JPH01282167A - 熱膨張率の異なる部材同士の接合体 - Google Patents
熱膨張率の異なる部材同士の接合体Info
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- JPH01282167A JPH01282167A JP11105688A JP11105688A JPH01282167A JP H01282167 A JPH01282167 A JP H01282167A JP 11105688 A JP11105688 A JP 11105688A JP 11105688 A JP11105688 A JP 11105688A JP H01282167 A JPH01282167 A JP H01282167A
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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〕
本発明は、熱膨張率の異なる部材同士の接合体に関し、
例えば加熱炉の内壁部材、航空機のエンジン部材、ガス
タービンの翼部材、ロケットや宇宙往還機の機体用部材
への適用が期待される０本発明は熱膨張率の小さい例え
ばセラミクス等の材料からなる部材と、これより熱膨張
率の大きい例えばＴｉ合金等からなる部材との接合に好
適であるので、以下セラミクスと金属との接合を例にと
って説明する。
例えば加熱炉の内壁部材、航空機のエンジン部材、ガス
タービンの翼部材、ロケットや宇宙往還機の機体用部材
への適用が期待される０本発明は熱膨張率の小さい例え
ばセラミクス等の材料からなる部材と、これより熱膨張
率の大きい例えばＴｉ合金等からなる部材との接合に好
適であるので、以下セラミクスと金属との接合を例にと
って説明する。
セラミクスは軽量で耐熱性が高く、化学的にも安定なた
め耐食性も高いが、靭性に乏しいため単一では用いず、
金属の使用できない高温部のみをセラミクスとし、それ
に続く低温部は金属を接合して用いることが考えられて
いる。従って、このような要請に応えるには、セラミク
スと金属との信顛性の高い接合技術が不可欠となる。
め耐食性も高いが、靭性に乏しいため単一では用いず、
金属の使用できない高温部のみをセラミクスとし、それ
に続く低温部は金属を接合して用いることが考えられて
いる。従って、このような要請に応えるには、セラミク
スと金属との信顛性の高い接合技術が不可欠となる。
ＳｉＣやＳｉ、＋Ｎ、等のセラミクスからなる部材と金
属製部材とを例えばＨＩＰにより高温で拡散接合する場
合は、このセラミクスの熱膨張係数が金属に比べて小さ
いため、冷却する過程でセラミクスが割れ易く、又は割
れないまでも該接合界面部分に大きな残留応力が発生し
易い。
属製部材とを例えばＨＩＰにより高温で拡散接合する場
合は、このセラミクスの熱膨張係数が金属に比べて小さ
いため、冷却する過程でセラミクスが割れ易く、又は割
れないまでも該接合界面部分に大きな残留応力が発生し
易い。
そこで従来、この接合部に生じる応力を軽減するために
、上記セラミクスと金属との中間の熱膨張係数を有する
、例えばＷ、Ｍｏ 、Ｃｕ 、Ａ４等の応力緩和材を介
在させて両部材を接合する方法が一般に採用されている
（例えば実開昭５９−１６０５３３号公報参照）。
、上記セラミクスと金属との中間の熱膨張係数を有する
、例えばＷ、Ｍｏ 、Ｃｕ 、Ａ４等の応力緩和材を介
在させて両部材を接合する方法が一般に採用されている
（例えば実開昭５９−１６０５３３号公報参照）。
上記従来方法は、応力緩和材の望性変形による応力緩和
や両部材間の熱膨張量差の調和を図るといった点に特徴
を有するが、これだけでは特に接合面積が大きくなる七
充分に対応できず、残留応力が大きくなり、接合部に割
れが生じ、充分な接合強度が得られない。
や両部材間の熱膨張量差の調和を図るといった点に特徴
を有するが、これだけでは特に接合面積が大きくなる七
充分に対応できず、残留応力が大きくなり、接合部に割
れが生じ、充分な接合強度が得られない。
本発明は上記従来の実情に鑑みてなされたもので、接合
面積が大きくなっても残留応力の発生を極力抑制でき、
充分な接合強度が得られる熱膨張率の異なる部材同士の
