JPH0317793B2 - - Google Patents
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- JPH0317793B2 JPH0317793B2 JP58182095A JP18209583A JPH0317793B2 JP H0317793 B2 JPH0317793 B2 JP H0317793B2 JP 58182095 A JP58182095 A JP 58182095A JP 18209583 A JP18209583 A JP 18209583A JP H0317793 B2 JPH0317793 B2 JP H0317793B2
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は、接合強度の大きい新規なセラミツク
ス−金属接合体に関する。 （従来の技術とその課題） 従来より、アルミナ等のセラミツクス部材に金
属部材を接合する方法としては、一般にセラミツ
クス部材表面にモリブデンペーストを焼付けてメ
タライズ処理を施した後、ニツケルめつきを行な
つて金属部材をろう付けして接合する方法がとら
れている。 この際、一般的には金属部材として、Al2O3と
熱膨張係数のほぼ等しいコバール等が用いられ
る。 しかるに金属部材として、例えば構造材に用い
る鋼材のような熱膨張係数の大きな金属部材を用
いた場合には、両者の熱膨張差により生じる応力
のためセラミツク側に亀裂を生じたり、接合強度
よりも低い負荷状態においてセラミツクが金属側
に剥取られるという現象が起こる。 最近、高温構造材料、耐摩耐食材料として注目
されているSi3N4，SiC等の非酸化物系セラミツ
クスの場合、熱膨張係数はAl2O3よりもかなり小
さく（Al2O3；６〜９×10-6℃-1，Si3N4；2.5〜
４×10-6℃-1，SiC；４〜５×10-6℃-1）、これら
非酸化物系セラミツクスと鋼材等を接合した場合
には、上記のような現象が更に甚しくなり実用で
きる接合は極めて難しかつた。 本発明は、かかる従来の難点を解消すべくなさ
れたもので、セラミツクス部材と金属部材との接
合界面に延性の大きい金属板を介在させることに
より、接合時に生ずる熱応力や急激なシートシヨ
ツクによつても亀裂や破壊を起こすことのないセ
ラミツクス−金属接合体を提供しようとするもの
である。 ［発明の構成］ （課題を解決するための手段） すなわち本発明のセラミツクス−金属接合体
は、セラミツクス部材と金属部材とを、加熱接合
時におおよそ塑性変形が可能な実質的に亜鉛40％
以下含み残部が銅である黄銅材を介して、それぞ
れの接合面間を硬ろうによつて一体に加熱接合し
てなることを特徴としている。 本発明の対象となるセラミツクス部材として
は、アルミナ、マグネシア等の酸化物系のセラミ
ツクス部材のほか、特に窒化ケイ素、炭化ケイ
素、サイアロン等の非酸化物系セラミツクス部材
に効果的であり、常圧焼結、ホツトプレス等によ
り焼成された緻密質のものに特に適用される。 また、本発明に使用し得る延性の大きい金属と
しては、特に銅合金が適している。 なかでも黄銅は安価であり、かつ第１図に示す
ように亜鉛の含量が40％重量％までの範囲で延性
を示す伸びの改善が得られるので、本発明に適し
ている。 また延性は、伸びおよび絞りによつて示され、
黄銅のように伸びが優れたものの他に、特に絞り
が優れたものも好適である。 本発明に使用する延性の大きい金属板の厚さと
しては、使用する材質や接合面積によつて多少異
なるものではあるが、0.2〜0.5mmとすることによ
つて、所期の効果が得られる。さらに好ましい範
囲としては、0.2〜0.4mmである。この範囲は、延
性金属が接合時に塑性変形することによる応力緩
和効果、および熱膨張係数差によりセラミツクス
側に発生する引張り応力効果等の総合的条件によ
り定まるものと考えられ、本発明者等の実験にお
いては、上記厚さの範囲で優れた効果が得られる
ことが確認されている。すなわち、延性の大きい
金属板の厚さがあまり薄いと、加熱接合時の延性
金属の塑性変形量が熱応力を緩和するのに不十分
となり、またあまり厚いと、加熱接合時に弾性域
や塑性変形の不十分な領域の残存量が多くなり、
これらの領域によりセラミツクス部材側に残留応
力が作用してしまう。 さらに、この延性金属の厚さは、接合面積や使
用する延性金属の材質によつてそれぞれ最適値が
存在しており、その値は適宜実験的に求め、その
厚さの延性金属を使用することにより最大強度が
