JP3221180B2 - Ceramic-metal bonded body and method of manufacturing the same - Google Patents
Ceramic-metal bonded body and method of manufacturing the sameInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はセラミックス−金属接合
体及びその製造方法に係り、特に、軽量で、耐久性、耐
摩耗性、強度等に優れ、機械や自動車等の構造部材とし
て有用な高性能セラミックス−金属接合体及びその製造
方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic-metal joined body and a method for producing the same, and more particularly, to a high-strength material which is lightweight, has excellent durability, abrasion resistance, strength, and the like, and is useful as a structural member of a machine or an automobile. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a high performance ceramic-metal joint and a method for producing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】機械や自動車等の構造部材としては、耐
久性、耐摩耗性、強度等の特性に優れると共に、軽量な
材料が要求されており、このような要求特性を満たすも
のとして、高性能なセラミックス材料と金属材料との接
合部材が提案されている。2. Description of the Related Art Structural members of machines and automobiles are required to have excellent properties such as durability, abrasion resistance and strength, and at the same time, to be lightweight materials. A joining member of a high performance ceramic material and a metal material has been proposed.
【０００３】セラミックス−金属接合体の製造技術の研
究における歴史は長く、従来、多くの研究がなされてい
る。例えば、接合に用いるロウ材や、セラミックスと金
属との間に介在させるインサート材の選定についての研
究がなされている。[0003] The history of the research on the manufacturing technology of the ceramic-metal bonded body is long, and many studies have been made so far. For example, research has been conducted on selection of a brazing material used for joining and an insert material interposed between a ceramic and a metal.
【０００４】現在、ロウ材としては、セラミックス及び
金属の界面のヌレ性を良くすることができるＡｇ−Ｃｕ
系のロウ材が主に用いられている。また、Ａｇ−Ｃｕ系
ロウ材にセラミックスに対して活性なＴｉを添加したロ
ウ材も多く用いられている。At present, as a brazing material, Ag-Cu which can improve the wetting property of the interface between ceramics and metal is used.
A series of brazing materials are mainly used. Further, a brazing material obtained by adding Ti active to ceramics to an Ag-Cu-based brazing material is also often used.
【０００５】一方、インサート材は、セラミックスと金
属との間にはさみ込んで両者の熱膨張率の差を緩和する
ものである。即ち、セラミックスは接合時の加熱によ
り、セラミックスと金属との熱膨張率の差に起因する熱
応力を受けて割れが発生するため、この熱応力の緩和の
ために、各種のインサート材を１層又は２層に介在させ
ている。例えば、特開昭６０−９６５８４号公報に開示
されるセラミックスと金属の接合方法においては、セラ
ミックスとしてＳｉ3 Ｎ4 ，ＳｉＣを用い、金属とセラ
ミックスの接合時の熱膨張差による割れを防止するため
にインサート材を用いている。On the other hand, the insert material is inserted between the ceramic and the metal to reduce the difference in the coefficient of thermal expansion between the two. In other words, ceramics are subjected to thermal stress due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the ceramic and the metal due to heating during bonding, and cracks are generated. To alleviate this thermal stress, one layer of various insert materials is used. Or it is interposed in two layers. For example, in the method of joining ceramics and metal disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-96584, Si 3 N 4 and SiC are used as ceramics to prevent cracks due to a difference in thermal expansion when joining the metal and ceramics. The insert material is used.
【０００６】従来、このインサート材としては、Ｎｉ，
Ｃｕ，Ｍｏ，Ｎｂが用いられている。Conventionally, as the insert material, Ni,
Cu, Mo, and Nb are used.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】従来においては、セラ
ミックスとしてモノリシックなセラミックス（例えばＳ
ｉ3 Ｎ4 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ムライト，ＳｉＣ）を用いてい
るため、熱応力に対する靭性が不足し、接合強度の大き
なセラミックス−金属接合体は得られなかった。Conventionally, monolithic ceramics (for example, S
i 3 N 4, Al 2 O 3, due to the use of mullite, the SiC), toughness against thermal stress is insufficient, a large ceramic bonding strength - metal bonded body was obtained.