接合体を提供することを目的としている。
面積が大きくなっても残留応力の発生を極力抑制でき、
充分な接合強度が得られる熱膨張率の異なる部材同士の
接合体を提供することを目的としている。
本発明者等は、上記目的を達成するために、セラミクス
と金属との接合において、接合による残留応力が最大に
なる場合の条件について種々実験研究した。その結果、
上記応力が最大になるのは接合界面近傍のセラミクス表
面であり、特に該表面の周縁部には、セラミクスと金属
との材料特性（特に熱膨張率）の違いによる２次元的な
応力集中に加えて、該周縁部の形状効果による３次元的
な応力集中が重畳することを見出した。この知見に基づ
き、上記３次元的応力集中を抑制すれば高強度１高耐熱
性の接合体を実現できる点に想到して本発明を完成した
。
と金属との接合において、接合による残留応力が最大に
なる場合の条件について種々実験研究した。その結果、
上記応力が最大になるのは接合界面近傍のセラミクス表
面であり、特に該表面の周縁部には、セラミクスと金属
との材料特性（特に熱膨張率）の違いによる２次元的な
応力集中に加えて、該周縁部の形状効果による３次元的
な応力集中が重畳することを見出した。この知見に基づ
き、上記３次元的応力集中を抑制すれば高強度１高耐熱
性の接合体を実現できる点に想到して本発明を完成した
。
そこで本発明は、、熱膨張率の小さい第１部材と、これ
より熱膨張率の大きい第２部材とを高温で熔融させるこ
となく接合してなる接合体において、上記第１部材の接
合界面縁部を、接合界面方向に見て所定値以上の半径を
存する曲面状に形成したことを特徴としている。
より熱膨張率の大きい第２部材とを高温で熔融させるこ
となく接合してなる接合体において、上記第１部材の接
合界面縁部を、接合界面方向に見て所定値以上の半径を
存する曲面状に形成したことを特徴としている。
ここで本発明における熱膨張率の小さい第１部材には、
ＳｉＣ，５ｉｓＮａ等のセラミクス、超硬合金、サーメ
ット等が、熱膨張率の大きい第２部材には、金ｆｆ１（
Ｔｊ合金、Ｎ１基合金等）及びこれとＳｉＣ，５ｌｓＮ
ａ等のセラミクス繊維とを複合化した金Ｒ複合材料が含
まれる。
ＳｉＣ，５ｉｓＮａ等のセラミクス、超硬合金、サーメ
ット等が、熱膨張率の大きい第２部材には、金ｆｆ１（
Ｔｊ合金、Ｎ１基合金等）及びこれとＳｉＣ，５ｌｓＮ
ａ等のセラミクス繊維とを複合化した金Ｒ複合材料が含
まれる。
また、本発明が対象とする接合体は、高温雰囲気で母材
を溶融させることなく接合する方法、例えば拡散接合、
ロー付は等によって接合されたものであり、母材同士を
了−り熱等で溶融させて接合する、いわゆる溶接によっ
て接合されたものは含まない。
を溶融させることなく接合する方法、例えば拡散接合、
ロー付は等によって接合されたものであり、母材同士を
了−り熱等で溶融させて接合する、いわゆる溶接によっ
て接合されたものは含まない。
また、本発明における、縁部に形成すべき曲面の半径は
、余りに小さい場合は事実上加工困難となるとともに、
応力集中軽減効果も減少するので、現実的には１１以上
とするのが好ましい。
、余りに小さい場合は事実上加工困難となるとともに、
応力集中軽減効果も減少するので、現実的には１１以上
とするのが好ましい。
また、接合面積が大きい場合は、第１．第２部材の中間
的な熱膨張係数を存する材料、例えばＷ。
的な熱膨張係数を存する材料、例えばＷ。
Ｍｏ、ＷＣ等からなる応力緩和材を介在させることが高
強度接合を得るために有効である。
強度接合を得るために有効である。
本発明に係る接合体では、小熱膨張率部材の接合界面周
縁部を、所定値以上の半径Ｒを有する曲面状に形成した
ので、角部の有する形状効果による３次元的応力集中、
より具体的には小熱膨張率部材の接合界面縁部に生じる
引張応力を効果的に軽減でき、結果的に残留応力の発生
を抑制して接合強度を向上できる。
縁部を、所定値以上の半径Ｒを有する曲面状に形成した
ので、角部の有する形状効果による３次元的応力集中、
より具体的には小熱膨張率部材の接合界面縁部に生じる
引張応力を効果的に軽減でき、結果的に残留応力の発生
を抑制して接合強度を向上できる。
以下、本発明の実施例を図について詳細に説明する。
