JP5843665B2 - Ceramic metal bonded body and manufacturing method thereof - Google Patents

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筒状セラミックスの外側に筒状金属管を被せて接合したセラミックス金属接合体、及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a ceramic metal joined body in which a cylindrical metal tube is placed on the outside of a cylindrical ceramic and joined, and a method for manufacturing the same.

セラミックスと金属を接合する方法として、ある程度の耐熱性が要求される場合は、一般的にろう付けが用いられることが多い(例えば、特許文献1,2)。セラミックスと金属の間に箔状もしくはペースト状のろう材を挟んだ状態で真空炉内に設置し、昇温することでろう材を溶かしセラミックスと金属間の接合を得る。しかしながら、筒状セラミックスと筒状金属管を接合する場合は難しい。なぜなら、あらかじめ筒状金属管の中に筒状セラミックスを配置し、その隙間を埋めるようにろう材を充填したとしても、熱膨張係数の違いから、昇温した際に隙間が広がってしまう。そのため、充填していたろう材では足りなくなり、大きな欠陥(ボイド)が生じるからである。セラミックス、金属の双方に対してよほど良好な濡れ性をもったろう材、または、セラミックスや金属への表面処理があれば毛細管現象にてろう材が入り込むことがありえないわけではないと思われるが、現状その様な良好な組み合わせは見つかっていない。また、焼きばめという手法もあるが、筒状セラミックスと筒状金属管では、外径・内径公差を正確に管理しなくてはならず、セラミックスの加工が必須となり、コスト高だという欠点がある。   When a certain level of heat resistance is required as a method for joining ceramics and metal, brazing is often used (for example, Patent Documents 1 and 2). It is placed in a vacuum furnace with a foil or paste brazing material sandwiched between ceramic and metal, and the brazing material is melted by heating to obtain a bond between the ceramic and the metal. However, it is difficult to join a cylindrical ceramic and a cylindrical metal tube. This is because even if a cylindrical ceramic is previously placed in a cylindrical metal tube and a brazing material is filled so as to fill the gap, the gap expands when the temperature is raised due to the difference in thermal expansion coefficient. For this reason, the brazing filler metal that has been filled becomes insufficient, and a large defect (void) occurs. It seems that brazing material with very good wettability to both ceramics and metal, or if there is surface treatment on ceramics and metal, brazing material can not enter by capillarity. Such a good combination has not been found. There is also a shrink fitting method, but for cylindrical ceramics and cylindrical metal tubes, the outer and inner diameter tolerances must be managed accurately, and the processing of ceramics is indispensable, resulting in a high cost. is there.

特許第4210417号公報Japanese Patent No. 4210417 特許第3813654号公報Japanese Patent No. 3813654

上記のように、筒状セラミックスの外側に筒状金属管を被せた状態で一体化し、耐熱性、密着性がよい接合体を製造する方法が求められている。   As described above, there is a demand for a method for producing a joined body having good heat resistance and adhesion by integrating a cylindrical metal tube on the outside of the cylindrical ceramic.

本発明の課題は、筒状セラミックスの外側に筒状金属管を被せて接合した、耐熱性があり密着性のよいセラミックス金属接合体、及びその製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a ceramic metal joined body having heat resistance and good adhesion, which is formed by covering a tubular ceramic tube with a tubular metal tube and joining the same, and a manufacturing method thereof.

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、その間隙内に溶湯を充填することによりセラミックス金属接合体を製造することができることを見出した。すなわち、本発明によれば、筒状セラミックスの外側に筒状金属管を被せて接合したセラミックス金属接合体、及びその製造方法が提供される。   A ceramic metal joined body can be manufactured by covering the outer peripheral surface of the cylindrical ceramic body with a cylindrical metal tube with a gap between the outer peripheral surface and filling the molten metal into the gap. I found. That is, according to the present invention, there are provided a ceramic-metal bonded body in which a cylindrical metal tube is placed on the outside of a cylindrical ceramic and bonded, and a method for manufacturing the same.

[1] 筒状セラミックス体の外周面に、その外周面との間に0.5〜5mmの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融点が700℃以下の金属の溶湯を加圧して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。 [1] A cylindrical metal tube is placed on the outer peripheral surface of the cylindrical ceramic body with a gap of 0.5 to 5 mm between the outer peripheral surface and placed in a cavity formed by a mold. The molten metal having a melting point of 700 ° C. or lower is pressurized and supplied into the cavity, thereby filling the molten metal into the gap between the cylindrical ceramic body and the cylindrical metal tube, and solidifying it. A method for producing a ceramic metal joined body for producing a ceramic metal joined body obtained by joining the cylindrical ceramic body and the cylindrical metal pipe.

[2] 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前記[1]に記載のセラミックス金属接合体の製造方法。 [2] With the sealing member disposed on the end surface of the cylindrical ceramic body, the cylindrical ceramic body and the cylindrical metal tube are disposed in the cavity, and the molten metal is supplied into the cavity. [1] A method for producing a ceramic-metal bonded body according to [1].

[3] 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前記[2]に記載のセラミックス金属接合体の製造方法。 [3] The length of the cylindrical ceramic body is shorter than the length of the cylindrical metal tube, a spacer is disposed between the sealing member and the cylindrical ceramic body, and the molten metal is supplied into the cavity. The method for producing a ceramic-metal bonded body according to [2].

[4] 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前記[3]に記載のセラミックス金属接合体の製造方法。 [4] The method for producing a ceramic-metal bonded body according to [3], wherein the spacer is provided with a concave portion that fits with the convex portion of the sealing member.

[5] 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前記[1]〜[4]のいずれかに記載のセラミックス金属接合体の製造方法。 [5] The tubular ceramic body according to any one of the above [1] to [4], wherein the cylindrical ceramic body is a honeycomb structure in which a plurality of cells serving as fluid flow paths are partitioned by the partition walls. The manufacturing method of the ceramic metal joined body of description.

] 前記溶湯を供給する際の前記金型は、前記溶湯となる前記金属の融点の温度よりも15〜500℃低い温度である前記[1]〜[]のいずれかに記載のセラミックス金属接合体の製造方法。
] 前記筒状金属管を被せた前記筒状セラミックス体を、前記キャビティ内に配置し、低圧鋳造、高圧鋳造のいずれかによって前記間隙内に前記溶湯を充填する前記[1]〜[]のいずれかに記載のセラミックス金属接合体の製造方法。
[ 6 ] The ceramic according to any one of [1] to [ 5 ], wherein the mold for supplying the molten metal is a temperature 15 to 500 ° C. lower than the melting point of the metal to be the molten metal. Manufacturing method of metal joined body.
[7] the cylindrical ceramic body covered with the tubular metal pipe, and disposed within the cavity, low-pressure casting, the filling of the molten metal in said gap by one of the high-pressure casting [1] to [6 ] The manufacturing method of the ceramic metal joined body in any one of.

] 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の0.5〜5mmの間隙に、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。 [ 8 ] A cylindrical ceramic body and a cylindrical metal tube covered on the outer peripheral surface of the cylindrical ceramic body, and 0.5 to 5 mm between the cylindrical ceramic body and the cylindrical metal tube A ceramic metal joined body in which a metal having a melting point of 700 ° C. or lower is filled in a gap in a molten state and the metal is solidified to be joined.

] 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前記[]に記載のセラミックス金属接合体。 [ 9 ] The length of the cylindrical ceramic body is shorter than the length of the cylindrical metal tube, and the axial end surface of the cylindrical ceramic body is accommodated in the cylindrical metal tube. The ceramic-metal bonded body according to [ 8 ], wherein a brim portion that does not contact the cylindrical ceramic body is formed.

10] 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前記[]または[]に記載のセラミックス金属接合体。 [ 10 ] The ceramic according to [ 8 ] or [ 9 ], wherein the cylindrical ceramic body is a honeycomb structure having partition walls, and a plurality of cells serving as fluid flow paths are partitioned by the partition walls. Metal joint.

11] 前記ハニカム構造体は、成分に炭化珪素を含む前記[10]に記載のセラミックス金属接合体。 [ 11 ] The ceramic-metal bonded body according to [ 10 ], wherein the honeycomb structure includes silicon carbide as a component.

本発明のセラミックス金属接合体の製造方法によれば、筒状セラミックス体の外周面を筒状金属管で覆って一体化したセラミックス金属接合体を製造することができる。筒状セラミックス体と筒状金属管との間隙の全体に溶湯が充填されて固化するため、強固にこれらを接合することができる。また、この方法で製造されたセラミックス金属接合体は、筒状セラミックス体と筒状金属管との密着性がよいため、筒状セラミックス体と筒状金属管との熱伝導性もよい。   According to the method for producing a ceramic-metal bonded body of the present invention, it is possible to manufacture a ceramic-metal bonded body in which the outer peripheral surface of the tubular ceramic body is covered and integrated with the tubular metal tube. Since the entire gap between the cylindrical ceramic body and the cylindrical metal tube is filled and solidified, it is possible to join them firmly. Moreover, since the ceramic metal joined body manufactured by this method has good adhesion between the cylindrical ceramic body and the cylindrical metal tube, the thermal conductivity between the cylindrical ceramic body and the cylindrical metal tube is also good.

