JPH03103369A - セラミックス・金属接合体の製造方法 - Google Patents
セラミックス・金属接合体の製造方法Info
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- JPH03103369A JPH03103369A JP23761689A JP23761689A JPH03103369A JP H03103369 A JPH03103369 A JP H03103369A JP 23761689 A JP23761689 A JP 23761689A JP 23761689 A JP23761689 A JP 23761689A JP H03103369 A JPH03103369 A JP H03103369A
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はセラξツクス・金属接合体の製造方法に間し、
特に、セラミックスと金属との健全かつ強固な接合体を
得るのに好適なセラξツクス・金属接合体の製造方法に
関する． 〔従来の技術〕 セラミックス材料は、耐熱性、耐食性において、金属材
料を遥かに凌ぐ特性を有しており、金属材料では使用が
制限されている環境での活用が可能である． しかし、一方、、セラξツクス材料は耐熱性、耐食性に
はすぐれているものの、跪さ、難加工性等の点で問題が
あり、その適用に限界があった． このようなセラミンクス材料の短所を解消するための手
段の１つとして、セラ社ツクス体と金属体とを接合して
複合材料として利用することが考えられる． このセラξツクス体と金属体との接合法の例としては、
（１）ろう付け法、（２）固相拡散法等が知られている
． （１）のろう付け法は、セラミックス体と金属体との間
に適性なろう材を位置して両者を接合する方法であり、
（２）の固相拡散法は、拡散によりセラミックス体と金
属体との間に第３相を生或させるか、または、その前段
階で拡散を止めてセラミックス体と金属体とを接合する
方法である． 〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、（１）の方法では、接合すべきセラ【ツ
クス体と金属体に応じて適性なろう材を選定することは
極めて困難である． また、（１）および（２）のいずれの方法の場合にも、
セラミックス体と金属体とを接合するに適性な温度と加
圧力を見出すことは相当に困難であり、さらに、かりに
、セラξツクス体と金属体との間に強固な接合部が完威
しても、セラミックス・金属接合体を高温で使用した際
、熱力学的に不安定な生威相がある場合や元素の濃度分
布が接合部で不均一であれば、時間とともに接合部の化
学ｍ＊が変化し、強固な接合部が脆弱化するおそれがあ
り、強固な接合が維持されないという問題点を有してい
た。
特に、セラミックスと金属との健全かつ強固な接合体を
得るのに好適なセラξツクス・金属接合体の製造方法に
関する． 〔従来の技術〕 セラミックス材料は、耐熱性、耐食性において、金属材
料を遥かに凌ぐ特性を有しており、金属材料では使用が
制限されている環境での活用が可能である． しかし、一方、、セラξツクス材料は耐熱性、耐食性に
はすぐれているものの、跪さ、難加工性等の点で問題が
あり、その適用に限界があった． このようなセラミンクス材料の短所を解消するための手
段の１つとして、セラ社ツクス体と金属体とを接合して
複合材料として利用することが考えられる． このセラξツクス体と金属体との接合法の例としては、
（１）ろう付け法、（２）固相拡散法等が知られている
． （１）のろう付け法は、セラミックス体と金属体との間
に適性なろう材を位置して両者を接合する方法であり、
（２）の固相拡散法は、拡散によりセラミックス体と金
属体との間に第３相を生或させるか、または、その前段
階で拡散を止めてセラミックス体と金属体とを接合する
方法である． 〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、（１）の方法では、接合すべきセラ【ツ
クス体と金属体に応じて適性なろう材を選定することは
極めて困難である． また、（１）および（２）のいずれの方法の場合にも、
セラミックス体と金属体とを接合するに適性な温度と加
圧力を見出すことは相当に困難であり、さらに、かりに
、セラξツクス体と金属体との間に強固な接合部が完威
しても、セラミックス・金属接合体を高温で使用した際
、熱力学的に不安定な生威相がある場合や元素の濃度分
布が接合部で不均一であれば、時間とともに接合部の化
