JPH01179768A - セラミックス材と金属材との接合方法 - Google Patents
セラミックス材と金属材との接合方法Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
この発明は、自動車用エンジン、産業用熱交換器等に用
いられるセラミックス材と金属材との接合品を製作する
ためのセラミックス材と金属材との接合方法に関する。
いられるセラミックス材と金属材との接合品を製作する
ためのセラミックス材と金属材との接合方法に関する。
従来の技術
従来、Ａ、Ｑ２０３ 、Ｓｉ３ Ｎ４、ＳｉＣ等のセラ
ミックス材と、軟鋼、ＳＵＳ等の金属材との接合方法と
して、金属ソルダー法のうち活性金属法が多く用いられ
ている。即ちこの方法は、接合媒体として例えばＴｉな
いしはＴｉ系合金等の活性金属の薄板を予め作製してお
き、この活性金属薄板を接合すべきセラミックス材と金
属材との接合面相互間に介在させた状態で真空中又は不
活性ガス中で加熱し、前記活性金属を溶融することによ
ってセラミックス材と金属材とを接合一体化するもので
ある。
ミックス材と、軟鋼、ＳＵＳ等の金属材との接合方法と
して、金属ソルダー法のうち活性金属法が多く用いられ
ている。即ちこの方法は、接合媒体として例えばＴｉな
いしはＴｉ系合金等の活性金属の薄板を予め作製してお
き、この活性金属薄板を接合すべきセラミックス材と金
属材との接合面相互間に介在させた状態で真空中又は不
活性ガス中で加熱し、前記活性金属を溶融することによ
ってセラミックス材と金属材とを接合一体化するもので
ある。
発明が解決しようとする問題点
しかしながら、上記の接合方法では、セラミックス材と
金属材との間に介在される活性金属の薄板表面に、それ
自身の有する高い反応性のために介在前既に金属酸化物
皮膜が形成されており、この酸化物がセラミックス材と
金属材との接合界面に残存するため両部材の接合強度が
低くなるという欠点があった。
金属材との間に介在される活性金属の薄板表面に、それ
自身の有する高い反応性のために介在前既に金属酸化物
皮膜が形成されており、この酸化物がセラミックス材と
金属材との接合界面に残存するため両部材の接合強度が
低くなるという欠点があった。
この発明はかかる欠点を解消するためになされたもので
あって、高い接合強度を達成しつるセラミックス材と金
属材との接合方法を提供せんとするものである。
あって、高い接合強度を達成しつるセラミックス材と金
属材との接合方法を提供せんとするものである。
問題点を解決するための手段
」二記目的を達成するために、この発明は、接合媒体と
しての活性金属の酸化を可及的防止して、セラミックス
材と金属材との接合界面への酸化物の混入を防止するこ
とにより、両材の充分な接合強度を達成しえたものであ
る。
しての活性金属の酸化を可及的防止して、セラミックス
材と金属材との接合界面への酸化物の混入を防止するこ
とにより、両材の充分な接合強度を達成しえたものであ
る。
即ちこの発明は、不活性ガス雰囲気中で、不活性ガスを
作動ガスとする溶射装置を用いて活性金属を溶射するこ
とによって、まずセラミックス材の接合面に活性金属層
を被覆形成したのち、これを不活性ガス雰囲気中に保持
したまま、次に金属材の接合面を前記活性金属層上に重
ね合せ、次いで非酸化性雰囲気中で加熱することにより
活性金属を溶融して両材を接合することを特徴とするセ
ラミックス材と金属材との接合方法を要旨とするもので
ある。
作動ガスとする溶射装置を用いて活性金属を溶射するこ
とによって、まずセラミックス材の接合面に活性金属層
を被覆形成したのち、これを不活性ガス雰囲気中に保持
したまま、次に金属材の接合面を前記活性金属層上に重
ね合せ、次いで非酸化性雰囲気中で加熱することにより
活性金属を溶融して両材を接合することを特徴とするセ
ラミックス材と金属材との接合方法を要旨とするもので
ある。
この発明では、接合媒体としての活性金属を、酸化の虞
れを可及的排除した不活性ガス雰囲気溶射法によって、
まず、セラミックス材の接合面に溶射し、活性金属層を
形成する。不活性ガス雰囲気溶射法とは、Ａｒガス等の
不活性ガス雰囲気中に、セラミックス材及び溶射装置を
配置するとともに、溶射装置の作動ガスっまり溶射材の
噴射用ガスにも不活性ガスを用いて、セラミックス材の
接合面に活性金属を溶射する方法である。ここで、作動
ガスに不活性ガスを用いうる溶射装置としては、例えば
電気式溶射装置の１つとして知られているプラズマジェ
ット溶射装置とか、高周波誘導式溶射装置を挙げうる。
れを可及的排除した不活性ガス雰囲気溶射法によって、
まず、セラミックス材の接合面に溶射し、活性金属層を
形成する。不活性ガス雰囲気溶射法とは、Ａｒガス等の
不活性ガス雰囲気中に、セラミックス材及び溶射装置を