【０００８】また、従来のセラミックス材料では、構造
部材としての耐摩耗性、耐久性、耐食性、摺動性等の要
求特性を十分に満たすことができなかった。Further, the conventional ceramic materials cannot sufficiently satisfy the required characteristics such as wear resistance, durability, corrosion resistance and slidability as structural members.
【０００９】一方、接合時の熱応力の緩和のためには、
前述の如く、セラミックスと金属との間に各種のインサ
ート材を１層又は２層に介在させることが行なわれてい
るが、十分な効果は得られていない。接合強度をより一
層高めるために、セラミックスの表面をメタライズした
り、溶射するなどの方法も採用されている。On the other hand, in order to reduce the thermal stress at the time of joining,
As described above, various types of insert materials are interposed between ceramics and metal in one or two layers, but a sufficient effect has not been obtained. In order to further increase the bonding strength, a method of metallizing or spraying the surface of the ceramic has been adopted.
【００１０】しかしながら、メタライズや溶射法を採用
したものでも、高温における接着強度が低く、かつ、腐
食に対しても弱いという欠点がある。特に、溶射法で
は、セラミックスと溶射面との界面の接合強度が低く、
また、その溶射表面が多孔質となるため、ロウ材との均
密な接合は不可能である。[0010] However, those employing the metallization or thermal spraying methods have the disadvantages of low adhesive strength at high temperatures and weakness against corrosion. In particular, in the thermal spraying method, the bonding strength at the interface between the ceramic and the thermal sprayed surface is low,
Further, since the thermal sprayed surface is porous, it is impossible to form a dense joint with the brazing material.
【００１１】本発明は上記従来の問題点を解決し、急激
な熱ショックや機械的な衝撃によっても、クラックや破
壊を起こすことのない、各種構造部材として有用な、高
強度、高信頼性、セラミックス−金属接合体を提供する
ことを目的とする。The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and has high strength, high reliability, and is useful as various structural members that do not cause cracking or destruction by a sudden thermal shock or mechanical shock. An object is to provide a ceramic-metal joined body.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】請求項１のセラミックス
−金属接合体は、セラミックスと金属とをロウ材を用い
て接合してなるセラミックス−金属接合体において、該
セラミックスが、粒径０．０５〜０．５μｍのＳｉ３Ｎ
４をマトリックス相とし、粒径５０〜５００ｎｍのＳｉ
Ｃ微粒子と粒径５０〜７００ｎｍのＴｉＣ及び／又はＴ
ｉＮ微粒子とが分散した粒子分散複合セラミックスであ
って、Ｓｉ３Ｎ４とＳｉＣ微粒子とをＳｉ３Ｎ４：Ｓｉ
Ｃ微粒子＝７０〜９０：３０〜１０（体積比）の割合で
含み、かつ、ＴｉＣ及び／又はＴｉＮをＳｉ３Ｎ４及び
ＳｉＣ微粒子の合計に対して０．１〜１体積％含み、前
記金属はアルミニウム又はアルミニウム合金であって、
かつ、前記ロウ材はアルミニウム用ロウ材であることを
特徴とする。[Means for Solving the Problems] of claim 1 ceramic - metal bonded body, a ceramic formed by joining with the brazing material and the ceramic and metal - in metal bonded body, the ceramic particle size 0.05 ~ 0.5 μm Si 3 N
4 as a matrix phase and Si having a particle size of 50 to 500 nm.
C fine particles and TiC and / or T having a particle size of 50 to 700 nm
A particle-dispersed composite ceramic in which iN fine particles are dispersed, wherein Si 3 N 4 and SiC fine particles are mixed with Si 3 N 4 : Si
C fine particles = 70 to 90:30 to 10 (volume ratio) in a ratio of 0.1 to 1% by volume of TiC and / or TiN with respect to the total of Si 3 N 4 and SiC fine particles; Is aluminum or aluminum alloy,
The brazing material is a brazing material for aluminum.
【００１３】請求項２のセラミックス−金属接合体の製
造方法は、請求項１に記載のセラミックス−金属接合体
を製造する方法であって、前記セラミックスと金属とを
ロウ材を介して積層し、５５０〜６００℃で真空中にて
接合することを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a ceramic-metal joined body according to the first aspect, wherein the ceramic and the metal are laminated via a brazing material. It is characterized by joining in vacuum at 550-600 ° C.
