JPH01224280A - セラミックス−金属接合体 - Google Patents
セラミックス−金属接合体Info
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- JPH01224280A JPH01224280A JP4973588A JP4973588A JPH01224280A JP H01224280 A JPH01224280 A JP H01224280A JP 4973588 A JP4973588 A JP 4973588A JP 4973588 A JP4973588 A JP 4973588A JP H01224280 A JPH01224280 A JP H01224280A
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明はセラミックスと金属とをろう材により接合した
セラミックス−金属接合体に関する。
セラミックス−金属接合体に関する。
（従来の技術）
窒素珪素、炭化珪素、アルミナ等の各種セラミックスは
、夫々が備えた特異な性質を生かすことにより構造部材
、各種機能部材として広く利用され始めている。その多
くの場合は、セラミックスそれ自体を単独で利用すると
いう態様である。しかし、こうしたセラミックスに金属
を接合すれば、得られた接合体は新たな機能を備えた部
材として一層広い分野での利用が可能となる。
、夫々が備えた特異な性質を生かすことにより構造部材
、各種機能部材として広く利用され始めている。その多
くの場合は、セラミックスそれ自体を単独で利用すると
いう態様である。しかし、こうしたセラミックスに金属
を接合すれば、得られた接合体は新たな機能を備えた部
材として一層広い分野での利用が可能となる。
上述のセラミックス−金属接合体が構造部品として用い
られる場合は、セラミックスと金属の接合強度が十分に
高いことが要求され、特に、セラミックスの最も優れた
特徴である高温域までの優れた機械的特性を生かすには
、高温域までの高い接合強度が要求される。しかしなが
ら、セラミックスと金属とを直接接合すると、接合後の
冷却過程において、セラミックスにクラックが発生した
り、あるいは、クラックが発生しなくとも熱疲労に対し
て非常に弱く、または、接合強度が著しく低いという問
題がある。これは、セラミックスと金属との線熱膨張係
数の違いにより発生する熱応力に基づく現象である。こ
れは、セラミックスがアルミナ、窒素珪素の場合、夫々
の線熱膨張係数は８．８ Ｘ １０−’／”Ｃ１２，５
Ｘ １０−”／”Ｃであり、接合される金属であるＣｕ
、 Ｎｉ、 Ｆｅ等に比較してその値は小さく、両者の
接合部に発生する熱応力は大きくなる。
られる場合は、セラミックスと金属の接合強度が十分に
高いことが要求され、特に、セラミックスの最も優れた
特徴である高温域までの優れた機械的特性を生かすには
、高温域までの高い接合強度が要求される。しかしなが
ら、セラミックスと金属とを直接接合すると、接合後の
冷却過程において、セラミックスにクラックが発生した
り、あるいは、クラックが発生しなくとも熱疲労に対し
て非常に弱く、または、接合強度が著しく低いという問
題がある。これは、セラミックスと金属との線熱膨張係
数の違いにより発生する熱応力に基づく現象である。こ
れは、セラミックスがアルミナ、窒素珪素の場合、夫々
の線熱膨張係数は８．８ Ｘ １０−’／”Ｃ１２，５
Ｘ １０−”／”Ｃであり、接合される金属であるＣｕ
、 Ｎｉ、 Ｆｅ等に比較してその値は小さく、両者の
接合部に発生する熱応力は大きくなる。
この問題点を解決するために、特殊な接合方法（特開昭
５６−１６３０９３号）や活性金属を含むろう材をセラ
ミックスと金属との両者に拡散させて接合した接合部材
が開発されている。しかしながら、これらの方法は複雑
な工程や長時間の熱処理が不可欠であるため、生産性等
の問題点があり、しかも、セラミックスと金属との間の
熱応力の緩和には必ずしも有効ではない。
５６−１６３０９３号）や活性金属を含むろう材をセラ
ミックスと金属との両者に拡散させて接合した接合部材
が開発されている。しかしながら、これらの方法は複雑
な工程や長時間の熱処理が不可欠であるため、生産性等
