JP2858773B2 - セラミックスと金属の接合材および接合方法 - Google Patents
セラミックスと金属の接合材および接合方法Info
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- JP2858773B2 JP2858773B2 JP1038441A JP3844189A JP2858773B2 JP 2858773 B2 JP2858773 B2 JP 2858773B2 JP 1038441 A JP1038441 A JP 1038441A JP 3844189 A JP3844189 A JP 3844189A JP 2858773 B2 JP2858773 B2 JP 2858773B2
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- Japan
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- bonding
- porous
- metal
- ceramic
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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、多孔質酸化物系セラミックスと金属とから
なる接合材およびその接合方法に関する。
なる接合材およびその接合方法に関する。
［従来の技術］ 多孔質もしくは焼結温度の低いセラミックスは断熱効
果が大きく軽量であるなどの長所をもつ反面、ポーラス
が存在するために脆いという欠点がある。このため多孔
質セラミックス単独では使用上大きな制約を伴う。
果が大きく軽量であるなどの長所をもつ反面、ポーラス
が存在するために脆いという欠点がある。このため多孔
質セラミックス単独では使用上大きな制約を伴う。
そこで、多孔質セラミックスに金属を接合した複合材
の使用が考えられる。この複合材に使用される金属は、
セラミックスとの熱膨張差がなるべく小さくなるような
材料が選定される。
の使用が考えられる。この複合材に使用される金属は、
セラミックスとの熱膨張差がなるべく小さくなるような
材料が選定される。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら周知の接合手段によってセラミックスと
金属とを接合した場合、セラミックスと金属の熱膨張差
をいくら小さくしても、接合後の温度変化に伴って、セ
ラミックス側の接合界面近傍に引張り等の残留応力が発
生する。このため、多孔質セラミックスではその材質自
体の脆さのために接合界面近傍にクラックを生じやす
く、健全な接合材を得ることが困難な場合が多い。
金属とを接合した場合、セラミックスと金属の熱膨張差
をいくら小さくしても、接合後の温度変化に伴って、セ
ラミックス側の接合界面近傍に引張り等の残留応力が発
生する。このため、多孔質セラミックスではその材質自
体の脆さのために接合界面近傍にクラックを生じやす
く、健全な接合材を得ることが困難な場合が多い。
従って本発明の目的は、脆くて破損しやすい多孔質酸
化物系セラミックスと金属とを接合するに当って、セラ
ミックス側の接合界面近傍のクラック発生を防止して健
全な接合材が得られるようにすることにある。
化物系セラミックスと金属とを接合するに当って、セラ
ミックス側の接合界面近傍のクラック発生を防止して健
全な接合材が得られるようにすることにある。
［課題を解決するための手段］ 上記目的を果たすために開発された本発明の接合材
は、表層部が酸化被膜で覆われた金属材と、この金属材
の上記酸化被膜側の面に接合されかつ多数のポーラスを
内包してその一部が接合面に開口する多孔質の酸化物系
セラミックス材と、これらセラミックス材と金属材との
間に介在させられて一面側が上記酸化被膜に接着しかつ
他面側がセラミックス材のポーラスに一部を入り込ませ
た状態で固化することにより上記接合面を強化する接合
ガラス層とを具備したものである。
は、表層部が酸化被膜で覆われた金属材と、この金属材
の上記酸化被膜側の面に接合されかつ多数のポーラスを
内包してその一部が接合面に開口する多孔質の酸化物系
セラミックス材と、これらセラミックス材と金属材との
間に介在させられて一面側が上記酸化被膜に接着しかつ
他面側がセラミックス材のポーラスに一部を入り込ませ
た状態で固化することにより上記接合面を強化する接合
ガラス層とを具備したものである。
上記接合材を得るためのプロセスは、多数のポーラス
を内包しその一部が接合面に開口する多孔質の酸化物系
セラミックス材と金属材とを接合する場合に、金属材の
表面に酸化被膜を形成する工程と、ガラスフリットを溶
剤に溶いた混合ペーストを上記金属材の酸化被膜上に塗