得られる。これは、延性金属の厚さにより、この
延性金属の塑性変形量が異なるためである。 本発明のセラミツクス−金属接合体は、接合す
べきセラミツクス部材の面を常法によりメタライ
ズ処理してニツケル電界めつきを施す一方、上記
延性の大きい金属板の両面にもニツケル電界めつ
きを施し、これらを弱還元性雰囲気の中で約700
℃前後で熱処理し、銀ろう、銅ろう、ニツケルろ
う等の硬ろうを介して重ね合せ、硬ろうの融点以
上の温度で一体にろう接することにより得られ
る。また、活性金属ろうを用いたろう接法も有効
である。 （作用） 本発明のセラミツクス−金属接合体において
は、加熱接合時に発生する熱膨脹差に起因する熱
応力を、セラミツクス部材と金属部材間に介在さ
れた所定の厚さの延性の大きい金属板がおおよそ
塑性変形することによつて緩和している。これに
より優れた接合強度が得られるとともに、残留応
力が減少されることによつて、急激なヒートシヨ
ツクが加わつた際等においても、セラミツクス部
材側に極度の応力が加わることが抑制でき、また
低い負荷状態においてセラミツクス部材の接合界
面近傍への亀裂や破壊が防止される。 （実施例） 次に、本発明の実施例について説明する。 実施例 １ 延性の大きい金属板として黄銅板（銅70重量
％、亜鉛20重量％）を使用し、第１表の厚さの黄
銅板にニツケル電解めつき施し、700℃の弱還元
性雰囲気中で15分熱処理した後、第２図に示すよ
うに、常圧焼結した窒化ケイ素からなるセラミツ
クス焼結体１のニツケルめつき層２の上に銀ろう
３を介して黄銅板４を載せ、さらに銀ろう３を介
して黄銅板４と同様のニツケルめつきおよび熱処
理を施した純鉄チツプ５を載せて、820℃で10分
間加熱してろう接した後、約10℃／分の冷却速度
で放冷した。 また、比較のため緩衝材として黄銅板を用いな
いものについても同様に処理し接合した。 このようにして接合されたセラミツクス−金属
接合体のせん断強度は、第１表の通りであつた。
黄銅板の厚さとせん断強度との関係を第３表に示
す。
ス−金属接合体に関する。 （従来の技術とその課題） 従来より、アルミナ等のセラミツクス部材に金
属部材を接合する方法としては、一般にセラミツ
クス部材表面にモリブデンペーストを焼付けてメ
タライズ処理を施した後、ニツケルめつきを行な
つて金属部材をろう付けして接合する方法がとら
れている。 この際、一般的には金属部材として、Al2O3と
熱膨張係数のほぼ等しいコバール等が用いられ
る。 しかるに金属部材として、例えば構造材に用い
る鋼材のような熱膨張係数の大きな金属部材を用
いた場合には、両者の熱膨張差により生じる応力
のためセラミツク側に亀裂を生じたり、接合強度
よりも低い負荷状態においてセラミツクが金属側
に剥取られるという現象が起こる。 最近、高温構造材料、耐摩耐食材料として注目
されているSi3N4，SiC等の非酸化物系セラミツ
クスの場合、熱膨張係数はAl2O3よりもかなり小
さく（Al2O3；６〜９×10-6℃-1，Si3N4；2.5〜
４×10-6℃-1，SiC；４〜５×10-6℃-1）、これら
非酸化物系セラミツクスと鋼材等を接合した場合
には、上記のような現象が更に甚しくなり実用で
きる接合は極めて難しかつた。 本発明は、かかる従来の難点を解消すべくなさ
れたもので、セラミツクス部材と金属部材との接
合界面に延性の大きい金属板を介在させることに
より、接合時に生ずる熱応力や急激なシートシヨ
ツクによつても亀裂や破壊を起こすことのないセ
ラミツクス−金属接合体を提供しようとするもの
である。 ［発明の構成］ （課題を解決するための手段） すなわち本発明のセラミツクス−金属接合体
は、セラミツクス部材と金属部材とを、加熱接合
時におおよそ塑性変形が可能な実質的に亜鉛40％
以下含み残部が銅である黄銅材を介して、それぞ
れの接合面間を硬ろうによつて一体に加熱接合し
てなることを特徴としている。 本発明の対象となるセラミツクス部材として
は、アルミナ、マグネシア等の酸化物系のセラミ
ツクス部材のほか、特に窒化ケイ素、炭化ケイ
素、サイアロン等の非酸化物系セラミツクス部材
に効果的であり、常圧焼結、ホツトプレス等によ
り焼成された緻密質のものに特に適用される。 また、本発明に使用し得る延性の大きい金属と
しては、特に銅合金が適している。 なかでも黄銅は安価であり、かつ第１図に示す
ように亜鉛の含量が40％重量％までの範囲で延性
を示す伸びの改善が得られるので、本発明に適し
ている。 また延性は、伸びおよび絞りによつて示され、
黄銅のように伸びが優れたものの他に、特に絞り