の問題点があり、しかも、セラミックスと金属との間の
熱応力の緩和には必ずしも有効ではない。
この熱応力を緩和する方法として、セラミックスと金属
との間に軟質金属層からなる応力緩衝層を介在させ、そ
の塑性変形および弾性変形によって熱応力を緩和する方
法（特開昭５６−４１８７９号）、セラミックスと金属
との間に線膨張率が両者の中間の値を有する材料の層を
介在させる方法（特開昭５５−１１３６７８号）、セラ
ミックスから金属にかけて線膨張率が順次変化する複数
の層を積層して介在させる方法等が提案されている。し
かしながら、金属と、この金属およびセラミックスの間
の応力緩衝層との接合は金属とろう材との相互作用が複
雑となり接合に至らない場合があり、上述の問題点を解
決できない。例えば、金属および応力緩衝層として鉄基
、ニッケル基、コバルト基、銅基の各合金を用い、ろう
材としてＴｉおよびＺｒ等の活性金属を含有するろう材
を用いた場合、セラミックスと応力緩衝層との接合は十
分な強度が得られるものの、応力緩衝層と金属との接合
はろう材中の活性金属のために十分な強度が得られない
場合がある。
との間に軟質金属層からなる応力緩衝層を介在させ、そ
の塑性変形および弾性変形によって熱応力を緩和する方
法（特開昭５６−４１８７９号）、セラミックスと金属
との間に線膨張率が両者の中間の値を有する材料の層を
介在させる方法（特開昭５５−１１３６７８号）、セラ
ミックスから金属にかけて線膨張率が順次変化する複数
の層を積層して介在させる方法等が提案されている。し
かしながら、金属と、この金属およびセラミックスの間
の応力緩衝層との接合は金属とろう材との相互作用が複
雑となり接合に至らない場合があり、上述の問題点を解
決できない。例えば、金属および応力緩衝層として鉄基
、ニッケル基、コバルト基、銅基の各合金を用い、ろう
材としてＴｉおよびＺｒ等の活性金属を含有するろう材
を用いた場合、セラミックスと応力緩衝層との接合は十
分な強度が得られるものの、応力緩衝層と金属との接合
はろう材中の活性金属のために十分な強度が得られない
場合がある。
（発明が解決しようとする１ｌｌｌり
前述した様に、従来のセラミックス−金属接合体は十分
な接合強度、特に、高温での十分な接合強度が得られな
かった。
な接合強度、特に、高温での十分な接合強度が得られな
かった。
本発明の目的は応力緩衝層と金属体との接合が十分な強
度、特に、高温において十分な接合強度を有するセラミ
ックス−金属接合体を提供することにある。
度、特に、高温において十分な接合強度を有するセラミ
ックス−金属接合体を提供することにある。
（課題を解決するための手段および作用）本発明は、セ
ラミックス体と金属体とを応力緩衝層を介してろう材に
より接合したセラミックス−金属接合体において、応力
緩衝層が鉄基合金、ニッケル基合金、コバルト基合金、
または銅基合金のいずれかからなると共に、この応力緩
衝層とセラミックス体とは活性金属を含む第１のろう材
により接合され、この応力緩衝層と金属体とは活性金属
を含まない第２のろう材により接合されていることを特
徴とするセラミックス−金属接合体である。
ラミックス体と金属体とを応力緩衝層を介してろう材に
より接合したセラミックス−金属接合体において、応力
緩衝層が鉄基合金、ニッケル基合金、コバルト基合金、
または銅基合金のいずれかからなると共に、この応力緩
衝層とセラミックス体とは活性金属を含む第１のろう材
により接合され、この応力緩衝層と金属体とは活性金属
を含まない第２のろう材により接合されていることを特
徴とするセラミックス−金属接合体である。
本発明において、セラミックス体としては、Ａｌ！ｓＯ
，、ＺｒＯ，等の酸化物系セラミックスやＳｉ３ＮいＡ
ＩＮ等の窒化物系セラミックスやＳｉＣ％ＴｉＣ等の炭
化物系セラミックスからなるものが用いることができる
。特に、Ｓｉ、Ｎ、およびＳｉＣ等は高温強度が大きく
好ましい。
，、ＺｒＯ，等の酸化物系セラミックスやＳｉ３ＮいＡ
ＩＮ等の窒化物系セラミックスやＳｉＣ％ＴｉＣ等の炭
化物系セラミックスからなるものが用いることができる
。特に、Ｓｉ、Ｎ、およびＳｉＣ等は高温強度が大きく
好ましい。
本発明において、応力緩衝層としては、鉄基合金、ニッ