本発明のセラミックス金属接合体の一実施形態の端面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the end surface of one Embodiment of the ceramic metal joined body of this invention. 本発明のセラミックス金属接合体の一実施形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows one Embodiment of the ceramic metal joined body of this invention. 本発明のセラミックス金属接合体を製造するダイキャスト装置を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the die-cast apparatus which manufactures the ceramic metal joined body of this invention. 本発明のセラミックス金属接合体を用いた熱交換器の一実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows one Embodiment of the heat exchanger using the ceramic metal joined body of this invention. ツバ部を有するセラミックス金属接合体の一実施形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows one Embodiment of the ceramic metal joined body which has a collar part. ツバ部を有するセラミックス金属接合体の他の実施形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows other embodiment of the ceramic metal joined body which has a collar part. ツバ部を有するセラミックス金属接合体を製造するための封止部材を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the sealing member for manufacturing the ceramic metal joined body which has a collar part. スペーサーを示す平面図である。It is a top view which shows a spacer. 図7AのスペーサーのA−A断面図である。It is AA sectional drawing of the spacer of FIG. 7A. ツバ部を有するセラミックス金属接合体を製造するダイキャスト装置を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the die-cast apparatus which manufactures the ceramic metal joined body which has a collar part. スペーサー取り出し用治具を用いて、スペーサーを取り出すところを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the place which takes out a spacer using the jig for spacer taking out.

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments, and changes, modifications, and improvements can be added without departing from the scope of the invention.

(実施形態1)
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。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic view of a ceramic-metal bonded body (hereinafter also simply referred to as a bonded body) 10 according to the present invention viewed from one end face in the axial direction, and FIG. 2 is a perspective view of the bonded body 10. The joined body 10 includes a cylindrical ceramic body 11 and a cylindrical metal tube 12 that covers the outer peripheral surface 7 h of the cylindrical ceramic body 11. A metal having a melting point of 700 ° C. or less is filled in a molten state between the cylindrical ceramic body 11 and the cylindrical metal tube 12, which solidifies to become the metal bonding material layer 13 and the cylindrical ceramic body 11 and the cylinder. The metal pipe 12 is joined. The melted state in this specification is not only a completely melted state, but also a semi-molten state (a state in which solid and liquid coexist), and a semi-solid state (a state in which liquid is once solidified and liquid and solid coexist) Including semi-solids.

筒状セラミックス体11とは、セラミックスで筒状に形成され、軸方向の一方の端面2から他方の端面2まで貫通する流体の流路を有するものである。筒状とは、円筒状(円柱状)に限らず、四角柱状やその他の形状であってもよい。筒状セラミックス体11としては、隔壁4を有し、隔壁4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1を挙げることができる。隔壁4は、多孔質体であってもよい。隔壁4を有することにより、筒状セラミックス体11の内部を流通する流体からの熱を効率よく集熱し、外部に伝達することができる。図1及び図2は、多数のセル3が形成されたハニカム構造体1を筒状セラミックス体11として用いた実施形態を示す。なお、ハニカム構造体1を直列に複数組み合わせた状態で使用してもよい。その際に、セル3内を通過する流体の流路抵抗を増加させるために、それぞれのハニカム構造体1のセル3の位相を回転させた状態(例えば、2本のハニカム構造体1の相対角度を45°回転させた状態)で筒状金属管12をハニカム構造体1(筒状セラミックス体11)に被せてもよい。   The cylindrical ceramic body 11 is formed of ceramics in a cylindrical shape and has a fluid flow path penetrating from one end face 2 in the axial direction to the other end face 2. The cylindrical shape is not limited to a cylindrical shape (columnar shape), and may be a quadrangular prism shape or other shapes. An example of the cylindrical ceramic body 11 is a honeycomb structure 1 having a partition wall 4 in which a large number of cells serving as a fluid flow path are partitioned by the partition wall 4. The partition wall 4 may be a porous body. By having the partition wall 4, heat from the fluid flowing through the inside of the cylindrical ceramic body 11 can be efficiently collected and transmitted to the outside. 1 and 2 show an embodiment in which a honeycomb structure 1 in which a large number of cells 3 are formed is used as a cylindrical ceramic body 11. Note that a plurality of honeycomb structures 1 may be combined in series. At that time, in order to increase the flow resistance of the fluid passing through the cell 3, the phase of the cell 3 of each honeycomb structure 1 is rotated (for example, the relative angle of the two honeycomb structures 1). The cylindrical metal tube 12 may be covered with the honeycomb structure 1 (tubular ceramic body 11) in a state where the tube is rotated by 45 °.

本発明のセラミックス金属接合体の製造方法では、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を有した状態で筒状金属管12を被せて、金型41で形成されたキャビティ42内に配置する。そして、キャビティ42内に溶湯を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内に溶湯を充填する。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とを接合したセラミックス金属接合体10となる。   In the method for manufacturing a ceramic / metal bonded body according to the present invention, the cylindrical metal body 12 is covered with the outer peripheral surface of the cylindrical ceramic body 11 with a gap 49 between the outer peripheral surface and formed by the mold 41. Placed in the cavity 42 formed. Then, by supplying the molten metal into the cavity 42, the molten metal is filled into the gap 49 between the cylindrical ceramic body 11 and the cylindrical metal tube 12. This solidifies to become the metal bonding material layer 13, and becomes the ceramic metal bonded body 10 in which the cylindrical ceramic body 11 and the cylindrical metal tube 12 are bonded.

なお、金型41内にキャビティ42を形成し、その中に配置した筒状セラミックス体11と筒状金属管12との間隙49内に溶湯を充填する方法としては、重力鋳造、低圧鋳造、ダイキャスト(高圧鋳造)等を用いることができる。ダイキャストは、サイクルタイム(コスト)に優れ、狭い隙間に溶湯を充填しやすい。また、低圧鋳造は、サイクルタイムは長くなるが、品質、材料歩留り等に優れる。   As a method of forming the cavity 42 in the mold 41 and filling the molten metal into the gap 49 between the cylindrical ceramic body 11 and the cylindrical metal tube 12 disposed therein, gravity casting, low pressure casting, die Cast (high pressure casting) or the like can be used. Die-casting is excellent in cycle time (cost), and it is easy to fill molten metal in a narrow gap. In addition, the low pressure casting has a long cycle time but is excellent in quality, material yield and the like.

図3に本発明のセラミックス金属接合体の製造方法に用いることのできる一実施形態として、ダイキャスト装置40を示す。なお、本発明のセラミックス金属接合体の製造方法は、ダイキャストに限定されない。ダイキャスト装置40は、金型41とスリーブ45を備える。金型41は、可動型金型41aと固定型金型41bによって構成され、可動型金型41aと固定型金型41bとを型締めすることにより、内部にキャビティ42が形成される。キャビティ42は、筒状セラミックス体11と筒状金属管12が収容可能に形成されている。筒状セラミックス体11は、その軸方向が上下方向となるようにキャビティ42内に配置される。また、筒状金属管12と筒状セラミックス体11とは、間隙49を有した状態で、筒状金属管12がキャビティ42に隙間なく嵌るように構成することが好ましい。このようにすることにより、筒状金属管12と筒状セラミックス体11との間隙49に溶湯を充填することができる。筒状セラミックス体11が配置されるキャビティ42に溶湯を供給する供給口となるゲート41gは、筒状セラミックス体11の径よりも小さい縮径とされている。これにより、キャビティ42内に加圧して溶湯を供給することができる。   FIG. 3 shows a die casting apparatus 40 as an embodiment that can be used in the method for producing a ceramic-metal bonded body according to the present invention. In addition, the manufacturing method of the ceramic metal joined body of this invention is not limited to die-casting. The die casting apparatus 40 includes a mold 41 and a sleeve 45. The mold 41 includes a movable mold 41a and a fixed mold 41b, and a cavity 42 is formed inside by clamping the movable mold 41a and the fixed mold 41b. The cavity 42 is formed so that the cylindrical ceramic body 11 and the cylindrical metal tube 12 can be accommodated. The cylindrical ceramic body 11 is disposed in the cavity 42 so that its axial direction is the vertical direction. Moreover, it is preferable that the cylindrical metal tube 12 and the cylindrical ceramic body 11 are configured so that the cylindrical metal tube 12 fits into the cavity 42 without a gap in a state having a gap 49. By doing in this way, the molten metal can be filled in the gap 49 between the cylindrical metal tube 12 and the cylindrical ceramic body 11. The gate 41 g serving as a supply port for supplying molten metal to the cavity 42 in which the cylindrical ceramic body 11 is arranged has a reduced diameter smaller than the diameter of the cylindrical ceramic body 11. Thereby, it can pressurize in the cavity 42 and can supply molten metal.

