JP2001348281A - 酸化物系セラミックスどうしまたは酸化物系セラミックスと金属の接合方法および接合体 - Google Patents

酸化物系セラミックスどうしまたは酸化物系セラミックスと金属の接合方法および接合体

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JP2001348281A
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Shinko Ogusu
真弘 小楠
Shinji Saito
慎二 斉藤
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NHK Spring Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 酸化物系セラミックスと金属、または酸化物
系セラミックスどうしをろう付けによって接合するにあ
たり、その接合を容易かつ低コストで行うことを可能と
する。 【解決手段】 酸化物系セラミックスと、Alを含む金
属とを、Agろう、Niろう等の通常のろう材を用いて
接合する。両者の境界面にAlを含む反応相を形成し、
この反応相を介して酸化物系セラミックスとAlを含む
金属とが結合された接合体を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、酸化物系セラミッ
クスどうしまたは酸化物系セラミックスと金属の接合方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、セラミックスと金属とを接合する
には、主に、活性金属による活性金属ろう付け法と、セ
ラミックス表面に金属メタライズを施すメタライズ法が
採用されている。活性金属ろう付け法は、AgろうやC
uろうに、TiやZr等の活性金属を添加したものをろ
う材としてろう付けする方法であり、活性金属がセラミ
ックスと酸化還元反応を起こして反応相を生成すること
により、接合される。この方法は、セラミックスの表面
にメタライズ処理を施す必要がなく1回の加熱処理で接
合することができ、しかも、セラミックスの種類を問わ
ないことから、酸化物系セラミックスのろう付けに広く
適用されている。
【0003】一方、メタライズ法としては、モリブデン
−マンガン(Mo−Mn)法がもっとも広く用いられて
いる。この方法は、まず、セラミックス表面に、Moお
よびMo酸化物とMnおよびMn酸化物の混合粉末を塗
布した後に焼結して金属層を形成し、次いで、この金属
層上にNiメッキを施し、この後、Agろう等のろう材
でろう付けするものである。このMo−Mn法は、被接
合材を選ばないといった利点がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記活性金属ろう付け
法は、活性金属を添加するのでろう材の種類が限定され
たり、ろう付け後の接合体の使用温度が限定されたりと
いった制約が生じ、また、ろう材が高価であるといった
問題があった。また、メタライズ法は、金属層を形成す
るには1773Kといった高温に加熱する必要があると
ともに、加熱時の雰囲気制御を求められ、さらに、工程
も複雑であることから比較的困難であった。
【0005】よって本発明は、酸化物系セラミックスと
金属、または酸化物系セラミックスどうしをろう付けに
よって接合するにあたり、その接合を容易かつ低コスト
で行うことのできる接合方法を提供することを目的とし
ている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、酸化物系セラ
ミックスと、Alを含む金属とを接合するにあたり、両
者をろう材を用いて接合することを特徴としている。本
発明では、酸化物系セラミックスと金属との間にろう材
を挟み、ろう材に定められたろう付け温度に加熱する。
すると、金属に含まれるAlが金属母材からろう材中に
溶出し、このAlが酸化物系セラミックスと反応するこ
とにより、酸化物系セラミックスとろう材との境界面に
Alを含む反応相が生成する。この反応相により、酸化
物系セラミックスとろう材が結合する。すなわち、ろう
材中に溶出したAlは、活性金属ろう付け法における活
性金属と同じ働きをする。一方、ろう材とAlを含む金
属は、ろう材が金属と濡れ、化合物相や固溶体を形成す
ることで結合する。
【0007】以上の働きにより、酸化物系セラミックス
とAlを含む金属とが接合される。この接合体は、酸化
物系セラミックスと、Alを含む金属とが、両者の境界
面においてAlを含む反応相を介して結合された接合体
である。本発明で用いられるろう材は、従来一般的に用