学ｍ＊が変化し、強固な接合部が脆弱化するおそれがあ
り、強固な接合が維持されないという問題点を有してい
た。
本発明は前記のような従来のもののもつ問題点を解決し
たものであって、セラξツクスと金属との接合手段が容
易であり、かつ、高温雰囲気での使用に際してもセラξ
ツクスと金属との接合部が強固に接合できるセラξツク
ス・金属接合体の製造方法を提供することを目的として
いる． 〔課題を解決するための手段〕 上記の目的を達威するために本発明は、セラミックス体
と金属体とを接合するセラミックス・金属接合体の製造
方法であって、セラミックス体の金属体との接合面に、
セラミックス多孔層を形成し、このセラξツクス多孔層
の空孔部内に金属を溶浸して接合層を形成し、この接合
層を介して金属体と接合する手段を有して公り、前記セ
ラ主ツクス多孔層が、前記セラミックス体と同一のセラ
ミンクス材からなるとともに、前記セラミックス多孔層
の空孔部内に溶浸する金属が、前記金属体と同一の金属
材からなるものであることが好ましい． 〔作用〕 本発明は上記の手段を採用したことにより、セラミック
ス体は接合層のセラミックス多孔層部分と一体に形成さ
れて強固に結合しているとともに、金属体はセラミック
ス多孔層の空孔部内に溶浸する金属部分と結合すること
になり、セラミックス体と金属体とがそれぞれ網目状に
、互いに複雑に入り込んだ接合層を介して強固に接合さ
れることとなる． 〔実施例〕 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する． 第１図には本発明の方法で製造したセラξツクス・金属
の接合体を概略的に示す断面図である． すなわち、このセラξツクス・金属複合体は、セラミッ
クス体ｌの金属体２との接合面に、セξツクス多孔層・
を形成し、このセラミックス多孔層の空孔部内に金属を
溶浸して接合層３を形成し、この接合層３を介して前記
金属体２を接合したものである． 前記セラＱ ７クス体ｌは、たとえば、気孔率の小さい
緻密質からなり、サブミクロンのセラξツクス粉を充填
し、公知の方法で威形焼結することによって得られる． このセラξツクス体１としては、種々のものが使用でき
るが、その例として、たとえば、Ｃｒｓ Ｃ． 、Ｔｉ
Ｂ４ 、ＣｒＢ． Ｓｉ．ＮａＷＣ，ＴｉＣ等を挙げ
ることができる．前記セラξツクス体ｌに形成するセラ
ミックス多孔層は、セラミックス体１の威形焼結に用い
たものよりも粒径が大きいセラξツクス粉を用いる． たとえば、前記セラミックス体１部分を粒径の小さいサ
ブミクロンのセラくツクス粉を充填し、その上に粒径が
大きいセラミックス粉を充填して公知の或形焼結の手段
によってセラミックス体１の表面に前記セラミックス多
孔層を一体に形或することができる． 前記セラミックス多孔層を構戒するセラミックス粉は、
前記セラミックス体１を構戒するセラξツクス粉と結合
性がよいものであればいずれのセラミックス粉でもよい
が、好ましくは同一材質のセラミックス粉である． 前記セラミックス多孔層を形或する他の形或手段として
は、たとえば、予め或形焼結されたセラミックス体１の
面にセラ竃ツクス体１と同一のセラミックス材をプラズ
マ溶射等の方法で溶射してセラミックス多孔層に形或す
ることもできる． そして、上記のようにセラミックス体１の金属体２との
接合面を多孔層に形成するとともに、そのセラミックス
多孔層の空孔部内に金属を溶漫嶋て接合層３を形或する
． 前記空孔部内に金属を溶浸固化するには、金属を溶融し
た液状金属中にセラミックス多孔層を浸漬してもよいし
、セラミックス多孔層上に固体金属を載置し、その固体
金属の融点温度以上に加熱して前記セラ逅フクス多孔層
の空孔部内に金属を溶浸固化してもよい． 前記接合層３の空孔部内に溶漫する金属は、前記金属体
２を構或する金属材との結合性がよいものであればいず
れの金属材を用いたものでもよいが、好ましくは金属体
２と同一の金属材である． また、前記接合層３の空孔部内に金属を予め溶漫するの
でなく、前記セラミックス体１と金属体２とを接合する
際に、前記金属体２の一部を前記接合層３の空孔部内に
溶浸しながら接合を同時に行うこともできる． 前記空孔部内に溶浸する金属および金属体２用の金属材
料としては、例えば、Ｆｅ，Ｎ！，Ａｆ，Ｃｕ，Ｃｏ等
をあげることができ、前記したセラミックス多孔層との
濡れ性等を考慮して適宜選定することが可能である． 前記セラミックス体１と金属体２との゜特に望ましい組
合せは、例えば、Ｃｒ．Ｃ．とＦｅ，Ｃｒ．Ｃ．とＮｉ
，ＴｉＢ＊とＡｊ！、ＴｉＢｔとＮｉ，ＣｒＢｘとＣｕ
％ＣｒＢ＊とＦｅ，ＳｉｓＮｎ とＣｕ，ＷＣとＦｅ，
