JPH01228697A

JPH01228697A - セラミツクス接合用ろう材及び接合方法

Info

Publication number: JPH01228697A
Application number: JP5149288A
Authority: JP
Inventors: Hideki Shinohara; 英毅篠原; Hisanobu Okamura; 久宣岡村; Hiroshi Akiyama; 浩秋山; Masahiko Sakamoto; 坂本　征彦; Rikuo Kamoshita; 鴨志田　陸男
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-03-07
Filing date: 1988-03-07
Publication date: 1989-09-12

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〕本発明はセラミックス接合用ろう材及び接合方法に係り
、特に、高温において使用されるセラミックスの接合に
好適な耐食性及び高温強度にすぐれたセラミックス接合
用ろう材及び接合方法に関する。

〔従来の技術〕

セラミックスは高温強度にすぐれ、密度が小さいことか
ら、自動車、航空機９発電設備等の耐熱構造材及び耐熱
部品へのセラミックスの適用が試みられている。しかし
セラミックスは脆性材料であるため、セラミックス単独
で部品等を作製することは困難である。そこで、セラミ
ックスと金属を接合して用い、セラミックスの脆性を金
属によって補うことが考えられる。セラミックスを耐熱
材料として用いるには、接合部も高温強度にすぐれ、か
つ、高温酸化にも耐えることが望まれる。

さらに、工業製品として量産するためには、できるだけ
簡便な方法である必要がある。

従来の接合方法には、Ｕ、Ｓ、Ｐ２７３９３７５号に記
載のように、Ｔｉ−Ａｇ−Ｃｕ合金等をセラミックスと
金属の間にはさみ、真空中で融点以上に加熱することに
より接合する方法がある。また、特開昭５８−３７５９
８号公報に記載のように、Ｃｕ　−Ｍ　ｎ合金を用いて
不活性雰囲気中で加熱する方法、特開昭６０−１０３０
８１号公報に記載のように、ＡＱ−Ｓｉ合金をセラミッ
クスと金属の間にはさみ、加圧・加熱して拡散接合する
方法がある。

この従来技術のうち、Ｔｉ−Ａｇ−Ｃｕを用いる方法で
は、接合部の強度が約４００℃以上で急激に低下し、ま
た、Ｔｉを含むため高温での耐酸化性にも問題があった
。また、Ｃｕ　−Ｍ　ｎ合金を用いる場合にも、高温強
度、高温での耐酸化性に問題があった。Ａｎ−Ｓｉ合金
を用いる場合は、ＡＱ系合金であるため高温強度に問題
があり、さらに、接合時に加圧を必要とするため、量産
性に課題が残っている。このように、従来技術では接合
部の高温強度、高温での耐酸化性に課題が残り、また、
量産にも適しているとはいえない。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は接合部の耐熱性、耐食性については考慮
がされておらず、実用上に限界があった。

本発明の目的は、接合部の強度が４００℃以上でも低下
せず、耐食性があり、かつ量産に適するように無加圧で
接合できるセラミックス接合用ろう材、及び、接合方法
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は従来から、耐熱性、耐食性に優れたＮｉ−Ｃｒ
合金にＰｄ及びＳｉを添加することにより、ろう材の融
点を下げ、セラミックスとの接合性が著しく向上するこ
とを発見して本発明に至ったものである。従って、本発
明におけるセラミックス接合用ろう材は、Ｎｉ−Ｃｒ合
金を主成分とし、Ｐｄを１０〜３０ｗｔ％及び製造上の
不可避不純物からなる合金である。より望ましくはＳｉ
を１〜１０　ｗ　ｔ％含み、ＮｉとＣｒの重量比（Ｎｉ
／Ｃｒの値）が０．６〜１．７であるろう材である。

すなわち、Ｎｉが３０〜５０　ｗ　ｔ％、Ｃｒが３０〜
５０　ｗ　ｔ％、Ｐｄが１０〜３０　ｗ　ｔ％。

Ｓｉが１〜３０ｗｔ％及び製造上の不可避不純物からな
る合金ろう材である。

ろう材を粉末または箔にし、セラミックスとセラミック
ス、または、金属の間にろう材をはさんで、真空中、不
活性ガス中などの非酸化性雰囲気内でろう材の融点以上
で加熱することにより、本発明の目的は達成される。セ
ラミックスは、酸化物系、非酸化物系のどちらにも適用
できる。さらに、セラミックスの接合面にＣ膜をスプレ
ー、蒸着等で形成しておくことにより、ろう材のぬれ性
は改善され、より良好な接合部が得られる。また。

