JPH029779A

JPH029779A - セラミックス金属複合体の製造方法

Info

Publication number: JPH029779A
Application number: JP15829988A
Authority: JP
Inventors: Yoichiro Yoneda; 陽一郎米田; Yoshitsune Kaname; 要　善恒
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1988-06-27
Filing date: 1988-06-27
Publication date: 1990-01-12

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、セラミックス部材と金属部材とを接合したセ
ラミックス金属複合体の製造方法に関し、更に詳述すれ
ば、加熱炉の内壁部材、航空機ｆ）エンジン部材及びロ
ケット又は宇宙往還機の機体用部材等に使用するのに好
適のセラミ・ソクス金属複合体を製造する方法に関する
。

［従来の技術］セラミックスは軽量で耐熱性が高く、また化学的に安定
であって耐食性も高いが、靭性に乏し６＞ため単独では
使用しにくい。このため、金属を使用できない高温部の
みをセラミックスとし、それに続く低温部には金属を配
置し、両者を接合した複合体として使用に供することが
試みられている。

而して、このようなセラミックと金属とを接合した複合
体を上述の用途に供し得るか否かは、両者を高信頼性で
接合できるか否かにかかつている。

従来、これらのセラミックスと金属とを高信頼度で接合
するために、Ｃｕ　−Ｔ　ｉのアモルファス金属のろう
材又はＣｕとＴｉとの混合粉末からなるろう材等が使用
されてきた。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上述のＣｕ−Ｔｉアモルファス金風のろ
う材を使用する場合は、広幅のアモルファスろう材の製
作が困難であるため、大型のセラミ・・Ｉクス部材と金
属部材とを接合することが難しい。また、アモルファス
ろう材が高価であるため、製造＝１ストが高くなるとい
う問題点がある６また、ＣｕとＴｉとの混合粉末からな
るろう材ではＣｕとＴｉとが均一・に混合しに＜＜、ま
たバインダを使用する必要があるため接合部に欠陥が発
生しやすいという難点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
接合面積が大きい場合でも、欠陥がなく高信頼性で接合
することができる健全な複合体を製造できるセラミック
ス金属複合体の製造方法を提１共することを目的とする
。

［課題を解決するための手段］本発明に係るセラミックス金属複合体の製造方法は、先
ず、セラミックス部材と金属部材との間に、Ｔｉ材、Ｃ
ｕ材及びＴｉ材をこの順序に積層したインサート材を介
装する。次いで、加熱して前記インサート材を全量溶融
させるか、又はＣｕ材の一部を残存させて他の部分を溶
融させることにより、固化後に前記セラミックス部材と
金属部材との間に、Ｔｉ３有呈が０，５乃至２０原子？
≦の領域を少なくとも一部に含むインサー１〜領域を形
成して前記セラミックス部材と金属部材とを接合する。

［作用コ本発明においては、セラミックス部材と金属部材との間
に介装するインサート材として、Ｔｉｌ、Ｃｕ材及びＴ
ｉ材の積層体を使用する。そして、加熱によりＴｉ材及
び少なくとも一部のＣｕ材を溶融させる。これにより、
その溶融領域が固化した後に、セラミックス部材と金属
部材との間に、Ｔｉ含有量が０．５乃至２０原子％の領
域をその全域に形成し、又はこの領域を前記残存したＣ
ｕ材の領域を挾む領域に形成して、前記セラミックス部
材と金属部材とを接合する。

これにより、被接合材が大型であっても容易に且つ低コ
ストで接合することができる。また、インサート材か一
旦溶融した領域はＣｕ及びＴｉが均一に混合されており
、更にバインダが不要であるから接合部の欠陥の発生が
回避される。

また、Ｃｕ材の両面にはＴｉ材が配設されており、この
Ｔｉ材はセラミックス部材及び＆属部材との間のぬれ性
が良好であるため、接合強度が高い更に、インサート材中のＣｕ材の一部を未溶解のまま残
存させれば、この残存Ｃｕ領域によりセラミ・ソクス部
材と金属部材との間の応力を緩和させることができる。

