるみ時に生
ずる圧縮応力が、このセラミックフェルト層2により吸
収されて、セラミックス層1のクラック発生や破壊が防
止される。そして、従来例のように、セラミックス層に
マイクロクラックをあらかじめ発生させていないので、
マイクロクラックの成長による破壊のおそれは全くな
い。
In the heat-insulated ceramic cast insert of the present invention,
Since the ceramic felt layer 2 which can be shrunk in accordance with the compressive stress caused by the solidification of the stuffed metal is interposed between the ceramic layer 1 and the stuffed metal layer 3, the compressive stress generated at the time of stuffing is reduced by the ceramic felt. Absorption by the layer 2 prevents the ceramic layer 1 from cracking and breaking. And, unlike the conventional example, microcracks are not generated in advance in the ceramics layer,
There is no risk of breakage due to the growth of microcracks.

〔実施例1〕 以下実施例により本発明をさらに詳細に説明する。Example 1 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

実施例1 円筒型のキャビティを有する樹脂型を作成し、この中
へエキゾーストマニホルドの内面と同じ形状を有する円
筒形の発泡スチロール製の中子をセットし、樹脂型と中
子の間への下記組成のセラミックススラリーを注入し
た。
Example 1 A resin mold having a cylindrical cavity was prepared, a cylindrical Styrofoam core having the same shape as the inner surface of the exhaust manifold was set therein, and the following composition between the resin mold and the core was prepared. Was injected.

アルミナ粉末(粒径40μm) :55重量部 アルミナセメント :30重量部 アルミナ繊維(平均繊維長 mm):20重量部 水 :37重量部 次いで、16時間養成して離堅し、中子の発泡スチロー
ルを溶出させて脱脂した後、1400℃で2時間焼成して、
セラミック内層用のセラミック焼結体を形成した。
Alumina powder (particle size: 40 μm): 55 parts by weight Alumina cement: 30 parts by weight Alumina fiber (average fiber length mm): 20 parts by weight Water: 37 parts by weight After elution and degreasing, bake at 1400 ° C for 2 hours,
A ceramic sintered body for a ceramic inner layer was formed.

一方、平均直径5μm、平均繊維長2.5mmのアルミナ
短繊維からなるフェルト(厚さ3mm、密度0.19g/cc)に
バインダーとして高塩基塩化アルミナを加えて、真空成
形法により半割りのフェルト成形体を作成しておき、こ
の半割りフェルト成形体を2つ合わせてセラミックス成
形体にかぶせ、接合面上をガラス繊維織布でおおって固
定した。
On the other hand, a high-base chlorinated alumina was added as a binder to a felt (thickness: 3 mm, density: 0.19 g / cc) made of short alumina fibers having an average diameter of 5 μm and an average fiber length of 2.5 mm, and the felt molded body was halved by vacuum molding. Was prepared, and two of the felt felt compacts were put together on a ceramic compact, and the joint surface was covered with a glass fiber woven cloth and fixed.

次いで、アルミニウム合金の溶湯を注湯して鋳ぐるみ
成形を行い、断熱セラミック鋳ぐるみ鋳造体を得た。
Next, a molten aluminum alloy was poured and cast-molded to obtain a heat-insulated ceramic cast-in-place casting.

この場合、セラミックス層にクラックや破壊は全く認
められなかった。
In this case, no crack or destruction was observed in the ceramic layer.

また、この鋳造体に約800℃のエンジン排気ガスを通
したところ、第4図のグラフaに示すように、表面温度
が上昇したが、使用開始後30分経過した時点でも、表面
温度は約400℃程度であった。これに対して、セラミッ
クフェルト層なしに鋳ぐるんだ鋳造体では、セラミック
層にクラックの発生が認められるとともに、同じ加熱試
験により、表面温度は30分後に約500℃に上昇した。
(グラフc)これにより、本発明の鋳造体においてセラ
ミックフェルト層はクラックや破壊の防止効果があると
ともに、優れた断熱作用を有することがわかる。
When the engine exhaust gas of about 800 ° C. was passed through this casting, the surface temperature increased as shown in graph a of FIG. 4, but even after 30 minutes from the start of use, the surface temperature was about It was about 400 ° C. On the other hand, in the cast body which was cast without the ceramic felt layer, cracks were observed in the ceramic layer, and the surface temperature increased to about 500 ° C. after 30 minutes by the same heating test.
(Graph c) From this, it can be seen that the ceramic felt layer in the casting of the present invention has an effect of preventing cracks and breakage, and also has an excellent heat insulating effect.