ケル基合金、コバルト基合金、または銅基合金を用いる
ことができる。これらの合金の純度は９８重量％以上の
ものであれば良い、応力緩衝層としてのこれらの合金は
溶解材の他、焼結体や粒子分散強化型合金でも良い、焼
結体や粒子分散強化型合金の場合、その真密度が９０％
以上のものであれば良い、また、応力緩衝層として粒子
分散合金や繊維強化合金等の複合材料を用いる場合、９
０体積％以上のものであれば良い、これらの合金は高温
で十分な強度を有し、高温での接合強度の向上が計れる
。この応力緩衝層の厚みはＱ、：３ａｍ以上が望ましい
、この厚みが０．３１■未満の場合、セラミックスと金
属との間に生じる熱応力を有効に吸収することが難しく
なり、十分な接合強度を保てなくなるのみならず、セラ
ミックス体にクラックが生じるおそれがある。
ケル基合金、コバルト基合金、または銅基合金を用いる
ことができる。これらの合金の純度は９８重量％以上の
ものであれば良い、応力緩衝層としてのこれらの合金は
溶解材の他、焼結体や粒子分散強化型合金でも良い、焼
結体や粒子分散強化型合金の場合、その真密度が９０％
以上のものであれば良い、また、応力緩衝層として粒子
分散合金や繊維強化合金等の複合材料を用いる場合、９
０体積％以上のものであれば良い、これらの合金は高温
で十分な強度を有し、高温での接合強度の向上が計れる
。この応力緩衝層の厚みはＱ、：３ａｍ以上が望ましい
、この厚みが０．３１■未満の場合、セラミックスと金
属との間に生じる熱応力を有効に吸収することが難しく
なり、十分な接合強度を保てなくなるのみならず、セラ
ミックス体にクラックが生じるおそれがある。
本発明においては、セラミックス体と応力緩衝層とをＴ
ｉ、Ｚｒ等の活性金属を含むろう材を用いて接合するこ
とにより、ろう材中の活性金属が主にセラミックス体側
に凝集し、セラミックスが夫々、窒化物ならば、ＴｉＮ
、 ＺｒＮ等、炭化物ならばＴｉＣ１ＺｒＣ等、酸化物
ならばＴｉｅ、、ＺｒＯ□等となり、 この間の接合強
度が増加する。さらに、応力緩衝層と金属体との間を活
性金属を含まないろう材により接合することにより、ろ
う材中の活性金属と金属体もしくは応力緩衝層とが反応
して金属間化合物を形成することによる接合強度の低下
がなく、これらの接合は十分な接合強度を有する。ここ
で、活性金属を含むろう材とは、Ｔｉ、 Ｚｒｔ Ｖ、
Ｔａ等の周期律表でＩＶＡ族、ＶＡ族の元素を１重量
％以上含有する合金ろう材であり、活性金属を含まない
ろう材とは、上記活性金属を含まず、不純物が１重量％
未満の合金ろう材である。
ｉ、Ｚｒ等の活性金属を含むろう材を用いて接合するこ
とにより、ろう材中の活性金属が主にセラミックス体側
に凝集し、セラミックスが夫々、窒化物ならば、ＴｉＮ
、 ＺｒＮ等、炭化物ならばＴｉＣ１ＺｒＣ等、酸化物
ならばＴｉｅ、、ＺｒＯ□等となり、 この間の接合強
度が増加する。さらに、応力緩衝層と金属体との間を活
性金属を含まないろう材により接合することにより、ろ
う材中の活性金属と金属体もしくは応力緩衝層とが反応
して金属間化合物を形成することによる接合強度の低下
がなく、これらの接合は十分な接合強度を有する。ここ
で、活性金属を含むろう材とは、Ｔｉ、 Ｚｒｔ Ｖ、
Ｔａ等の周期律表でＩＶＡ族、ＶＡ族の元素を１重量
％以上含有する合金ろう材であり、活性金属を含まない
ろう材とは、上記活性金属を含まず、不純物が１重量％
未満の合金ろう材である。
（実 施 例）
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
０図面は本発明の実施例を示すセラミックス−金属接合
体の拡大断面図である。この接合体は直径１３ｍ１．厚
さ５ｍｍの円板状の窒素珪素からなるセラミックス体ω
と直径１３鳳■、厚さ５醜哩の円板状のニッケル基合金
であるハステロイＸからなる金属体■とを有する。この
セラミックス体■と金属体■との間には直径１３ｍａ＋
、厚さ０．８＋ａｍの応力緩衝層０が設けられ、この応
力緩衝層■とセラミックス体のとは活性金属を含むろう
材（イ）により、また、この応力緩衝層■と金属体■と
は活性金属を含まないろう材■により、夫々接合されて
いる。
