JP3519660B2 - 金属とセラミックスの接合に使用されるインサート材とその製造方法 - Google Patents
金属とセラミックスの接合に使用されるインサート材とその製造方法Info
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- JP3519660B2 JP3519660B2 JP2000050346A JP2000050346A JP3519660B2 JP 3519660 B2 JP3519660 B2 JP 3519660B2 JP 2000050346 A JP2000050346 A JP 2000050346A JP 2000050346 A JP2000050346 A JP 2000050346A JP 3519660 B2 JP3519660 B2 JP 3519660B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属とセラミック
スとを強固に結合するために、金属とセラミックスとの
間に接合されるインサート材とその製造方法に関する。
スとを強固に結合するために、金属とセラミックスとの
間に接合されるインサート材とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】セラミックスは、金属にない優れた物性
を有する。たとえば、耐熱性や耐摩耗性は金属を卓越す
る。ただ、セラミックスは極めて加工が難しいために、
必要な部分に金属を接合し、金属とセラミックスとを合
わせて使用されることが多い。
を有する。たとえば、耐熱性や耐摩耗性は金属を卓越す
る。ただ、セラミックスは極めて加工が難しいために、
必要な部分に金属を接合し、金属とセラミックスとを合
わせて使用されることが多い。
【０００３】このことを実現するには、金属とセラミッ
クスとを確実に接合する必要がある。しかしながら、金
属とセラミックスを直接接合すると、互いの熱膨張率の
差が大きいため、接合後、冷却中に変位の差から接合体
に残留応力が発生して、はがれや割れが生じたり、また
著しい接合強度の低下がある。
クスとを確実に接合する必要がある。しかしながら、金
属とセラミックスを直接接合すると、互いの熱膨張率の
差が大きいため、接合後、冷却中に変位の差から接合体
に残留応力が発生して、はがれや割れが生じたり、また
著しい接合強度の低下がある。
【０００４】この欠点を解消するために、従来は、図１
の断面図に示すように、金属１とセラミックス２との間
に挟着されるインサート材１０が使用される。インサー
ト材１０は、アルミニウムや銅などの軟質金属、あるい
は、タングステンやニオブなどの低膨張金属を複数層重
ねて用いている。
の断面図に示すように、金属１とセラミックス２との間
に挟着されるインサート材１０が使用される。インサー
ト材１０は、アルミニウムや銅などの軟質金属、あるい
は、タングステンやニオブなどの低膨張金属を複数層重
ねて用いている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】インサート材を挟着す
る接合構造は、金属ともセラミックスとも異なる材料を
使用するため、使用温度が軟質金属の融点によって制限
されること、あるいは、希少金属であるため高コストに
なるなどの欠点がある。さらに、熱膨張率の異なる材料
を層状に配置するため、加熱、冷却の繰り返しにより層
間剥離が生じやすい欠点もある。
る接合構造は、金属ともセラミックスとも異なる材料を
使用するため、使用温度が軟質金属の融点によって制限
されること、あるいは、希少金属であるため高コストに
なるなどの欠点がある。さらに、熱膨張率の異なる材料
を層状に配置するため、加熱、冷却の繰り返しにより層
間剥離が生じやすい欠点もある。
【０００６】本発明は、この欠点を解決することを目的
に開発されたものである。本発明の重要な目的は、金属
と金属、セラミックスとセラミックスを互いに接合し
て、金属とセラミックスとを強固に接合する金属とセラ
ミックスの接合に使用されるインサート材とその製造方
法を提供することにある。
に開発されたものである。本発明の重要な目的は、金属
と金属、セラミックスとセラミックスを互いに接合し
て、金属とセラミックスとを強固に接合する金属とセラ
ミックスの接合に使用されるインサート材とその製造方
法を提供することにある。
