JP2746677B2 - セラミック部品と金属部品の接合方法 - Google Patents
セラミック部品と金属部品の接合方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はセラミック部品と金属部品の接合方法に関
するものである。
するものである。
［従来の技術］ セラミックとアルミニウム（Al）の結合構体は、例え
ばナトリウム（Na）を熱媒体とする熱交換器のフランジ
部に利用される。このフランジ部においては、熱交換器
側金具と配管側金具はアルミナリングを介して接合さ
れ、前記アルミナリングと熱交換器側金具及び配管側金
具とはAl製の中間接合リングを介して加熱加圧される。
この加圧接合方法として、第15図に示すようにアルミナ
リング１と配管側金具３及び熱交換器側金具５との間に
中間接合リング2,4を介在させ、真空雰囲気中で加熱し
ながら前記中間接合リング2,4を加圧して、第16図に示
すように中間接合リング2,4を押し潰し両部材を加圧接
合している。
ばナトリウム（Na）を熱媒体とする熱交換器のフランジ
部に利用される。このフランジ部においては、熱交換器
側金具と配管側金具はアルミナリングを介して接合さ
れ、前記アルミナリングと熱交換器側金具及び配管側金
具とはAl製の中間接合リングを介して加熱加圧される。
この加圧接合方法として、第15図に示すようにアルミナ
リング１と配管側金具３及び熱交換器側金具５との間に
中間接合リング2,4を介在させ、真空雰囲気中で加熱し
ながら前記中間接合リング2,4を加圧して、第16図に示
すように中間接合リング2,4を押し潰し両部材を加圧接
合している。
［発明が解決しようとする課題］ ところが、前述したアルミナリング１と配管側金具３
及び熱交換器側金具５との結合構体（中間接合リング2,
4）は、アルミナリング１の上下両端面が平面であるた
め、接合界面の面積を大きくとることができず、従っ
て、機械的な強度を大きくすることができないという問
題があった。又、中間接合リング４は四角形状のものが
単に加圧して押し潰されるのみであるため、その外表面
に形成された化学的に不活性のAlの酸化被膜が接合界面
に多量に残り易く、この結果、アルミナリング１と中間
接合リング2,4との化学的な接合強度の向上が望めず、
耐Na性及び昇降温耐久性が低いう問題もあった。
及び熱交換器側金具５との結合構体（中間接合リング2,
4）は、アルミナリング１の上下両端面が平面であるた
め、接合界面の面積を大きくとることができず、従っ
て、機械的な強度を大きくすることができないという問
題があった。又、中間接合リング４は四角形状のものが
単に加圧して押し潰されるのみであるため、その外表面
に形成された化学的に不活性のAlの酸化被膜が接合界面
に多量に残り易く、この結果、アルミナリング１と中間
接合リング2,4との化学的な接合強度の向上が望めず、
耐Na性及び昇降温耐久性が低いう問題もあった。
この発明の目的はセラミック部品と金属部品の接合面
の機械的な接合強度と化学的な接合強度を増大し、耐Na
性及び昇降温耐久性を向上することができるセラミック
部品と金属部品の接合方法を提供することにある。
の機械的な接合強度と化学的な接合強度を増大し、耐Na
性及び昇降温耐久性を向上することができるセラミック
部品と金属部品の接合方法を提供することにある。
［課題を解決するための手段］ この発明は上記目的を達成するため、凹状溝を形成し
たセラミック部品の被接合面に対し、前記凹状溝に嵌入
され、かつ該凹状溝よりも体積の大きい凸条を有するAl
製の中間接合材を対向し、該中間接合材の本体の背面に
は金属部品を対接して加熱するとともに、加圧して前記
中間接合材を押し潰しながら加熱加圧接合するという方
法をとっている。
たセラミック部品の被接合面に対し、前記凹状溝に嵌入
され、かつ該凹状溝よりも体積の大きい凸条を有するAl
製の中間接合材を対向し、該中間接合材の本体の背面に
は金属部品を対接して加熱するとともに、加圧して前記
中間接合材を押し潰しながら加熱加圧接合するという方
法をとっている。
前記凹状溝の深さよりも、凸条の高さが大きいとよ