布する工程と、上記溶剤が乾燥しないうちに金属材とセ
ラミックス材とを重ね合せかつ上記混合ペーストを上記
接合面のポーラスの開口に染み込ませ、その後に上記溶
剤を乾燥させる工程と、ガラスの溶融温度まで加熱した
のちに徐冷することにより、硬化したガラス層を介して
上記セラミックス材と金属材とを接合するとともに上記
ポーラス内で硬化したガラスによって上記セラミックス
材の接合面を強化する工程とを具備したことを特徴とす
る。
を内包しその一部が接合面に開口する多孔質の酸化物系
セラミックス材と金属材とを接合する場合に、金属材の
表面に酸化被膜を形成する工程と、ガラスフリットを溶
剤に溶いた混合ペーストを上記金属材の酸化被膜上に塗
布する工程と、上記溶剤が乾燥しないうちに金属材とセ
ラミックス材とを重ね合せかつ上記混合ペーストを上記
接合面のポーラスの開口に染み込ませ、その後に上記溶
剤を乾燥させる工程と、ガラスの溶融温度まで加熱した
のちに徐冷することにより、硬化したガラス層を介して
上記セラミックス材と金属材とを接合するとともに上記
ポーラス内で硬化したガラスによって上記セラミックス
材の接合面を強化する工程とを具備したことを特徴とす
る。
［作 用］ 本発明においてセラミックスと金属との接合に使われ
る接合ガラス層は酸化物であるから、酸化物系セラミッ
クスとの濡れ性が良好であり安定した密着状態が得られ
る。しかもこの接合ガラス層はその一部が多孔質セラミ
ックスのポーラス中に食込んだ状態で固化するから、セ
ラミックスに対して強固な結合状態が得られるととも
に、接合界面近傍におけるポーラスがガラスで埋まるた
めセラミックスが補強される。
る接合ガラス層は酸化物であるから、酸化物系セラミッ
クスとの濡れ性が良好であり安定した密着状態が得られ
る。しかもこの接合ガラス層はその一部が多孔質セラミ
ックスのポーラス中に食込んだ状態で固化するから、セ
ラミックスに対して強固な結合状態が得られるととも
に、接合界面近傍におけるポーラスがガラスで埋まるた
めセラミックスが補強される。
［実施例］ 以下に本発明の一実施例について、図面を参照して説
明する。
明する。
第１図は、酸化物系セラミックス材１の一例としての
多孔質ジルコニアと、金属材２の一例としてのチタンの
接合界面構造を示している。第１図に示されるように多
孔質セラミックス材１は多数のポーラス５を内包し、金
属材２との接合面にポーラス５の一部が開口している。
金属材２の接合側表層部はAl2O3等の酸化被膜３で覆わ
れている。そしてセラミックス材１と金属材２との間
に、接合ガラス層４が介在させられている。ガラス層４
の一面側（図示下面側）は金属材２の酸化被膜３に接着
させられており、ガラス層４の他面側（図示上面側）は
セラミックス材１のポーラス５に一部を入り込ませた状
態で固化している。ガラス層４の材料としては、熱膨張
率がセラミックス材１と金属材２の熱膨張率に近いもの
が選択される。金属材２は、その熱膨張率がセラミック
ス材１の熱膨張率よりも僅かに大きなものとする。例え
ば酸化物系ジルコニアからなるセラミックス材１の熱膨
張率が７×10-6、Tiからなる金属材２の熱膨張率が８×
10-6の場合、接合ガラス層４は熱膨張率が８×10-6程度
の材料を選定する。このような熱膨張率とすることによ
って、接合後にセラミックス材１に生じる残留応力の絶
対値を極力小さくする。
多孔質ジルコニアと、金属材２の一例としてのチタンの
接合界面構造を示している。第１図に示されるように多
孔質セラミックス材１は多数のポーラス５を内包し、金
属材２との接合面にポーラス５の一部が開口している。
金属材２の接合側表層部はAl2O3等の酸化被膜３で覆わ
れている。そしてセラミックス材１と金属材２との間
に、接合ガラス層４が介在させられている。ガラス層４
の一面側（図示下面側）は金属材２の酸化被膜３に接着
させられており、ガラス層４の他面側（図示上面側）は
セラミックス材１のポーラス５に一部を入り込ませた状
態で固化している。ガラス層４の材料としては、熱膨張
率がセラミックス材１と金属材２の熱膨張率に近いもの
が選択される。金属材２は、その熱膨張率がセラミック
ス材１の熱膨張率よりも僅かに大きなものとする。例え
ば酸化物系ジルコニアからなるセラミックス材１の熱膨
張率が７×10-6、Tiからなる金属材２の熱膨張率が８×
10-6の場合、接合ガラス層４は熱膨張率が８×10-6程度
の材料を選定する。このような熱膨張率とすることによ
って、接合後にセラミックス材１に生じる残留応力の絶
対値を極力小さくする。
上記接合界面構造を得るためのプロセスの一例を第２
図に示す。すなわちセラミックス材１と金属材２とを接
合するに当たって、接合ガラス層４の原料となるガラス
フリットをテルピネオールのような熱分解形の溶剤に溶