【０００７】本発明の他の大切な目的は、接合面を同種
材料として、金属やセラミックスを接合する接着剤やろ
う材として理想的なものを選択でき、しかも、加熱、冷
却の繰り返しによる剥離を有効に防止できる金属とセラ
ミックスの接合に使用されるインサート材とその製造方
法を提供することにある。
材料として、金属やセラミックスを接合する接着剤やろ
う材として理想的なものを選択でき、しかも、加熱、冷
却の繰り返しによる剥離を有効に防止できる金属とセラ
ミックスの接合に使用されるインサート材とその製造方
法を提供することにある。
【０００８】さらに、本発明の他の大切な目的は、金属
とセラミックスとの接合には使用されない無機接着剤等
を使用することができ、しかも、この接着剤を使用し
て、金属とセラミックスとを確実に接合できる金属とセ
ラミックスの接合に使用されるインサート材とその製造
方法を提供することにある。
とセラミックスとの接合には使用されない無機接着剤等
を使用することができ、しかも、この接着剤を使用し
て、金属とセラミックスとを確実に接合できる金属とセ
ラミックスの接合に使用されるインサート材とその製造
方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の金属とセラミッ
クスを接合するインサート材は、金属筒４の内側にセラ
ミック柱５を抜けないように焼ばめでインサートして、
金属１とセラミックス２とを結合している。金属筒４の
一方の端面である第１端面を、金属１に接合する金属接
合面６として、金属筒４の第１端面と反対側の第２端面
に位置するセラミック柱５の端面をセラミックス２に接
合するセラミック接合面７としている。
クスを接合するインサート材は、金属筒４の内側にセラ
ミック柱５を抜けないように焼ばめでインサートして、
金属１とセラミックス２とを結合している。金属筒４の
一方の端面である第１端面を、金属１に接合する金属接
合面６として、金属筒４の第１端面と反対側の第２端面
に位置するセラミック柱５の端面をセラミックス２に接
合するセラミック接合面７としている。
【００１０】
【００１１】さらに、本発明の金属とセラミックスの接
合に使用されるインサート材は、金属筒４を第１端面か
ら第２端面に向かって次第に薄くすることもできる。
合に使用されるインサート材は、金属筒４を第１端面か
ら第２端面に向かって次第に薄くすることもできる。
【００１２】さらに、本発明の金属とセラミックスの接
合に使用されるインサート材は、好ましくは、セラミッ
ク柱５を、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素等の耐熱セラ
ミックスとして、金属筒４を耐熱金属とする。
合に使用されるインサート材は、好ましくは、セラミッ
ク柱５を、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素等の耐熱セラ
ミックスとして、金属筒４を耐熱金属とする。
【００１３】さらに、本発明の金属とセラミックスの接
合に使用されるインサート材の製造方法は、金属筒４の
内側にセラミック柱５を抜けないようにインサートし
て、金属１とセラミックス２とを結合しており、金属筒
４の一方の端面である第１端面を、金属１に接合する金
属接合面６として、金属筒４の第１端面と反対側の第２
端面に位置するセラミック柱５の端面をセラミックス２
に接合するセラミック接合面７としている。さらに、本
発明の製造方法は、以下の工程でインサート材３を製造
する。 （ａ） 金属筒４に挿入できる太さのセラミック柱５を
製作する工程。 （ｂ） セラミック柱５を金属筒４に挿入する工程。 （ｃ） セラミック柱５を挿入した金属筒４の内部の空
気を排気し、端部を密閉して内部を気密に閉塞する工
程。 （ｄ） セラミック柱５を挿入して気密に閉塞された金
属筒４を、加熱、加圧して金属筒４をセラミック柱５の
表面に密着させる工程。 （ｅ） 冷却し、金属筒４を熱収縮させてセラミック柱
５の表面に密着させる工程。 （ｆ） 金属筒４を所定の長さに切断する工程。
合に使用されるインサート材の製造方法は、金属筒４の
内側にセラミック柱５を抜けないようにインサートし
て、金属１とセラミックス２とを結合しており、金属筒
４の一方の端面である第１端面を、金属１に接合する金
属接合面６として、金属筒４の第１端面と反対側の第２
端面に位置するセラミック柱５の端面をセラミックス２