配置するとともに、溶射装置の作動ガスっまり溶射材の
噴射用ガスにも不活性ガスを用いて、セラミックス材の
接合面に活性金属を溶射する方法である。ここで、作動
ガスに不活性ガスを用いうる溶射装置としては、例えば
電気式溶射装置の１つとして知られているプラズマジェ
ット溶射装置とか、高周波誘導式溶射装置を挙げうる。
作動ガスとして不活性ガスを用いること以外の溶射条件
は、これら溶射装置を用いる場合に通常採用される条件
を適宜採択すれば良い。
は、これら溶射装置を用いる場合に通常採用される条件
を適宜採択すれば良い。
また、まずセラミックス材の接合面に活性金属を溶射す
るのは、これによりセラミックス材と活性金属層との密
着性を向上でき、ひいてはセラミックス材と金属材との
接合強度を向上できるからである。活性金属としては、
ＴｉないしはＴｉ系合金やＺｒないしはＺｒ系合金等を
用いうるが、特にＳｉ３Ｎ４と鉄あるいは５ＵＳ３０４
との接合の場合にはＣｕ−Ｔｉ合金を、またＳｉＣとＳ
ＵＳ ３０４との接合の場合にはＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金
を好適に用いうる。溶射によって形成される活性金属層
の厚さは４０〜１００μｍとするのが良い。４０μｍ未
満では接合媒体としての活性金属量が少なくなるため、
充分な接合強度が得られないおそれがあるがらであり、
逆に１００μｍを超えても活性金属量の増大に見合う接
合強度の向上効果が得られないばかりか、材料、エネル
ギの無駄によるコストアップの欠点を派生するからであ
る。
るのは、これによりセラミックス材と活性金属層との密
着性を向上でき、ひいてはセラミックス材と金属材との
接合強度を向上できるからである。活性金属としては、
ＴｉないしはＴｉ系合金やＺｒないしはＺｒ系合金等を
用いうるが、特にＳｉ３Ｎ４と鉄あるいは５ＵＳ３０４
との接合の場合にはＣｕ−Ｔｉ合金を、またＳｉＣとＳ
ＵＳ ３０４との接合の場合にはＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金
を好適に用いうる。溶射によって形成される活性金属層
の厚さは４０〜１００μｍとするのが良い。４０μｍ未
満では接合媒体としての活性金属量が少なくなるため、
充分な接合強度が得られないおそれがあるがらであり、
逆に１００μｍを超えても活性金属量の増大に見合う接
合強度の向上効果が得られないばかりか、材料、エネル
ギの無駄によるコストアップの欠点を派生するからであ
る。
上記によりセラミックス材に活性金属層を被覆形成した
のち、これを不活性ガス雰囲気に保持したまま、次に上
記接合部材の活性金属層表面に、金属材の接合面を重ね
合せ状態にセットする。その後不活性ガス雰囲気あるい
は真空等の非酸化性雰囲気中で加熱する。加熱は、−船
釣には９００〜１１００℃で０． ５〜３時間行うのが
良い。この加熱により活性金属を溶融してセラミックス
材と金属材との接合が達成されるが、これら両材の相互
接合面全面において確実かつ充分な接合状態を得られる
ように、セラミックス材と金属材とは加熱に先立ちこれ
を予め締付は具等を用いて圧着方向に加圧しておくもの
となすのが望ましい。
のち、これを不活性ガス雰囲気に保持したまま、次に上
記接合部材の活性金属層表面に、金属材の接合面を重ね
合せ状態にセットする。その後不活性ガス雰囲気あるい
は真空等の非酸化性雰囲気中で加熱する。加熱は、−船
釣には９００〜１１００℃で０． ５〜３時間行うのが
良い。この加熱により活性金属を溶融してセラミックス
材と金属材との接合が達成されるが、これら両材の相互
接合面全面において確実かつ充分な接合状態を得られる
ように、セラミックス材と金属材とは加熱に先立ちこれ
を予め締付は具等を用いて圧着方向に加圧しておくもの
となすのが望ましい。
上記加熱後、両材はこれを非酸化性雰囲気中でそのまま
冷却し、もって所期するセラミックス材と金属材との接
合品を得る。
冷却し、もって所期するセラミックス材と金属材との接
合品を得る。
発明の詳細
な説明したように、この発明に係るセラミックス材と金
属材との接合方法は、不活性ガス雰囲気中で、不活性ガ
スを作動ガスとする溶射装置を用いて活性金属を溶射す
ることによって、まずセラミックス材の接合面に活性金
属層を被覆形成したのち、これを不活性ガス雰囲気に保
持したまま、次に金属材の接合面を前記活性金属層上に
重ね合せ、次いで非酸化性雰囲気中で加熱することによ
り活性金属を溶融して両材を接合することを特徴とする
ものである。従って接合工程を通じて接合媒体としての
活性金属が大気と触れる機会をなくしえて、活性金属の
酸化による酸化物の生成を最少限に抑制できるから、接
合強度低下の原因であるセラミックス材と金属材との接
合界面への酸化物の混入を著しく抑制でき、その結果両