【００１４】即ち、セラミックスと金属との接合では、
セラミックスの破壊が最大のネックとなっていたが、従
来のセラミックス材料では、接合時の熱応力に十分に耐
えうるものは少なかった。本発明者らは、高耐久性、高
靭性の新規セラミックス材料を開発し、これをセラミッ
クス−金属接合体のセラミックス材料を用いることによ
り、本発明を完成させた。That is, in joining ceramics and metal,
Destruction of ceramics has been the biggest bottleneck, but few of the conventional ceramic materials can sufficiently withstand the thermal stress during joining. The present inventors have developed a new ceramic material having high durability and high toughness, and have completed the present invention by using a ceramic material of a ceramic-metal bonded body.
【００１５】以下に本発明を詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail.
【００１６】まず、本発明で用いられる粒子分散複合セ
ラミックスについて説明する。First, the particle-dispersed composite ceramic used in the present invention will be described.
【００１７】本発明に係る粒子分散複合セラミックス
は、Ｓｉ3 Ｎ4 マトリックス相に第２成分としてＳｉＣ
微粒子が、第３成分としてＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒
子が、それぞれ、下記の割合で分散してなるものであ
る。なお、ＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒子の割合は、Ｓ
ｉ3 Ｎ4 とＳｉＣ微粒子との合計に対する割合である。The particle-dispersed composite ceramic according to the present invention contains SiC as a second component in a Si 3 N 4 matrix phase.
The fine particles are obtained by dispersing TiC and / or TiN fine particles as the third component in the following proportions, respectively. The ratio of the TiC and / or TiN fine particles is S
It is the ratio to the total of i 3 N 4 and SiC fine particles.
【００１８】Ｓｉ3 Ｎ4 ：ＳｉＣ微粒子＝７０〜９０：
３０〜１０（体積比） ＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒子＝０．１〜１体積％ ここで、Ｓｉ3 Ｎ4 の体積比が７０未満では複合材とし
ての特性が得られず、また、強度が著しく低下する。９
０を超えると相対的に第２，３成分の割合が低減し、第
２，３成分粒子を複合化させることによる本発明の効果
が十分に得られない。ＳｉＣ微粒子の複合化により、靭
性や強度、耐摩耗性の向上が図れるが、このＳｉＣ微粒
子の体積比が１０未満では、この改善効果が十分に得ら
れず、３０を超えると焼結性が悪くなる。従って、Ｓｉ
3 Ｎ4 ：ＳｉＣ微粒子＝７０〜９０：３０〜１０（体積
比）とする。Si 3 N 4 : SiC fine particles = 70-90:
30 to 10 (volume ratio) TiC and / or TiN fine particles = 0.1 to 1% by volume Here, if the volume ratio of Si 3 N 4 is less than 70, characteristics as a composite material cannot be obtained, and the strength is remarkably large. descend. 9
If it exceeds 0, the proportions of the second and third components are relatively reduced, and the effect of the present invention by combining the second and third component particles cannot be sufficiently obtained. The toughness, strength, and wear resistance can be improved by compounding the SiC fine particles. However, if the volume ratio of the SiC fine particles is less than 10, this improvement effect cannot be sufficiently obtained, and if it exceeds 30, the sinterability is poor. Become. Therefore, Si
3 N 4 : SiC fine particles = 70 to 90:30 to 10 (volume ratio).
【００１９】ＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒子は、ＳｉＣ
微粒子の複合化による特性向上効果を更に高め、より一
層の高靭性化を図る作用を奏し、その割合がＳｉ3 Ｎ4
とＳｉＣ微粒子の合計に対して０．１体積％未満では、
この作用が十分に得られず、１体積％を超えると焼結性
に問題を生じる。従って、ＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒
子の割合は０．１〜１体積％とする。The TiC and / or TiN fine particles are SiC
Further enhance the characteristics improving effect by the compounding of the fine particles, exhibit the effect to achieve even higher toughness, the ratio is Si 3 N 4
And less than 0.1% by volume with respect to the total of SiC fine particles,
This effect cannot be sufficiently obtained, and if it exceeds 1% by volume, a problem occurs in sinterability. Therefore, the ratio of the TiC and / or TiN fine particles is set to 0.1 to 1% by volume.