に接合するセラミック接合面７としている。さらに、本
発明の製造方法は、以下の工程でインサート材３を製造
する。 （ａ） 金属筒４に挿入できる太さのセラミック柱５を
製作する工程。 （ｂ） セラミック柱５を金属筒４に挿入する工程。 （ｃ） セラミック柱５を挿入した金属筒４の内部の空
気を排気し、端部を密閉して内部を気密に閉塞する工
程。 （ｄ） セラミック柱５を挿入して気密に閉塞された金
属筒４を、加熱、加圧して金属筒４をセラミック柱５の
表面に密着させる工程。 （ｅ） 冷却し、金属筒４を熱収縮させてセラミック柱
５の表面に密着させる工程。 （ｆ） 金属筒４を所定の長さに切断する工程。
【００１４】さらに、本発明のインサート材の製造方法
は、上記の製造工程に、金属筒４の表面を切削して、第
２端面から第１端面に向かって次第に薄く形成する工程
を加えて、インサート材３を製造することもできる。
は、上記の製造工程に、金属筒４の表面を切削して、第
２端面から第１端面に向かって次第に薄く形成する工程
を加えて、インサート材３を製造することもできる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明
の技術思想を具体化するための金属とセラミックスの接
合に使用されるインサート材を表示するものであって、
本発明はインサート材を下記のものに特定しない。
づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明
の技術思想を具体化するための金属とセラミックスの接
合に使用されるインサート材を表示するものであって、
本発明はインサート材を下記のものに特定しない。
【００１６】さらに、この明細書は、特許請求の範囲を
理解し易いように、実施例に示される部材に対応する番
号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決す
るための手段の欄」に示される部材に付記している。た
だ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に
特定するものでは決してない。
理解し易いように、実施例に示される部材に対応する番
号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決す
るための手段の欄」に示される部材に付記している。た
だ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に
特定するものでは決してない。
【００１７】図２の断面図と図３の斜視図に示す金属と
セラミックスの接合に使用されるインサート材は、金属
筒４の内側にセラミック柱５をインサートして、金属１
とセラミックス２とを結合している。インサート材３
は、一端の金属接合面６を金属１に接合し、他端のセラ
ミック接合面７をセラミックス２に接合して、金属１と
セラミックス２とを接合する。すなわち、インサート材
３は、金属１とセラミックス２との間に接合されて、金
属１とセラミックス２とを確実に接合する。
セラミックスの接合に使用されるインサート材は、金属
筒４の内側にセラミック柱５をインサートして、金属１
とセラミックス２とを結合している。インサート材３
は、一端の金属接合面６を金属１に接合し、他端のセラ
ミック接合面７をセラミックス２に接合して、金属１と
セラミックス２とを接合する。すなわち、インサート材
３は、金属１とセラミックス２との間に接合されて、金
属１とセラミックス２とを確実に接合する。
【００１８】金属筒４は、耐熱金属、または鉄、アルミ
ニウム、銅等の金属、あるいはステンレスやシンチュ
ウ、アルミニウム合金等の合金で製作される。金属筒４
は、好ましくは、接合される金属１と同じ金属、あるい
は、同じ熱膨張率の金属を使用する。金属接合面６の熱
膨張の差による剥離をより少なくするためである。
ニウム、銅等の金属、あるいはステンレスやシンチュ
ウ、アルミニウム合金等の合金で製作される。金属筒４
は、好ましくは、接合される金属１と同じ金属、あるい
は、同じ熱膨張率の金属を使用する。金属接合面６の熱
膨張の差による剥離をより少なくするためである。
【００１９】金属筒４は、図において下端を第１端面と
して、この面を金属１に接合する金属接合面６としてい
る。この図のインサート材３は、金属筒４の金属接合面