いて混合ペーストを作る。この場合、バインダーを使用
せずに、上記溶剤のみを用いてガラスフリットを溶かす
ことが肝要である。なぜなら、従来のガラスペーストの
ようにバインダーが添加されている場合には、塗布後の
乾燥工程においてバインダーを充分に揮発させることが
困難な場合が多いからである。仮にバインダーの揮発が
不十分でバインダーの一部がガラス層４に残留すると、
気孔が発生する原因ともなる。従って上記混合ペースト
は溶剤のみで作るものとする。
図に示す。すなわちセラミックス材１と金属材２とを接
合するに当たって、接合ガラス層４の原料となるガラス
フリットをテルピネオールのような熱分解形の溶剤に溶
いて混合ペーストを作る。この場合、バインダーを使用
せずに、上記溶剤のみを用いてガラスフリットを溶かす
ことが肝要である。なぜなら、従来のガラスペーストの
ようにバインダーが添加されている場合には、塗布後の
乾燥工程においてバインダーを充分に揮発させることが
困難な場合が多いからである。仮にバインダーの揮発が
不十分でバインダーの一部がガラス層４に残留すると、
気孔が発生する原因ともなる。従って上記混合ペースト
は溶剤のみで作るものとする。
一方、金属材２の表面に周知のゾルゲル法によってSi
O2もしくはAl2O3等の酸化被膜３を形成する。こう金属
材２を安定な酸化被膜３で覆うことにより、接合材料で
あるガラス層４との濡れ性が更に向上し、両者の密着性
を高めることができる。
O2もしくはAl2O3等の酸化被膜３を形成する。こう金属
材２を安定な酸化被膜３で覆うことにより、接合材料で
あるガラス層４との濡れ性が更に向上し、両者の密着性
を高めることができる。
上記混合ペーストを金属材２上に塗布したのち、溶剤
が乾燥しないうちに金属材２上にセラミックス材１を重
ね合わせる。こうすることによって、セラミックス材１
のポーラス５中に、毛細管現象によって溶剤が充分しみ
込むとともに、溶剤と一緒にガラスフリットがポーラス
５の内部に入り込む。
が乾燥しないうちに金属材２上にセラミックス材１を重
ね合わせる。こうすることによって、セラミックス材１
のポーラス５中に、毛細管現象によって溶剤が充分しみ
込むとともに、溶剤と一緒にガラスフリットがポーラス
５の内部に入り込む。
その後に行なわれる乾燥工程において、セラミックス
材１と金属材２を150℃ないし350℃に加熱することによ
り、上記溶剤が分解させられる。更にガラスフリットの
溶融温度（例えば580℃）まで加熱する。こうして、セ
ラミックス材１の接合界面近傍におけるポーラス５の内
部に、溶融したガラスが充満する。その後に行なわれる
徐冷工程において、１℃ないし５℃／分の冷却速度で徐
冷することによって、冷却時の割れを抑制しつつ、ガラ
ス層４を硬化させる。
材１と金属材２を150℃ないし350℃に加熱することによ
り、上記溶剤が分解させられる。更にガラスフリットの
溶融温度（例えば580℃）まで加熱する。こうして、セ
ラミックス材１の接合界面近傍におけるポーラス５の内
部に、溶融したガラスが充満する。その後に行なわれる
徐冷工程において、１℃ないし５℃／分の冷却速度で徐
冷することによって、冷却時の割れを抑制しつつ、ガラ
ス層４を硬化させる。
以上の一連の工程を経て得られたセラミックス材１と
金属材２との接合部においては、酸化物であるガラス層
４と金属材２の酸化被膜３との結合がきわめて強度であ
り、しかもセラミックス材１の接合界面近傍におけるポ
ーラス５にガラス層４の一部が充満した状態で固化して
いるため、セラミックス材１自身の補強もなされる。こ
のため接合後の温度変化等に伴う熱膨張差によって生じ
る残留応力に対してセラミックス材１のクラック発生を
防止でき、充分な接合界面強度を発揮できる。しかも接
合ガラス層４はその材料を選択することにより種種の熱
膨張率のものを比較的容易に得ることができるから、セ
ラミックス材１と金属材２とに適合した熱膨張率のもの
を選択できる。
金属材２との接合部においては、酸化物であるガラス層
４と金属材２の酸化被膜３との結合がきわめて強度であ
り、しかもセラミックス材１の接合界面近傍におけるポ
ーラス５にガラス層４の一部が充満した状態で固化して
いるため、セラミックス材１自身の補強もなされる。こ
のため接合後の温度変化等に伴う熱膨張差によって生じ
る残留応力に対してセラミックス材１のクラック発生を
防止でき、充分な接合界面強度を発揮できる。しかも接
合ガラス層４はその材料を選択することにより種種の熱
膨張率のものを比較的容易に得ることができるから、セ
ラミックス材１と金属材２とに適合した熱膨張率のもの
を選択できる。
［発明の効果］ 本発明によれば、多孔質の酸化物系セラミックスを金
属に強固に固定できるとともに、セラミックスの脆さが
克服され、セラミックスの接合界面近傍を補強できる。
