JPH0254222B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、各種セラミツクスの構成に関するも
のである。近年、工業用セラミツクスの発展はめ
ざましく、エンジニアリングセラミツクス、フア
インセラミツクスなどの名称で市販され、金属材
料と異なる優れた特徴を生かして各種の工業分野
で使用されている。しかしながら、セラミツクス
は、上記の優れた特徴を有する反面、いくつかの
欠点をもつており、その一つに、構造部材として
重要である靭性が金属材料にくらべ極端に劣つて
いることがあげられる。

したがつて、構造物の強度部材として使用する
場合、上記の欠点による制約から、利用分野が限
られている現状にある。この現状を打開し、セラ
ミツクスの適用範囲を拡大する一つの方法とし
て、金属材料との併用が考えられる。すなわち、
金属材料とセラミツクスをはり合せて多重構造と
し、セラミツクスの欠点である靭性劣化を金属材
料で補う利用方法である。この場合、最も重要な
技術はセラミツクスと金属材料との接合技術であ
る。

一般に、セラミツクスは金属とその物性が大き
く異なるため、両者の接合は極めて難しく、比較
的小部材で、かつ接合強度をそれほど必要としな
い分野で実用されているにすぎない。したがつ
て、セラミツクスと金属材料との接合において、
容易で、かつ高い信頼性が得られる技術が開発で
きれば、セラミツクスの利用は、今後急速に拡大
されることは確実である。

本発明は、このような現状に鑑み、金属材料と
の接合が容易で、かつ高信頼性が得られる新しい
構成を有するセラミツクスを主体とした部材を提
供するものである。

すなわち、本発明は、組成の異なる２つ以上の
基材の内、少なくとも１つの基材はセラミツクス
で構成され、一方に金属との接合面に金属または
金属に似かよつたセラミツクスまたは網目状多孔
金属からなる材料を有することを特徴とするセラ
ミツクスを主体とした部材である。

さきにのべたように、セラミツクスと金属の接
合は、極めて難しい技術であるが、限られた分野
で接着剤による接合法やろう接法が実用されてい
る。しかし、いずれの方法も、接合強度をそれほ
ど必要としない部分へ適用されており、例えば、
振動やくり返し熱応力など動的負荷を受ける部分
への適用は、接合強度の飛躍的改善がなされない
かぎり難しいものと思われる。

ろう接法は、古くから実用されている接合技術
の１つであり、簡便な方法である。したがつて、
セラミツクスと金属材料とがろう接法によつて、
容易に、かつ高い強度と信頼性をもつ接合ができ
れば、セラミツクスの適用は、その優れた特性で
ある断熱、耐熱、耐摩耗性を要求される製品へ急
速に広がつていくものと期待される。

ろう接にかぎらず、セラミツクスを金属材料へ
容易にかつ確実に接合するための重要な方法の１
つは、セラミツクス部材の接合すべき面へ、金属
かあるいは金属と似かよつた物性をもつ材料を、
セラミツクスを焼成する時点で露出させることで
ある。この露出した金属あるいはそれに近い物性
の材料は、必ずしも接合面全面でなくても良い。

一方、この２つの材料の結合強度が問題になる
が、両者はセラミツクスの焼成時に結合されるた
め、２つの材料のいずれかに近い強度が得られ
る。また、セラミツクス部材成形時に両材料の境
界が複雑に交錯する構造にできるので、従来にな
い高い強度が得られる。このように、本発明に係
るセラミツクス部材は、金属との接合面に従来の
技術で容易に接合できる材料を配し、他の部分は
本来のセラミツクスの機能を備えたまつたく新し
い構成をもつ部材で、これによつて、従来極めて
難しかつたセラミツクスと金属との接合を容易
に、かつ確実に行うことが可能になつた。

以下に、本発明を具体的実施例により詳細にの
べる。

第１図は、本発明の第一実施例を示すもので、
セラミツクス（Si₃N₄、SiC、Al₂O₃、又はZrO₂）
１とろう接が容易なセラミツクスWC２とから構
成された部材である。この部材は、加圧成形前
に、まずセラミツクス２の粉末を置き、その上に
セラミツクス１の粉末をのせ、金型により加圧成
形されたのち、高温で焼成されたものである。