スリーブ45は、金型41に連通しており、プランジャー46、注湯口47を備える。注湯口47から注入された溶湯を、スリーブ45は一時的に保持することができる。そして、スリーブ45へ注入された溶湯を、プランジャー46によって金型41のキャビティ42内に供給する。なお、金型41内に溶湯を供給する際に、金型温度は融点以下の温度に設定しておくことが好ましい。具体的には、溶湯を供給する際の金型温度は、溶湯の融点よりも15〜500℃低い温度であることが好ましく、30〜400℃低い温度であることがより好ましく、30〜300℃低い温度であることが特に好ましい。金型温度が低すぎると、筒状セラミックス体11と筒状金属管12との間の間隙49に溶湯を充填させることが難しくなり、高すぎるとエネルギーコストがかかる上にリードタイムが長くなり、金型寿命も短くなる。   The sleeve 45 communicates with the mold 41 and includes a plunger 46 and a pouring port 47. The sleeve 45 can temporarily hold the molten metal injected from the pouring port 47. Then, the molten metal injected into the sleeve 45 is supplied into the cavity 42 of the mold 41 by the plunger 46. In addition, when supplying a molten metal in the metal mold | die 41, it is preferable to set metal mold temperature to the temperature below melting | fusing point. Specifically, the mold temperature when supplying the molten metal is preferably 15 to 500 ° C. lower than the melting point of the molten metal, more preferably 30 to 400 ° C., more preferably 30 to 300 ° C. Particularly preferred is a low temperature. If the mold temperature is too low, it becomes difficult to fill the gap 49 between the cylindrical ceramic body 11 and the cylindrical metal tube 12 with the molten metal, and if it is too high, the energy cost is increased and the lead time is increased, Mold life is also shortened.

プランジャー46によりスリーブ45内の溶湯を加圧することにより、溶湯を型内に射出し、筒状セラミックス体11と筒状金属管12との間の間隙49に溶湯を充填させることができる。溶湯が加圧されてキャビティ42内に供給されるために、筒状セラミックス体11と筒状金属管12との間の間隙49に溶湯を充填することができる。そして、それが冷却されることで接合体10を得ることができる。溶湯となる金属は特に限定されないが、700℃以下の融点をもつ金属であることが好ましく、78℃以上の融点であることがさらに好ましい。700℃以下の融点であれば、コストを抑えることができる。78℃以上の融点であれば、使用時の耐熱性に優れる。溶湯としては、例えば、Al、Mg、Sn、Cu、Ag、Zn、Cd、In、Biから少なくとも一つ以上が含まれた金属を使用することができる。金属の熱伝導率については、20W/m・K以上であることが好ましく、90W/m・K以上であることがより好ましく、150W/m・K以上であることが特に好ましい。20W/m・K以上にすることによって、伝熱特性の良好な製品を得ることができる。また、金属の耐力については、150MPa以下であることが好ましく、130MPa以下であることがより好ましく、70MPa以下であることが特に好ましい。150MPa以下にすることによって、セラミックスの割れを防ぎ製品の耐久性を向上させることができる。   By pressurizing the molten metal in the sleeve 45 with the plunger 46, the molten metal can be injected into the mold, and the molten metal can be filled in the gap 49 between the cylindrical ceramic body 11 and the cylindrical metal tube 12. Since the molten metal is pressurized and supplied into the cavity 42, the molten metal can be filled in the gap 49 between the cylindrical ceramic body 11 and the cylindrical metal tube 12. And the joined body 10 can be obtained because it is cooled. Although the metal used as a molten metal is not specifically limited, It is preferable that it is a metal with melting | fusing point of 700 degrees C or less, and it is more preferable that it is melting | fusing point of 78 degrees C or more. If it is 700 degrees C or less melting | fusing point, cost can be held down. A melting point of 78 ° C. or higher is excellent in heat resistance during use. As the molten metal, for example, a metal containing at least one of Al, Mg, Sn, Cu, Ag, Zn, Cd, In, and Bi can be used. The thermal conductivity of the metal is preferably 20 W / m · K or more, more preferably 90 W / m · K or more, and particularly preferably 150 W / m · K or more. By setting it to 20 W / m · K or more, a product having good heat transfer characteristics can be obtained. The proof stress of the metal is preferably 150 MPa or less, more preferably 130 MPa or less, and particularly preferably 70 MPa or less. By setting the pressure to 150 MPa or less, the ceramic can be prevented from cracking and the durability of the product can be improved.

焼きばめで筒状セラミックス体11と筒状金属管12を一体化する場合は、筒状セラミックス体11の外径と筒状金属管12の内径とを精度よく作製する必要がある。しかし、本発明の製造方法のように、高圧鋳造により溶湯を充填する方法では、セラミックスの高精度の加工が不要となるためコストダウンが可能になるという利点がある。間隙49のサイズは、0.05〜5mmであることが好ましく、0.1〜3mm程度がより好ましく、0.5〜2mm程度が特に好ましい。間隙49のサイズが大きすぎると、熱伝達特性が低下し熱交換性能が悪くなる場合があり、小さすぎると、筒状セラミックス体11と筒状金属管12との間の間隙49に溶湯を充填させることが難しくなる。ダイキャスト装置40にて高圧鋳造を行うことにより、筒状セラミックス体11と筒状金属管12との間隙49の全体に溶湯を充填することができる。間隙49の全体に溶湯が充填されて固化されるため、筒状セラミックス体11と筒状金属管12とが強固に接合される。また、これらの密着性がよいため、筒状セラミックス体11と筒状金属管12との熱伝導性もよい。   When integrating the cylindrical ceramic body 11 and the cylindrical metal tube 12 by shrink fitting, it is necessary to accurately produce the outer diameter of the cylindrical ceramic body 11 and the inner diameter of the cylindrical metal tube 12. However, the method of filling the molten metal by high-pressure casting like the manufacturing method of the present invention has an advantage that it is possible to reduce the cost because high-precision processing of ceramics is unnecessary. The size of the gap 49 is preferably 0.05 to 5 mm, more preferably about 0.1 to 3 mm, and particularly preferably about 0.5 to 2 mm. If the size of the gap 49 is too large, heat transfer characteristics may deteriorate and heat exchange performance may deteriorate, and if it is too small, the gap 49 between the cylindrical ceramic body 11 and the cylindrical metal tube 12 is filled with molten metal. It becomes difficult to let you. By performing high pressure casting with the die casting apparatus 40, the entire gap 49 between the cylindrical ceramic body 11 and the cylindrical metal tube 12 can be filled. Since the entire gap 49 is filled with the molten metal and solidified, the cylindrical ceramic body 11 and the cylindrical metal tube 12 are firmly joined. Moreover, since these adhesiveness is good, the heat conductivity of the cylindrical ceramic body 11 and the cylindrical metal tube 12 is also good.

焼きばめは化学的な結合が無いため、熱伝達が良くない。一方、ろう付けや本発明の溶湯接合の場合は、化学的な結合が得られるため、熱伝達ではなく熱伝導になり、伝熱特性が向上する。化学結合が得られるのはろう付けも溶湯接合も同じであるが、ろう付けの場合、セラミックスや金属とろう材が高温で接している時間が長いため、反応が進みすぎ、硬くて脆い金属間化合物ができる場合が多い。それに対し、本発明のセラミックス金属接合体の製造方法である溶湯接合の場合は、充填してから固化まで秒単位の作業なので、極小さい範囲での化学的な結合が得られ、反応が進みすぎず、機械的特性が悪い金属間化合物などができにくく好ましい。   Shrink fit does not have good chemical transfer due to lack of chemical bonds. On the other hand, in the case of brazing or molten metal joining according to the present invention, a chemical bond is obtained, so heat conduction is achieved instead of heat transfer, and heat transfer characteristics are improved. Chemical bonding is the same for brazing and molten metal joining, but in the case of brazing, since the time during which the ceramic or metal and brazing material are in contact with each other at a high temperature is long, the reaction proceeds too much, and between hard and brittle metals. Often a compound is made. On the other hand, in the case of molten metal joining, which is a method for producing a ceramic metal joined body according to the present invention, since the work is performed in units of seconds from filling to solidification, chemical bonding is obtained in a very small range, and the reaction proceeds too much. Therefore, it is preferable that an intermetallic compound having poor mechanical properties is not easily formed.