材の接合強度を向上しうる。しかもまた、活性金属層の
形成は、セラミックス材への溶射によって行うから、セ
ラミックス材と活性金属との充分な密着性を確保するこ
とかでき、益々優れた接合強度を有するセラミックス材
と金属材との接合品の提供が可能となる。
属材との接合方法は、不活性ガス雰囲気中で、不活性ガ
スを作動ガスとする溶射装置を用いて活性金属を溶射す
ることによって、まずセラミックス材の接合面に活性金
属層を被覆形成したのち、これを不活性ガス雰囲気に保
持したまま、次に金属材の接合面を前記活性金属層上に
重ね合せ、次いで非酸化性雰囲気中で加熱することによ
り活性金属を溶融して両材を接合することを特徴とする
ものである。従って接合工程を通じて接合媒体としての
活性金属が大気と触れる機会をなくしえて、活性金属の
酸化による酸化物の生成を最少限に抑制できるから、接
合強度低下の原因であるセラミックス材と金属材との接
合界面への酸化物の混入を著しく抑制でき、その結果両
材の接合強度を向上しうる。しかもまた、活性金属層の
形成は、セラミックス材への溶射によって行うから、セ
ラミックス材と活性金属との充分な密着性を確保するこ
とかでき、益々優れた接合強度を有するセラミックス材
と金属材との接合品の提供が可能となる。
実施例
［実施例］
長さ４０ｍｍ、幅３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの直方体形状の
セラミックス材と、同一形状の金属材とを接合用試験片
として用意した。セラミックス材としてはＳｉ３Ｎ４を
、金属材としては軟鋼（ＳＳ４１）をそれぞれ用いた。
セラミックス材と、同一形状の金属材とを接合用試験片
として用意した。セラミックス材としてはＳｉ３Ｎ４を
、金属材としては軟鋼（ＳＳ４１）をそれぞれ用いた。
次に、セラミックス材をＡｒガス雰囲気中に配置すると
ともに、同じ（Ａｒガス雰囲気中に配置した溶射装置に
より活性金属を溶射して、セラミックス材試験片の長さ
方向の一方の端面に活性金属層を被覆形成した。溶射装
置はプラズマジェット溶射装置を用い、作動ガスには同
じ（Ａｒガスを用いた。また活性金属は７０シｔ％Ｃｕ
−３０ｗｔ％Ｔｉからなる合金を用いるとともに、活性
金属層の被覆厚さは５０μｍとした。
ともに、同じ（Ａｒガス雰囲気中に配置した溶射装置に
より活性金属を溶射して、セラミックス材試験片の長さ
方向の一方の端面に活性金属層を被覆形成した。溶射装
置はプラズマジェット溶射装置を用い、作動ガスには同
じ（Ａｒガスを用いた。また活性金属は７０シｔ％Ｃｕ
−３０ｗｔ％Ｔｉからなる合金を用いるとともに、活性
金属層の被覆厚さは５０μｍとした。
次に、第１図に示すように、上記セラミックス材（１）
をＡｒガス雰囲気中に保持した状態のまま、金属材（２
）の長さ方向の端面を活性金属層（３）の表面に重ね合
せて第２図に示す接合試験片（４）を製作したのち、該
試験片にスプリング（５ａ）付きのＳＵＳ針金からなる
２本の締付は具（５）（５）を掛渡してしばり、両材間
に圧着方向への加圧力を付与した。
をＡｒガス雰囲気中に保持した状態のまま、金属材（２
）の長さ方向の端面を活性金属層（３）の表面に重ね合
せて第２図に示す接合試験片（４）を製作したのち、該
試験片にスプリング（５ａ）付きのＳＵＳ針金からなる
２本の締付は具（５）（５）を掛渡してしばり、両材間
に圧着方向への加圧力を付与した。
続いてＡｒ雰囲気に調整した炉内に上記により製作した
接合試験片（４）を投入して、該試験片の実体温度１０
００°Ｃに１時間加熱保持し、活性金属を溶融してセラ
ミックス材と金属材とを接合したのち、そのまま炉中冷
却した。
接合試験片（４）を投入して、該試験片の実体温度１０
００°Ｃに１時間加熱保持し、活性金属を溶融してセラ
ミックス材と金属材とを接合したのち、そのまま炉中冷
却した。
その後、炉中から取り出した接合品の接合強度を測定し
たところ、１５に’ｊ／−であった。
たところ、１５に’ｊ／−であった。
［従来例］
上記実施例と同じ試験片を用意し、これら試験片の長さ
方向の端面どうしを、その中間に７０ｗｔ％Ｃｕ−３０
ｗｔ％Ｔｉ合金からなる厚さ０゜２ｍｍの活性金属薄板
を介在させた状態で重ね合せ、もって接合試験片を製作
したのち、実施例と全く同様にして締付は具により接合
試験片をしばった。
方向の端面どうしを、その中間に７０ｗｔ％Ｃｕ−３０
ｗｔ％Ｔｉ合金からなる厚さ０゜２ｍｍの活性金属薄板
を介在させた状態で重ね合せ、もって接合試験片を製作
したのち、実施例と全く同様にして締付は具により接合
試験片をしばった。
次にこの試験片を実施例と同じＡｒガス雰囲気に調整し
た炉内に搬入して加熱したのち、炉中冷却した。加熱条
件は実施例と同じとした。
た炉内に搬入して加熱したのち、炉中冷却した。加熱条
件は実施例と同じとした。