なお、接合される金属部材としては、金属及び合金をい
い、これらの金属又は合金とセラミックスとの複合材は
含まない。

［実施例］以下、本発明の実施例について添付の図面を参照して具
体的に説明する。

本実施例方法においては、先ず、第１図に示すように、
セラミックス部材１と金属部材２との間に、インサート
材３を介装する。このインサート材３は、Ｃｕ箔５の両
面に夫々Ｔｉ箔４及び′■゛１箔６を重ねた３層構造を
有している。

このように、Ｔｉ箔４、Ｃｕ箔５及びＴ”　ｉ箔６の積
層体からなるインサート材３を、セラミックス部材１と
金属部材２との間に介装した後、セラミックス部材１と
金属部材２との間に適度の締付力を印加し、これらの部
材を雰囲気調整可能の加熱炉に装入して真空中又は不活
性ガス雰囲気下におく、そして、炉内でこれらのセラミ
ックス部（・（１、インサート材３及び金属部材２を９
００乃至１１００℃の接合温度に加熱し、１乃至６０分
間保持してインサート材３の少なくとも一部を溶融させ
てセラミックス部材１と金属部材２とを接合する。なお
、この接合時間（１乃至６０分）は、第４図にインサー
ト材３を加熱したときの温度変化を示すように、室温が
ら加熱していって９００乃至ｉ、　１００℃の接合温度
に到達し７た時点からこの接合温度に保持すべき時間を
いう。

真空中又は不活性ガス雰囲気下で加熱するのはインサー
１〜材３及び金属部材２の酸化を防止するためである。

また、接合温度が９００乃至１１００℃であるのは、９
００°Ｃ未満ではインサート材が溶融しないためであり
、１１００℃を超える場合は脆弱な金属間化合物が大量
に発生するからである。いずれも上記温度範囲から外れ
ると健全な接合部を得ることができない虞がある。

接合時間が１乃至６０分であるのは、１分未満の場合は
ぬれ性が悪く、６０分を超える場合は脆羽な金属間化合
物が大量に発生するからである。

こめ場合も、健全な接合部を得にくい。

上述の如＜−インサート材３を加熱することにより、イ
ンサート材３が全て溶融した場合には、第２図に示すよ
うに各省４．５．６が混合した後凝固した溶融インサー
ト領域７が形成され、この溶融インサート領域７により
セラミックス部材１と金属部材２とが接合される。また
、Ｃｕ箔５の一部か未溶解で残存した場合には、第３図
に示すように、残存Ｃｕ領域９を間に挟んで溶融インサ
ート領域８，１０が形成される。そして、この残存Ｃｕ
領域９とセラミックス部材１又は金属部材２との間に存
在する溶融インサート領域８．１０により、セラミック
ス部材１、金属部Ｎ２及び残存Ｃｕ領域９が相互に接合
される。

・インサート材３の外面にＴｉ箔を配設したのは以下の
理由による。先ず、Ｔｉはセラミックスとの間のぬれ性
及び反応性が良好であるため、セラミックス部材１との
接触面にＴｉ箔４を配設することにより、セラミックス
部材１との間の接合強度を高めることができるからであ
る。また、Ｔｉは金属との間のぬれ性も良好であるため
、金属部材２との接触面にＴｉ箔６を配置することによ
りその接合強度を高めることができる。

このような効果を得るためには、インサート材３が加熱
溶融し、次いで固化した後に、セラミックス部材１又は
金属部材３との界面に形成される溶融インサート領域７
（第２図参照）又は溶融インサート領域８．１０（第３
図参照）におけるＴｉの含有量を０．５乃至２０原子％
にすることが好ましい。Ｔｉ含有量が０．５原子％未満
の場合は、ぬれ性の向上効果が得られず、逆にＴｉ含有
量が２０原子％を超える場合は、Ｔｉを含有する金属間
化合物が大量に発生し、健全な接合が困難になる虞れが
あるからである。