６を開口しているが、図４の断面図に示すように、金属
筒４の金属接合面６を閉塞する構造とすることもでき
る。金属接合面６を閉塞しているインサート材３は、金
属１との接合面積を大きくして、より強固に接合でき
る。
して、この面を金属１に接合する金属接合面６としてい
る。この図のインサート材３は、金属筒４の金属接合面
６を開口しているが、図４の断面図に示すように、金属
筒４の金属接合面６を閉塞する構造とすることもでき
る。金属接合面６を閉塞しているインサート材３は、金
属１との接合面積を大きくして、より強固に接合でき
る。
【００２０】図２と図３のインサート材３は、金属筒４
を、下端の第１端面から上端の第２端面に向かって次第
に薄くしている。これ等の金属筒４は、残留熱応力が緩
和できる特長がある。さらに、図の金属筒４は、円筒状
としている。この形状のインサート材３は、セラミック
柱５と金属筒４とを広い面積で隙間なく密着できる。金
属筒４の内面とセラミック柱５の外側面とを高精度で円
柱状に加工できるからである。ただ、本発明のインサー
ト材は、金属筒を必ずしも円筒状とする必要はない。金
属筒は、多角筒状ないし楕円筒状とすることもできる。
を、下端の第１端面から上端の第２端面に向かって次第
に薄くしている。これ等の金属筒４は、残留熱応力が緩
和できる特長がある。さらに、図の金属筒４は、円筒状
としている。この形状のインサート材３は、セラミック
柱５と金属筒４とを広い面積で隙間なく密着できる。金
属筒４の内面とセラミック柱５の外側面とを高精度で円
柱状に加工できるからである。ただ、本発明のインサー
ト材は、金属筒を必ずしも円筒状とする必要はない。金
属筒は、多角筒状ないし楕円筒状とすることもできる。
【００２１】さらに、金属筒４は、内形を正確な柱状と
する形状に加工され、あるいは、セラミック接合面７か
ら金属接合面６に向かって、内形を次第に大きくするテ
ーパー状に加工される。テーパー状に加工している金属
筒４は、セラミックス２が抜けるのをより確実に防止で
きる特長がある。
する形状に加工され、あるいは、セラミック接合面７か
ら金属接合面６に向かって、内形を次第に大きくするテ
ーパー状に加工される。テーパー状に加工している金属
筒４は、セラミックス２が抜けるのをより確実に防止で
きる特長がある。
【００２２】金属筒４は、金属接合面６を平面状に加工
され、あるいは接合される金属表面に沿う形状に加工さ
れる。さらに、この金属接合面６は、平滑面に研磨また
は研削され、あるいは、微細な凹凸のある粗面に仕上げ
られる。
され、あるいは接合される金属表面に沿う形状に加工さ
れる。さらに、この金属接合面６は、平滑面に研磨また
は研削され、あるいは、微細な凹凸のある粗面に仕上げ
られる。
【００２３】セラミック柱５は、焼ばめで金属筒４の内
側に抜けないようにインサートしている。焼ばめによる
方法は、図５に示すように、以下の工程でセラミック柱
５を金属筒４にインサートする。 セラミックス２を
柱状に焼成し、あるいは、所定の形状に焼成した後、柱
状に加工しててセラミック柱５とする。セラミック柱５
は金属筒４にスムーズに挿入できる太さ、たとえば、金
属筒４の内形よりも多少細く成形する。セラミック柱
は、表面に凹凸を設けることもでき、また、セラミック
接合面から金属接合面に向かって太くなるテーパー状に
加工して、金属筒から抜け難い構造とすることもでき
る。 セラミック柱５を金属筒４に挿入する。 金
属筒４の内部の空気を排気して、金属筒４の両端を閉塞
する。金属筒４は、両端を押し潰した後、溶接して内部
を気密に閉塞する。 セラミック柱５を挿入した金属
筒４を気密室に入れ、加熱して金属筒４を軟化し、加圧
して軟化した金属筒４をセラミック柱５の表面に密着さ
せる。金属筒４の加熱温度は、金属筒４を軟化できる温
度、好ましくは、９００〜１５００℃とする。ただ、金
属筒の加熱温度は、たとえば、３００〜２０００℃、よ
り好ましくは５００〜１８００℃とすることもできる。
気密室で金属筒４を加圧する圧力は、たとえば９８ＭＰ
ａとする。ただし、圧力は５０〜２００ＭＰａとするこ
ともできる。 冷却して金属筒４を収縮させる。収縮
する金属筒４がセラミック柱５の表面に密着し、セラミ
ック柱５を抜けないように金属筒４にインサートする。
金属筒４とセラミック柱５とを所定の長さに切断し
て、筒状の金属筒４にセラミック柱５をインサートした
インサート材３とする。 図２に示すインサート材３