筒状セラミックス体11としてハニカム構造体1等の中空のものを用いる場合、端面2に封止部材50を配置した状態で、ハニカム構造体1と筒状金属管12とをキャビティ42内に配置し、キャビティ42内に溶湯を供給する。封止部材50は、筒状セラミックス体11の内部に溶湯が浸入することを防ぐものであり、筒状セラミックス体11の端面を覆う形状を有する。また、溶湯の流れを筒状セラミックス体11と筒状金属管12との間の隙間に誘導するために、円錐、角錐等の錐体であってもよい。このような封止部材50を配置することにより、筒状セラミックス体11と筒状金属管12との間の隙間に溶湯を充填することができる。さらに、封止をより完全にするために、軟質パッキンを筒状セラミックス体11と封止部材50との間に挟むことが好ましい。軟質パッキンとしては、例えば、グラファイトシートを挙げることができる。軟質パッキンの厚みとしては、0.025〜1.5mmであることが好ましい。   When a hollow ceramic body 11 or the like is used as the tubular ceramic body 11, the honeycomb structure 1 and the tubular metal tube 12 are disposed in the cavity 42 with the sealing member 50 disposed on the end surface 2. Then, the molten metal is supplied into the cavity 42. The sealing member 50 prevents the molten metal from entering the inside of the cylindrical ceramic body 11 and has a shape that covers the end surface of the cylindrical ceramic body 11. Further, in order to guide the flow of the molten metal to the gap between the cylindrical ceramic body 11 and the cylindrical metal tube 12, a cone such as a cone or a pyramid may be used. By disposing such a sealing member 50, the molten metal can be filled in the gap between the cylindrical ceramic body 11 and the cylindrical metal tube 12. Furthermore, it is preferable to sandwich the soft packing between the cylindrical ceramic body 11 and the sealing member 50 in order to make the sealing more complete. An example of the soft packing is a graphite sheet. The thickness of the soft packing is preferably 0.025 to 1.5 mm.

筒状セラミックス体11と筒状金属管12との間に均一な空間を保持するために、筒状セラミックス体11と筒状金属管12との間に、スペーサーを入れることが好ましい。スペーサーとしては、例えば、筒状セラミックス体11と筒状金属管12との間の間隙49と同じ厚みの板材で、溶湯となる金属と同種の材質であるものを利用することができる。このようなスペーサーを間隙49に複数個配置することにより、間隙49を均一な間隔として溶湯を充填することができる。   In order to maintain a uniform space between the cylindrical ceramic body 11 and the cylindrical metal tube 12, it is preferable to insert a spacer between the cylindrical ceramic body 11 and the cylindrical metal tube 12. As the spacer, for example, a plate material having the same thickness as the gap 49 between the cylindrical ceramic body 11 and the cylindrical metal tube 12 and made of the same kind of material as the metal to be melted can be used. By arranging a plurality of such spacers in the gap 49, the molten metal can be filled with the gap 49 as a uniform interval.

筒状セラミックス体11は、熱伝導率が100W/m・K以上であることが好ましい。より好ましくは、120〜300W/m・K、さらに好ましくは、150〜300W/m・Kである。この範囲とすることにより、熱伝導性が良好となり、効率的に筒状セラミックス体11内の熱を金属管12の外側に排出できる。   The cylindrical ceramic body 11 preferably has a thermal conductivity of 100 W / m · K or more. More preferably, it is 120-300 W / m * K, More preferably, it is 150-300 W / m * K. By setting it as this range, heat conductivity becomes favorable and the heat | fever in the cylindrical ceramic body 11 can be efficiently discharged | emitted to the outer side of the metal tube 12. FIG.

筒状セラミックス体11は、耐熱性に優れるセラミックスを用いることが好ましく、特に伝熱性を考慮すると、熱伝導性が高いSiC(炭化珪素)が主成分であることが好ましい。なお、主成分とは、筒状セラミックス体11の50質量%以上が炭化珪素であることを意味する。   The cylindrical ceramic body 11 is preferably made of ceramics having excellent heat resistance, and considering heat conductivity in particular, it is preferable that SiC (silicon carbide) having high thermal conductivity is the main component. The main component means that 50% by mass or more of the cylindrical ceramic body 11 is silicon carbide.

但し、必ずしも筒状セラミックス体11の全体がSiC(炭化珪素)で構成されている必要はなく、SiC(炭化珪素)が本体中に含まれていれば良い。即ち、筒状セラミックス体11は、SiC(炭化珪素)を含むセラミックスからなるものであることが好ましい。   However, the entire cylindrical ceramic body 11 does not necessarily need to be composed of SiC (silicon carbide), and SiC (silicon carbide) may be included in the main body. That is, the cylindrical ceramic body 11 is preferably made of a ceramic containing SiC (silicon carbide).

但し、SiC(炭化珪素)であっても多孔体の場合は高い熱伝導率が得られないため、筒状セラミックス体11の作製過程でシリコンを含浸させて緻密体構造とすることが好ましい。緻密体構造にすることで高い熱伝導率が得られる。例えば、SiC(炭化珪素)の多孔体の場合、20W/m・K程度であるが、緻密体とすることにより、150W/m・K程度とすることができる。   However, even if it is SiC (silicon carbide), in the case of a porous body, high thermal conductivity cannot be obtained. Therefore, it is preferable to impregnate silicon in the process of manufacturing the cylindrical ceramic body 11 to obtain a dense structure. High heat conductivity can be obtained by using a dense structure. For example, in the case of a porous body of SiC (silicon carbide), it is about 20 W / m · K, but by making it a dense body, it can be about 150 W / m · K.

筒状セラミックス体11として、Si含浸SiC、(Si+Al)含浸SiC、金属複合SiC、再結晶SiC、Si、及びSiC等を採用することができるが、高い熱交換率を得るための緻密体構造とするためにSi含浸SiC、(Si+Al)含浸SiCを採用することができる。Si含浸SiCは、SiC粒子表面を金属珪素融体の凝固物が取り囲むとともに、金属珪素を介してSiCが一体に接合した構造を有するため、炭化珪素が酸素を含む雰囲気から遮断され、酸化から防止される。さらに、SiCは、熱伝導率が高く、放熱しやすいという特徴を有するが、Siを含浸するSiCは、高い熱伝導率や耐熱性を示しつつ、緻密に形成され、伝熱部材として十分な強度を示す。つまり、Si−SiC系(Si含浸SiC、(Si+Al)含浸SiC)材料からなる筒状セラミックス体11は、耐熱性、耐熱衝撃性、耐酸化性をはじめ、酸やアルカリなどに対する耐蝕性に優れた特性を示すとともに、高熱伝導率を示す。 As the cylindrical ceramic body 11, Si-impregnated SiC, (Si + Al) -impregnated SiC, metal composite SiC, recrystallized SiC, Si 3 N 4 , SiC, or the like can be adopted. Si-impregnated SiC and (Si + Al) -impregnated SiC can be employed to obtain a body structure. Si-impregnated SiC has a structure in which the SiC particle surface is surrounded by solidified metal-silicon melt and SiC is integrally bonded via metal silicon, so that silicon carbide is shielded from an oxygen-containing atmosphere and prevented from oxidation. Is done. Furthermore, SiC has the characteristics of high thermal conductivity and easy heat dissipation, but SiC impregnated with Si is densely formed while exhibiting high thermal conductivity and heat resistance, and has sufficient strength as a heat transfer member. Indicates. That is, the cylindrical ceramic body 11 made of a Si—SiC-based (Si-impregnated SiC, (Si + Al) -impregnated SiC) material has excellent heat resistance, thermal shock resistance, oxidation resistance, and corrosion resistance against acids and alkalis. In addition to showing properties, it exhibits high thermal conductivity.

筒状セラミックス体11を、一方の端面2から他方の端面2まで貫通する流体の流路となる複数のセル3が隔壁4によって区画形成されたハニカム構造体1として形成することができる。この場合、セル3の軸方向に垂直な断面の形状は、円形、楕円形、三角形、四角形、その他の多角形等の中から所望の形状を適宜選択すればよい。   The cylindrical ceramic body 11 can be formed as a honeycomb structure 1 in which a plurality of cells 3 serving as fluid flow paths penetrating from one end face 2 to the other end face 2 are partitioned by partition walls 4. In this case, the shape of the cross section perpendicular to the axial direction of the cell 3 may be appropriately selected from a circular shape, an elliptical shape, a triangular shape, a quadrangular shape, and other polygonal shapes.

ハニカム構造体1のセル密度(即ち、単位断面積当たりのセルの数)については特に制限はなく、目的に応じて適宜設計すればよいが、25〜2000セル/平方インチ(4〜320セル/cm)の範囲であることが好ましい。セル密度をこの範囲とすることにより、隔壁4の強度、ひいてはハニカム構造体1自体の強度及び有効GSA(幾何学的表面積)の不足を防止しつつ、熱媒体がセル3を流れる際の圧力損失が大きくなることを防止することができる。 The cell density of the honeycomb structure 1 (that is, the number of cells per unit cross-sectional area) is not particularly limited, and may be appropriately designed according to the purpose, but is 25 to 2000 cells / in 2 (4 to 320 cells / cm 2 ) is preferable. By setting the cell density in this range, the pressure loss when the heat medium flows through the cells 3 while preventing the strength of the partition walls 4 and, consequently, the strength of the honeycomb structure 1 itself and the lack of effective GSA (geometric surface area). Can be prevented from becoming large.