い。
い。
さらに、前記セラミック部品の被接合面に対しガラス
製の薄膜部を形成するとよい。
製の薄膜部を形成するとよい。
［作用］ この発明は上記手段をとったことにより、セラミック
部品の凹状溝内に中間接合材の凸条が全体にわたって圧
入係合されるため、セラミック部品と中間接合材との接
合面積を増大し、かつ中間接合材の凸条が凹状溝に係合
しているため、機械的な結合強度が増大する。又、中間
接合材の本体は加熱加圧時に押し潰されるが、このとき
前記凸部があるため該凸部付近から中間接合材本体の表
層部が外側方へと引きちぎられて中間接合材本体の内部
から新鮮な化学的に活性の大きいAlが酸化被膜を破って
外部に露出し、セラミック部品の被接合面に活性の大き
いAlが多く接触した状態で接合されるので、セラミック
部品と中間接合材との化学的な結合強度が増大する。
部品の凹状溝内に中間接合材の凸条が全体にわたって圧
入係合されるため、セラミック部品と中間接合材との接
合面積を増大し、かつ中間接合材の凸条が凹状溝に係合
しているため、機械的な結合強度が増大する。又、中間
接合材の本体は加熱加圧時に押し潰されるが、このとき
前記凸部があるため該凸部付近から中間接合材本体の表
層部が外側方へと引きちぎられて中間接合材本体の内部
から新鮮な化学的に活性の大きいAlが酸化被膜を破って
外部に露出し、セラミック部品の被接合面に活性の大き
いAlが多く接触した状態で接合されるので、セラミック
部品と中間接合材との化学的な結合強度が増大する。
前記セラミック部品の被接合面に対しガラス製の薄膜
部を形成した場合には、セラミック部品の被接合面の微
小な空隙が平滑となって、中間接合材が伸びやすくな
り、かつ中間接合材との接合部に空隙ができないため、
接合強度がさらに向上する。
部を形成した場合には、セラミック部品の被接合面の微
小な空隙が平滑となって、中間接合材が伸びやすくな
り、かつ中間接合材との接合部に空隙ができないため、
接合強度がさらに向上する。
［実施例］ 以下、この発明を具体化した一実施例を第１図〜第６
図に基づいて説明する。
図に基づいて説明する。
第２図に示すように、セラミック部品としてのアルミ
ナリング１の下端面（被接合面）1a及び上端面1b（被接
合面）には純Al（純度99.9重量％）製の中間接合リング
２及び４を介して、金属部品としてのAlよりなる配管側
金具３及び熱交換器側金具５のフランジ部3a及び5aが後
に詳述する加熱加圧方法で固定されている。
ナリング１の下端面（被接合面）1a及び上端面1b（被接
合面）には純Al（純度99.9重量％）製の中間接合リング
２及び４を介して、金属部品としてのAlよりなる配管側
金具３及び熱交換器側金具５のフランジ部3a及び5aが後
に詳述する加熱加圧方法で固定されている。
アルミナリング１を形成するα−Al2O3の純度は75％
以上である。又、前記金具3,5は、Al又はAl合金により
形成されている。この実施例では前記両金具3,5を形成
する材料として、Al合金であるJIS規格（合金番号）のA
3003を使用した。又、このAl合金には微量成分の不可避
の不純物Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Tiなどが含まれ
ることがある。
以上である。又、前記金具3,5は、Al又はAl合金により
形成されている。この実施例では前記両金具3,5を形成
する材料として、Al合金であるJIS規格（合金番号）のA
3003を使用した。又、このAl合金には微量成分の不可避
の不純物Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Tiなどが含まれ
ることがある。
又、前記両中間接合リング2,4を形成するAlの純度
は、この実施例では99.9重量％としているが、98重量％
以上であればよい。
は、この実施例では99.9重量％としているが、98重量％
以上であればよい。
次に、第1,4図により、アルミナリング１と接合前に
おける中間接合リング2,4の断面形状について説明す
る。
おける中間接合リング2,4の断面形状について説明す
る。
