JP2012214363A - セラミックス金属接合体、及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】セラミックス金属接合体は、筒状セラミックス体11と、その筒状セラミックス体11の外周面7hに被された筒状金属管12と、を含む。高圧鋳造により、筒状セラミックス体11と筒状金属管12との間隙49内に溶湯を充填し、それが固化することにより、金属接合材層となり、筒状セラミックス体11と筒状金属管12とが接合される。
【選択図】図3
Description
図1に、本発明のセラミックス金属接合体(以下、単に接合体ともいう)10を軸方向の一方の端面から見た模式図、図2に、接合体10の斜視図を示す。接合体10は、筒状セラミックス体11と、その筒状セラミックス体11の外周面7hに被された筒状金属管12と、を含む。そして、筒状セラミックス体11と筒状金属管12との間に、700℃以下の融点の金属が溶融状態で充填され、それが固化して金属接合材層13となり筒状セラミックス体11と筒状金属管12とが接合されている。本明細書における溶融状態とは、完全溶融状態のみならず、半溶融状態(固体から、固液共存になった状態)、半凝固状態(一度液体にしてから、液固共存になった状態)のセミソリッドも含む。
図5A,及び図5Bにツバ部を有するセラミックス金属接合体10の実施形態を示す。図5Aは、筒状セラミックス体11として中空のセラミックス管を用いた実施形態である。また、図5Bは、筒状セラミックス体11としてハニカム構造体1を用いた実施形態である。
セラミックス粉末を含む坏土を所望の形状に押し出した後、乾燥し、Si含浸焼成することによって、材質が炭化珪素、本体サイズが直径(外径)43mm、長さ100mmの円柱状(筒状)のハニカム構造体1を製造した。すなわち、筒状セラミックス体11として、ハニカム構造体1を用いた。ハニカム構造体1のセル密度は23.3セル/cm2、隔壁4の厚さ(壁厚)は0.3mm、ハニカム構造体1の熱伝導率は150W/m・Kであった。
筒状金属管12として直径45mm、厚さ0.5mmのSUS管を作製した。そして、筒状セラミックス体11の外周面に、その外周面との間に間隙49(1.0mm)を有した状態で筒状金属管12を被せて、筒状セラミックス体11の両端面2,2を覆う様に軟質のグラファイトシート0.25mmを貼り付けた後、金型41と同材質で製作した円錐形状の封止部材50を重ね、S45C製金型41で形成されたキャビティ42内に溶湯の流れを損なわない様に配置し、450〜550℃に金型41を昇温した(図3参照)。そして、およそ170W/m・K、耐力およそ69MPaのAl−Si−Fe合金(融点584℃)を融点以上に加熱した状態でキャビティ42内に加圧・供給することにより、筒状セラミックス体11と筒状金属管12との間隙49内に溶湯を充填した。溶湯を固化させることにより、筒状セラミックス体11と筒状金属管12とを接合したセラミックス金属接合体10とした。
筒状金属管12として直径45mm、厚さ0.5mmのSUS管を用いた。融点約1000℃のNiろう材BNi−2(ペースト状)を、筒状セラミックス体11と筒状金属管12との間隙49内に間隙49の厚みと同じだけ充填し(常温で入らない場合は、筒状金属管12のみを温めた)、真空中で昇温して融点より+30〜50℃高温にてろう付け処理を実施した。
筒状金属管12として直径45mm、厚さ0.5mmの低膨張のコバール管を用いた。融点約780℃の活性銀ろう材(シート状)を、筒状セラミックス体11と筒状金属管12との間隙49内に間隙49の厚みと同じだけ充填し(常温で入らない場合は、筒状金属管12のみを温めた)、真空中で昇温して融点より+30〜50℃高温にてろう付け処理を実施した。
筒状金属管12として直径45mm、厚さ0.5mmの低膨張のコバール管を用いた。融点約660℃のアモルファス銅合金(シート状)を、筒状セラミックス体11と筒状金属管12との間隙49内に間隙49の厚みと同じだけ充填し(常温で入らない場合は、筒状金属管12のみを温めた)、真空中で昇温して融点より+30〜50℃高温にてろう付け処理を実施した。
比較例1〜3のろう付けでは、ろう材の充填率が50%以下であり、筒状セラミックス体11の割れも見られた。実施例1,2の溶湯接合では90%以上の溶湯の充填を得ることができ、筒状セラミックス体11の割れも見られず、熱伝導性も良好なものが得られた。
以下のようにして、ツバ部12aを有するセラミックス金属接合体10を製造した。まず、実施例1と同様にして、材質が炭化珪素、本体サイズが直径(外径)42mm、長さ80mmの円柱状(筒状)のハニカム構造体1を製造した。ハニカム構造体1のセル密度は23.3セル/cm2、隔壁4の厚さ(壁厚)は0.3mm、ハニカム構造体1の熱伝導率は150W/m・Kであった。
実施例4の溶湯接合では90%以上の溶湯の充填を得ることができ、ハニカム構造体1(筒状セラミックス体11)の割れも見られず、熱伝導性も良好なものが得られた。
Claims (10)
- 筒状セラミックス体の外周面に、その外周面との間に間隙を有した状態で筒状金属管を被せて、金型で形成されたキャビティ内に配置し、
前記キャビティ内に溶湯を供給することにより、前記筒状セラミックス体と前記筒状金属管との前記間隙内に前記溶湯を充填し、それを固化させて前記筒状セラミックス体と前記筒状金属管とを接合したセラミックス金属接合体を製造するセラミックス金属接合体の製造方法。 - 前記筒状セラミックス体の端面に封止部材を配置した状態で、前記筒状セラミックス体と前記筒状金属管とを前記キャビティ内に配置し、前記キャビティ内に溶湯を供給する請求項1に記載のセラミックス金属接合体の製造方法。
- 前記筒状金属管の長さよりも前記筒状セラミックス体の長さが短く、前記封止部材と前記筒状セラミックス体との間にスペーサーを配置し、前記キャビティ内に溶湯を供給する請求項2に記載のセラミックス金属接合体の製造方法。
- 前記スペーサーには、前記封止部材の凸部と嵌合する凹部が設けられている請求項3に記載のセラミックス金属接合体の製造方法。
- 前記筒状セラミックス体は、隔壁を有し、前記隔壁によって、流体の流路となる多数のセルが区画形成されたハニカム構造体である請求項1〜4のいずれか1項に記載のセラミックス金属接合体の製造方法。
- 前記溶湯は、融点が700℃以下の金属である請求項1〜5のいずれか1項に記載のセラミックス金属接合体の製造方法。
- 筒状セラミックス体と、
その筒状セラミックス体の外周面に被された筒状金属管と、を含み、
前記筒状セラミックス体と前記筒状金属管との間に、700℃以下の融点の金属が溶融状態で充填されて、前記金属が固化することにより接合されたセラミックス金属接合体。 - 前記筒状金属管の長さよりも前記筒状セラミックス体の長さが短く、前記筒状セラミックス体の軸方向の端面が前記筒状金属管内に収まっており、前記筒状金属管に前記筒状セラミックス体と接しないツバ部が形成されている請求項7に記載のセラミックス金属接合体。
- 前記筒状セラミックス体は、隔壁を有し、前記隔壁によって、流体の流路となる多数のセルが区画形成されたハニカム構造体である請求項7または8に記載のセラミックス金属接合体。
- 前記ハニカム構造体は、成分に炭化珪素を含む請求項9に記載のセラミックス金属接合体。
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2012
- 2012-03-06 JP JP2012049522A patent/JP5843665B2/ja active Active
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