また、ハニカム構造体1の1つ当たりのセル数は、1〜10,000が望ましく、200〜2,000が特に望ましい。セル数をこの範囲とすることにより、ハニカム自体が大きくなることによって、第一の流体側から第二の流体側までの熱伝導距離が長くなり、熱伝導ロスが大きくなることを防止することができる。また、第一の流体側の熱伝達面積が小さくなり第一の流体側の熱抵抗を下げることが出来ず熱流束が小さくなることを防止することができる。   The number of cells per honeycomb structure 1 is preferably 1 to 10,000, and particularly preferably 200 to 2,000. By making the number of cells within this range, it is possible to prevent the honeycomb itself from becoming larger, thereby increasing the heat conduction distance from the first fluid side to the second fluid side and increasing the heat conduction loss. it can. In addition, the heat transfer area on the first fluid side becomes small, the heat resistance on the first fluid side cannot be lowered, and the heat flux can be prevented from becoming small.

ハニカム構造体1のセル3の隔壁4の厚さ(壁厚)についても、目的に応じて適宜設計すればよく、特に制限はない。壁厚を50μm〜2mmとすることが好ましく、60〜500μmとすることが更に好ましい。壁厚をこの範囲とすることにより、機械的強度を増加させ、衝撃や熱応力によって破損することを防止することができる。また、ハニカム構造体側に占めるセル容積の割合を大きくし、流体の圧力損失を小さくすることができる。さらに、熱交換率を向上させることができる。   The thickness (wall thickness) of the partition walls 4 of the cells 3 of the honeycomb structure 1 may be appropriately designed according to the purpose, and is not particularly limited. The wall thickness is preferably 50 μm to 2 mm, and more preferably 60 to 500 μm. By setting the wall thickness within this range, it is possible to increase the mechanical strength and prevent breakage due to impact or thermal stress. Further, the proportion of the cell volume in the honeycomb structure side can be increased, and the pressure loss of the fluid can be reduced. Furthermore, the heat exchange rate can be improved.

ハニカム構造体1のセル3の隔壁4の密度は、0.5〜5g/cmであることが好ましい。この範囲とすることにより、隔壁4の強度を十分なものとすることができる。また、隔壁4の強度を十分なものとしつつ、軽量化することができる。さらに、熱伝導率を向上させる効果も得られる。 The density of the partition walls 4 of the cells 3 of the honeycomb structure 1 is preferably 0.5 to 5 g / cm 3 . By setting it as this range, the intensity | strength of the partition 4 can be made sufficient. Further, it is possible to reduce the weight while making the partition wall 4 sufficiently strong. Furthermore, the effect of improving thermal conductivity is also obtained.

後述するように、接合体10は、熱交換器30(図4参照)に利用することができる。熱交換器30に流通させる第一の流体(高温側)が排ガスの場合、第一の流体(高温側)が通過するハニカム構造体1のセル3内部の壁面には、触媒が担持されていることが好ましい。これは、排ガス浄化の役割に加えて、排ガス浄化の際に発生する反応熱(発熱反応)も熱交換することが可能になるためである。貴金属(白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、インジウム、銀、及び金)、アルミニウム、ニッケル、ジルコニウム、チタン、セリウム、コバルト、マンガン、亜鉛、銅、亜鉛、スズ、鉄、ニオブ、マグネシウム、ランタン、サマリウム、ビスマス及びバリウムからなる群から選択された元素を少なくとも一種を含有すると良い。これらは金属、酸化物、及びそれ以外の化合物であっても良い。   As will be described later, the joined body 10 can be used for the heat exchanger 30 (see FIG. 4). When the first fluid (high temperature side) to be circulated through the heat exchanger 30 is exhaust gas, a catalyst is supported on the wall surface inside the cell 3 of the honeycomb structure 1 through which the first fluid (high temperature side) passes. It is preferable. This is because in addition to the role of exhaust gas purification, reaction heat (exothermic reaction) generated during exhaust gas purification can also be exchanged. Noble metals (platinum, rhodium, palladium, ruthenium, indium, silver, and gold), aluminum, nickel, zirconium, titanium, cerium, cobalt, manganese, zinc, copper, zinc, tin, iron, niobium, magnesium, lanthanum, samarium, It is preferable to contain at least one element selected from the group consisting of bismuth and barium. These may be metals, oxides, and other compounds.

第一の流体(高温側)が通過するハニカム構造体1の第一流体流通部5のセル3の隔壁4に担持される触媒(触媒金属+担持体)の担持量としては、10〜400g/Lであることが好ましく、貴金属であれば0.1〜5g/Lであることが更に好ましい。触媒(触媒金属+担持体)の担持量をこの範囲とすると、触媒作用が十分に発現する。また、圧力損失の増大や、製造コストの上昇を防止することもできる。   The supported amount of the catalyst (catalyst metal + support) supported on the partition walls 4 of the cells 3 of the first fluid circulation part 5 of the honeycomb structure 1 through which the first fluid (high temperature side) passes is 10 to 400 g / It is preferable that it is L, and if it is a noble metal, it is still more preferable that it is 0.1-5 g / L. When the loading amount of the catalyst (catalyst metal + support) is within this range, the catalytic action is sufficiently exhibited. In addition, an increase in pressure loss and an increase in manufacturing cost can be prevented.

筒状金属管12としては、耐熱性、耐蝕性のあるものが好ましく、例えば、SUS管、Cr−Mo合金鋼管等の鋼管、銅管、真鍮管等の銅合金管、アルミ管、アルミ合金等の非鉄管を用いることができる。原子力等の特殊な用途の場合は、チタン管、ニッケル合金管、コバルト合金管等を用いることもできる。筒状金属管12の内径は、筒状セラミックス体11の外径よりも大きく、筒状金属間12の内径をdm、筒状セラミックス体11の外径をdcとした場合、dm=dc+0.1mm〜dc+4.0mmであることが好ましく、dm=dc+0.2mm〜dc+2.0mmであることがより好ましく、dm=dc+0.5mm〜dc+1.5mmが特に好ましい。この範囲にあることが、溶湯を筒状金属管12と筒状セラミックス体11との間隙49に充填し、強固なセラミックス金属接合体11とするために好ましい。また、筒状金属管12の内面や筒状セラミックス体11の外面に、メッキ等で表面処理をしておくことも好ましい。溶湯との濡れ性が向上し、製品品質が向上する。あるいは、同様の理由で、同面にフラックスを塗っておくことも好ましい。   The tubular metal tube 12 is preferably one having heat resistance and corrosion resistance, for example, a steel tube such as a SUS tube or a Cr—Mo alloy steel tube, a copper alloy tube such as a copper tube or a brass tube, an aluminum tube, an aluminum alloy, or the like. Non-ferrous pipes can be used. In the case of special applications such as nuclear power, a titanium tube, a nickel alloy tube, a cobalt alloy tube, or the like can be used. The inner diameter of the cylindrical metal tube 12 is larger than the outer diameter of the cylindrical ceramic body 11. When the inner diameter of the cylindrical metal body 12 is dm and the outer diameter of the cylindrical ceramic body 11 is dc, dm = dc + 0.1 mm. It is preferably ˜dc + 4.0 mm, more preferably dm = dc + 0.2 mm to dc + 2.0 mm, and particularly preferably dm = dc + 0.5 mm to dc + 1.5 mm. It is preferable to be within this range in order to fill the gap 49 between the cylindrical metal tube 12 and the cylindrical ceramic body 11 with the molten metal to obtain a strong ceramic-metal bonded body 11. Moreover, it is also preferable that the inner surface of the cylindrical metal tube 12 or the outer surface of the cylindrical ceramic body 11 is subjected to a surface treatment by plating or the like. The wettability with the molten metal is improved and the product quality is improved. Alternatively, for the same reason, it is also preferable to apply a flux to the same surface.

次に、本発明の接合体10の製造方法を説明する。まず、セラミックス粉末を含む坏土を所望の形状に押し出し、ハニカム成形体を作製する。ハニカム構造体1の材料としては、前述のセラミックスを用いることができるが、例えば、Si含浸SiC複合材料を主成分とするハニカム構造体1を製造する場合、所定量のC粉末、SiC粉末、バインダー、水又は有機溶媒を混練し坏土とし、成形して所望形状のハニカム成形体を得る。   Next, the manufacturing method of the joined body 10 of this invention is demonstrated. First, a clay containing ceramic powder is extruded into a desired shape to produce a honeycomb formed body. As the material of the honeycomb structure 1, the above-described ceramics can be used. For example, when manufacturing the honeycomb structure 1 mainly composed of a Si-impregnated SiC composite material, a predetermined amount of C powder, SiC powder, binder Then, water or an organic solvent is kneaded to form a clay and molded to obtain a honeycomb molded body having a desired shape.