は、さらに、金属筒４の表面を切削して、第１端面から
第２端面に向かって次第に薄くなる形状に加工する。
側に抜けないようにインサートしている。焼ばめによる
方法は、図５に示すように、以下の工程でセラミック柱
５を金属筒４にインサートする。 セラミックス２を
柱状に焼成し、あるいは、所定の形状に焼成した後、柱
状に加工しててセラミック柱５とする。セラミック柱５
は金属筒４にスムーズに挿入できる太さ、たとえば、金
属筒４の内形よりも多少細く成形する。セラミック柱
は、表面に凹凸を設けることもでき、また、セラミック
接合面から金属接合面に向かって太くなるテーパー状に
加工して、金属筒から抜け難い構造とすることもでき
る。 セラミック柱５を金属筒４に挿入する。 金
属筒４の内部の空気を排気して、金属筒４の両端を閉塞
する。金属筒４は、両端を押し潰した後、溶接して内部
を気密に閉塞する。 セラミック柱５を挿入した金属
筒４を気密室に入れ、加熱して金属筒４を軟化し、加圧
して軟化した金属筒４をセラミック柱５の表面に密着さ
せる。金属筒４の加熱温度は、金属筒４を軟化できる温
度、好ましくは、９００〜１５００℃とする。ただ、金
属筒の加熱温度は、たとえば、３００〜２０００℃、よ
り好ましくは５００〜１８００℃とすることもできる。
気密室で金属筒４を加圧する圧力は、たとえば９８ＭＰ
ａとする。ただし、圧力は５０〜２００ＭＰａとするこ
ともできる。 冷却して金属筒４を収縮させる。収縮
する金属筒４がセラミック柱５の表面に密着し、セラミ
ック柱５を抜けないように金属筒４にインサートする。
金属筒４とセラミック柱５とを所定の長さに切断し
て、筒状の金属筒４にセラミック柱５をインサートした
インサート材３とする。 図２に示すインサート材３
は、さらに、金属筒４の表面を切削して、第１端面から
第２端面に向かって次第に薄くなる形状に加工する。
【００２４】図４に示すように、金属筒４の一端を閉塞
しているインサート材３は、一端を閉塞している筒状の
金属筒４にセラミック柱５を挿入して製作される。
しているインサート材３は、一端を閉塞している筒状の
金属筒４にセラミック柱５を挿入して製作される。
【００２５】以上の焼ばめで金属筒４にセラミック柱５
をインサートする方法は、金属筒４をセラミック柱５の
表面に理想的な状態で密着できる特長がある。ただし、
本発明は、金属筒にセラミック柱をインサートする焼ば
め方法を以上の方法には特定しない。たとえば、セラミ
ック柱を、冷却して収縮した金属筒の内形よりも太く、
かつ、加熱して膨張した金属筒には挿入できる太さに加
工し、これを、加熱した金属筒に挿入した後、冷却して
金属筒をセラミック柱の表面に抜けないように密着する
こともできる。
をインサートする方法は、金属筒４をセラミック柱５の
表面に理想的な状態で密着できる特長がある。ただし、
本発明は、金属筒にセラミック柱をインサートする焼ば
め方法を以上の方法には特定しない。たとえば、セラミ
ック柱を、冷却して収縮した金属筒の内形よりも太く、
かつ、加熱して膨張した金属筒には挿入できる太さに加
工し、これを、加熱した金属筒に挿入した後、冷却して
金属筒をセラミック柱の表面に抜けないように密着する
こともできる。
【００２６】セラミック柱５は、アルミナ、炭化珪素、
窒化珪素、炭化珪素等の耐熱セラミックスを使用し、あ
るいは、種々の無機質粉体を柱状に成形して焼結したも
のを使用する。セラミック柱５に耐熱セラミックスを使
用して、金属筒４に耐熱金属を使用するインサート材３
は、高温で使用される用途に適している。
窒化珪素、炭化珪素等の耐熱セラミックスを使用し、あ
るいは、種々の無機質粉体を柱状に成形して焼結したも
のを使用する。セラミック柱５に耐熱セラミックスを使
用して、金属筒４に耐熱金属を使用するインサート材３
は、高温で使用される用途に適している。
【００２７】セラミック柱５のセラミック接合面７は、
金属接合面６と同じように、平面状に加工される。さら
に、平面を平滑面に加工し、あるいは凹凸のある粗面に
加工される。
金属接合面６と同じように、平面状に加工される。さら
に、平面を平滑面に加工し、あるいは凹凸のある粗面に
加工される。
【００２８】図２に示す構造のインサート材３をろう接
して、金属１とセラミックス２との接合強度を測定する
と、以下のようになった。ろう接は、図６に示すよう
に、銀ろう８を使用した。銀ろうは、５９重量％の銀
