JPH02217370A - セラミックスと金属の接合材および接合方法 - 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】 Ｅ産業上の利用分野］ 本発明は、多孔質酸化物系セラミックスと金属とからな
る接合材およびその接合方法に関する。

［従来の技術］ 多孔質もしくは焼結温度の低いセラミックスは断熱効果
が大きく軽量であるなどの長所をもつ反面、ポーラスが
存在するために脆いという欠点がある。このため多孔質
セラミックス単独では使用上大きな制約を伴う。

そこで、多孔質セラミックスに金属を接合した複合材の
使用が考えられる。この複合材に使用される金属は、セ
ラミックスとの熱膨張差がなるべく小さくなるような材
料が選定される。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら周知の接合手段によってセラミックスと金
属とを接合した場合、セラミックスと金属の熱膨張差を
いくら小さくしても、接合後の温度変化に伴って、セラ
ミックス側の接合界面近傍に引張り等の残留応力が発生
する。このため、多孔質セラミックスではその材質自体
の脆さのために接合界面近傍にクラックを生じやすく、
健全な接合材を得ることが困難な場合が多い。

従つて本発明の目的は、脆くて破損しやすい多孔質酸化
物系セラミックスと金属とを接合するに当って、セラミ
ックス側の接合界面近傍のクラック発生を防止して健全
な接合材が得られるようにすることにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を果たすために開発された本発明の接合材は、
表層部が酸化被膜で覆われた金属材と、この金属材の上
記酸化被膜側の面に接合される多孔質の酸化物系セラミ
ックス材と、これらセラミックス材と金属材との間に介
在させられて一面側が上記酸化被膜に接着しかつ他面側
が上記セラミックス材のポーラスに一部を入り込ませた
状態で固化した接合ガラス層とを具備したものである。

上記接合材を得るためのプロセスは、ガラスフリフトを
溶剤に溶いた混合ペーストを上記金属材上に塗布し、更
に上記溶剤が乾燥しないうちに金属材とセラミックス材
とを重ね合せ、その後に上記溶剤を乾燥させるとともに
、ガラスの溶融温度まで加熱したのちに徐冷することに
より、硬化したガラス層を介して上記セラミックス材と
金属材とを接合することを特徴とする。

［作　用］ 本発明においてセラミックスと金属との接合に使われる
接合ガラス層は酸化物であるから、酸化物系セラミック
スとの濡れ性が良好であり安定した密着状態が得られる
。しかもこの接合ガラス層はその一部が多孔質セラミッ
クスのポーラス中に食込んだ状態で固化するから、セラ
ミックスに対して強固な結合状態が得られるとともに、
接合界面近傍におけるポーラスがガラスで埋まるためセ
ラミックスが補強される。

［実施例］ 以下に本発明の一実施例について、図面を参照して説明
する。

第１図は、酸化物系セラミックス材１の一例としての多
孔質ジルコニアと、金属材２の一例としてのチタンの接
合界面構造を示している。金属材２の接合側表層部はＡ
ｌ２Ｏ３等の酸化被膜３で覆われている。そしてセラミ
ックス材１と金属材２との間に、接合ガラス層４が介在
させられている。ガラス層４の一面側（図示下面側）は
金属材２の酸化被膜３に接着させられており、ガラス層
４の他面側（図示上面側）はセラミックス材１のポーラ
ス５に一部を入り込ませた状態で固化している。ガラス
層４の材料としては、熱膨張率がセラミックス材１と金
属材２の熱膨張率に近いものが選択される。金属材２は
、その熱膨張率がセラミックス材１の熱膨張率よりも僅
かに大きなものとする。例えば酸化物系ジルコニアから
なるセラミックス材１の熱膨張率が７ＸｌＯ−’、Ｔｉ
からなる金属材２の熱膨張率が８ＸｌＯ−６の場合、接
合ガラス層４は熱膨張率が８ＸｌＯ−’程度の材料を選
定する。このような熱膨張率とすることによって、接合
後にセラミックス材１に生じる残留応力の絶対値、を極
力小さくする。