そしてハニカム成形体を乾燥し、Si含浸焼成することによって、隔壁4によってガスの流路となる複数のセル3が区画形成されたハニカム構造体1を得ることができる。   The honeycomb formed body is dried and fired by impregnation with Si, whereby the honeycomb structure 1 in which a plurality of cells 3 serving as gas flow paths are partitioned by the partition walls 4 can be obtained.

次に、図3に示すように、ハニカム構造体1の外周面7hに、その外周面7hとの間に間隙49を有した状態で筒状金属管12を被せて、金型41で形成されたキャビティ42内に配置する。そして、キャビティ42内に溶湯を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内に溶湯を充填する。充填された溶湯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とを接合したセラミックス金属接合体10とすることができる。   Next, as shown in FIG. 3, the outer peripheral surface 7 h of the honeycomb structure 1 is covered with a cylindrical metal tube 12 with a gap 49 between the outer peripheral surface 7 h and formed by a mold 41. In the cavity 42. Then, by supplying the molten metal into the cavity 42, the molten metal is filled into the gap 49 between the cylindrical ceramic body 11 and the cylindrical metal tube 12. The filled molten metal is solidified to become the metal bonding material layer 13, and the ceramic metal bonded body 10 in which the cylindrical ceramic body 11 and the cylindrical metal tube 12 are bonded can be obtained.

次に、セラミックス金属接合体10を用いた一実施形態として熱交換器30を説明する。図4に本発明の接合体10を含む熱交換器30の斜視図を示す。筒状セラミックス体11の内部に第一の流体を、筒状金属管12の外周面12h側に第一の流体よりも低温の第二の流体を流通させることにより、第一の流体と第二の流体との熱交換を行うことができる。図4に示すように、熱交換器30は、接合体10(ハニカム構造体1+金属接合材層13+筒状金属管12)と、接合体10を内部に含むケーシング21とによって形成されている。筒状セラミックス体11のハニカム構造体1のセル3が第一の流体が流通する第一流体流通部5となる。熱交換器30は、ハニカム構造体1のセル3内を、第二の流体よりも高温の第一の流体が流通するように構成されている。また、ケーシング21に第二の流体の入口22及び出口23が形成されており、第二の流体は、接合体10の筒状金属管12の外周面12h上を流通する。   Next, the heat exchanger 30 is demonstrated as one Embodiment using the ceramic metal joined body 10. FIG. FIG. 4 shows a perspective view of the heat exchanger 30 including the joined body 10 of the present invention. By flowing a first fluid inside the cylindrical ceramic body 11 and a second fluid having a temperature lower than that of the first fluid on the outer peripheral surface 12h side of the cylindrical metal tube 12, the first fluid and the second fluid Heat exchange with the fluid can be performed. As shown in FIG. 4, the heat exchanger 30 is formed by a joined body 10 (honeycomb structure 1 + metal joining material layer 13 + tubular metal tube 12) and a casing 21 including the joined body 10 therein. The cells 3 of the honeycomb structure 1 of the cylindrical ceramic body 11 serve as the first fluid circulation part 5 through which the first fluid flows. The heat exchanger 30 is configured such that a first fluid having a temperature higher than that of the second fluid flows in the cells 3 of the honeycomb structure 1. In addition, an inlet 22 and an outlet 23 for the second fluid are formed in the casing 21, and the second fluid circulates on the outer peripheral surface 12 h of the cylindrical metal tube 12 of the joined body 10.

つまり、ケーシング21の内側面24と筒状金属管12の外周面12hとによって第二流体流通部6が形成されている。第二流体流通部6は、ケーシング21と筒状金属管12の外周面12hとによって形成された第二の流体の流通部であり、第一流体流通部5とハニカム構造体1の隔壁4、金属接合材層13、筒状金属管12によって隔たれて熱伝導可能とされており、第一流体流通部5を流通する第一の流体の熱を隔壁4、金属接合材層13、筒状金属管12を介して受け取り、流通する第二の流体である被加熱体へ熱を伝達する。第一の流体と第二の流体とは、完全に分離されており、これらの流体は混じり合わないように構成されている。   That is, the second fluid circulation portion 6 is formed by the inner surface 24 of the casing 21 and the outer peripheral surface 12 h of the cylindrical metal tube 12. The second fluid circulation part 6 is a second fluid circulation part formed by the casing 21 and the outer peripheral surface 12 h of the cylindrical metal tube 12, and the first fluid circulation part 5 and the partition walls 4 of the honeycomb structure 1, Heat conduction of the first fluid flowing through the first fluid circulation portion 5 is separated by the metal bonding material layer 13 and the cylindrical metal tube 12, and the heat of the first fluid flowing through the first fluid circulation portion 5 is supplied to the partition wall 4, the metal bonding material layer 13, and the cylindrical metal. Heat is transferred to the heated body, which is the second fluid that is received and circulated through the pipe 12. The first fluid and the second fluid are completely separated, and these fluids are configured not to mix.

第一流体流通部5は、ハニカム構造として形成されており、ハニカム構造の場合、流体がセル3の中を通り抜ける時には、流体は隔壁4により別のセル3に流れ込むことが出来ず、ハニカム構造体1の入口から出口へと直線的に流体が進む。また、本発明の熱交換器30内のハニカム構造体1は、目封止されておらず、流体の伝熱面積が増し熱交換器30のサイズを小さくすることができる。これにより、熱交換器30の単位体積あたりの伝熱量を大きくすることができる。さらに、ハニカム構造体1に目封止部の形成やスリットの形成等の加工を施すことが不要なため、熱交換器30は、製造コストを低減することができる。   The first fluid circulation portion 5 is formed as a honeycomb structure, and in the case of the honeycomb structure, when the fluid passes through the cell 3, the fluid cannot flow into another cell 3 by the partition wall 4, and the honeycomb structure The fluid travels linearly from one inlet to the outlet. Moreover, the honeycomb structure 1 in the heat exchanger 30 of the present invention is not plugged, so that the heat transfer area of the fluid is increased and the size of the heat exchanger 30 can be reduced. Thereby, the amount of heat transfer per unit volume of the heat exchanger 30 can be increased. Furthermore, since it is not necessary to process the honeycomb structure 1 such as forming plugged portions or forming slits, the heat exchanger 30 can reduce the manufacturing cost.

熱交換器30は、第二の流体よりも高温である第一の流体を流通させ、第一の流体から第二の流体へ熱伝導するようにすることが好ましい。第一の流体として気体を流通させ、第二の流体として液体を流通させると、第一の流体と第二の流体の熱交換を効率よく行うことができる。つまり、本発明の熱交換器30は、気体/液体熱交換器として適用することができる。   It is preferable that the heat exchanger 30 circulates the first fluid having a temperature higher than that of the second fluid and conducts heat from the first fluid to the second fluid. When gas is circulated as the first fluid and liquid is circulated as the second fluid, heat exchange between the first fluid and the second fluid can be performed efficiently. That is, the heat exchanger 30 of the present invention can be applied as a gas / liquid heat exchanger.

以上のような構成の本発明の熱交換器30に流通させる第一の流体である加熱体としては、熱を有する媒体であれば、気体、液体等、特に限定されない。例えば、気体であれば自動車の排ガス等が挙げられる。また、加熱体から熱を奪う(熱交換する)第二の流体である被加熱体は、加熱体よりも低い温度であれば、媒体としては、気体、液体等、特に限定されない。   The heating element that is the first fluid to be circulated through the heat exchanger 30 of the present invention having the above configuration is not particularly limited as long as it is a medium having heat. For example, if it is gas, the exhaust gas of a motor vehicle etc. are mentioned. In addition, the medium to be heated, which is the second fluid that takes heat from the heating body (exchanges heat), is not particularly limited as a medium, as long as the temperature is lower than that of the heating body.

(実施形態2)
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。
(Embodiment 2)
5A and 5B show an embodiment of a ceramic metal joined body 10 having a brim portion. FIG. 5A shows an embodiment in which a hollow ceramic tube is used as the cylindrical ceramic body 11. FIG. 5B shows an embodiment in which the honeycomb structure 1 is used as the cylindrical ceramic body 11.

図5A,及び図5Bに示すように、本発明の接合体10は、筒状金属管12の長さよりも筒状セラミックス体11の長さが短く、筒状セラミックス体11の軸方向の端面11sが筒状金属管12内に収まっている。筒状金属管12に筒状セラミックス体11と接しないツバ部12aが形成されている。筒状セラミックス体11の端面11sが筒状金属管12内に収まってツバ部12aが形成されていると、接合体10を加工して、配管等に接続しやすく、利用しやすい。   As shown in FIGS. 5A and 5B, the joined body 10 of the present invention has a cylindrical ceramic body 11 shorter than the length of the cylindrical metal tube 12, and the end face 11s of the cylindrical ceramic body 11 in the axial direction. Is contained in the cylindrical metal tube 12. A flange portion 12 a that does not contact the cylindrical ceramic body 11 is formed on the cylindrical metal tube 12. When the end surface 11s of the cylindrical ceramic body 11 is accommodated in the cylindrical metal tube 12 and the flange portion 12a is formed, the joined body 10 is easily processed and easily connected to a pipe or the like.