実施例2 実施例1において、セラミックスを焼成した後、下記
組成のガラスフリットをセラミックス焼結体の内面に塗
布し、1200℃で30分間加熱してガラス化し、厚さ0.25mm
のガラス層とした。次いで、実施例1と同様にして、ア
ルミナ繊維フェルトをかぶせ、フェルト接合面をガラス
繊維織布でおおって固定した後、さらにその上を市販の
アルミニウム箔で被覆し、実施例1と同じ鋳ぐるみ成形
を行った。
Example 2 In Example 1, after firing the ceramic, a glass frit having the following composition was applied to the inner surface of the ceramic sintered body, heated at 1200 ° C. for 30 minutes to vitrify, and the thickness was 0.25 mm.
Glass layer. Next, in the same manner as in Example 1, alumina fiber felt was covered, and the felt joint surface was fixed with a glass fiber woven fabric, and then further covered with a commercially available aluminum foil. Molding was performed.

この場合、鋳ぐるみ成形は極めて円滑に行われ、セラ
ミックス焼結体のクラックや破壊は全く認められなかっ
た。また、この鋳造体に約800℃のエンジン排気ガスを
通したところ、第4図のグラフbに示すように、表面温
度の上昇は僅かであり、30分経過後の表面温度はわずか
250℃であり、極めて優れた断熱効果を示すことがわか
った。
In this case, the cast-in molding was performed extremely smoothly, and no crack or breakage of the ceramic sintered body was recognized. Further, when an engine exhaust gas of about 800 ° C. was passed through the casting, as shown in graph b of FIG. 4, the rise in surface temperature was slight, and after 30 minutes, the surface temperature was slightly reduced.
It was found that the temperature was 250 ° C., indicating an extremely excellent heat insulating effect.

ガラスフリット組成 SiO2 : 65重量部 Al2O3 : 20重量部 CaO : 8重量部 K2O : 4重量部 BaO : 2重量部 Na,Cl : <1重量部 実施例3 平均粒径0.5μmのアルミナ粉末100重量部に、焼結助
剤としてMgOを1重量部混合し、スリップキャスト法に
より成形後1550℃で2時間焼結することにより、長さ20
mm、外径40mm、厚さ4mmの試験片Aを作成した。また試
験片Aと同じサイズの焼結体にアルミナファイバーから
なる厚さ3mm、密度0.2g/ccのセラミックフェルトを貼付
し、試験片Bとした。さらに比較のために、従来の鋳込
み用セラミックスであるアルミノカルシエートからなる
同じサイズの試験片Cを作成した。
Glass frit composition SiO 2 : 65 parts by weight Al 2 O 3 : 20 parts by weight CaO: 8 parts by weight K 2 O: 4 parts by weight BaO: 2 parts by weight Na, Cl: <1 part by weight Example 3 Average particle size 0.5 μm 100 parts by weight of alumina powder was mixed with 1 part by weight of MgO as a sintering aid, molded by a slip casting method, and then sintered at 1550 ° C. for 2 hours to obtain a length of 20 μm.
A test piece A having a diameter of 40 mm, an outer diameter of 40 mm and a thickness of 4 mm was prepared. Further, a ceramic felt having a thickness of 3 mm and a density of 0.2 g / cc made of alumina fiber was attached to a sintered body having the same size as the test piece A to obtain a test piece B. For comparison, a test piece C of the same size made of aluminocalcite, which is a conventional casting ceramic, was prepared.