いられるものであって、Agろう、Cuろう、Niろ
う、Alろう等が挙げられる。
【0008】次に、本発明は、酸化物系セラミックス
と、Alを含まない金属とを接合するにあたり、両者を
Alを含むろう材を用いて接合することを特徴としてい
る。本発明では、ろう付け温度に加熱すると、ろう材に
含まれるAlが酸化物系セラミックスと反応することに
より、酸化物系セラミックスとろう材との境界面にAl
を含む反応相が生成する。この反応相により、酸化物系
セラミックスとろう材が結合する。一方、ろう材とAl
を含まない金属は、ろう材が金属と濡れ、化合物相や固
溶体を形成することで結合する。以上の働きにより、酸
化物系セラミックスとAlを含まない金属とが接合され
る。この接合体は、酸化物系セラミックスと、Alを含
まない金属とが、両者の境界面においてAlを含む反応
相を介して結合された接合体である。本発明のAlを含
むろう材としては、Alろう、Alを含んだNiろう、
Alを含んだCuろう、Alを含んだAgろう等が挙げ
られる。
【0009】次に、本発明は、酸化物系セラミックスど
うしを接合するにあたり、両者をAlを含むろう材を用
いて接合することを特徴としている。本発明では、ろう
付け温度に加熱すると、ろう材に含まれるAlが酸化物
系セラミックスと反応することにより、酸化物系セラミ
ックスとろう材との境界面にAlを含む反応相が生成す
る。この反応相により、酸化物系セラミックスとろう材
が結合し、酸化物系セラミックスどうしが接合され、こ
れによって、酸化物系セラミックスどうしが、両者の境
界面においてAlを含む反応相を介して結合された接合
体を得る。
【0010】上記本発明における酸化物系セラミックス
としては、例えば、ジルコニア、アルミナ、マグネシ
ア、スピネル、チタニア、シリカ、ステアタイト、フォ
ルステライト、サイアロン等が挙げられる。また、Al
を含む金属としては、例えば、Al合金、Al含有Fe
基耐熱合金、Al含有Ni基耐熱合金等が挙げられる。
【0011】上記のように、本発明の接合方法によれ
ば、従来の活性金属ろう付け法やメタライズ法と比較す
ると、使用可能なろう材の種類が多いことから、低価格
のろう材の選択や低い加熱温度でのろう付けが可能であ
り、しかも、ろう付け雰囲気の自由度も高い。さらに、
ろう付けに要する工程も1回で済む。したがって、酸化
物系セラミックスと金属、または酸化物系セラミックス
どうしをろう付けによって接合するにあたり、その接合
を容易かつ低コストで行うことができる。
【0012】
【実施例】次いで、本発明をより具体化した実施例を説
明する。 [実施例1]酸化物系セラミックスである安定化ジルコ
ニア(10mm角×4mm)と、これと同形同寸法のF
e−Cr−Al合金の間に、ろう材としてBNi−5箔
を挟み、真空加熱炉で加熱して接合した。真空度は5×
10−3Pa、加熱温度は1423Kとした。接合後の
試料を接合面に対して垂直に切断し、その切断面をX線
マイクロアナライザーで面分析を行った。図1は反射電
子像、図2はAl特性X線像、図3はZr特性X線像、
図4はNi特性X線像である。図1および図2で判るよ
うに、ジルコニアとろう材がAlを含む反応相を介して
接合されており、ろう材中には含まれないAlがろう付
け後にはろう材中に拡散し、かつ、ジルコニア側に濃化
していることが確認された。
【0013】この実施例においては、ろう材としてNi
ろう等を用いることもでき、ろう付け温度は、ろう材に
応じて1150〜1483Kの範囲にすることが望まし
い。また、ろう付け雰囲気は、0.5Pa〜1×10
−4Paの真空か、あるいはアルゴン雰囲気、水素雰囲
気のいずれかを選択することができる。
【0014】[実施例2]酸化物系セラミックスである
アルミナ(10mm角×4mm)どうしの間にろう材と
してAl箔を挟み、真空加熱炉で加熱して接合した。真
空度は10−3Pa、加熱温度は973Kとした。実施
例1と同様にしてろう付け断面を分析した結果、アルミ
ナとろう材がAlを含む反応相を介して接合されている
ことが確認された。
【0015】この実施例においては、ろう材としてAl
−12Si等の一般的なAlろうや、Al−Ge−Si
系のAlろう等を用いることもでき、ろう付け温度は、
ろう材に応じて750〜950Kの範囲にすることが望
ましい。また、ろう付け雰囲気は、0.5Pa〜1×1
−4Paの真空か、あるいはアルゴン雰囲気、水素雰
囲気のいずれかを選択することができる。
【0016】[実施例3]酸化物系セラミックスである
部分安定化ジルコニア(10mm角×4mm)どうしの
間に、ろう材として2wt%Alを含んだNiペースト