したがつて、セラミツクス１とセラミツクス２
との境界は、両者の加圧成形時に複雑に交錯した
構造となり、強い結合力を有する。

本部材は、２′が金属との接合面となり、１′が
目的とするセラミツクスの機能をもつ面となる。
本部材では、両者の熱膨張の差による熱応力の発
生にともなう割れが心配されが、Si₃N₄、又は
SiCのセラミツクス１とWCのセラミツクス２の
組合せでは、両者の熱膨脹係数の差は非常に小さ
いためその心配はほとんどない。

第２図は、本発明の第二実施例を示すもので、
セラミツクス（ZrO₂）３と網目状多孔金属４と
によつて構成される。ZrO₂のセラミツクス３は
断熱材として用いられており、熱膨脹係数は通常
のエンジニアリングセラミツクスでは最も大きく
金属のそれに近い。

この部材は、加圧成形前に、まず、網目状多孔
金属４を置き、その上にセラミツクス３の粉末を
のせ、金型により加圧成形されたのち、高温で焼
成されたものである。

セラミツクスの焼成温度は通常1600〜1800℃で
あるが、この場合は、網目状多孔体金属の溶融温
度（通常1450〜1500℃）以下で焼成することが必
要である。

一方、セラミツクスとしては、ジルコニア以外
に上記第一実施例で示したSi₃N₄、SiCなどがあ
るが、これらは熱膨脹係数が金属の約1/4〜1/5の
値なので、一体焼成後の両部材３，４の結合力が
上記のジルコニアと網目状多孔金属との組合せの
場合より低下する。Si₃N₄、SiCなどのように熱
膨脹係数が金属よりはるかに小さいセラミツクス
を用いる場合の網目状多孔金属としては、アンバ
ー（Ni−Fe合金）のように熱膨脹係数がNiの含
有量によつて任意にコントロールできる金属を用
いることもできる。

第２図において、４′は、網目状多孔金属４の
一部をなすもので、他の金属との接合面を形成す
る。この面４′は、上記金属４の多孔率が大きい
場合には、セラミツクス３の一部が露出する状況
を呈するが、上記接合面４′は必ずしも100％の金
属面で構成することはなく、必要な接合力が得ら
れる程度の金属面があればよい。したがつて、使
用目的に応じて上記金属４の多孔率を決めればよ
いことになる。３′は目的とするセラミツクスの
機能をもつた面である。

第３図は、本発明に係る部材同士の接合例を、
第４図は、本発明に係る部材と他の部材（金属）
との接合例を、それぞれ模式的に図示したもので
ある。第３図は、金属とのろう接が容易なセラミ
ツクス２と他のセラミツクス１とを一体焼成して
製造した本発明に係る部材同士をろう材５を用い
て接合した例を示したものであるが、いずれか一
方の部材を金属にして同様にろう接することもで
きる。

第４図は、セラミツクス３と網目状多孔金属４
とを一体焼成して製造された本発明の部材と金属
６をろう材５によつて接合した例を示したもので
ある。ろう材５は金属６と上記多孔金属４とを強
固に接合する。

以上のように、本発明に係る部材は、現状では
金属との接合が極めて難しいセラミツクスの接合
を容易にかつ確実に行わしめるためのセラミツク
スを主体とした部材である。すなわち、本発明
は、本来のセラミツクスの機能を損うことなく、
かつ、難接合材料であるセラミツクスの接合性を
改善したもので、本発明によつて、産業界に於け
るセラミツクスの利用を拡大しうるところに大き
な意義をもつものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例を示す断面図、第
２図は本発明の第二実施例を示す断面図、第３，
４図は本発明の接合例を示す模式的断面図であ
る。 １，２，３……セラミツクス、４……網目状多
孔金属、５……ろう材、６……金属。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 組成の異なる２つ以上の基材の内、少なくと
   も１つの基材はセラミツクスで構成され、一方に
   金属との接合面に金属または金属に似かよつたセ
   ラミツクスまたは網目状多孔金属からなる材料を
   有し、かつ上記セラミツクスの焼成過程で一体製
   造されることを特徴とする部材。