このため健全な接合部をもつセラミックスと金属との接
合材が得られる。
属に強固に固定できるとともに、セラミックスの脆さが
克服され、セラミックスの接合界面近傍を補強できる。
このため健全な接合部をもつセラミックスと金属との接
合材が得られる。
第１図は本発明の一実施例による接合材の接合界面構造
を模式的に示す断面図、第２図は第１図に示された接合
界面構造を得るためのプロセスを示す工程説明図であ
る。 １……セラミックス材、２……金属材、３……酸化被
膜、４……ガラス層、５……ポーラス。
を模式的に示す断面図、第２図は第１図に示された接合
界面構造を得るためのプロセスを示す工程説明図であ
る。 １……セラミックス材、２……金属材、３……酸化被
膜、４……ガラス層、５……ポーラス。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 東野 豊之 神奈川県横浜市磯子区新磯子町１番地 株式会社日発グループ中央研究所内 (56)参考文献 特公 昭45−10069（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭45−11223（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C04B 37/02
Claims (2)
- 【請求項１】表層部が酸化被膜で覆われた金属材と、こ
の金属材の上記酸化被膜側の面に接合されかつ多数のポ
ーラスを内包してその一部が接合面に開口する多孔質の
酸化物系セラミックス材と、これらセラミックス材と金
属材との間に介在させられて一面側が上記酸化被膜に接
着しかつ他面側が上記セラミックス材のポーラスに一部
を入り込ませた状態で固化することにより上記接合面を
強化する接合ガラス層とを具備したことを特徴とするセ
ラミックスと金属の接合材。 - 【請求項２】多数のポーラスを内包しその一部が接合面
に開口する多孔質の酸化物系セラミックス材と金属材と
を接合する場合に、金属材の表面に酸化被膜を形成する
工程と、ガラスフリットを溶剤に溶いた混合ペーストを
上記金属材の酸化被膜上に塗布する工程と、上記溶剤が
乾燥しないうちに金属材とセラミックス材とを重ね合せ
かつ上記混合ペーストを上記接合面のポーラスの開口に
染み込ませ、その後に上記溶剤を乾燥させる工程と、ガ
ラスの溶融温度まで加熱したのちに徐冷することによ
り、硬化したガラス層を介して上記セラミックス材と金
属材とを接合するとともに上記ポーラス内で硬化したガ
ラスによって上記セラミックス材の接合面を強化する工
程とを具備したことを特徴とするセラミックスと金属の
接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1038441A JP2858773B2 (ja) | 1989-02-20 | 1989-02-20 | セラミックスと金属の接合材および接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1038441A JP2858773B2 (ja) | 1989-02-20 | 1989-02-20 | セラミックスと金属の接合材および接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02217370A JPH02217370A (ja) | 1990-08-30 |
| JP2858773B2 true JP2858773B2 (ja) | 1999-02-17 |
Family
ID=12525389
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1038441A Expired - Lifetime JP2858773B2 (ja) | 1989-02-20 | 1989-02-20 | セラミックスと金属の接合材および接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2858773B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6716296B2 (ja) * | 2016-03-11 | 2020-07-01 | 日本特殊陶業株式会社 | 多孔体複合部材 |
-
1989
- 1989-02-20 JP JP1038441A patent/JP2858773B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02217370A (ja) | 1990-08-30 |
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