が優れたものも好適である。 本発明に使用する延性の大きい金属板の厚さと
しては、使用する材質や接合面積によつて多少異
なるものではあるが、0.2〜0.5mmとすることによ
つて、所期の効果が得られる。さらに好ましい範
囲としては、0.2〜0.4mmである。この範囲は、延
性金属が接合時に塑性変形することによる応力緩
和効果、および熱膨張係数差によりセラミツクス
側に発生する引張り応力効果等の総合的条件によ
り定まるものと考えられ、本発明者等の実験にお
いては、上記厚さの範囲で優れた効果が得られる
ことが確認されている。すなわち、延性の大きい
金属板の厚さがあまり薄いと、加熱接合時の延性
金属の塑性変形量が熱応力を緩和するのに不十分
となり、またあまり厚いと、加熱接合時に弾性域
や塑性変形の不十分な領域の残存量が多くなり、
これらの領域によりセラミツクス部材側に残留応
力が作用してしまう。 さらに、この延性金属の厚さは、接合面積や使
用する延性金属の材質によつてそれぞれ最適値が
存在しており、その値は適宜実験的に求め、その
厚さの延性金属を使用することにより最大強度が
得られる。これは、延性金属の厚さにより、この
延性金属の塑性変形量が異なるためである。 本発明のセラミツクス−金属接合体は、接合す
べきセラミツクス部材の面を常法によりメタライ
ズ処理してニツケル電界めつきを施す一方、上記
延性の大きい金属板の両面にもニツケル電界めつ
きを施し、これらを弱還元性雰囲気の中で約700
℃前後で熱処理し、銀ろう、銅ろう、ニツケルろ
う等の硬ろうを介して重ね合せ、硬ろうの融点以
上の温度で一体にろう接することにより得られ
る。また、活性金属ろうを用いたろう接法も有効
である。 （作用） 本発明のセラミツクス−金属接合体において
は、加熱接合時に発生する熱膨脹差に起因する熱
応力を、セラミツクス部材と金属部材間に介在さ
れた所定の厚さの延性の大きい金属板がおおよそ
塑性変形することによつて緩和している。これに
より優れた接合強度が得られるとともに、残留応
力が減少されることによつて、急激なヒートシヨ
ツクが加わつた際等においても、セラミツクス部
材側に極度の応力が加わることが抑制でき、また
低い負荷状態においてセラミツクス部材の接合界
面近傍への亀裂や破壊が防止される。 （実施例） 次に、本発明の実施例について説明する。 実施例 １ 延性の大きい金属板として黄銅板（銅70重量
％、亜鉛20重量％）を使用し、第１表の厚さの黄
銅板にニツケル電解めつき施し、700℃の弱還元
性雰囲気中で15分熱処理した後、第２図に示すよ
うに、常圧焼結した窒化ケイ素からなるセラミツ
クス焼結体１のニツケルめつき層２の上に銀ろう
３を介して黄銅板４を載せ、さらに銀ろう３を介
して黄銅板４と同様のニツケルめつきおよび熱処
理を施した純鉄チツプ５を載せて、820℃で10分
間加熱してろう接した後、約10℃／分の冷却速度
で放冷した。 また、比較のため緩衝材として黄銅板を用いな
いものについても同様に処理し接合した。 このようにして接合されたセラミツクス−金属
接合体のせん断強度は、第１表の通りであつた。
黄銅板の厚さとせん断強度との関係を第３表に示
す。
【表】
［発明の効果］
以上説明したように本発明によれば、熱膨張係
数の異なるセラミツクス部材と金属部材とを高温
にて接合する際に必然的に生ずる応力を緩和する
ことができ、より安定で信頼性のあるセラミツク
ス−金属接合体を提供することができる。
数の異なるセラミツクス部材と金属部材とを高温
にて接合する際に必然的に生ずる応力を緩和する
ことができ、より安定で信頼性のあるセラミツク
ス−金属接合体を提供することができる。
第１図は黄銅の組成と伸びおよび引張強さとの
関係を示すグラフ、第２図は本発明の一実施例の
セラミツクス−金属接合体の構造を示す図、であ
る。 １……セラミツクス焼結体、２……ニツケルめ
つき層、３……銀ろう、４……黄銅板、５……純
鉄チツプ。
関係を示すグラフ、第２図は本発明の一実施例の
セラミツクス−金属接合体の構造を示す図、であ
る。 １……セラミツクス焼結体、２……ニツケルめ
つき層、３……銀ろう、４……黄銅板、５……純
鉄チツプ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ セラミツク部材と金属部材とを、実質的に亜
鉛を40％以下含み残部が銅である黄銅材を介し
て、それぞれの接合面間を硬ろうによつて一体に
加熱接合してなることを特徴とするセラミツクス
−金属接合体。 ２ 硬ろうが、銀ろう、ニツケルろうおよび活性
金属ろうから選ばれたろう材からなる特許請求の