図6〜図8を用いて、ツバ部12aを有する接合体10の製造方法について説明する。図6は、ツバ部12aを有するセラミックス金属接合体10を製造するための封止部材51を示す。封止部材51は、2つのパーツにより構成されている。円錐等の錐体である本体部51a、本体部51aから突出した凸部51bである。   A method for manufacturing the joined body 10 having the flange 12a will be described with reference to FIGS. FIG. 6 shows a sealing member 51 for manufacturing the ceramic-metal bonded body 10 having the brim portion 12a. The sealing member 51 is composed of two parts. A main body 51a which is a cone such as a cone, and a convex 51b which protrudes from the main body 51a.

図7Aは、ツバ部12aを有するセラミックス金属接合体10を製造するためのスペーサー52の平面図、図7Bは、図7AのA−A断面図である。スペーサー52は、円板状の本体部52aの一方の面の中央部に凹部52bが形成され、凹部52bの中央には、雌ねじ部52cが形成されている。本体部52aの外径側面52t、および凹部52bを形成する、本体部52aの内径側面52s(本体部52aと凹部52bとの境界の面)は2〜3degのテーパーが設けられていたほうが着脱しやすく、望ましい。   FIG. 7A is a plan view of the spacer 52 for manufacturing the ceramic metal joined body 10 having the brim portion 12a, and FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 7A. The spacer 52 has a concave portion 52b formed at the center of one surface of the disk-shaped main body 52a, and a female screw portion 52c formed at the center of the concave portion 52b. The outer diameter side surface 52t of the main body portion 52a and the inner diameter side surface 52s of the main body portion 52a (the boundary surface between the main body portion 52a and the concave portion 52b) forming the concave portion 52b are attached and detached when a taper of 2 to 3 degrees is provided. Easy and desirable.

スペーサー52には、封止部材51の凸部51bと嵌合する凹部52bが設けられている。封止部材51の凸部51bとスペーサー52の凹部52bとが嵌合することにより、封止部材51とスペーサー52の芯出しをすることができる。また、溶湯が、雌ねじ部52cに流入することを防ぐことができる。   The spacer 52 is provided with a concave portion 52 b that fits with the convex portion 51 b of the sealing member 51. By fitting the convex portion 51 b of the sealing member 51 and the concave portion 52 b of the spacer 52, the sealing member 51 and the spacer 52 can be centered. Moreover, it can prevent that a molten metal flows in into the internal thread part 52c.

図8は、ツバ部12aを有するセラミックス金属接合体10を製造するダイキャスト装置40を示す断面模式図である。筒状金属管12の長さよりも筒状セラミックス体11の長さが短い。このため封止部材51と筒状セラミックス体11との間にスペーサー52を配置し、キャビティ42内に溶湯を供給する。間隙49に溶湯の充填が終了して、溶湯が固化した後、図9に示すように、封止部材51をはずす。そして、スペーサー取り出し用治具53を用いて、スペーサー52を取り出す。具体的には、スペーサー52の雌ねじ部52cにスペーサー取り出し用治具53の雄ねじ部53cを入れてスペーサー52を取り出すことができる。以上のようにして、ツバ部12aを有するセラミックス金属接合体10を製造することができる。   FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a die-casting device 40 that manufactures the ceramic metal joined body 10 having the brim portion 12a. The length of the cylindrical ceramic body 11 is shorter than the length of the cylindrical metal tube 12. For this reason, the spacer 52 is disposed between the sealing member 51 and the cylindrical ceramic body 11, and the molten metal is supplied into the cavity 42. After filling the gap 49 with the molten metal and solidifying the molten metal, the sealing member 51 is removed as shown in FIG. Then, the spacer 52 is taken out using the spacer taking-out jig 53. Specifically, the spacer 52 can be taken out by inserting the male screw portion 53 c of the spacer taking-out jig 53 into the female screw portion 52 c of the spacer 52. As described above, the ceramic-metal bonded body 10 having the brim portion 12a can be manufactured.

以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail based on an Example, this invention is not limited to these Examples.

(実施例1)
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/cm、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。
(Example 1)
After extruding the clay containing ceramic powder into a desired shape, drying and Si impregnation firing, the material is silicon carbide, the body size is 43mm in diameter (outer diameter), and the columnar shape (cylinder shape) is 100mm in length. The honeycomb structure 1 was manufactured. That is, the honeycomb structure 1 was used as the cylindrical ceramic body 11. The honeycomb structure 1 had a cell density of 23.3 cells / cm 2 , the partition walls 4 had a thickness (wall thickness) of 0.3 mm, and the honeycomb structure 1 had a thermal conductivity of 150 W / m · K.

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(0.5mm)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、510〜610℃に金型41を昇温した(図3参照)。そして、熱伝導率およそ200W/m・K、耐力およそ34MPaの99.5%アルミの溶湯(融点657℃)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。   A SUS tube having a diameter of 45 mm and a thickness of 0.5 mm was produced as the cylindrical metal tube 12. The cylindrical ceramic body 11 is covered with the cylindrical metal tube 12 with a gap 49 (0.5 mm) between the outer peripheral surface and the outer peripheral surface of the cylindrical ceramic body 11, and both end faces 2, 2, a soft graphite sheet 0.25 mm is pasted so as to cover 2, and then a conical sealing member 50 made of the same material as that of the mold 41 is stacked, and the cavity 42 formed by the S45C mold 41 is placed inside. It arrange | positioned so that the flow of a molten metal may not be impaired, and the metal mold | die 41 was heated up at 510-610 degreeC (refer FIG. 3). Then, a 99.5% aluminum melt (melting point 657 ° C.) having a thermal conductivity of approximately 200 W / m · K and a proof stress of approximately 34 MPa is pressurized and supplied into the cavity 42 in a state of being heated above the melting point, thereby forming a cylindrical shape. The gap 49 between the ceramic body 11 and the cylindrical metal tube 12 was filled with molten metal. By solidifying the molten metal, a ceramic metal joined body 10 in which the tubular ceramic body 11 and the tubular metal tube 12 were joined was obtained.

(実施例2)
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。
(Example 2)
A SUS tube having a diameter of 45 mm and a thickness of 0.5 mm was produced as the cylindrical metal tube 12. The cylindrical ceramic body 11 is covered with the cylindrical metal tube 12 with a gap 49 (1.0 mm) between the outer peripheral surface and the outer peripheral surface of the cylindrical ceramic body 11, and both end faces 2, 2, a soft graphite sheet 0.25 mm is pasted so as to cover 2, and then a conical sealing member 50 made of the same material as that of the mold 41 is stacked, and the cavity 42 formed by the S45C mold 41 is placed inside. It arrange | positioned so that the flow of a molten metal might not be impaired, and the metal mold | die 41 was heated up at 450-550 degreeC (refer FIG. 3). Then, pressurizing and supplying an Al—Si—Fe alloy (melting point 584 ° C.) having a resistance of about 170 W / m · K and a proof stress of about 69 MPa into the cavity 42 in a state of being heated to the melting point or higher, The molten metal was filled in the gap 49 between the tubular metal tube 12. By solidifying the molten metal, a ceramic metal joined body 10 in which the tubular ceramic body 11 and the tubular metal tube 12 were joined was obtained.

(比較例1)
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。
(Comparative Example 1)
A SUS tube having a diameter of 45 mm and a thickness of 0.5 mm was used as the cylindrical metal tube 12. Fill the gap 49 between the cylindrical ceramic body 11 and the cylindrical metal tube 12 with the Ni brazing material BNi-2 having a melting point of about 1000 ° C. as much as the thickness of the gap 49 (if it does not enter at room temperature) Only the cylindrical metal tube 12 was warmed), the temperature was raised in vacuum, and the brazing treatment was performed at a temperature higher by +30 to 50 ° C. than the melting point.

(比較例2)
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。
(Comparative Example 2)
A low expansion Kovar tube having a diameter of 45 mm and a thickness of 0.5 mm was used as the cylindrical metal tube 12. An active silver brazing material (sheet-like) having a melting point of about 780 ° C. is filled into the gap 49 between the cylindrical ceramic body 11 and the cylindrical metal tube 12 as much as the thickness of the gap 49 ( Only the metal tube 12 was warmed), the temperature was raised in vacuum, and brazing was carried out at a temperature higher by 30 to 50 ° C. than the melting point.

(比較例3)
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。
(Comparative Example 3)
A low expansion Kovar tube having a diameter of 45 mm and a thickness of 0.5 mm was used as the cylindrical metal tube 12. An amorphous copper alloy (sheet-like) having a melting point of about 660 ° C. is filled into the gap 49 between the cylindrical ceramic body 11 and the cylindrical metal tube 12 as much as the thickness of the gap 49 (if it does not enter at room temperature, it is cylindrical Only the metal tube 12 was warmed), the temperature was raised in vacuum, and a brazing treatment was performed at a temperature higher by +30 to 50 ° C. than the melting point.