アルミナリング１の両端面1a,1bには全周にわたって
凹状溝1c,1dが形成されている。又、この凹状溝1c,1dと
対応するように、前記中間接合リング2,4を形成する本
体2a,4aの被接合面には全周にわたって凸条2b,4bが形成
されている。前記中間接合リング４の本体4aの幅をW1、
凸条4bの幅をW2、その高さをＨとし、前記凹状溝1dの幅
をW3、その深さをＤとし、又、アルミナリング１の被接
合面の幅をW4すると、接合前において、それらの各寸法
の間には次のような（１）〜（４）の関係が成立するよ
うにしている。
凹状溝1c,1dが形成されている。又、この凹状溝1c,1dと
対応するように、前記中間接合リング2,4を形成する本
体2a,4aの被接合面には全周にわたって凸条2b,4bが形成
されている。前記中間接合リング４の本体4aの幅をW1、
凸条4bの幅をW2、その高さをＨとし、前記凹状溝1dの幅
をW3、その深さをＤとし、又、アルミナリング１の被接
合面の幅をW4すると、接合前において、それらの各寸法
の間には次のような（１）〜（４）の関係が成立するよ
うにしている。
Ｈ＞D …（１） W4＞W1…（２） W2＞W3…（３） W1＞W3…（４） この実施例では上記（１）及び（３）式のように設定
することにより、前記凸条4bの体積が凹状溝1dの体積よ
りも大きくなるようにしている。
することにより、前記凸条4bの体積が凹状溝1dの体積よ
りも大きくなるようにしている。
次に、第１図，第２図及び第５図に基づいてアルミナ
リング１と配管側金具３及び熱交換器側金具５との固相
接合方法について説明する。
リング１と配管側金具３及び熱交換器側金具５との固相
接合方法について説明する。
第１図に示すように、加熱容器（図示略）内部におい
てアルミナリング１の下端面1aには中間接合リング２、
配管側金具３及び加圧治具６の順に配置する。又、アル
ミナリング１の上端面1bには中間接合リング４、熱交換
器側金具５及び加圧治具の順に配置する。
てアルミナリング１の下端面1aには中間接合リング２、
配管側金具３及び加圧治具６の順に配置する。又、アル
ミナリング１の上端面1bには中間接合リング４、熱交換
器側金具５及び加圧治具の順に配置する。
次に、前記加熱容器を真空状態（５×10-3mmHg）に保
持するとともに、加熱容器の内部を10℃/minの昇温速度
で加熱する。次に、第５図に示すように600℃の状態に
３分間保持し、この状態でアルミナリング１、中間接合
リング２、配管側金具３、中間接合リング４及び熱交換
器側金具５に対し、加圧治具6,7により、2300kg f（初
期加圧力17.8kg/mm2）の加圧力を10秒間作用させて、ア
ルミナリング１と配管側金具３及び熱交換器側金具５を
接合する。
持するとともに、加熱容器の内部を10℃/minの昇温速度
で加熱する。次に、第５図に示すように600℃の状態に
３分間保持し、この状態でアルミナリング１、中間接合
リング２、配管側金具３、中間接合リング４及び熱交換
器側金具５に対し、加圧治具6,7により、2300kg f（初
期加圧力17.8kg/mm2）の加圧力を10秒間作用させて、ア
ルミナリング１と配管側金具３及び熱交換器側金具５を
接合する。
その後、10℃/minの降温速度で、常温まで低下し、接
合作業を終了し、第２図に示すようなアルミナリング１
と配管側金具３及び熱交換器側金具５の結合構体を得
る。
合作業を終了し、第２図に示すようなアルミナリング１
と配管側金具３及び熱交換器側金具５の結合構体を得
る。
以上説明した固相接合過程において、この実施例では
中間接合リング2,4の凸条2b,4b及び凹状溝1c,1dにおけ
る前述した幅W2、W3及び高さＨ、深さＤの間に、 H＞D …（１） W2＞W3…（３） （１）及び（３）式を満足するように形成されている
ため、加圧押し潰し時に凸条2b,4bが凹状溝1c,1d内に圧
入嵌合されることになり、この結果、アルミナリング１
と中間接合リング2,4との接合面積が増大するととも
に、凸条2b,4bの凹状溝1c,1dへの係合による楔効果によ
り、接合部の機械的強度が増大する。