【００２０】本発明において、Ｓｉ３Ｎ４マトリックス
相中に分散している各微粒子は、それぞれ下記粒径範囲
のナノ粒子である。 [0020] In the present invention, the particulates dispersed in Si 3 N 4 matrix phase, respectively Ru Oh nanoparticles following particle size range.
【００２１】 ＳｉＣ微粒子の粒径：５０〜５００ｎｍ ＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒子の粒径：５０〜７００ｎｍ このような粒子分散複合セラミックスは例えば次のよう
にして製造される。即ち、まず、粒径０．０５〜０．５
μｍのＳｉ３Ｎ４粉末と、上記粒径範囲のＳｉＣ微粒子
とＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒子とをボールミル等によ
り５〜１０時間程度連続的に均一分散混合する。この混
合に当り、分散性を良くするために、有機系の分散剤を
用いることができる。Particle size of SiC fine particles: 50 to 500 nm Particle size of TiC and / or TiN fine particles: 50 to 700 nm Such a particle-dispersed composite ceramic is produced, for example, as follows. That is, first, the particle size is 0.05 to 0.5.
and Si 3 N 4 powder of mu m, continuously uniformly dispersed mixture about 5 to 10 hours by SiC particles and TiC and / or a TiN fine particles such as a ball mill in the particle size range. Upon mixing, an organic dispersant can be used to improve dispersibility.
【００２２】得られた混合原料を、ホットプレス法、常
圧焼結、ＨＩＰ等により焼結して、高密度粒子分散複合
セラミックスを得ることができる。The obtained mixed raw material is sintered by hot pressing, normal pressure sintering, HIP or the like to obtain a high-density particle-dispersed composite ceramic.
【００２３】本発明においては、このようにして得られ
る粒子分散複合セラミックスをロウ材を介在してインサ
ート材を用いることなく金属と接合する。In the present invention, the particle-dispersed composite ceramic thus obtained is joined to a metal via a brazing material without using an insert material.
【００２４】ロウ材としては、アルミニウム用の低温ロ
ウ材を用いる。このような低温ロウ材であれば、低い接
合温度で接合を行なうことができ、安価に接合体を得る
ことができる。このロウ材の厚さは厚過ぎると接合が困
難となり、また、薄過ぎると十分な接合強度を得ること
が困難であることから、ロウ材の厚さは１０〜１００μ
ｍ、特に２０〜５０μｍとするのが好ましい。As the brazing material, a low-temperature brazing material for aluminum is used. With such a low-temperature brazing material, bonding can be performed at a low bonding temperature, and a bonded body can be obtained at low cost. If the thickness of the brazing material is too large, joining becomes difficult, and if it is too small, it is difficult to obtain sufficient joining strength. Therefore, the thickness of the brazing material is 10 to 100 μm.
m, particularly preferably 20 to 50 μm.
【００２５】なお、アルミニウム用の低温ロウ材として
は、Ａｌ−Ｓｉ系ロウ材等を用いることができる。この
ようなロウ材であれば、５５０〜６００℃程度の温度で
容易に接合処理することができる。As the low-temperature brazing material for aluminum, an Al-Si brazing material or the like can be used. With such a brazing material, the joining process can be easily performed at a temperature of about 550 to 600 ° C.
【００２６】本発明において、接合される金属は、アル
ミニウム又はアルミニウム合金である。アルミニウム合
金の場合、その組成に特に制限はない。In the present invention, the metal to be joined is aluminum or an aluminum alloy. In the case of an aluminum alloy, its composition is not particularly limited.
【００２７】接合に当り、粒子分散複合セラミックス及
びアルミニウム又はアルミニウム合金は、その接合面を
研摩して表面粗度Ｒａ３〜１０μｍ程度に研摩加工して
おくのが好ましい。このように研摩することにより、よ
り一層接合強度を高めることができる。In the joining, it is preferable that the particle-dispersed composite ceramics and the aluminum or aluminum alloy are polished at their joint surfaces to a surface roughness Ra of about 3 to 10 μm. By performing such polishing, the bonding strength can be further increased.