ろうを挟み、真空加熱炉で加熱して接合した。真空度は
10−3Pa、加熱温度は1423Kとした。実施例1
と同様にしてろう付け断面を分析した結果、アルミナと
ろう材がAlを含む反応相を介して接合されていること
が確認された。
【0017】この実施例においては、ろう材として通常
のNiろうを使用することができ、そのろう材における
Alの添加量は、0.1〜20wt%が望ましい。ま
た、ろう付け温度は、ろう材に応じて1150〜148
3Kの範囲にすることが望ましい。さらに、ろう付け雰
囲気は、0.5Pa〜1×10−4Paの真空か、ある
いはアルゴン雰囲気、水素雰囲気のいずれかを選択する
ことができる。
【0018】[実施例4]酸化物系セラミックスである
アルミナ(10mm角×4mm)と、これと同形同寸法
のインコネル600の間に、ろう材としてAl−12S
i箔を挟み、真空加熱炉で加熱して接合した。真空度は
10−3Pa、加熱温度は911Kとした。実施例1と
同様にしてろう付け断面を分析した結果、アルミナとろ
う材がAlを含む反応相を介して接合されていることが
確認された。
【0019】この実施例においては、ろう材として純A
lや、Al−Ge−Si系のAlろうを使用することが
でき、ろう付け温度は、ろう材に応じて750〜100
0Kの範囲にすることが望ましい。また、ろう付け雰囲
気は、0.5Pa〜1×10 −4Paの真空か、あるい
はアルゴン雰囲気、水素雰囲気のいずれかを選択するこ
とができる。
【0020】[実施例5]酸化物系セラミックスである
アルミナ(10mm角×4mm)どうしの間に、ろう材
として2wt%Alを含んだAgペーストろうを挟み、
真空加熱炉で加熱して接合した。真空度は10−3
a、加熱温度は1103Kとした。実施例1と同様にし
てろう付け断面を分析した結果、アルミナとろう材がA
lを含む反応相を介して接合されていることが確認され
た。
【0021】この実施例においては、ろう材として通常
のAgろうを使用することができ、そのろう材における
Alの添加量は、0.1〜20wt%が望ましい。ま
た、ろう付け温度は、ろう材に応じて850〜1173
Kの範囲にすることが望ましい。さらに、ろう付け雰囲
気は、0.5Pa〜1×10−4Paの真空か、あるい
はアルゴン雰囲気、水素雰囲気のいずれかを選択するこ
とができる。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、酸
化物系セラミックスと金属、または酸化物系セラミック
スどうしをろう付けによって接合するにあたり、その接
合を容易かつ低コストで行うことができるといった効果
を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1によって接合された安定化
ジルコニアとFe−Cr−Al合金の接合断面を示す顕
微鏡写真である。
【図2】 本発明の実施例1によって接合された安定化
ジルコニアとFe−Cr−Al合金の接合断面のAl特
性X線像を示す顕微鏡写真である。
【図3】 本発明の実施例1によって接合された安定化
ジルコニアとFe−Cr−Al合金の接合断面のZr特
性X線像を示す顕微鏡写真である。
【図4】 本発明の実施例1によって接合された安定化
ジルコニアとFe−Cr−Al合金の接合断面のNi特
性X線像を示す顕微鏡写真である。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸化物系セラミックスと、Alを含む金
    属とを、ろう材を用いて接合することを特徴とする酸化
    物系セラミックスと金属の接合方法。
  2. 【請求項2】 酸化物系セラミックスと、Alを含まな
    い金属とを、Alを含むろう材を用いて接合することを
    特徴とする酸化物系セラミックスと金属の接合方法。
  3. 【請求項3】 酸化物系セラミックスどうしを、Alを
    含むろう材を用いて接合することを特徴とする酸化物系
    セラミックスどうしの接合方法。
  4. 【請求項4】 酸化物系セラミックスと、Alを含む金
    属とが、両者の境界面においてAlを含む反応相を介し
    て結合されていることを特徴とする接合体。
  5. 【請求項5】 酸化物系セラミックスと、Alを含まな
    い金属とが、両者の境界面においてAlを含む反応相を
    介して結合されていることを特徴とする接合体。
  6. 【請求項6】 酸化物系セラミックスどうしが、両者の
    境界面においてAlを含む反応相を介して結合されてい
    ることを特徴とする接合体。
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