また、インサート材３等の加熱条件を選択することによ
り、第３図に示すように、Ｃ［１領域９を未溶解のまま
残存させることができる。これにより、接合領域におい
ては、Ｔｉ箔４，６の全領域とＣｕ箔５の一部領域とが
溶融して形成される溶融インサート領域８．１０の相互
間にＣＬｌ領域９が介在することになり、この展延性が
優れたＣｕ領域９によりセラミックス部材１と金属部材
２どの間の熱膨張差による残留応力を有効に緩和するこ
とができる。

インサート材３の各省４，５．６の厚さは、溶融インサ
ー）・領域７の厚さが１０乃至３００μｍになるように
設定することが好ましい。また、Ｃｕ領域９が残存する
場合には、その両面に形成される溶融インサート領域８
．１０の厚さが１０乃至３００μｍになるようにインサ
ート材３の各省４，５．６の厚さを設定することが好ま
しい。

溶融インサート領域７，８．１０の厚さが１０μｍ未満
の場合は、このインサート領域にて未溶着部が発生しや
すい。また、インサート領域は一般的に低強度であるな
め、溶融インサー１〜領域７８．１０の厚さが３００ｔ
ｔｍを超える場合は、この低強度インサート領域の占め
る領域が多くなり過ぎ、接合強度の低下が顕著になる。

このような理由で溶融インサート領域７，８．１０の厚
さが１０乃至３００μｍになるようにインサート材３の
各省４，５．６の厚さを設定することが好ましい。

また、第３図に示すように、Ｃｕ領域９が残存する場合
には、このＣｕ領域９の厚さが１００乃至２０００μｒ
ｎになるように、インサート材３のＣｕ箔５の厚さ及び
加熱条件等を選択することが好ましい。残存Ｃｕ領域９
の厚さが１００μｍ未溝の場合は応力緩和効果が少なく
、逆に２０００μｍを超える場合は、Ｃｕが低強度であ
ることに起因する接合強度の低下が問題になる。

なお、本発明は種々の品種のセラミックス部材及び金属
部材に適用することが可能であるが、特に、セラミック
ス部材１としては、例えばＳｉＣ又はＳｉ３Ｎ４等の品
種のものを接合するのに極めて有効である。また、金属
部材２としては、ステンレス鋼、Ｔｉ基合金又はＮｉ基
合金等があり、本発明はこれらの金属の接合に好適であ
る。

なお、本発明においては、金属部材２としてはセラミッ
クスど金属との複合材は含まない、Ｔｉ箔／Ｃｕ箔／Ｔ
ｉ箔からなるインサート材３を使用してセラミックス部
材１と、Ｈ２複合材とを接合しようとすると、複合材中
のセラミックスとマトリックスである金属との間でイン
サート材３中のＣ１１による金属間化合物が発生し、複
合材が劣化する。このため、金属又は合金とセラミック
スとの複合材は本発明の適用対象外である。

次に、本発明の実施例方法により、セラミックス金属複
合体を製造し、その接合部の特性を調べた結果について
説明する。

セラミックス部材１として、接合面が１辺１２ａｍの正
方形であるＳｉＣ製ブロックを使用し、金属部材２とし
て、接合面が１辺１２ｍｍの正方形であるＮｉ基合金の
ブロックを使用した。

そして、これらのセラミックス部材１と金属部材２との
間に、下記第１表に示すインサート材を介装し、同様に
この第１表に示す接合温度及び接合時間の条件でインサ
ート材を真空炉中で加熱してセラミックス部材１と金属
部材２とを接合した。

但し、インサート材欄中の（）内は各省の厚さ（μｍ）
を示す。また、この接合条件においては、インサート材
３は全て溶融し、溶融インサート領域７が形成された。

この溶融インサート領域７のＴｉ含有量を第１表に併せ
て示す。

この第１表から明らかなように、実施例１乃至５の場合
はＴｉ含有量が０．５乃至２０原子％の範囲内であるた
め、セラミックス部材１と金属部材２とは十分に接合さ
れており、この接合部の超音波探傷試験においても欠陥
が認められず、良好な接合部が得られた。