【００２８】本発明においては、必要に応じて接合面を
研摩加工した粒子分散複合セラミックスとアルミニウム
又はアルミニウム合金とをロウ材を介して配置し、真空
電気炉内にて加熱する。接合温度は５５０〜６００℃、
好ましくは５８０〜５９０℃とし、加圧力は０．１〜
１．０ｋｇ／ｃｍ2 ，接合時間は１０分〜２０分，接合
雰囲気は約１０-4Ｔｏｒｒとするのが好ましい。これに
より、接合部は全面に亘って巣のない良好な接合体が得
られる。In the present invention, the particle-dispersed composite ceramics whose polishing surface is polished if necessary and aluminum or an aluminum alloy are arranged via a brazing material, and heated in a vacuum electric furnace. The joining temperature is 550-600 ° C,
Preferably, it is 580 to 590 ° C., and the pressure is 0.1 to
Preferably, the bonding time is 1.0 kg / cm 2 , the bonding time is 10 to 20 minutes, and the bonding atmosphere is about 10 −4 Torr. As a result, a good joined body having no nests over the entire joint can be obtained.
【００２９】[0029]
【作用】本発明者らは、従来のモノリシックなＳｉ3 Ｎ
4 とは全く特性の異なる粒子分散複合セラミックスを開
発した。この材料はＳｉ3 Ｎ4 −ＳｉＣ−ＴｉＣ及び／
又はＴｉＮの３成分（又は４成分）系であり、高強度、
高靭性で耐食性、耐摩耗性、摺動特性に優れている。The present inventors have developed a conventional monolithic Si 3 N
We have developed a particle-dispersed composite ceramic with completely different properties from those of 4 . This material is Si 3 N 4 —SiC—TiC and / or
Or a three-component (or four-component) TiN system with high strength,
Excellent toughness, corrosion resistance, wear resistance, and sliding characteristics.
【００３０】本発明においては、セラミックスのマトリ
ックス相として、Ｓｉ3 Ｎ4 を用い、これに靭性や強
度、耐摩耗性を付与するため、ＳｉＣ微粒子を第２成分
として分散させた。更に、この第２成分の複合特性を高
めるために、第３成分としてのＴｉＣ及び／又はＴｉＮ
微粒子を分散させ、目的を十分に満足する粒子分散複合
セラミックスを開発した。In the present invention, Si 3 N 4 was used as a matrix phase of ceramics, and SiC fine particles were dispersed as a second component in order to impart toughness, strength and wear resistance to the matrix phase. Further, in order to enhance the composite characteristics of the second component, TiC and / or TiN as the third component are used.
We have developed a particle-dispersed composite ceramic that disperses fine particles and sufficiently satisfies the purpose.
【００３１】本発明に係る粒子分散複合セラミックスに
おいては、Ｓｉ3 Ｎ4 マトリックス相の中に第２，第３
成分の微粒子が分散して、内部応力を誘起した状態にな
っているため極めて強度、靭性が高い材料となってい
る。In the particle-dispersed composite ceramic according to the present invention, the second and third particles are contained in the Si 3 N 4 matrix phase.
Since the fine particles of the components are dispersed to induce internal stress, the material has extremely high strength and toughness.
【００３２】しかして、本発明に係る粒子分散複合セラ
ミックスは、従来のＳｉ3 Ｎ4 単味材料やＳｉ3 Ｎ4 −
ＳｉＣの２成分系の材料にくらべて強度特性が優れてい
るため、接合材料の素材として極めて優れたものとなっ
ている。Thus, the particle-dispersed composite ceramics according to the present invention can be produced using conventional Si 3 N 4 plain materials or Si 3 N 4 −
Since it has excellent strength characteristics as compared with a two-component SiC material, it is extremely excellent as a material for a bonding material.
【００３３】金属とセラミックスを接合する場合、金属
とセラミックスの両方に相性の良い接合ロウ材を用いる
が、この場合、特にセラミックスとロウ材との熱膨張率
の違いが接合強度に大きな影響を及ぼす。従来のモノリ
シックなセラミックス材料では、この熱膨張差による応
力に十分に耐えられず、クラックが入ったり破壊するこ
とが多かった。本セラミックス材料は、粒子分散複合材
料でセラミックスに内部応力を誘起させて高靭化してい
るため、従来のセラミックスに比較して靭性が大きく、
金属材との接合にも十分に耐えられるものである。When joining a metal and a ceramic, a joining brazing material having good compatibility is used for both the metal and the ceramic. In this case, particularly, a difference in the coefficient of thermal expansion between the ceramic and the brazing material has a great effect on the joining strength. . Conventional monolithic ceramic materials cannot sufficiently withstand the stress caused by the difference in thermal expansion, and often crack or break. This ceramic material is a particle-dispersed composite material that induces internal stress in the ceramic and increases its toughness.
