JPH01208374A - ＳｉＣセラミックス部材と金属部材との接合体 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ＳｉＣセラミックス部材と金属との接合体に
関する。特に、高温環境ドでも信頼性の高い接合製品を
得ることのできる接合体に関する。

［従来の技術］ 摩耗や熱作用を頻繁に受ける金属部材に対しては、−・
部又は全部にセラミックスを用いて部材の耐摩耗性、耐
熱性の向りを図る手段が取られている。　゛ このようなセラミックス部材と金属部材との接合製品は
、一般に両者の熱膨張の大きさの違いを考１ａシて、両
者の間に軟質性金属又は低膨張性金属等からなる中間緩
衝材を介在させて接合してあり、接合時の加熱、冷却に
よって生じた残留熱応力を低減−□ることにより大川的
接合強度を得るようにしている。また、最近では、接合
体の接合強度に影〒１４“る因子とし゛（、ｌ〕記中間
緩衝材の材質とその厚さ、接合される両部材と中間緩衝
材を接合する【ノウ材の材質、接合される両部材と中間
緩衝打の接合面の粗さ、接合温度、時間、加圧力、雰囲
気などがあり、より接合強度の大きい接合体製品の提供
がされる。

然し乍ら、これらの諸因子を考１ａ　ス−ると、主に接
合体の接合強度の点に着眼するようになり、接合強度の
改善はあるが、実用接合強度を得るに必要な厚みの中間
４１衝材を介在させると、接合体自体の厚さが増大し、
実用接合体製品には適するものが得られず、実用上にお
いて、十分なものとはいえず、製品の設計の点で問題が
残っていた。

本発明で対象とするＳ４Ｃセラミックス部材においては
、上記諸接合強度因子を考慮しても、既存の中間緩衝材
では、十分な厚さをもってしても、残留熱応力を１分に
低減させることはでき４′、実用強度を得備い、このよ
うにＳｉＣセラミ／クスでは製品設計の点のみでなく、
実用的接合強度の点からも問題が残っていた。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、そこで、上記のような技術的課題を解決した
ＳｉＣセラミ７クス部材と金属部材との接合体を提供４
るもの′Ｃある。即ら、本発明は、より薄い中間緩衝材
により実用的な強度を確保４る、−とのできる接合体を
得るようにしたものである。

本発明は、中間緩衝材として比較的に薄い金属薄板を用
いたことにより、接合体を薄くでき、往つ、実用強度を
備えるＳｉＣセラミックス部材と金属部材との接合体を
提供することを目的にする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、上記の技術的な課題の解決のために、ＳｉＣ
ヒラミックス部材と金属部材との接合体において、Ｓｉ
Ｃセラミックス部材と金属部材との間に、０．２１〜ｔ
　、ＯＳの範囲の厚さの銀薄板を中間緩衝材として介在
させて、該セラミックス部材と中間緩衝材との間及び該
中間緩衝材と金属部材との間は、ロウ材により接合され
ていることを特徴と４゛る１Ｉｉｊ記セラミ７クス部材
と金属部材との接合体を提供する。この場合、接合材料
としては、該セラミックス部材と該中間緩衝材とを接合
する１１つ材に、金属チタンとｔＮ鋼合金を用いること
か好適である。

本発明による接合体によると、炭化珪素ヒラミックス部
材と金属部材との間に、中間緩衝材を介在浮せて接合し
た接合体において、中間緩衝材が０．２ｓ〜１．０ｍの
厚さである銀薄板とともに、炭化珪素セラミックス部材
、中間緩衝材、金属部材がロウ材により接合されたもの
である。

即ち、本発明による接合体では、炭化珪素セラミックス
部材と金属部材との間に、例えば、銀薄板を、厚さ、０
．２１〜１．０ＩＩｌｌで介在させて、接合するもので
あり、この浮きの銀中間緩衝材によって炭化珪素セラミ
・／クスと金属との間の大きな熱膨張係数の差を吸収し
、実用的接合強度を確保できるものである。この銀薄板
の厚さとしては、更に、０．３ｍ〜０．５ｆｆｌｌの範
囲がより好適である。