と、２７重量％の銅と、１３重量％のインジウムと、１
重量％のチタンの合金を使用した。さらに、銀ろう８の
両面にはチタン粉末９を塗布した。セラミック接合面７
の直径は１０ｍｍφ、金属接合面６の直径は１２ｍｍと
した。接合条件は、真空雰囲気において９００℃×３６
００秒とした。
して、金属１とセラミックス２との接合強度を測定する
と、以下のようになった。ろう接は、図６に示すよう
に、銀ろう８を使用した。銀ろうは、５９重量％の銀
と、２７重量％の銅と、１３重量％のインジウムと、１
重量％のチタンの合金を使用した。さらに、銀ろう８の
両面にはチタン粉末９を塗布した。セラミック接合面７
の直径は１０ｍｍφ、金属接合面６の直径は１２ｍｍと
した。接合条件は、真空雰囲気において９００℃×３６
００秒とした。
【００２９】以上のようにして接合した金属１とセラミ
ックス２の曲げ強度を測定すると、図７に示すグラフの
ようになった。このグラフはインサート材３の厚さ
（ｔ）を、３ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍとして曲げ強度を測
定した。このグラフにおいてインサート材３の厚さが０
ｍｍの点は、インサート材を使用しないで、金属を直接
にセラミックスに接合した曲げ強度を示している。金属
とセラミックスの直接接合は、インサート材の接合に使
用したのと同じ銀ろうとチタン粉末を使用し、接合条件
を同じとした。
ックス２の曲げ強度を測定すると、図７に示すグラフの
ようになった。このグラフはインサート材３の厚さ
（ｔ）を、３ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍとして曲げ強度を測
定した。このグラフにおいてインサート材３の厚さが０
ｍｍの点は、インサート材を使用しないで、金属を直接
にセラミックスに接合した曲げ強度を示している。金属
とセラミックスの直接接合は、インサート材の接合に使
用したのと同じ銀ろうとチタン粉末を使用し、接合条件
を同じとした。
【００３０】図７に示すように、インサート材を使用し
ない曲げ強度が５ＭＰａであったのに対し、厚さを５ｍ
ｍとする本発明のインサート材３を使用した曲げ強度は
７０ＭＰａと極めて強くなった。
ない曲げ強度が５ＭＰａであったのに対し、厚さを５ｍ
ｍとする本発明のインサート材３を使用した曲げ強度は
７０ＭＰａと極めて強くなった。
【００３１】さらに、金属とセラミックスを接着剤を使
用して接合した強度を図８に示す。この図は、耐熱温度
が１３００℃である耐熱接着剤（東亜合成化学工業株式
会社製 アロンセラミックスＷ）と、耐熱温度が１００
〜１５０℃とする耐熱エポキシ樹脂系接着剤（コニシ株
式会社製 ＥＤ１１０）と、一般的な用途に使用される
エポキシ樹脂系接着剤（コニシ株式会社製 Ｅ２５０）
を使用して、金属とセラミックスとを接着した接合強度
を示している。
用して接合した強度を図８に示す。この図は、耐熱温度
が１３００℃である耐熱接着剤（東亜合成化学工業株式
会社製 アロンセラミックスＷ）と、耐熱温度が１００
〜１５０℃とする耐熱エポキシ樹脂系接着剤（コニシ株
式会社製 ＥＤ１１０）と、一般的な用途に使用される
エポキシ樹脂系接着剤（コニシ株式会社製 Ｅ２５０）
を使用して、金属とセラミックスとを接着した接合強度
を示している。
【００３２】この図に示すように、耐熱温度の高い接着
剤を使用するにしたがって、本発明のインサート材３を
使用して接合強度を強くできることが明白である。耐熱
温度の低い一般的な接着剤は、揺変性に優れるので、金
属とセラミックスとの接着強度は強くなる。ただ、１３
００℃の耐熱温度の接着剤を使用すると、インサート材
を使用しない接合では著しく接着強度が低下する。イン
サート材を使用することにより、耐熱性の接着剤を使用
して、接合強度を著しく向上できる。また、耐熱温度が
１００〜１５０℃の接着剤を使用する接合において、イ
ンサート材を使用して、接合強度を２倍以上に強くでき
る。
剤を使用するにしたがって、本発明のインサート材３を
使用して接合強度を強くできることが明白である。耐熱
温度の低い一般的な接着剤は、揺変性に優れるので、金
属とセラミックスとの接着強度は強くなる。ただ、１３
００℃の耐熱温度の接着剤を使用すると、インサート材
を使用しない接合では著しく接着強度が低下する。イン
サート材を使用することにより、耐熱性の接着剤を使用