ＷＣとＣｏ，ＴｉＣとＦｅ，ＴｉｃとＮｌ等が挙げられ
る．セラミックス体１と金属体２とを接合するには、前
記セラミックス体ｌの接合層３に金属体２を接触して位
置し、非酸化性雰囲気、例えば、真空中またはアルゴン
ガス等の不活性ガス雰囲気中で、接合層３中および金属
体２の金属の融点よりも高い温度に加熱することにより
、前記接合層３を介してセラａツクス体ｌと金属体２と
を接合できる． 上記のようにして接合した本発明によるセラミックス・
金属接合体においては、セラミックス体１は接合層３の
セラミックス多孔層部分と一体で強固に結合されている
とともに、金属体２はセラミックス多孔層の空孔部内に
溶浸する金属部分と姑合することになり、セラミックス
体１と金属体２とがそれぞれ網目状に、互いに？雑に入
り込んだ接合層３を介して強固に接合されることとなる
． 次に具体的な実施例により本発明をさらに詳細に説明す
る． ｝１１Ｐ （熱間静水圧圧縮）による焼結法によって比
重６．７、１２００℃での曲げ強さ２０〜４５ｋｇ／■
富の特性を有するＣｒｉＣ＊セラミックス体ｌを威形し
た． 次いで、前記セラミックス体１の表面にＣｒｔＣ■粉末
を用いてプラズマ溶射を施し、厚さ１．２一の溶射層を
形成した． この溶射層は空孔率２５％を有するセラξツクス多孔層
であった． 次に、このセラミックス多孔層に金属体２であるＦｅ材
を載せ、その状態で、アルゴン雰囲気下、Ｆｅの融点（
１５３０゜Ｃ）よりも高い１５５０゜Ｃの温度で２０分
間加熱して、前記セラミックス多孔層の空孔部内にＦｅ
を溶漫すると同時に、そのＦｅである金属体２を前記セ
ラξツクス体１に接合し、セラミックス・金属接合体を
得た． 上記において、金属体２を所望の厚みにしたい場合には
、予め前記セラミックス多孔層の空孔部内に溶浸する金
属量を計算しておけば、金属体２の部分を適性にするこ
とができる．上記のセラξツクス・金属接合体の製造方
法においては、前記セラミックス体１およびその表面の
セラミックス多孔層を構戒するＣｒ，Ｃ．と金属体２を
構戒するＦｅとの濡れ性は極めて良く、前記セラミック
ス多孔層の空孔部内に金属体２のＦｅの一部が溶浸して
接合層３を形戒するとともに、セラξツクス多孔体の空
孔部内に溶浸された金属と金属体２との間が強固に結合
している． また、前記セラミックス体１とその表面に形戒されたセ
ラミックス多孔層との間の結合も予め一体に焼結されて
いて強固なので、セラミックス体１と金属体２とが接合
層３を介して強固に接合されたセラξツクス・金属接合
体が得られるものである． 〔発明の効果〕 本発明は上記のようにセラξツクス体の金属体との接合
面に、セラミックス多孔層を形成し、このセラミックス
多孔層の空孔部内に金属を溶浸して接合層を形成し、こ
の接合層を介して金属体と接合するので、セラミックス
体と金属体とを簡便な手段により接合できるとともに、
その接合部は、セラミックス体と金属体との間の微視的
な化学反応戒分による接合でなく、セラ１ツクス体と金
属体とがそれぞれ網目状に、互いに複雑に入り込んだ接
合層を介して強固に接合されており、高温雰囲気下等の
使用における化学ｍ威の変化等による接合部の詭化のお
それがないものとなるなどのすぐれた効果を有するもの
である．
たものであって、セラξツクスと金属との接合手段が容
易であり、かつ、高温雰囲気での使用に際してもセラξ
ツクスと金属との接合部が強固に接合できるセラξツク
ス・金属接合体の製造方法を提供することを目的として
いる． 〔課題を解決するための手段〕 上記の目的を達威するために本発明は、セラミックス体
と金属体とを接合するセラミックス・金属接合体の製造
方法であって、セラミックス体の金属体との接合面に、
セラミックス多孔層を形成し、このセラξツクス多孔層
の空孔部内に金属を溶浸して接合層を形成し、この接合
層を介して金属体と接合する手段を有して公り、前記セ
ラ主ツクス多孔層が、前記セラミックス体と同一のセラ
ミンクス材からなるとともに、前記セラミックス多孔層
の空孔部内に溶浸する金属が、前記金属体と同一の金属
材からなるものであることが好ましい． 〔作用〕 本発明は上記の手段を採用したことにより、セラミック
ス体は接合層のセラミックス多孔層部分と一体に形成さ
れて強固に結合しているとともに、金属体はセラミック
ス多孔層の空孔部内に溶浸する金属部分と結合すること
になり、セラミックス体と金属体とがそれぞれ網目状に
、互いに複雑に入り込んだ接合層を介して強固に接合さ
れることとなる． 〔実施例〕 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する． 第１図には本発明の方法で製造したセラξツクス・金属