It can sufficiently withstand joining with a metal material.
【００３４】また、本発明では金属として軽量なアルミ
ニウム又はアルミニウム合金を用い、また、接合にはイ
ンサート材を用いることなく、アルミニウム用の低温ロ
ウ材を用いるため、接合温度が低く、高い接合強度を有
する接合体を安価に得ることができる。Further, in the present invention, a lightweight aluminum or aluminum alloy is used as the metal, and a low-temperature brazing material for aluminum is used for the joining without using an insert material. Therefore, the joining temperature is low and the joining strength is high. Can be obtained at low cost.
【００３５】[0035]
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明する。The present invention will be described more specifically with reference to the following examples.
【００３６】なお、以下の実施例において用いた材料は
次の通りである。The materials used in the following examples are as follows.
【００３７】 Ｓｉ3 Ｎ4 （宇部興産社製）：平均粒径０．３μｍ ＳｉＣ（イビデン社製）：平均粒径３００ｎｍ ＴｉＣ（日本新金属社製）：平均粒径２００ｎｍ ＴｉＮ（日本新金属社製）：平均粒径２００ｎｍ 実施例１〜３ まず、表１に示す割合でＳｉ3 Ｎ4 とＳｉＣとＴｉＣ又
はＴｉＮとをボールミルにより約１０時間混合した後、
１７００℃で２時間ホットプレス焼結して、厚さ２ｍ
ｍ，直径３０ｍｍの焼結体を得た。なお、得られた焼結
体の物性は表１に示す通りであった。得られたセラミッ
クス焼結体の被接合面を表面粗度Ｒａ５μｍに研摩し
た。Si 3 N 4 (manufactured by Ube Industries): average particle diameter 0.3 μm SiC (manufactured by IBIDEN): average particle diameter 300 nm TiC (manufactured by Nippon Shinkin): average particle diameter 200 nm TiN (manufactured by Nippon Shinkin) First, after mixing Si 3 N 4 , SiC, TiC or TiN at a ratio shown in Table 1 by a ball mill for about 10 hours,
Hot press sintering at 1700 ° C for 2 hours, thickness 2m
m, a sintered body having a diameter of 30 mm was obtained. The physical properties of the obtained sintered body were as shown in Table 1. The surface to be joined of the obtained ceramic sintered body was polished to a surface roughness Ra of 5 μm.
【００３８】一方、金属として、高さ２０ｍｍ，直径３
０ｍｍのアルミニウム部材を準備し、この被接合面を表
面粗度Ｒａ５μｍに研摩した。On the other hand, as a metal, a height of 20 mm and a diameter of 3
A 0-mm aluminum member was prepared, and the surface to be joined was polished to a surface roughness Ra of 5 μm.
【００３９】セラミックス焼結体とアルミニウム部材と
の間に、アルミニウム用市販ロウ材を４０μｍの厚さと
なるように挟み込み、電気炉内で接合した。電気炉は１
０-4Ｔｏｒｒの真空雰囲気で５８０℃まで２時間で昇温
し、表１に示す温度で１０分保持した後、冷却した。加
圧力は０．１ｋｇ／ｃｍ2 とした。A commercially available brazing material for aluminum was sandwiched between a ceramic sintered body and an aluminum member so as to have a thickness of 40 μm, and joined in an electric furnace. Electric furnace 1
The temperature was raised to 580 ° C. in a vacuum atmosphere of 0 −4 Torr for 2 hours, and the temperature was maintained at the temperature shown in Table 1 for 10 minutes, and then cooled. The pressure was 0.1 kg / cm 2 .
【００４０】各セラミックス−金属接合体について、接
合強度等を調べ結果を表１に示した。With respect to each ceramic-metal bonded body, the bonding strength and the like were examined, and the results are shown in Table 1.