して、接合強度を著しく向上できる。また、耐熱温度が
１００〜１５０℃の接着剤を使用する接合において、イ
ンサート材を使用して、接合強度を２倍以上に強くでき
る。
【００３３】
【発明の効果】本発明は、金属とセラミックスを極めて
強固に接合できる特長がある。それは、インサート材を
使用して、金属と金属を、セラミックスとセラミックス
を接合して、同じ材質どうしを接合できるからである。
強固に接合できる特長がある。それは、インサート材を
使用して、金属と金属を、セラミックスとセラミックス
を接合して、同じ材質どうしを接合できるからである。
【００３４】さらに、本発明は、接合面を同種材料とし
て、金属やセラミックスを接合するので、接着剤やろう
材として理想的なものを選択できる。また、加熱、冷却
の繰り返しによる剥離を有効に防止できる特長も実現さ
れる。
て、金属やセラミックスを接合するので、接着剤やろう
材として理想的なものを選択できる。また、加熱、冷却
の繰り返しによる剥離を有効に防止できる特長も実現さ
れる。
【図１】従来の金属とセラミックスの接合に使用される
インサート材を示す断面図
インサート材を示す断面図
【図２】本発明の実施例の金属とセラミックスの接合に
使用されるインサート材を示す断面図
使用されるインサート材を示す断面図
【図３】図２に示す金属とセラミックスの接合に使用さ
れるインサート材を示す斜視図
れるインサート材を示す斜視図
【図４】本発明の他の実施例のインサート材を示す断面
図
図
【図５】セラミック柱を金属筒の内側にインサートする
工程を示す工程図
工程を示す工程図
【図６】インサート材をろう接して金属とセラミックス
を接合する状態を示す分解斜視図
を接合する状態を示す分解斜視図
【図７】インサート材を使用して接合した金属とセラミ
ックスの曲げ強度を示すグラフ
ックスの曲げ強度を示すグラフ
【図８】接着剤による金属とセラミックスの接合強度を
示すグラフ
示すグラフ
１…金属
２…セラミックス
３…インサート材
４…金属筒
５…セラミック柱
６…金属接合面
７…セラミック接合面
８…銀ろう
９…チタン粉末
１０…インサート材
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 米谷 英治
徳島県徳島市大原町中須24−１
(72)発明者 高木 均
徳島県徳島市下助任町１丁目34−２
(56)参考文献 特開 平１−133987（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−249668（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−56379（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−246279（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C04B 37/02
F16B 4/00
Claims (5)
- 【請求項１】 金属筒(4)の内側にセラミック柱(5)を抜
けないように焼ばめでインサートして、金属(1)とセラ
ミックス(2)とを結合しており、金属筒(4)の一方の端面
である第１端面を、金属(1)に接合する金属接合面(6)と
して、金属筒(4)の第１端面と反対側の第２端面に位置
するセラミック柱(5)の端面をセラミックス(2)に接合す
るセラミック接合面(7)としてなる金属とセラミックス
の接合に使用されるインサート材。 - 【請求項２】 金属筒(4)が第１端面から第２端面に向
かって次第に薄くなっている請求項１に記載される金属
とセラミックスの接合に使用されるインサート材。 - 【請求項３】 セラミック柱(5)が、アルミナ、炭化珪
素、窒化珪素等の耐熱セラミックスで、金属筒(4)が耐
熱金属である請求項１に記載される金属とセラミックス
の接合に使用されるインサート材。 - 【請求項４】 金属筒(4)の内側にセラミック柱(5)を抜
けないようにインサートして、金属(1)とセラミックス
(2)とを結合しており、金属筒(4)の一方の端面である第
１端面を、金属(1)に接合する金属接合面(6)として、金
属筒(4)の第１端面と反対側の第２端面に位置するセラ
ミック柱(5)の端面をセラミックス(2)に接合するセラミ
ック接合面(7)としてなる金属とセラミックスの接合に