上記接合界面構造を得るためのプロセスの一例を第２図
に示す。すなわちセラミックス材１と金属材２とを接合
するに当たって、接合ガラス層４の原料となるガラスフ
リットをテルピネオールのような熱分解形の溶剤に溶い
て混合ペーストを作る。この場合、バインダーを使用せ
ずに、上記溶剤のみを用いてガラスフリットを溶かすこ
とが肝要である。なぜなら、従来のガラスペーストのよ
うにバインダーが添加されている場合には、塗布後の乾
燥工程においてバインダーを充分に揮発させることが困
難な場合が多いからである。仮にバインダーの揮発が不
十分でバインダーの一部がガラス層４に残留すると、気
孔が発生する原因ともなる。従って上記混合ペーストは
溶剤のみで作るものとする。

一方、金属材２の表面に周知のゾルゲル法によって５ｔ
ｏ２もしくはＡ）２０３等の酸化被膜３を形成する。こ
うして金属材２を安定な酸化被膜３で覆うことにより、
接合材料であるガラス層４との濡れ性が更に向上し、両
者の密着性を高めることができる。

上記混合ペーストを金属材２上に塗布したのち、溶剤が
乾燥しないうちに金属材２上にセラミックス材１を重ね
合わせる。こうすることによって、セラミックス材１の
ポーラス５中に、毛細管現象によって溶剤が充分しみ込
むとともに、溶剤と一緒にガラスフリットがポーラス５
の内部に入り込む。

その後に行なわれる乾燥工程において、セラミックス材
１と金属材２を１５０℃ないし３５０℃に加熱すること
により、上記溶剤が分解させられる。

更にガラスフリットの溶融温度（例えば５８０℃）まで
加熱する。こうして、セラミックス材１の接合界面近傍
におけるポーラス５の内部に、溶融したガラスが充満す
る。その後に行なわれる徐冷工程において、１℃ないし
５℃／分の冷却速度で徐冷することによって、冷却時の
割れを抑制しつつ、ガラス層４を硬化させる。

以上の一連の工程を経て得られたセラミックス材１と金
属材２との接合部においては、酸化物であるガラス層４
と金属材２の酸化被膜３との結合がきわめて強固であり
、しかもセラミックス材１の接合界面近傍におけるポー
ラス５にガラス層４の一部が充満した状態で固化してい
るため、セラミックス材１自身の補強もなされる。この
ため接合後の温度変化等に伴う熱膨張差によって生じる
残留応力に対してセラミックス材１のクラック発生を防
止でき、充分な接合界面強度を発揮できる。

しかも接合ガラス層４はその材料を選択することにより
種々の熱膨張率のものを比較的容易に得ることができる
から、セラミックス材１と金属材２とに適合した熱膨張
率のものを選択できる。

〔発明の効果］ 本発明によれば、多孔質の酸化物系セラミックスを金属
に強固に固定できるとともに、セラミックスの脆さが克
服され、セラミックスの接合界面近傍を補強できる。こ
のため健全な接合部をもつセラミックスと金属との接合
材が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による接合材の接合界面構造
を模式的に示す断面図、第２図は第１図に示された接合
界面構造を得るためのプロセスを示す工程説明図である
。 １・・・セラミックス材、２・・・金属材、３・・・酸
化被膜、４・・・ガラス層、５・・・ポーラス。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）表層部が酸化被膜で覆われた金属材と、この金属
   材の上記酸化被膜側の面に接合される多孔質の酸化物系
   セラミックス材と、これらセラミックス材と金属材との
   間に介在させられて一面側が上記酸化被膜に接着しかつ
   他面側が上記セラミックス材のポーラスに一部を入り込
   ませた状態で固化した接合ガラス層とを具備したことを
   特徴とするセラミックスと金属の接合材。
2. （２）多孔質の酸化物系セラミックス材と金属材とを接
   合する場合に、ガラスフリットを溶剤に溶いた混合ペー
   ストを上記金属材上に塗布し、更に上記溶剤が乾燥しな
   いうちに金属材とセラミックス材とを重ね合せ、その後
   に上記溶剤を乾燥させるとともに、ガラスの溶融温度ま
   で加熱したのちに徐冷することにより、硬化したガラス
   層を介して上記セラミックス材と金属材とを接合するこ
   とを特徴とするセラミックスと金属の接合方法。