加熱時、接合面に垂直な方向に加圧することにより、よ
り良好な接合部が得られる。ろう材の厚さは、１００μ
ｍ以下が好ましく、１０μｍ以上が最も好ましい。

ここで本発明におけるセラミックス接合用ろう材は融点
が１０００℃以上と高く、セラミックスと金属との熱膨
張率差のために接合時により高い熱応力が発生する。従
って、モリブデン、タングステン等の熱応力緩和材をセ
ラミックスと金属の間に挿入することにより、より良好
な接合体を得ることができる。

一方、ろう材を用いて、セラミックスの接合面を金属化
した後、他の部材と接合できる。

〔作用〕

従来からＮ　ｉ　−Ｃｒ合金は高温強度があり、高温で
の耐酸化性にもすぐれた合金として一般に知られている
。

第１図はＮｉ−Ｃｒ−Ｐｄ合金の等液相線図を示すが、
第１図に示すように、Ｎｉ−Ｃｒ合金にＰｄを添加する
ことにより、ろう材の融点を下げることができ、かつ、
ろう材の耐酸化性も失われないことを確認した。その上
、Ｐｄを添加することによりろう材の延性が増すため、
接合時に発生する熱応力の緩和にも役立つ。また、Ｓｉ
を添加することにより接合体の使用温度に応じてろう材
の融点を調整することができる。ここでＰｄが１０ｗｔ
％以下であると、第１図よりろう材の融点が１３００℃
以上と高く、接合時に発生する熱応力が高くなり好まし
くない。また、Ｓｉが１ｗｔ％以下であっても、ろう材
の融点を下げる効果は小さい。なお、ｐｂが多く含まれ
るとＰｄは高価であり、ろう材が高価になるため、Ｐｄ
は３０％以下が望ましい。すなわち、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｐｄ
の組成比が第１図の斜線の範囲であるのが望ましい。

しかし、第１図よりＰｄが７０ｗｔ％までは融点を同等
にすることができ、接合は可能である。また、Ｓｉが１
０ｗｔ％より多く含まれるとろう材が脆くなってしまい
、ろう材による熱応力の緩和が期待できなくなる。ろう
材の構成元素のうち、Ｎｉはセラミックス中のＳｉ等と
、Ｃｒはセラミックス中のＣ，Ｓｉ、Ｏ等と、Ｐｄはセ
ラミックス中のＡＱ等と、Ｓｉはセラミックス中のＯ，
Ｎ等と反応することによりセラミックスとろう材が接合
される。さらに、セラミックスの接合面にＣ膜を形成し
ておくと、Ｃの還元作用により、より強固な接合が得ら
れる。

ろう材は印刷が容易になるように粉末ペーストとするか
、接合部のろう材厚さを均一にするために箔にして使用
する。箔の場合、急冷凝固により作製したものは、より
良好なぬれ性を示す。

雰囲気はＴｉのように高温で容易に酸化される金属を含
んでいないが、金属を液体状態まで加熱するため、真空
中、不活性雰囲気中、還元雰囲気中で接合するのが好ま
しい。

さらに、接合時に発生する熱応力をできる限り低く抑え
るために、接合部の厚さは１００μｍ以下、１０μｍ以
上が最も好ましい。また、上記目的と、ろう材とセラミ
ックス、及び、ろう材と金属との密着性を向上させるた
めに加熱時な圧力を加えるとよい。

ここで、セラミックと金属の間にモリブデン。

タングステンなどの応力緩和材を挿入することにより接
合時に発生する熱応力を軽減でき、良好な接合体を得る
ことができる。

〔実施例〕

［実施例１］サイアロンセラミックスと炭素鋼の間に厚さ５０μｍの
３９ｗｔ％Ｎｉ−３３ｗｔ％Ｃｒ−２４ｗｔ％％Ｐｄ−
４ｗｔ％Ｓｉ合金の箔を挿入し、真空中（２Ｘ１０−’
τｏｒｒ）−１１８０〜１２００℃で、３〜５分間加熱
することによりサイアロンと炭素鋼の接合体が得られた
。