の接合体を概略的に示す断面図である． すなわち、このセラξツクス・金属複合体は、セラミッ
クス体ｌの金属体２との接合面に、セξツクス多孔層・
を形成し、このセラミックス多孔層の空孔部内に金属を
溶浸して接合層３を形成し、この接合層３を介して前記
金属体２を接合したものである． 前記セラＱ ７クス体ｌは、たとえば、気孔率の小さい
緻密質からなり、サブミクロンのセラξツクス粉を充填
し、公知の方法で威形焼結することによって得られる． このセラξツクス体１としては、種々のものが使用でき
るが、その例として、たとえば、Ｃｒｓ Ｃ． 、Ｔｉ
Ｂ４ 、ＣｒＢ． Ｓｉ．ＮａＷＣ，ＴｉＣ等を挙げ
ることができる．前記セラξツクス体ｌに形成するセラ
ミックス多孔層は、セラミックス体１の威形焼結に用い
たものよりも粒径が大きいセラξツクス粉を用いる． たとえば、前記セラミックス体１部分を粒径の小さいサ
ブミクロンのセラくツクス粉を充填し、その上に粒径が
大きいセラミックス粉を充填して公知の或形焼結の手段
によってセラミックス体１の表面に前記セラミックス多
孔層を一体に形或することができる． 前記セラミックス多孔層を構戒するセラミックス粉は、
前記セラミックス体１を構戒するセラξツクス粉と結合
性がよいものであればいずれのセラミックス粉でもよい
が、好ましくは同一材質のセラミックス粉である． 前記セラミックス多孔層を形或する他の形或手段として
は、たとえば、予め或形焼結されたセラミックス体１の
面にセラ竃ツクス体１と同一のセラミックス材をプラズ
マ溶射等の方法で溶射してセラミックス多孔層に形或す
ることもできる． そして、上記のようにセラミックス体１の金属体２との
接合面を多孔層に形成するとともに、そのセラミックス
多孔層の空孔部内に金属を溶漫嶋て接合層３を形或する
． 前記空孔部内に金属を溶浸固化するには、金属を溶融し
た液状金属中にセラミックス多孔層を浸漬してもよいし
、セラミックス多孔層上に固体金属を載置し、その固体
金属の融点温度以上に加熱して前記セラ逅フクス多孔層
の空孔部内に金属を溶浸固化してもよい． 前記接合層３の空孔部内に溶漫する金属は、前記金属体
２を構或する金属材との結合性がよいものであればいず
れの金属材を用いたものでもよいが、好ましくは金属体
２と同一の金属材である． また、前記接合層３の空孔部内に金属を予め溶漫するの
でなく、前記セラミックス体１と金属体２とを接合する
際に、前記金属体２の一部を前記接合層３の空孔部内に
溶浸しながら接合を同時に行うこともできる． 前記空孔部内に溶浸する金属および金属体２用の金属材
料としては、例えば、Ｆｅ，Ｎ！，Ａｆ，Ｃｕ，Ｃｏ等
をあげることができ、前記したセラミックス多孔層との
濡れ性等を考慮して適宜選定することが可能である． 前記セラミックス体１と金属体２との゜特に望ましい組
合せは、例えば、Ｃｒ．Ｃ．とＦｅ，Ｃｒ．Ｃ．とＮｉ
，ＴｉＢ＊とＡｊ！、ＴｉＢｔとＮｉ，ＣｒＢｘとＣｕ
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ＷＣとＣｏ，ＴｉＣとＦｅ，ＴｉｃとＮｌ等が挙げられ
る．セラミックス体１と金属体２とを接合するには、前
記セラミックス体ｌの接合層３に金属体２を接触して位
置し、非酸化性雰囲気、例えば、真空中またはアルゴン
ガス等の不活性ガス雰囲気中で、接合層３中および金属
体２の金属の融点よりも高い温度に加熱することにより
、前記接合層３を介してセラａツクス体ｌと金属体２と
を接合できる． 上記のようにして接合した本発明によるセラミックス・
金属接合体においては、セラミックス体１は接合層３の
セラミックス多孔層部分と一体で強固に結合されている
とともに、金属体２はセラミックス多孔層の空孔部内に
溶浸する金属部分と姑合することになり、セラミックス
体１と金属体２とがそれぞれ網目状に、互いに？雑に入
り込んだ接合層３を介して強固に接合されることとなる
． 次に具体的な実施例により本発明をさらに詳細に説明す
る． ｝１１Ｐ （熱間静水圧圧縮）による焼結法によって比
重６．７、１２００℃での曲げ強さ２０〜４５ｋｇ／■
富の特性を有するＣｒｉＣ＊セラミックス体ｌを威形し
た． 次いで、前記セラミックス体１の表面にＣｒｔＣ■粉末
を用いてプラズマ溶射を施し、厚さ１．２一の溶射層を
形成した． この溶射層は空孔率２５％を有するセラξツクス多孔層
であった． 次に、このセラミックス多孔層に金属体２であるＦｅ材
を載せ、その状態で、アルゴン雰囲気下、Ｆｅの融点（
１５３０゜Ｃ）よりも高い１５５０゜Ｃの温度で２０分