中間接合リング2,4の凸条2b,4b及び凹状溝1c,1dにおけ
る前述した幅W2、W3及び高さＨ、深さＤの間に、 H＞D …（１） W2＞W3…（３） （１）及び（３）式を満足するように形成されている
ため、加圧押し潰し時に凸条2b,4bが凹状溝1c,1d内に圧
入嵌合されることになり、この結果、アルミナリング１
と中間接合リング2,4との接合面積が増大するととも
に、凸条2b,4bの凹状溝1c,1dへの係合による楔効果によ
り、接合部の機械的強度が増大する。
又、前記凹状溝1c,1dと凸条2b,4bが存在するため、加
圧して中間接合リング2,4の本体2a,4aを押し潰す際、そ
の表面の酸化被膜が凸条2b,4bの近傍から破口し易く、
従って、内部に存在する化学的に活性の高いAlが外部、
つまりアルミナリング１の被接合面に多量に接触するた
め、加熱加圧時に、アルミナリング１と中間接合リング
2,4との化学的接合強度が増大する。
圧して中間接合リング2,4の本体2a,4aを押し潰す際、そ
の表面の酸化被膜が凸条2b,4bの近傍から破口し易く、
従って、内部に存在する化学的に活性の高いAlが外部、
つまりアルミナリング１の被接合面に多量に接触するた
め、加熱加圧時に、アルミナリング１と中間接合リング
2,4との化学的接合強度が増大する。
このようにして得られたアルミナリング１と両金具3.
5との結合構体を450℃の温度に保持したまま、Naに長時
間浸漬し、ヘリウムリーク試験を行ったところ、第６図
に示すように250時間浸漬したものは10個の試料中、本
発明の接合方法によるものは全て合格となり、750時間
の浸漬時間の場合において、10個中９個が合格となり、
1000時間の場合は10個中７個が合格となった。これに対
し従来例の試料では合格が250時間浸漬した場合、10個
中８個、750時間で10個中３個、1000時間で10個中１個
しか合格しなかった。
5との結合構体を450℃の温度に保持したまま、Naに長時
間浸漬し、ヘリウムリーク試験を行ったところ、第６図
に示すように250時間浸漬したものは10個の試料中、本
発明の接合方法によるものは全て合格となり、750時間
の浸漬時間の場合において、10個中９個が合格となり、
1000時間の場合は10個中７個が合格となった。これに対
し従来例の試料では合格が250時間浸漬した場合、10個
中８個、750時間で10個中３個、1000時間で10個中１個
しか合格しなかった。
又、450℃のNa中に240時間浸漬した後で、室温引張試
験を行ったところ、次の表１に示すような結果を得た。
表１から明らかなように本発明は破壊荷重が従来の接合
方法と比較して大幅に増大していることがわかる。
験を行ったところ、次の表１に示すような結果を得た。
表１から明らかなように本発明は破壊荷重が従来の接合
方法と比較して大幅に増大していることがわかる。
さらに、昇降温耐久性試験を行ったところ、表２に示
すような結果を得た。評価は室温と330℃の繰り返しサ
イクルで行った。表２から明らかなように500サイクル
経過してもHeリークは10個の試料中皆無であった。
すような結果を得た。評価は室温と330℃の繰り返しサ
イクルで行った。表２から明らかなように500サイクル
経過してもHeリークは10個の試料中皆無であった。
又、この実施例においては、凹状溝1c,1dの位置をア
ルミナリング１の被接合面の幅方向の中心よりある程度
内側（リング１の中心）に変位させることにより、中間
接合リング2,4が圧延される場合、凸条2b,4bから内側の
本体2a,4aが体積の減少する方向への圧延量を少なくし
て、本体2a,4aの圧延を円滑に行うことができるように
している。
ルミナリング１の被接合面の幅方向の中心よりある程度
内側（リング１の中心）に変位させることにより、中間
接合リング2,4が圧延される場合、凸条2b,4bから内側の
本体2a,4aが体積の減少する方向への圧延量を少なくし
て、本体2a,4aの圧延を円滑に行うことができるように
している。
次に、請求項３記載の発明を具体化した別の実施例を
説明する。
説明する。
この実施例ではアルミナリング１の被接合面にガラス