［実施例２］窒化硅素セラミックスの接合面にＣ膜をスプレー、蒸着
等で形成した後、窒化硅素セラミックスとＮｉ基超超合
金間に厚さ１００μｍの３９ｗｔ％Ｎｉ−３３ｗｔ％Ｃ
ｒ２４ｗｔ％Ｐｄ−４ｗｔ％Ｓｉ合金の箔を挿入し、真
空中（２Ｘ１０−’Ｔｏｒｒ、１１８０〜１２００℃で
、３〜５分間加熱することにより、窒化硅素セラミック
スとＮｉ基超超合金接合体が得られた。

［実施例３］炭素硅素セラミックスの接合面にＣｌｌをスプレー、蒸
着等で形成した後、炭化硅素セラミックスと炭素鋼の間
に粒径５０μｍ以下の３９ｗｔ％Ｎｉ−３３ｗｔ％Ｃｒ
Ｃｒ−２４ｗｔＰｄ−４％Ｓｉ合金の粉末を挿入し、接
合面に垂直方向に圧力を加えながら、Ａｒガス中、１１
８０〜１２００℃で３〜５分加熱することにより、炭化
硅素セラミックスと炭素鋼の接合体が得られた。

［実施例４］サイアロンセラミックスの接合面にＣ膜をスプレー、蒸
着等で形成した後、サイアロンセラミックスと厚さ１＋
＋ｎ＋のモリブデンの間、及び、モリブデンと炭素鋼の
間に３９Ｗし％Ｎｉ−３３ｗｔ％Ｃｒ　−２４ｗ　ｔ％
Ｐ　ｄ　−４ｗ　ｔ％Ｓｉ合金の箔を挿入シ、Ａｒガス
中、１１８０〜１２００’Ｃで、３〜５分間加熱するこ
とにより、モリブデンを熱応力緩和材に用いたサイアロ
ンセラミックスと炭素鋼の接合体が得られた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、４００℃以上でセラミックスの接合体
を安定して使用することができ、無加圧で接合できるた
め量産に適し、安価な製品を作ることができる。

【図面の簡単な説明】

図はＮｉ−Ｃｒ−Ｐｄ三元合金の等液相線図を示す。Ｎ
ｉ・・・ニッケル。ｗｔχＮｉ

Claims

【特許請求の範囲】１、Ｐｂが１０〜３０ｗｔ％，残部がＮｉとＣｒ並びに
不可避不純物からなることを特徴とするセラミックス接
合用ろう材。２、Ｐｂが１０〜３０ｗｔ％，Ｓｉが１〜１０ｗｔ％、
残部がＮｉとＣｒ並びに不可避不純物からなることを特
徴とするセラミックス接合用ろう材。３、Ｎｉが３０〜５０ｗｔ％，Ｃｒが３０〜５０ｗｔ％
，Ｐｄが１０〜３０ｗｔ％，Ｓｉが１〜１０ｗｔ％並び
に不可避不純物からなることを特徴とするセラミックス
接合用ろう材。４、特許請求の範囲第１項，第２項または第３項におい
て、前記ろう材を非酸化性雰囲気内で融点以上に加熱し
てセラミックス表面を金属化後他のろう材により他の部
材とろう付けすることを特徴とするセラミックスの接合
方法。５、特許請求の範囲第１項、第２項または第３項におい
て、前記ろう材を非酸化性雰囲気内で融点以上に加熱し
、セラミックス同士または金属と直接接合することを特
徴とするセラミックスの接合方法。６、特許請求の範囲第１項，第２項または第３項におい
て、予めセラミックス表面にカーボン膜を形成する工程
、前記カーボン膜が形成された前記セラミックスとの間
に前記ろう材を配置し、非酸化性雰囲気中で前記ろう材
の融点以上の加熱する工程からなることを特徴とするセ
ラミックスの接合方法。