第１図ないし第６図は本発明の実施例による接合体を示
し、第１図ないし第３図は、小熱膨張率部材１と火熱膨
張率部材２とをインサート材（接合剤）３を介して接合
した例であり、また第４図ないし第６図は、上記両部材
１，２間に応力緩和材４を介在させ、該緩和材４と部材
１．２との間にインサート材３を配置した例である。
し、第１図ないし第３図は、小熱膨張率部材１と火熱膨
張率部材２とをインサート材（接合剤）３を介して接合
した例であり、また第４図ないし第６図は、上記両部材
１，２間に応力緩和材４を介在させ、該緩和材４と部材
１．２との間にインサート材３を配置した例である。
上記小熱膨張率部材１．大熱膨張部材２は、熱膨張率が
小、大の関係にあればその材質は何れでも良いが、小熱
膨張率部材１としては、ＳｉＣ，５ｉｓＮ４＋ Ａ １
１ ｔＯｓ＋ ＺｒＯ＊、へｊ＋Ｎ、ＭｇｚＯ等のセラ
ミクス、ＷＣ等の超硬合金、サーメット、グラファイト
が、また大熱膨張率部材２としては、ｔｌｉｌｌ、 Ｎ
ｉ基合金＋Ｔｉ、Ｔｉ合金複合材料等が適している。
小、大の関係にあればその材質は何れでも良いが、小熱
膨張率部材１としては、ＳｉＣ，５ｉｓＮ４＋ Ａ １
１ ｔＯｓ＋ ＺｒＯ＊、へｊ＋Ｎ、ＭｇｚＯ等のセラ
ミクス、ＷＣ等の超硬合金、サーメット、グラファイト
が、また大熱膨張率部材２としては、ｔｌｉｌｌ、 Ｎ
ｉ基合金＋Ｔｉ、Ｔｉ合金複合材料等が適している。
また、応力緩和材４としては、Ｗ＋ Ｍｏ等の、熱膨張
率が上記部材１．２の中間にある材料、又はＣｕ、Ａ１
等の軟質材料からなるものが採用できる。
率が上記部材１．２の中間にある材料、又はＣｕ、Ａ１
等の軟質材料からなるものが採用できる。
さらにまた、上記インサート材３としては、Ｔｉ 、
Ｎｉ 、 Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ−Ｔｉ系、 Ａｇ−Ｐｄ−
Ｔｉ系。
Ｎｉ 、 Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ−Ｔｉ系、 Ａｇ−Ｐｄ−
Ｔｉ系。
Ａｕ−Ｎｉ−Ｔｉ系、Ａｕ−Ｃｕ−Ｔｉ系のものが採用
できる。
できる。
これらの各部材の形状は、円柱、角柱の何れでもよく、
またその組み合わせも円柱同士、角柱同士２円柱と角柱
等何れでもよい、そしてこの小熱膨張率部材１の接合界
面の周縁部は、半径Ｒの円弧状に加工されている。
またその組み合わせも円柱同士、角柱同士２円柱と角柱
等何れでもよい、そしてこの小熱膨張率部材１の接合界
面の周縁部は、半径Ｒの円弧状に加工されている。
上記各接合体では、小熱膨張率部材１の接合界面側の周
縁部が円弧状に形成されているので、該部材１と大熱膨
張率部材２又は応力緩和材４との熱膨張率差に基づく引
張応力は、この円弧形状により効果的に軽減され、界面
端の剥離１割れの発生を防止できる。
縁部が円弧状に形成されているので、該部材１と大熱膨
張率部材２又は応力緩和材４との熱膨張率差に基づく引
張応力は、この円弧形状により効果的に軽減され、界面
端の剥離１割れの発生を防止できる。
以下、上記応力軽減効果を具体的実施例で説明する。
スＪｉｌＬ
第３図に示すように、小熱膨張率部材１としてΦ１２ｕ
Ｘ２０ｍ−高さの５ｉｚＮ４製丸棒を、火熱膨張率部材
２として３０１麿角×２０１ｓ高さの５ＵＳ４３０の角
棒を用い、両者間に１００ ｐｖｇのＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ
系のインサート材３を介在させ、真空中で、８３０℃×
１０分×加圧力２Ｑ ｋｇ ／ ｃｓ ”で接合した。
Ｘ２０ｍ−高さの５ｉｚＮ４製丸棒を、火熱膨張率部材
２として３０１麿角×２０１ｓ高さの５ＵＳ４３０の角
棒を用い、両者間に１００ ｐｖｇのＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ
系のインサート材３を介在させ、真空中で、８３０℃×
１０分×加圧力２Ｑ ｋｇ ／ ｃｓ ”で接合した。
この場合に、上記部材１の接合界面周縁部の半径Ｒを各
大きさに変化させ、割れの有無、４点曲げ強度を測定し
た。
大きさに変化させ、割れの有無、４点曲げ強度を測定し
た。
結果を示す第１表からも明らかなように、曲面加工を施