間加熱して、前記セラミックス多孔層の空孔部内にＦｅ
を溶漫すると同時に、そのＦｅである金属体２を前記セ
ラξツクス体１に接合し、セラミックス・金属接合体を
得た． 上記において、金属体２を所望の厚みにしたい場合には
、予め前記セラミックス多孔層の空孔部内に溶浸する金
属量を計算しておけば、金属体２の部分を適性にするこ
とができる．上記のセラξツクス・金属接合体の製造方
法においては、前記セラミックス体１およびその表面の
セラミックス多孔層を構戒するＣｒ，Ｃ．と金属体２を
構戒するＦｅとの濡れ性は極めて良く、前記セラミック
ス多孔層の空孔部内に金属体２のＦｅの一部が溶浸して
接合層３を形戒するとともに、セラξツクス多孔体の空
孔部内に溶浸された金属と金属体２との間が強固に結合
している． また、前記セラミックス体１とその表面に形戒されたセ
ラミックス多孔層との間の結合も予め一体に焼結されて
いて強固なので、セラミックス体１と金属体２とが接合
層３を介して強固に接合されたセラξツクス・金属接合
体が得られるものである． 〔発明の効果〕 本発明は上記のようにセラξツクス体の金属体との接合
面に、セラミックス多孔層を形成し、このセラミックス
多孔層の空孔部内に金属を溶浸して接合層を形成し、こ
の接合層を介して金属体と接合するので、セラミックス
体と金属体とを簡便な手段により接合できるとともに、
その接合部は、セラミックス体と金属体との間の微視的
な化学反応戒分による接合でなく、セラ１ツクス体と金
属体とがそれぞれ網目状に、互いに複雑に入り込んだ接
合層を介して強固に接合されており、高温雰囲気下等の
使用における化学ｍ威の変化等による接合部の詭化のお
それがないものとなるなどのすぐれた効果を有するもの
である．
第１図は本発明の製造方法によって得られるセラミック
ス・金属接合体を概略的に示す断面図である． １・・・・・・セラミックス体 ２・・・・・・金属体 ３・・・・・・接合層 う 第１図
ス・金属接合体を概略的に示す断面図である． １・・・・・・セラミックス体 ２・・・・・・金属体 ３・・・・・・接合層 う 第１図
Claims (2)
- （１）セラミックス体と金属体とを接合するセラミック
ス・金属接合体の製造方法であって、セラミックス体の
金属体との接合面に、セラミックス多孔層を形成し、こ
のセラミックス多孔層の空孔部内に金属を溶浸して接合
層を形成し、この接合層を介して金属体と接合すること
を特徴とするセラミックス・金属接合体の製造方法。 - （２）前記セラミックス多孔層が、前記セラミックス体
と同一のセラミックス材からなるとともに、前記セラミ
ックス多孔層の空孔部内に溶浸する金属が、前記金属体
と同一の金属材からなる請求項１記載のセラミックス・
金属接合体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23761689A JPH03103369A (ja) | 1989-09-13 | 1989-09-13 | セラミックス・金属接合体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23761689A JPH03103369A (ja) | 1989-09-13 | 1989-09-13 | セラミックス・金属接合体の製造方法 |
Publications (1)
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| JPH03103369A true JPH03103369A (ja) | 1991-04-30 |
Family
ID=17017961
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP23761689A Pending JPH03103369A (ja) | 1989-09-13 | 1989-09-13 | セラミックス・金属接合体の製造方法 |
Country Status (1)
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| JP (1) | JPH03103369A (ja) |
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1989
- 1989-09-13 JP JP23761689A patent/JPH03103369A/ja active Pending
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