各試験片に荷重をかけ、ひずみ量と荷重との関係を求
めた。結果を第5図に示す。第5図から明らかなよう
に、セラミックフェルト層を有する試験片Bでは、初期
ひずみ段階ではほとんど荷重が上がらず(セラミックフ
ェルト層によりひずみを吸収)、セラミックフェルト層
の収縮が終了後に荷重が増大して、破壊が生じることが
わかる。また初期ひずみ量はアルミニウム合金により鋳
ぐるんだ場合の圧縮ひずみを十分に吸収し得る大きさで
あり、これにより鋳ぐるみ鋳造品としたときの圧縮応力
によるクラックや破壊のおそれがないことがわかる。一
方、アルミノカルシエートからなる試験片cでは、マイ
クロクラックが発生し、機械的強度が不十分であること
がわかる。
A load was applied to each test piece to determine the relationship between the strain and the load. The results are shown in FIG. As is clear from FIG. 5, in the test piece B having the ceramic felt layer, the load hardly increased in the initial strain stage (strain was absorbed by the ceramic felt layer), and the load increased after the contraction of the ceramic felt layer was completed. It can be seen that destruction occurs. In addition, the initial strain amount is a size that can sufficiently absorb the compressive strain when it is cast with an aluminum alloy, and it can be seen that there is no risk of cracking or breakage due to the compressive stress when the cast product is cast as cast . On the other hand, it can be seen that the test piece c made of aluminocalcite suffered from microcracks and insufficient mechanical strength.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、鋳ぐるみの際の圧縮応力を吸収し
て、セラミックス層の圧縮破壊を防止することができ、
しかもマイクロクラックの成長によるセラミック層破壊
のおそれもない。
According to the present invention, the compressive stress at the time of casting can be absorbed, and the compressive fracture of the ceramic layer can be prevented,
In addition, there is no possibility of ceramic layer destruction due to the growth of microcracks.

また、本発明の断熱セラミック鋳ぐるみ鋳造体は、優
れた断熱製を有し、特にセラミックス層の内面にガラス
層を形成すると断熱効果が一段と向上する。
Moreover, the heat-insulated ceramic cast-in-place casting of the present invention has excellent heat-insulating properties. In particular, when a glass layer is formed on the inner surface of the ceramic layer, the heat-insulating effect is further improved.

このような本発明の断熱セラミック鋳ぐるみ鋳造体を
エキゾーストマニホルドに使用した場合、その出口温度
が高くなり(約50℃上昇)、NOx除去用触媒を効率的に
作用させることができ、エミッション特性を向上させる
ことができるという利点も得られる。
When such a heat-insulated ceramic cast body of the present invention is used for an exhaust manifold, the outlet temperature thereof becomes high (approximately 50 ° C. rise), so that the NOx removing catalyst can act efficiently and emission characteristics can be improved. There is also the advantage that it can be improved.

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

第1図は本発明の断熱セラミック鋳ぐるみ鋳造体の一例
を示す一部切欠斜視図であり、 第2図は本発明の断熱セラミック鋳ぐるみ鋳造体の他の
例を示す一部切欠斜視図であり、 第3図は本発明の一実施例による断熱セラミック鋳ぐる
み鋳造体(エキゾーストマニホルド)の製造例を示すフ
ローチャートであり、 第4図は実施例の断熱セラミック鋳ぐるみ鋳造体に高温
ガスを流した場合の、表面温度とガス流通時間との関係
を示すグラフであり、 第5図は、実施例3の各試験片の荷重試験において、ひ
ずみ量と荷重との関係を示すグラフである。 1……セラミックス層 2……セラミックフェルト層 3……鋳ぐるみ金属層 4……ガラス層 5……金属箔
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing an example of the heat-insulated ceramic cast body of the present invention, and FIG. 2 is a partially cutaway perspective view showing another example of the heat-insulated ceramic cast body of the present invention. FIG. 3 is a flowchart showing an example of manufacturing a heat-insulated ceramic cast insert (exhaust manifold) according to an embodiment of the present invention. FIG. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the surface temperature and the gas flow time in the case of performing the test. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the amount of strain and the load in the load test of each test piece of Example 3. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ceramic layer 2 ... Ceramic felt layer 3 ... Cast-in metal layer 4 ... Glass layer 5 ... Metal foil

フロントページの続き (72)発明者 武富 春美 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式 会社本田技術研究所和光研究所内 (72)発明者 松浦 浩海 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式 会社本田技術研究所和光研究所内 (72)発明者 高橋 栄次 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式 会社本田技術研究所和光研究所内Continued on the front page (72) Inventor Harumi Taketomi 1-4-1 Chuo, Wako-shi, Saitama Pref. Wako Research Laboratory, Honda R & D Co., Ltd. (72) Hiromi Matsuura 1-4-1 Chuo, Wako-shi, Saitama Inside the Wako Laboratory, Honda R & D Co., Ltd. (72) Inventor Eiji Takahashi Inside the Wako Lab.