中間緩衝材として、銀薄板の厚さは、０．２１ｆｆｌｌ
以下では、大きな熱膨張係数の差は吸収できｒ、実用−
Ｌ、十分な接合強度が得られなく、中間！４７材厚さ１
　、　Ｏｆｆ１Ｍ以トでは、荷ｍが加わったときの接合
体の実用的強度は発現するものの、銀様の変形ｋｋが大
きくなり、接合体の変形もまた大きく現れ、実用的でな
くなる。

一般に、中間緩衝材は、軟質金属として、Ｃｕ、Ｎｉ及
びそれらを含有する合金などが、挙げられる。また、低
膨張性の金属としてタングステン（Ｗ）、モリブデン（
Ｍ　ｏ　）などが挙げられる。然し乍ら、本発明では、
銀薄板を中間緩衝材として用いることにより、この中間
緩衝材の材質が実用的接合強度を確保しつつ、接合体の
厚さを薄くする因ｒ−の１つであることに着目し、材質
として軟τｌ金属層になる銀を用い、かつ、銀層を厚き
０゜２〜１．０ＩＩＷ１１の範囲に４゛るときに、実用
的な強度を確保でさることを見出したものである。　本
発明は、中間緩衝材として、銀がＣｕ、Ｎｉなどの１伏
ｒ【金属に比べで、より展延性に富み、他の軟質金属に
比べ、より薄い厚さで実用強度を確保４゛る、−とを発
見し、その−１−に立って為されたものである。

また、本発明の接合体は、灰化珪素セラミックス部材と
中間緩衝材との間、中間緩衝材と金属部材との間が各々
ロウ材により接合されているものである。このロウ材は
、炭化珪素セラミックスと中間緩衝材との間では、金属
チタン（Ｔｉ　）が主に用いられ、他に、Ｚｒ％Ｎｂ％
Ｔａ、Ｂｅなどが用いられ、また、中間緩衝材と金属部
材との間では、銀と銅の合金であるＢＡｇ−８０つ材（
組成比：Ａｇ：Ｃｕ−７２：２Ｂ）が用いられる。

本発明による接合体は、炭化珪素セラミックスと中間緩
衝材とのロウ材にＴｉとＢＡｇ−８を用いることにより
良＆ｆな結果が得られる。

ＴｉにＢＡｇ−８を混合することにより、Ｔｉと炭化珪
素部材の間で生じる反応生成物と銀中間緩衝材との接合
界面を８Ａｇ−８が強固に接合すること、また、接合温
度が低減され残留熱応力が低減されることが、良好な結
果を与えるものと考えられる。

本発明の接合体は、セラミックス部材と金属部材とを接
合したものであり、例えば、金属製品に耐摩耗性、耐熱
性をシ・えるために用いられる。然し乍ら、本発明は、
更に、耐酸化性に優れたＡｇを中間緩衝材に用いたこと
により、対酸化性を必要とするような製品にも用いるこ
とができる。