【００４１】表１より明らかなように、本発明に係る粒
子分散複合セラミックスは高靭性、高硬度かつ高強度で
ある。また、このような粒子分散複合セラミックスを用
いることにより、接合条件を５８０〜５９０℃で変えて
も安定した接合体が得られた。得られた接合体は軽量で
あり、クラック等もない良好なものであった。この結果
から、本発明に係るセラミックス材料は、熱応力に十分
に耐え得るものであることがわかった。As apparent from Table 1, the particle-dispersed composite ceramic according to the present invention has high toughness, high hardness and high strength. Also, by using such a particle-dispersed composite ceramics, a stable bonded body was obtained even when the bonding conditions were changed at 580 to 590 ° C. The obtained bonded body was lightweight and free of cracks and the like. From this result, it was found that the ceramic material according to the present invention can sufficiently withstand thermal stress.
【００４２】[0042]
【表１】 [Table 1]
【００４３】[0043]
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明のセラミック
ス−金属接合体及びその製造方法によれば、耐摩耗性、
耐食性、耐久性、摺動性に優れる上に、高強度かつ高靭
性の粒子分散複合セラミックスを用いて、著しく高強度
で信頼性に優れた軽量セラミックス−金属接合体が安価
に提供される。As described above in detail, according to the ceramic-metal bonded body and the method of manufacturing the same according to the present invention, wear resistance,
By using a particle-dispersed composite ceramic having high strength and high toughness in addition to excellent corrosion resistance, durability and slidability, a lightweight ceramic-metal joint having extremely high strength and excellent reliability is provided at low cost.
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−30366（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−187983（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−33074（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−65572（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 37/02 Continuation of the front page (56) References JP-A-63-30366 (JP, A) JP-A-3-187983 (JP, A) JP-A-3-33074 (JP, A) JP-A-3-65572 (JP) , A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C04B 37/02
Claims (2)
接合してなるセラミックス−金属接合体において、 該セラミックスが、粒径０．０５〜０．５μｍのＳｉ３
Ｎ４をマトリックス相とし、粒径５０〜５００ｎｍのＳ
ｉＣ微粒子と粒径５０〜７００ｎｍのＴｉＣ及び／又は
ＴｉＮ微粒子とが分散した粒子分散複合セラミックスで
あって、Ｓｉ３Ｎ４とＳｉＣ微粒子とをＳｉ３Ｎ４：Ｓ
ｉＣ微粒子＝７０〜９０：３０〜１０（体積比）の割合
で含み、かつ、ＴｉＣ及び／又はＴｉＮをＳｉ３Ｎ４及
びＳｉＣ微粒子の合計に対して０．１〜１体積％含み、 前記金属はアルミニウム又はアルミニウム合金であっ
て、 かつ、 前記ロウ材はアルミニウム用ロウ材であることを特徴と
するセラミックス−金属接合体。1. A ceramic-metal joined body obtained by joining ceramics and a metal using a brazing material, wherein the ceramics is made of Si 3 having a particle size of 0.05 to 0.5 μm.
S 4 having a matrix phase of N 4 and a particle size of 50 to 500 nm
A particle-dispersed composite ceramic in which iC fine particles and TiC and / or TiN fine particles having a particle size of 50 to 700 nm are dispersed, wherein Si 3 N 4 and SiC fine particles are mixed with Si 3 N 4 : S
iC fine particles = 70 to 90:30 to 10 (volume ratio), and 0.1 to 1 vol% of TiC and / or TiN with respect to the total of Si 3 N 4 and SiC fine particles; Is aluminum or an aluminum alloy, and the brazing material is a brazing material for aluminum.
合体を製造する方法であって、 前記セラミックスと金属とをロウ材を介して積層し、５
５０〜６００℃で真空中にて接合することを特徴とする
セラミックス−金属接合体の製造方法。2. The method for producing a ceramic-metal joined body according to claim 1, wherein the ceramic and the metal are laminated via a brazing material.
A method for producing a ceramic-metal joined body, characterized in that joining is performed in a vacuum at 50 to 600 ° C.
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1993
- 1993-10-01 JP JP24688193A patent/JP3221180B2/en not_active Expired - Fee Related
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