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】内側からセラミック層と、セラミックフェ
ルト層と鋳ぐるみ金属層とを順に有することを特徴とす
る断熱セラミック鋳ぐるみ鋳造体。
1. A heat-insulated ceramic cast insert, comprising a ceramic layer, a ceramic felt layer and a cast-in metal layer in this order from the inside.
【請求項2】請求項1に記載の断熱セラミック鋳ぐるみ
鋳造体において、前記セラミックフェルト層が、Al2O3
繊維からなるフェルトからなり、前記鋳ぐるみ金属層が
アルミニウム合金からなることを特徴とする断熱セラミ
ック鋳ぐるみ鋳造体。
2. The heat-insulated ceramic insert body according to claim 1, wherein said ceramic felt layer is made of Al 2 O 3.
A heat-insulated ceramic stuffed cast made of felt made of fiber, wherein the stuffed metal layer is made of an aluminum alloy.
【請求項3】請求項1又は2に記載の断熱セラミック鋳
ぐるみ鋳造体において、前記セラミック層の内面にガラ
ス層を有することを特徴とする断熱セラミック鋳ぐるみ
鋳造体。
3. The heat-insulated ceramic cast insert according to claim 1, further comprising a glass layer on an inner surface of said ceramic layer.
【請求項4】請求項1乃至3のいずれかに記載の断熱セ
ラミック鋳ぐるみ鋳造体において、端部にマシナブルセ
ラミック層を有することを特徴とする断熱セラミック鋳
ぐるみ鋳造体。
4. The insulated ceramic cast insert according to claim 1, further comprising a machinable ceramic layer at an end.
【請求項5】内側からセラミック層と、セラミックフェ
ルト層と鋳ぐるみ金属層とを順に有する断熱セラミック
鋳ぐるみ鋳造体の製造方法において、 (a)前記セラミック層としてセラミック焼結体を形成
し、 (b)前記セラミック焼結体の周囲にセラミックフェル
ト層を付着させ、 (c)鋳型内に入れて鋳ぐるみ金属の溶湯を注入するこ
とにより前記鋳ぐるみ金属層を形成する ことを特徴とする方法。
5. A method for producing a heat-insulated ceramic cast insert having a ceramic layer, a ceramic felt layer and a cast-in metal layer in this order from the inside, wherein: (a) forming a ceramic sintered body as the ceramic layer; b) depositing a ceramic felt layer around the ceramic sintered body; and (c) forming the cast-in metal layer by pouring a cast-in metal melt into a mold.
【請求項6】請求項5に記載の方法において、前記セラ
ミックフェルト層の外周を金属箔で覆った後で、前記鋳
ぐるみ金属の溶湯を注入し、前記鋳ぐるみ金属層を形成
することを特徴とする方法。
6. The method according to claim 5, wherein, after the outer periphery of the ceramic felt layer is covered with a metal foil, a molten metal of the stuffed metal is injected to form the stuffed metal layer. And how.
【請求項7】請求項5又は6に記載の方法において、前
記セラミック焼結体の内面にガラスフリットを塗布し焼
成した後で、前記セラミックフェルト層を形成すること
を特徴とする方法。
7. The method according to claim 5, wherein the ceramic felt layer is formed after applying and firing a glass frit on an inner surface of the ceramic sintered body.
【請求項8】請求項5乃至7のいずれかに記載の方法に
おいて、前記セラミック焼結体の端面にマシナブルセラ
ミック焼結体を付着した後で、鋳ぐるみ鋳造を行うこと
を特徴とする方法。
8. The method according to claim 5, further comprising the step of performing a cast-in casting after attaching a machinable ceramic sintered body to an end face of the ceramic sintered body. .
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