次に本発明の接合方法を具体的に実施例により説明する
が、本発明はそれらによって限定されるものではない。

［実施例１］　接合体の作製 １５Ｘ１５Ｘ５■のφ法の炭化珪素セラミックス部材と
、３４５Ｃ鋼材（４０Ｘ１９Ｘ６１１１１）を次のよう
に接合した。中間緩衝材として、厚さを種々に変化さけ
たＡ、薄板（１０Ｘ１０Ｘｘ＋ｍ）を用い、該ヒシミッ
クス部材と中間４１！７材との間を次のように接合する
。即ち、セラミックス部材と銀の中間緩衝材との間を接
合するＵつ材として、ＴｉとＢＡｇ−８の混合粉を用い
、中間緩衝材と金属部材との間を接合する［１つ材とし
てＢＡｇ−８（１０ｘ１０Ｘ０．１＋１１１）を用いた
０炭化珪素セラミツクス部材と金属部材との接合は、真
空中で、温度１１３０Ｋ（８５７℃）ｘ時間１゜２キロ
秒（２０分間）の条件下で行なわれ、この接合体の構造
は、第１図に示すものである。即ち、接合体の構造は、
セラミックス部材１と金属部材２との間に中間緩衝材３
が介在し、かつ中間緩衝材３とセラミックス部材１及び
中間緩衝材３と金属部材２とが、各々ロウ材４ａ％４ｂ
によって接合されるものである。ロウ材４ａは、金属チ
タン粉末とＢＡｇ−８合金粉末の混合粉よりなるロウ材
であり、［１つ材４ｂは、接合ロウ材ＢＡｇ−８よりな
るものである。

尚、同条件で４個の試験片を作製した０次に、このよう
な構造の接合体試験片について実施例２に示すような強
度試験を行なった。

［実施例２］　強度試験 り記のように得られた接合体試験片について、室温剪断
強度（り１−１スヘッドスピードｏ、５１１１１．’分
間での）を求めた。中間緩衝材３の厚みを変化させた時
の結果を第２図の曲ｍＡで示す。

即ら、横軸に中間緩衝材銀薄板の厚さＥ−］をとり、縦
軸に得られた剪断強度［ＭＰａ］をとり、グラフにプ１
．１ツトしたものである。

［比較例］ 中間緩衝材がＣｕである接合体の室温剪断強度を実施例
２の結果と比較した。接合に用いたセラミックス部材と
金属部材及び【Ｊつ材及び接合条件は、実施例１と同じ
もので行なった。

このようにして得た（Ｍ　（Ｃｕ　）を中間緩衝材とし
て接合した接合体試験片の試験結果を第２図に中の曲線
Ｂで示した。

実施例２と比較例の結果を比較Ｖると、実施例２のＡｇ
中間緩ｉｉ材及び比較例のＣｕ中間緩衝材の厚さの増大
に伴い、実用強度が確保されるが、実用強度を得るとき
の中間緩衝材の厚さについては、両者の間で大きな差が
あることが分かる。

［発明の効果］ 本発明のセラミックス部材と金属部材との接合体は、 第１に、実用強度を確保しつつ、厚さの薄い接合体を提
供するこきができたこと、 第２に、従来できなかった薄さで実用強度を有すること
のできた、セラミックス部材を接合した金ｉ部材を、例
えば耐摩耗性部材、耐熱性部材として使用できる鋼鉄部
材製品を提供できることなどの顕著な技術的効果を得る
ことができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による５ｉＣｔ！ラミックス部材−金
属部材の間の接合構造を示す断面図である。 第２図は、本発明によるＡｇ中間緩衝材による接合体と
、比較のためににＣｕ中間緩衝材による接合体について
、中間緩衝材の厚さと接合強度との関係を示すグラフで
ある。 ［１′、髪部分の符号の説明］ １、、、、ヒシミソクス部材（炭化珪素）２、、、、金
属部材 ３、、、、中間ｌｆｉ衝材 衝打、、、ロウ材（ＴｉとＢＡｇ−８）４　ｂ、、、　
「Ｊつ材（ＢＡｇ−８）特許出願人　　住友セメント株
式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＳｉＣセラミックス部材と金属部材との接合体に
   おいて、 ＳｉＣセラミックス部材と金属部材との間に、０．２ｍ
   ｍ〜１．０ｍｍの範囲の厚さの銀薄板を中間緩衝材とし
   て介在させて、該セラミックス部材と中間緩衝材との間
   及び該中間緩衝材と金属部材との間は、ロウ材により接
   合されていることを特徴とする前記ＳｉＣセラミックス
   部材と金属部材との接合体。
2. （２）該ＳｉＣセラミックス部材と該中間緩衝材とを接
   合するロウ材は、金属チタンと銀銅合金のであることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の接合体。