(結果)
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。
(result)
In brazing of Comparative Examples 1 to 3, the filling rate of the brazing material was 50% or less, and cracking of the cylindrical ceramic body 11 was also observed. In the molten metal joining of Examples 1 and 2, filling of the molten metal of 90% or more was obtained, and cracks of the cylindrical ceramic body 11 were not seen, and the thermal conductivity was good.

(実施例
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/cm、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。
(Example 3 )
The ceramic metal joined body 10 having the brim portion 12a was manufactured as follows. First, in the same manner as in Example 1, a cylindrical (tubular) honeycomb structure 1 having a material of silicon carbide, a main body size of 42 mm in diameter (outer diameter), and a length of 80 mm was manufactured. The honeycomb structure 1 had a cell density of 23.3 cells / cm 2 , the partition walls 4 had a thickness (wall thickness) of 0.3 mm, and the honeycomb structure 1 had a thermal conductivity of 150 W / m · K.

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、スペーサー52、金型41と同材質で製作した円錐形状の封止部材51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、520℃に金型41を昇温した(図8参照)。そして、熱伝導率およそ200W/m・K、耐力およそ34MPaの99.5%アルミの溶湯(融点657℃)(ダイキャスト用合金ADC12/HT−1)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、セラミックス金属接合体10とした。   A SUS tube having a diameter of 45 mm and a thickness of 0.5 mm was produced as the cylindrical metal tube 12. The cylindrical ceramic body 11 is covered with the cylindrical metal tube 12 with a gap 49 (1.0 mm) between the outer peripheral surface and the outer peripheral surface of the cylindrical ceramic body 11, and both end faces 2, Cavity formed with S45C mold 41 by stacking a conical sealing member 51 made of the same material as spacer 52 and mold 41 after pasting a soft graphite sheet 0.25 mm so as to cover 2 It arrange | positioned so that the flow of a molten metal may not be impaired in 42, and the metal mold | die 41 was heated up at 520 degreeC (refer FIG. 8). Then, in the cavity 42, a 99.5% aluminum melt (melting point 657 ° C.) (die casting alloy ADC12 / HT-1) having a thermal conductivity of approximately 200 W / m · K and a proof stress of approximately 34 MPa is heated to the melting point or higher. The molten metal was filled in the gap 49 between the cylindrical ceramic body 11 and the cylindrical metal tube 12 by pressurizing and supplying to the tube. By solidifying the molten metal, a ceramic metal bonded body 10 was obtained.

(結果)
実施例の溶湯接合では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。
(result)
In the molten metal joining in Example 3 , 90% or more of the molten metal could be filled, and the honeycomb structure 1 (cylindrical ceramic body 11) was not cracked, and the heat conductivity was good.

本発明の製造方法は、筒状セラミックス体と筒状金属管との接合に利用することができる。本発明のセラミックス金属接合体は、筒状セラミックス体が筒状金属管で保護されており、熱交換体等に利用することができる。   The production method of the present invention can be used for joining a cylindrical ceramic body and a cylindrical metal tube. In the ceramic-metal bonded body of the present invention, the cylindrical ceramic body is protected by a cylindrical metal tube, and can be used as a heat exchanger or the like.

1:ハニカム構造体、2:(軸方向の)端面、3:セル、4:隔壁、5:第一流体流通部、6:第二流体流通部、7:外周壁、7h:(ハニカム構造体の)外周面、10:接合体、11:筒状セラミックス体、11s:端面、12:筒状金属管、12a:ツバ部、12h:(金属管の)外周面、13:金属接合材層、21:ケーシング、22:(第二の流体の)入口、23:(第二の流体の)出口、24:(ケーシングの)内側面、30:熱交換器、40:ダイキャスト装置、41:金型、41a:可動型金型、41b:固定型金型、41g:ゲート、42:キャビティ、45:スリーブ、46:プランジャー、47:注湯口、49:間隙、50,51:封止部材、51a:本体部、51b:凸部、52:スペーサー、52a:本体部、52b:凹部、52c:雌ねじ部、52s:内径側面、52t:外径側面、53:スペーサー取り出し用治具、53c:雄ねじ部。 1: honeycomb structure, 2: end face (in axial direction), 3: cell, 4: partition, 5: first fluid circulation part, 6: second fluid circulation part, 7: outer peripheral wall, 7h: (honeycomb structure) ), Outer peripheral surface, 10: bonded body, 11: cylindrical ceramic body, 11s: end surface, 12: cylindrical metal tube, 12a: brim portion, 12h: outer peripheral surface (of metal tube), 13: metal bonding material layer, 21: casing, 22: inlet of (second fluid), 23: outlet of (second fluid), 24: inner surface of (casing), 30: heat exchanger, 40: die cast device, 41: gold 41a: movable mold, 41b: fixed mold, 41g: gate, 42: cavity, 45: sleeve, 46: plunger, 47: pouring gate, 49: gap, 50, 51: sealing member, 51a: body part, 51b: convex part, 52: spacer, 52a: body part, 52 : Recess, 52c: female screw portion, 52s: inner diameter side, 52t: outer diameter surface, 53: spacer extraction jig, 53c: male thread portion.

Claims (11)

筒状セラミックス体の外周面に、その外周面との間に0.5〜5mmの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融点が700℃以下の金属の溶湯を加圧して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。
Cover the outer peripheral surface of the cylindrical ceramic body with a cylindrical metal tube with a gap of 0.5 to 5 mm between the outer peripheral surface and place it in the cavity formed by the mold,
By supplying pressurized molten metal having a melting point of 700 ° C. or less into the cavity, the molten metal is filled in the gap between the cylindrical ceramic body and the cylindrical metal tube, and is solidified. A method for producing a ceramic-metal joined body for producing a ceramic-metal joined body obtained by joining the tubular ceramic body and the tubular metal tube.
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。   The state which has arrange | positioned the cylindrical ceramic body and the said cylindrical metal pipe in the state which has arrange | positioned the sealing member in the end surface of the said cylindrical ceramic body, and supplies a molten metal in the said cavity. Manufacturing method of ceramic metal bonded body. 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。   The length of the cylindrical ceramic body is shorter than the length of the cylindrical metal tube, a spacer is disposed between the sealing member and the cylindrical ceramic body, and molten metal is supplied into the cavity. The manufacturing method of the ceramic metal joined body as described in any one of. 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。   The method for producing a ceramic-metal bonded body according to claim 3, wherein the spacer is provided with a concave portion that fits with the convex portion of the sealing member. 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。   The ceramic metal according to any one of claims 1 to 4, wherein the cylindrical ceramic body is a honeycomb structure having partition walls, and a plurality of cells serving as fluid flow paths defined by the partition walls. Manufacturing method of joined body. 前記溶湯を供給する際の前記金型は、前記溶湯となる前記金属の融点よりも15〜500℃低い温度である請求項1〜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。 The method for producing a ceramic-metal bonded body according to any one of claims 1 to 5 , wherein the mold for supplying the molten metal is at a temperature lower by 15 to 500 ° C than the melting point of the metal to be the molten metal. . 前記筒状金属管を被せた前記筒状セラミックス体を、前記キャビティ内に配置し、低圧鋳造、高圧鋳造のいずれかによって前記間隙内に前記溶湯を充填する請求項1〜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。 The cylindrical ceramic body covered with the tubular metal pipe, and disposed within the cavity, low-pressure casting, any one of claims 1 to 6, filling the molten metal into the gap by one of the high-pressure casting The manufacturing method of the ceramic metal joined body as described in any one of. 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の0.5〜5mmの間隙に、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。
A cylindrical ceramic body;
A cylindrical metal tube covered on the outer peripheral surface of the cylindrical ceramic body,
A ceramic having a melting point of 700 ° C. or less filled in a molten state in a gap of 0.5 to 5 mm between the cylindrical ceramic body and the cylindrical metal tube, and the metal is solidified to be joined. Metal joint.
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に記載のセラミックス金属接合体。 The length of the cylindrical ceramic body is shorter than the length of the cylindrical metal tube, and the axial end surface of the cylindrical ceramic body is accommodated in the cylindrical metal tube, and the cylindrical metal tube has the cylindrical shape. The ceramic metal joined body according to claim 8 , wherein a brim portion that does not contact the ceramic body is formed. 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またはに記載のセラミックス金属接合体。 The ceramic-metal bonded body according to claim 8 or 9 , wherein the cylindrical ceramic body is a honeycomb structure having partition walls, and a plurality of cells serving as fluid flow paths are defined by the partition walls. 前記ハニカム構造体は、成分に炭化珪素を含む請求項10に記載のセラミックス金属接合体。 The ceramic-metal bonded body according to claim 10 , wherein the honeycomb structure includes silicon carbide as a component.
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