」１記により得た接合品の接合強度を測定したところ、
２Ｋｇ／ｒｒｕａであった。
２Ｋｇ／ｒｒｕａであった。
以上の結果から、この発明によれば、セラミックス材と
金属材との接合強度を従来よりも格段に向上しうろこと
を確認しえた。
金属材との接合強度を従来よりも格段に向上しうろこと
を確認しえた。
第１図及び第２図はこの発明の実施例において用いた試
験片を示すもので、第１図はセラミックス材と金属材と
の重ね合せ前の状態を示す要部拡大断面図、第２図は両
材を重ね合せて試験片を製作した状態の斜視図である。 （１）・・・セラミックス材、（２）・・金属材、（３
）・・・活性金属層。 以上
験片を示すもので、第１図はセラミックス材と金属材と
の重ね合せ前の状態を示す要部拡大断面図、第２図は両
材を重ね合せて試験片を製作した状態の斜視図である。 （１）・・・セラミックス材、（２）・・金属材、（３
）・・・活性金属層。 以上
Claims (1)
- 不活性ガス雰囲気中で、不活性ガスを作動ガスとする溶
射装置を用いて活性金属を溶射することによって、まず
セラミックス材の接合面に活性金属層を被覆形成したの
ち、これを不活性ガス雰囲気中に保持したまま、次に金
属材の接合面を前記活性金属層上に重ね合せ、次いで非
酸化性雰囲気中で加熱することにより活性金属を溶融し
て両材を接合することを特徴とするセラミックス材と金
属材との接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP426488A JPH01179768A (ja) | 1988-01-11 | 1988-01-11 | セラミックス材と金属材との接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP426488A JPH01179768A (ja) | 1988-01-11 | 1988-01-11 | セラミックス材と金属材との接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01179768A true JPH01179768A (ja) | 1989-07-17 |
Family
ID=11579681
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP426488A Pending JPH01179768A (ja) | 1988-01-11 | 1988-01-11 | セラミックス材と金属材との接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01179768A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103752971A (zh) * | 2013-12-13 | 2014-04-30 | 天津大学 | 用银铜钛钎料钎焊连接tc4钛合金和氮化硅陶瓷的方法 |
| CN104625284A (zh) * | 2015-02-09 | 2015-05-20 | 李家侬 | 一种金属和非金属的焊接方法 |
| CN106392388A (zh) * | 2016-10-14 | 2017-02-15 | 深圳市品川新能源技术有限公司 | 陶瓷与导体焊接工艺 |
| CN111732442A (zh) * | 2020-05-18 | 2020-10-02 | 株洲天成金属激光高科有限公司 | 陶瓷材料与金属材料的无缝焊接工艺 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60131875A (ja) * | 1983-12-20 | 1985-07-13 | 三菱重工業株式会社 | セラミツクと金属の接合法 |
-
1988
- 1988-01-11 JP JP426488A patent/JPH01179768A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60131875A (ja) * | 1983-12-20 | 1985-07-13 | 三菱重工業株式会社 | セラミツクと金属の接合法 |
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| CN106392388B (zh) * | 2016-10-14 | 2018-06-01 | 深圳市品川新能源技术有限公司 | 陶瓷与导体焊接工艺 |
| CN111732442A (zh) * | 2020-05-18 | 2020-10-02 | 株洲天成金属激光高科有限公司 | 陶瓷材料与金属材料的无缝焊接工艺 |
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