０図面は本発明の実施例を示すセラミックス−金属接合
体の拡大断面図である。この接合体は直径１３ｍ１．厚
さ５ｍｍの円板状の窒素珪素からなるセラミックス体ω
と直径１３鳳■、厚さ５醜哩の円板状のニッケル基合金
であるハステロイＸからなる金属体■とを有する。この
セラミックス体■と金属体■との間には直径１３ｍａ＋
、厚さ０．８＋ａｍの応力緩衝層０が設けられ、この応
力緩衝層■とセラミックス体のとは活性金属を含むろう
材（イ）により、また、この応力緩衝層■と金属体■と
は活性金属を含まないろう材■により、夫々接合されて
いる。
この接合体は、以下の如く、製造される。上記寸法を有
するセラミックス体■、金属体■、および応力緩衝層■
を形成するための金属板を用意する０次いで、セラミッ
クス体■と金属体■との間に金属板を配置し、セラミッ
クス体■と金属体との間に活性金属を含むろう材（イ）
を、また、金属板と金属体■との間には活性金属を含ま
ないろう材■を、夫々挟んで重ねた後、１ ｋｇ／ａＪ
の圧力を加えなから５ Ｘ １０−’Ｔｏｒｒのアルゴ
ン雰囲気中で、温度９５０℃で６分間保持した。引続き
、アルゴンガス中で冷却して窒化珪素−ハステロイＸ接
合体を得た。
するセラミックス体■、金属体■、および応力緩衝層■
を形成するための金属板を用意する０次いで、セラミッ
クス体■と金属体■との間に金属板を配置し、セラミッ
クス体■と金属体との間に活性金属を含むろう材（イ）
を、また、金属板と金属体■との間には活性金属を含ま
ないろう材■を、夫々挟んで重ねた後、１ ｋｇ／ａＪ
の圧力を加えなから５ Ｘ １０−’Ｔｏｒｒのアルゴ
ン雰囲気中で、温度９５０℃で６分間保持した。引続き
、アルゴンガス中で冷却して窒化珪素−ハステロイＸ接
合体を得た。
表に応力緩衝層の材質、各ろう材の材質を変えた接合体
の高温剪断強度の測定結果を示した。この高温剪断強度
の測定は接合体の接合面に６００℃で剪断荷重を加える
ことにより行った０表には実施例の他に比較例について
も併せて記載した。
の高温剪断強度の測定結果を示した。この高温剪断強度
の測定は接合体の接合面に６００℃で剪断荷重を加える
ことにより行った０表には実施例の他に比較例について
も併せて記載した。
（以下余白）
この表によれば、本発明による実施例１〜４の接合体は
、６００℃におけるその剪断強度は全て９．５ｋｇ／ｍ
ｍ”以上であり、十分な接合強度を有する。これに対し
て、応力衝撃層と金属体を活性金属を含むろう材により
接合した比較例１〜４の接合体は、６００℃におけるそ
の剪断強度は１−５ｋｇ／ａｍ”以下と低い値であって
、しかも、全て応力緩衝層と金属体であるへステロイＸ
との間のろう材の部分で破断していた。
、６００℃におけるその剪断強度は全て９．５ｋｇ／ｍ
ｍ”以上であり、十分な接合強度を有する。これに対し
て、応力衝撃層と金属体を活性金属を含むろう材により
接合した比較例１〜４の接合体は、６００℃におけるそ
の剪断強度は１−５ｋｇ／ａｍ”以下と低い値であって
、しかも、全て応力緩衝層と金属体であるへステロイＸ
との間のろう材の部分で破断していた。
以上の様に、本発明によれば、応力緩衝層と金属体との
接合が十分な強度、特に、高温において十分な接合強度
を有するセラミックス−金属接合体を提供することがで
きる。
接合が十分な強度、特に、高温において十分な接合強度
を有するセラミックス−金属接合体を提供することがで
きる。
図面は本発明に基づくセラミックス−金属接合体の拡大
断面図である。 １・・・セラミックス体 ２・・・金属体３・・・応
力緩衝層 ４・・・活性金属を含むろう材 ５・・・活性金属を含まないろう材
断面図である。 １・・・セラミックス体 ２・・・金属体３・・・応
力緩衝層 ４・・・活性金属を含むろう材 ５・・・活性金属を含まないろう材
Claims (3)
- （１）セラミックス体と金属体とを応力緩衝層を介して
ろう材により接合したセラミックス−金属接合体におい
て、応力緩衝層が鉄基合金、ニッケル基合金、コバルト
基合金、または銅基合金のいずれかからなると共に、こ
の応力緩衝層とセラミックス体とは活性金属を含む第１
のろう材により接合され、この応力緩衝層と金属体とは
活性金属を含まない第２のろう材により接合されている