範囲第１項に記載のセラミツクス−金属接合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18209583A JPS6077181A (ja) | 1983-09-30 | 1983-09-30 | セラミツクス−金属接合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18209583A JPS6077181A (ja) | 1983-09-30 | 1983-09-30 | セラミツクス−金属接合体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6077181A JPS6077181A (ja) | 1985-05-01 |
| JPH0317793B2 true JPH0317793B2 (ja) | 1991-03-08 |
Family
ID=16112261
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18209583A Granted JPS6077181A (ja) | 1983-09-30 | 1983-09-30 | セラミツクス−金属接合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6077181A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4740429A (en) * | 1985-07-22 | 1988-04-26 | Ngk Insulators, Ltd. | Metal-ceramic joined articles |
| JPH01290569A (ja) * | 1988-05-16 | 1989-11-22 | Seiko Instr Inc | 接合方法 |
| JP5271968B2 (ja) * | 2010-06-03 | 2013-08-21 | 株式会社アライドマテリアル | 単結晶ダイヤモンド工具 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50144709A (ja) * | 1974-05-13 | 1975-11-20 | ||
| JPS5730833A (en) * | 1980-07-31 | 1982-02-19 | Mitsubishi Paper Mills Ltd | Image intensification method |
| JPS5939779A (ja) * | 1982-08-25 | 1984-03-05 | 住友特殊金属株式会社 | セラミックスと金属の結合方法 |
| JPS6042283A (ja) * | 1983-08-17 | 1985-03-06 | 日立造船株式会社 | 酸化物系セラミツクスと活性金属との接合法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5991404U (ja) * | 1982-12-14 | 1984-06-21 | 日本特殊陶業株式会社 | セラミツクを用いたロツカ−ア−ム |
-
1983
- 1983-09-30 JP JP18209583A patent/JPS6077181A/ja active Granted
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50144709A (ja) * | 1974-05-13 | 1975-11-20 | ||
| JPS5730833A (en) * | 1980-07-31 | 1982-02-19 | Mitsubishi Paper Mills Ltd | Image intensification method |
| JPS5939779A (ja) * | 1982-08-25 | 1984-03-05 | 住友特殊金属株式会社 | セラミックスと金属の結合方法 |
| JPS6042283A (ja) * | 1983-08-17 | 1985-03-06 | 日立造船株式会社 | 酸化物系セラミツクスと活性金属との接合法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6077181A (ja) | 1985-05-01 |
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