使用されるインサート材の製造方法であって、以下の工
程でインサート材を製造する方法。 （ａ） 金属筒(4)に挿入できる太さのセラミック柱(5)
を製作する工程。 （ｂ） セラミック柱(5)を金属筒(4)に挿入する工程。 （ｃ） セラミック柱(5)を挿入した金属筒(4)の内部の
空気を排気し、端部を密閉して内部を気密に閉塞する工
程。 （ｄ） セラミック柱(5)を挿入して気密に閉塞された
金属筒(4)を、加熱、加圧して金属筒(4)をセラミック柱
(5)の表面に密着させる工程。 （ｅ） 冷却し、金属筒(4)を熱収縮させてセラミック
柱(5)の表面に密着させる工程。 （ｆ） 金属筒(4)を所定の長さに分離する工程。 - 【請求項５】 金属筒(4)の内側にセラミック柱(5)を抜
けないようにインサートして、金属(1)とセラミックス
(2)とを結合しており、金属筒(4)の一方の端面である第
１端面を、金属(1)に接合する金属接合面(6)として、金
属筒(4)の第１端面と反対側の第２端面に位置するセラ
ミック柱(5)の端面をセラミックス(2)に接合するセラミ
ック接合面(7)としてなる金属とセラミックスの接合に
使用されるインサート材の製造方法であって、以下の工
程でインサート材を製造する方法。 （ａ） 金属筒(4)に挿入できる太さのセラミック柱(5)
を製作する工程。 （ｂ） セラミック柱(5)を金属筒(4)に挿入する工程。 （ｃ） セラミック柱(5)を挿入した金属筒(4)の内部の
空気を排気し、端部を密閉して内部を気密に閉塞する工
程。 （ｄ） セラミック柱(5)を挿入して気密に閉塞された
金属筒(4)を、加熱、加圧して金属筒(4)をセラミック柱
(5)の表面に密着させる工程。 （ｅ） 冷却し、金属筒(4)を熱収縮させてセラミック
柱(5)の表面に密着させる工程。 （ｆ） 金属筒(4)を所定の長さに分離する工程。 （ｇ） 金属筒(4)の表面を切削して、第２端面から第
１端面に向かって次第に薄く形成する工程。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000050346A JP3519660B2 (ja) | 2000-02-25 | 2000-02-25 | 金属とセラミックスの接合に使用されるインサート材とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000050346A JP3519660B2 (ja) | 2000-02-25 | 2000-02-25 | 金属とセラミックスの接合に使用されるインサート材とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001240478A JP2001240478A (ja) | 2001-09-04 |
| JP3519660B2 true JP3519660B2 (ja) | 2004-04-19 |
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|---|---|---|---|
| JP2000050346A Expired - Fee Related JP3519660B2 (ja) | 2000-02-25 | 2000-02-25 | 金属とセラミックスの接合に使用されるインサート材とその製造方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3519660B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110452011A (zh) * | 2019-07-31 | 2019-11-15 | 江苏康姆罗拉特种陶瓷有限公司 | 一种陶瓷与金属的连接结构及方法 |
| KR102631693B1 (ko) * | 2023-10-31 | 2024-01-31 | 주식회사 이선테크 | 세라믹 플런저 제조 시스템 |
-
2000
- 2000-02-25 JP JP2000050346A patent/JP3519660B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001240478A (ja) | 2001-09-04 |
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