ことを特徴とするセラミックス−金属接合体。 - （２）セラミックス体が窒化珪素および炭化珪素からな
り、第１のろう材がチタンおよびジルコニウムを含有す
ることを特徴とする請求項１記載のセラミックス−金属
接合体。 - （３）応力緩衝層が多孔質の粒子分散合金からなること
を特徴とする請求項１記載のセラミックス−金属接合体
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4973588A JPH01224280A (ja) | 1988-03-04 | 1988-03-04 | セラミックス−金属接合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4973588A JPH01224280A (ja) | 1988-03-04 | 1988-03-04 | セラミックス−金属接合体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01224280A true JPH01224280A (ja) | 1989-09-07 |
Family
ID=12839447
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4973588A Pending JPH01224280A (ja) | 1988-03-04 | 1988-03-04 | セラミックス−金属接合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01224280A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06131934A (ja) * | 1992-10-15 | 1994-05-13 | Nippon Cement Co Ltd | 絶縁碍子 |
| JP2012521951A (ja) * | 2009-03-31 | 2012-09-20 | アルストム テクノロジー リミテッド | Ｎｉをベースとするろうからなる少なくとも１つの第１の層と活性な元素を含む少なくとも１つの第２の層とを備える複ろう部材、該複ろう部材を製造する方法及び該複ろう部材の使用 |
| CN106112310A (zh) * | 2016-07-27 | 2016-11-16 | 江苏科技大学 | 一种用于ZrB2‑SiC超高温陶瓷钎焊的钎料及采用该钎料进行钎焊的工艺 |
| CN114211073A (zh) * | 2022-02-23 | 2022-03-22 | 中机智能装备创新研究院(宁波)有限公司 | 一种硬质合金和钢的焊材及焊接方法 |
-
1988
- 1988-03-04 JP JP4973588A patent/JPH01224280A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06131934A (ja) * | 1992-10-15 | 1994-05-13 | Nippon Cement Co Ltd | 絶縁碍子 |
| JP2012521951A (ja) * | 2009-03-31 | 2012-09-20 | アルストム テクノロジー リミテッド | Ｎｉをベースとするろうからなる少なくとも１つの第１の層と活性な元素を含む少なくとも１つの第２の層とを備える複ろう部材、該複ろう部材を製造する方法及び該複ろう部材の使用 |
| CN106112310A (zh) * | 2016-07-27 | 2016-11-16 | 江苏科技大学 | 一种用于ZrB2‑SiC超高温陶瓷钎焊的钎料及采用该钎料进行钎焊的工艺 |
| CN114211073A (zh) * | 2022-02-23 | 2022-03-22 | 中机智能装备创新研究院(宁波)有限公司 | 一种硬质合金和钢的焊材及焊接方法 |
| CN114211073B (zh) * | 2022-02-23 | 2022-06-03 | 中机智能装备创新研究院(宁波)有限公司 | 一种硬质合金和钢的焊材及焊接方法 |
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