これに対し、比較例１乃至４の場合はＴｉ含有量が前述
の範囲を超えるため、また比較例５はＣＬｌ箔ではな（
Ｎｉ箔を使用しているため、いずれもセラミックス部材
１と金属部材２とは接合面で剥離が生じ、接合すること
ができなかった。

また、インサート材として、従来のようにＴｉ粉末とＣ
ｕ粉末とをＴｉ含有量が１２原子％になるように混合し
た混合粉末を使用した比較例６の場合には、接合はされ
るものの、バインダから発生したガスによりボイドが発
生し、超音波探傷の結果、多くの欠陥が認められて実用
には供し得なかった。

次に、Ｃｕ箔の一部を未溶解のまま残存させたセラミッ
クス金属複合体を製造した結果について説明する。セラ
ミックス部材１は接合面が１辺５０ｍ１１の正方形であ
るＳｉ３Ｎ４のブロックであり、金属部材２は同様の接
合面を有する５ＵＳ４３０ブロツクである。このセラミ
ックス部材１と金属部材２との間に下記第２表に示すイ
ンサート材を介在させ、同じく第２表に示す加熱条件で
真空炉中で加熱してセラミックス部材１と金属部材２と
を接合させた。この加熱条件ではＣｕ箔は一部未溶解の
まま残存した。溶融インサート領域８，１０におけるＴ
ｉ含有量は第２表に示す通りである。

第２表この第２表から明らかなように、Ｔｉ含有量が０．５乃
至２０原子％に適合する実施例６．７の場合は、いずれ
も良好に接合し、超音波探傷試験の結果も良好であった
。

一方、比較例７，８はＴｉ含有量が前述の範囲から外れ
るため、接合界面で剥離が生じ、接合することができな
かった。

また、比較例９はＴｉ箔の両面にＣｕ箔を配置した積層
体であるため、溶融領域がインサート領域の中央に出現
し、全く接合しなかった。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、セラミックス部
材と金属部材とを良好に接合することができ、健全な接
合部が得られる。また、インサート材は低廉であるため
低コストでセラミックス金属複合体を製造することがで
き、更にバインダを使用しないため接合部の欠陥発生が
回避される。

このように、本発明はセラミックス部材と金属部材とを
高信頼度で接合することができ、信頼性が高いセラミッ
クス金属複合体を提供することができるので、宇宙及び
航空分野等のように高温強度が必要とされる分野に対し
て、極めて有益な素材を供給することができるという優
れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の実施例方法を示す側面図、
第・・１図は接合条件を説明するためのグラフ図である
。１：セラミックス部材、２；金属部材、３；インサート
材、４，６；Ｔｉ箔、５：Ｃｕ箔、７゜８．１０；溶融
インサート領域、９；残存Ｃ１１領域出願ξ　株式会社神戸製鋼所

Claims

【特許請求の範囲】

（１）セラミックス部材と金属部材との間に、Ｔｉ材、
Ｃｕ材及びＴｉ材をこの順序に積層したインサート材を
介装した後、加熱して前記インサート材を全量溶融させ
、固化後にＴｉ含有量が０．５乃至２０原子％のインサ
ート領域を形成して前記セラミックス部材と金属部材と
を接合することを特徴するセラミックス金属複合体の製
造方法。
（２）セラミックス部材と金属部材との間に、Ｔｉ材、
Ｃｕ材及びＴｉ材をこの順序に積層したインサート材を
介装した後、加熱して前記インサート材のＴｉ材及び一
部のＣｕ材を溶融させ、固化後にＣｕ材の一部が残存し
た領域とＴｉ含有量が０．５乃至２０原子％の一旦溶融
した領域とからなるインサート領域を形成して前記セラ
ミックス部材と金属部材とを接合することを特徴とする
セラミックス金属複合体の製造方法。