さなかった場合（Ｒ−０）は、セラミクス側（部材１）
に割れが発生し、接合強度は全く得られなかった。これ
に対して、半径０．５１以上のＲを設けた場合は、割れ
は発生せず、２０ｋｇ／ ｔ＊”で上の曲げ強度が得ら
れており、特にＲを１ｍ以上の場合は、高強度の接合が
実現できている。
さなかった場合（Ｒ−０）は、セラミクス側（部材１）
に割れが発生し、接合強度は全く得られなかった。これ
に対して、半径０．５１以上のＲを設けた場合は、割れ
は発生せず、２０ｋｇ／ ｔ＊”で上の曲げ強度が得ら
れており、特にＲを１ｍ以上の場合は、高強度の接合が
実現できている。
大旌班主
第５図に示すように、小熱膨張率部材１として４０１角
×２０龍厚さのＳｉＣ製角板を、火熱膨張率部材２とし
て４０ｍ角Ｘ２０ｍ厚さのＴｉ合金複合材料（Ｔｉ
６ Ａ ｌ −４ＶにＳｉＣ（ｃｕｄ）繊維を体積率４
０％混合したもの）製陶板を、応力緩和材４として４０
ｔ＊角×２鶴厚さのＭＯ製レシート用い、該応力緩和材
４と上記各部材１．２間に、５０μ信厚さのＣｕ−Ｔｉ
系インサート材３を介在させ、真空中で、１０５０℃×
１０分×加圧力５ｋｇ／ｉｓ”で接合した。
×２０龍厚さのＳｉＣ製角板を、火熱膨張率部材２とし
て４０ｍ角Ｘ２０ｍ厚さのＴｉ合金複合材料（Ｔｉ
６ Ａ ｌ −４ＶにＳｉＣ（ｃｕｄ）繊維を体積率４
０％混合したもの）製陶板を、応力緩和材４として４０
ｔ＊角×２鶴厚さのＭＯ製レシート用い、該応力緩和材
４と上記各部材１．２間に、５０μ信厚さのＣｕ−Ｔｉ
系インサート材３を介在させ、真空中で、１０５０℃×
１０分×加圧力５ｋｇ／ｉｓ”で接合した。
この場合に、上記部材１の接合界面周縁部の半径Ｒを各
大きさに変化させ、割れの有無を観察した。
大きさに変化させ、割れの有無を観察した。
結果を示す第２表からも明らかなように、曲面加工を施
さなかった場合は、セラミクス側（部材１）に割れが発
生したが、半径１ｆｉ以上のＲを設けた場合は、割れの
ない接合が可能であった。
さなかった場合は、セラミクス側（部材１）に割れが発
生したが、半径１ｆｉ以上のＲを設けた場合は、割れの
ない接合が可能であった。
叉施炭ユ
第５図に示すように、小熱膨張率部材１として６０鶴角
×１Ｏｆｉ厚さの超硬合金（Ｗ−５Ｃｏ ）製陶板を、
火熱膨張率部材２として６０龍角×４０１厚さの５Ｓ４
１製角板を、応力緩和材４として６０鶴角×０．５龍厚
さのＣｕ製シートを採用し、該応力緩和材４と上記各部
材１，２間に、１００μｍ厚さのＡｇ−ＣＵ系インサー
ト材３を介在させ、真空中で、８５０第１表 第２表 第３表 ℃×１０分で接合した。この場合に、上記部材１の接合
界面周縁部の半径Ｒを各大きさに変化させ、割れの有無
を観察した。
×１Ｏｆｉ厚さの超硬合金（Ｗ−５Ｃｏ ）製陶板を、
火熱膨張率部材２として６０龍角×４０１厚さの５Ｓ４
１製角板を、応力緩和材４として６０鶴角×０．５龍厚
さのＣｕ製シートを採用し、該応力緩和材４と上記各部
材１，２間に、１００μｍ厚さのＡｇ−ＣＵ系インサー
ト材３を介在させ、真空中で、８５０第１表 第２表 第３表 ℃×１０分で接合した。この場合に、上記部材１の接合
界面周縁部の半径Ｒを各大きさに変化させ、割れの有無
を観察した。
結果を示す第３表からも明らかなように、曲面加工を施
さない場合は、セラミクス側（部材工）に割れが発生し
たが、半径２１以上のＲを設けた場合は、割れのない接
合が可能であった。
さない場合は、セラミクス側（部材工）に割れが発生し
たが、半径２１以上のＲを設けた場合は、割れのない接
合が可能であった。
以上のように本発明に係る熱膨張率の異なる部材同士の
接合体によれば、小熱膨張率部材の接合界面周縁部を所
定半径以上の曲面状に形成したので、接合界面に発生す
る残留応力を抑制して接合強度の高い接合が実現でき、
ガスタービン用翼等のように耐熱、耐摩耗、耐食部材へ
の適用が可能となる効果がある。
接合体によれば、小熱膨張率部材の接合界面周縁部を所
定半径以上の曲面状に形成したので、接合界面に発生す
る残留応力を抑制して接合強度の高い接合が実現でき、
ガスタービン用翼等のように耐熱、耐摩耗、耐食部材へ
の適用が可能となる効果がある。
第１図ないし第６図は本発明の詳細な説明するための図