を塗布した後、焼成してアルミナリング１の微小な空隙
のある表面を平滑にしている。この場合には、加熱加圧
時に中間接合リング2,4が圧延されながら平面状となっ
たアルミナリング１の被接合面に沿ってスムーズに移動
するため、両者の接合部に微小な空隙が生じなくなり、
Na浸漬しない試料について引張強度試験を行ったとこ
ろ、第７図に示すようにガラスを塗布しない場合には11
00kgであったが、塗布した場合には1420kgと増大した。
を塗布した後、焼成してアルミナリング１の微小な空隙
のある表面を平滑にしている。この場合には、加熱加圧
時に中間接合リング2,4が圧延されながら平面状となっ
たアルミナリング１の被接合面に沿ってスムーズに移動
するため、両者の接合部に微小な空隙が生じなくなり、
Na浸漬しない試料について引張強度試験を行ったとこ
ろ、第７図に示すようにガラスを塗布しない場合には11
00kgであったが、塗布した場合には1420kgと増大した。
なお、耐Na性及び昇降温耐久性は本発明の他の実施例
と同等であった。
と同等であった。
又、この発明は次のように具体化することもできる。
第８図に示すように中間接合リング４の断面形状をＬ
字型としたり、第９図に示すように断面形状を縦長の長
方形としたり、第10図に示すように中間接合リングを２
箇所に設けたり、第11図に示すように２箇所に設ける場
合において、それらを上下位置を異ならせたり、第12図
に示すように、凹状溝1cの形状を楔状にしたりするこ
と。
字型としたり、第９図に示すように断面形状を縦長の長
方形としたり、第10図に示すように中間接合リングを２
箇所に設けたり、第11図に示すように２箇所に設ける場
合において、それらを上下位置を異ならせたり、第12図
に示すように、凹状溝1cの形状を楔状にしたりするこ
と。
又、第13図に示すように凸条4bの幅W2を凹状溝1dの幅
W3よりも小さくするとともに、凸条4bの高さＨを凹状溝
1dの深さＤよりも大きくすること。
W3よりも小さくするとともに、凸条4bの高さＨを凹状溝
1dの深さＤよりも大きくすること。
さらに、第14図に示すように、凹状溝1dの上部及び底
部の隅角部に面取りを形成すること。
部の隅角部に面取りを形成すること。
［発明の効果］ 以上詳述したように、この発明はセラミック部品と金
属部品との結合を中間接合材を介して強固に行うことが
できるとともに、両部品の結合部の耐Na腐蝕性及び昇降
温耐久性を向上することができる効果がある。
属部品との結合を中間接合材を介して強固に行うことが
できるとともに、両部品の結合部の耐Na腐蝕性及び昇降
温耐久性を向上することができる効果がある。
又、前記セラミック部品の被接合面に対しガラス製の
薄膜部を形成した場合には、セラミック部品と中間接合
材との接合部に空隙ができないため、接合強度をさらに
向上することができる効果がある。
薄膜部を形成した場合には、セラミック部品と中間接合
材との接合部に空隙ができないため、接合強度をさらに
向上することができる効果がある。
第１図はこの発明によるアルミナリングとフランジ部を
有する金属部品との固相接合前の断面図、第２図は固相
接合した後の断面図、第３図はアルミナリング、熱交換
器側金具、配管側金具、中間接合リング等を分解して示
す斜視図、第４図はアルミナリング及び中間接合リング
を拡大して示す固相接合前の部分断面図、第５図は固相
接合方法を示す時間と温度との関係を示すグラフ、第６
図はNa浸漬時間とリーク試験合格数との関係を示すグラ
フ、第７図はガラスの塗布の有無と強度試験との関係を
示すグラフ、第８図〜第14図はそれぞれこの発明の別例
を示す要部の断面図、第15図及び第16図は従来の接合方
法を説明するための断面図である。 １……セラミック部品としてのアルミナリング、1c,1d
……凹状溝、2,4……中間接合リング、2a,4a……中間接
合リング2,4の本体、2b,4b……中間接合リング2,4の凸
条、３……金属部品としての配管側金具、５……金属部
品としての熱交換器側金具、6,7……加圧治具、W1……
中間接合リング４の本体4aの幅、W2……中間接合リング
４の凸条4bの幅、Ｈ……中間接合リング４の凸条4bの高