であり、第１図ｆａｔないし第６図ｆａｔはそれぞれそ
の平面図、第１図［ｂｌないし第６図中）はそれぞれそ
の側面図である。 図において、１は熱膨張率の小さい部材、２は熱膨張率
の大きい部材、Ｒは曲面状部分の半径である。 特許出願人 株式会社 神戸製鋼所 代理人 弁理士 下 市 努 準１図 第２図 第５図 第６図
であり、第１図ｆａｔないし第６図ｆａｔはそれぞれそ
の平面図、第１図［ｂｌないし第６図中）はそれぞれそ
の側面図である。 図において、１は熱膨張率の小さい部材、２は熱膨張率
の大きい部材、Ｒは曲面状部分の半径である。 特許出願人 株式会社 神戸製鋼所 代理人 弁理士 下 市 努 準１図 第２図 第５図 第６図
Claims (1)
- （１）熱膨張率の小さい第１部材と、これより熱膨張率
の大きい第２部材とを高温で溶融させることなく接合し
てなる接合体において、上記第１部材の接合界面縁部を
、接合界面方向に見て所定値以上の半径を有する曲面状
に形成したことを特徴とする熱膨張率の異なる部材同士
の接合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11105688A JPH01282167A (ja) | 1988-05-07 | 1988-05-07 | 熱膨張率の異なる部材同士の接合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11105688A JPH01282167A (ja) | 1988-05-07 | 1988-05-07 | 熱膨張率の異なる部材同士の接合体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01282167A true JPH01282167A (ja) | 1989-11-14 |
Family
ID=14551285
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11105688A Pending JPH01282167A (ja) | 1988-05-07 | 1988-05-07 | 熱膨張率の異なる部材同士の接合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01282167A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0923145A2 (en) | 1997-11-19 | 1999-06-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Joined structure of dissimilar metallic materials |
| JP2015086109A (ja) * | 2013-10-31 | 2015-05-07 | 京セラ株式会社 | セラミック体と金属体との接合体、およびセラミック体と金属体との接合体の製造方法 |
-
1988
- 1988-05-07 JP JP11105688A patent/JPH01282167A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0923145A2 (en) | 1997-11-19 | 1999-06-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Joined structure of dissimilar metallic materials |
| EP1962353A2 (en) | 1997-11-19 | 2008-08-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Joined structure of dissimilar metallic materials |
| JP2015086109A (ja) * | 2013-10-31 | 2015-05-07 | 京セラ株式会社 | セラミック体と金属体との接合体、およびセラミック体と金属体との接合体の製造方法 |
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