さ、Ｄ……凹状溝1dの深さ。
有する金属部品との固相接合前の断面図、第２図は固相
接合した後の断面図、第３図はアルミナリング、熱交換
器側金具、配管側金具、中間接合リング等を分解して示
す斜視図、第４図はアルミナリング及び中間接合リング
を拡大して示す固相接合前の部分断面図、第５図は固相
接合方法を示す時間と温度との関係を示すグラフ、第６
図はNa浸漬時間とリーク試験合格数との関係を示すグラ
フ、第７図はガラスの塗布の有無と強度試験との関係を
示すグラフ、第８図〜第14図はそれぞれこの発明の別例
を示す要部の断面図、第15図及び第16図は従来の接合方
法を説明するための断面図である。 １……セラミック部品としてのアルミナリング、1c,1d
……凹状溝、2,4……中間接合リング、2a,4a……中間接
合リング2,4の本体、2b,4b……中間接合リング2,4の凸
条、３……金属部品としての配管側金具、５……金属部
品としての熱交換器側金具、6,7……加圧治具、W1……
中間接合リング４の本体4aの幅、W2……中間接合リング
４の凸条4bの幅、Ｈ……中間接合リング４の凸条4bの高
さ、Ｄ……凹状溝1dの深さ。
Claims (3)
- 【請求項１】凹状溝を形成したセラミック部品の被接合
面に対し、前記凹状溝に嵌入され、かつ該凹状溝よりも
体積の大きい凸条を有する中間接合材を対向し、該中間
接合材の本体の背面には金属部品を対接して、加熱する
とともに、加圧して前記中間接合材を押し潰しながら加
熱加圧接合することを特徴とするセラミック部品と金属
部品の接合方法。 - 【請求項２】前記凹状溝の深さよりも、凸条の高さが大
きい請求項１記載のセラミック部品と金属部品の接合方
法。 - 【請求項３】前記セラミック部品の被接合面に対しガラ
ス製の薄膜部を形成する請求項１記載のセラミック部品
と金属部品の接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1201047A JP2746677B2 (ja) | 1989-08-01 | 1989-08-01 | セラミック部品と金属部品の接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1201047A JP2746677B2 (ja) | 1989-08-01 | 1989-08-01 | セラミック部品と金属部品の接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0365573A JPH0365573A (ja) | 1991-03-20 |
| JP2746677B2 true JP2746677B2 (ja) | 1998-05-06 |
Family
ID=16434527
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1201047A Expired - Lifetime JP2746677B2 (ja) | 1989-08-01 | 1989-08-01 | セラミック部品と金属部品の接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2746677B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2646904B2 (ja) * | 1991-09-12 | 1997-08-27 | 三井造船株式会社 | セラミックス部材の接合方法 |
| JP2023136805A (ja) * | 2022-03-17 | 2023-09-29 | 日本碍子株式会社 | Ｓｉ－ＳｉＣ系複合構造体の製造方法 |
-
1989
- 1989-08-01 JP JP1201047A patent/JP2746677B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0365573A (ja) | 1991-03-20 |
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