JPH03271339A

JPH03271339A - セラミックス・銅複合体およびその製造方法

Info

Publication number: JPH03271339A
Application number: JP7285490A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Kuwabara; 光雄桑原; Takeshi KOMIYAMA; 小宮山　武; Fumio Hirai; 文男平井; Masamichi Hayashi; 正道林
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1990-03-22
Filing date: 1990-03-22
Publication date: 1991-12-03

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・銅複合体およびその製造方法に
関し、−層詳細には、銅を主体として合金を形成する金
属と、セラミックスを形成する元素の単体とその補助成
分とを混合し、これらを焼成することで耐久性および耐
蝕性に優れた特性が得られるセラミックス・銅複合体お
よびその製造方法に関する。

［従来の技術］銅を主体とした合金に対して、セラミックス材料を用い
た耐久性の高い複合材が種々の分野で利用されている。

例えば、抵抗溶接機においても、この種の複合材が用い
られている。抵抗溶接では一対の電極チップで溶接対象
物の溶接個所を挟持した状態で通電することにより、前
記溶接個所を溶融させて異なるワークを接合する。この
場合、前記電極チップは過酷な状況で使用されるため、
耐久性の高いセラミックス・銅複合体が用いられる。な
お、このような耐久性の要求される部材としては、電極
チップ以外にも、常時、大電流が供給されるブレーカ−
の接点等も好適な例として掲げられよう。

この点に鑑み、前記セラミックス・銅複合体を用いた電
極チップとして、特開平１−１５２２３２号に開示され
るように、銅合金からなる電極チップの外周上に酸化ア
ルミニウム（Ａ１２０３）等のセラミックスをレーザビ
ーム等を用いて溶接し、セラミックスの被膜を形成した
技術的思想がある。

また、特開昭６４−７８６８３号に開示されるように、
銅合金からなる電極チップの先端部にセラミックスを埋
設し、これによって耐久性を向上させるようにしたもの
がある。さらに、銅合金に対しセラミックスを混合した
ものを焼結することで、耐久性を向上させるようにした
技術的思想が特開昭６０−２４７９号に開示されている
。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、特開平１−１５２２３２号に開示された
従来例の場合、銅合金とセラミックスとは濡れ性が悪く
、従って、セラミックスが剥離し易いという欠点がある
。

また、特開昭６４−７８６８３号に開示された従来例の
場合、銅合金とセラミックスとの間で放電が発生し易く
、従って、電極チップの耐用性がさほどに期待できない
。

特開昭６０−２４７９号に開示された従来例の場合、セ
ラミックスを含まない銅合金に対して２〜３割程度の耐
久性の向上が見られるに過ぎず、所望の耐久性を備えた
電極チップが得られるには至っていない。

すなわち、これらの従来技術においては、例えば、電極
チップの主材料に銅粉粒子を使用する時、これらは樹枝
状のデンドライト結晶構造である場合が多く、その樹枝
状構造の間隙に他の組成成分の粒子が入り込むことは難
しい。

また、銅粉粒子が球状であっても、従来のセラミックス
粒子の添加方法ではμｍオーダー程度の粒径の粒子を分
散させることしかできず、抵抗を増加させることなくセ
ラミックスの添加量を増量させることは不可能であった
。

さらにまた、合金酸化法では、微細なセラミックスの分
散は可能であるものの、有効に酸素の拡散が粒子内部に
到達し得す、実質的に抵抗を増加させることなくセラミ
ックスの添加量を増量させるには至っていない。

従って、微細なセラミックスの分散析出を得ることがで
きず、被加工物の組成成分である金属粒子の電極チップ
への拡散を容易に許容してしまう。

さらに、未反応の炭素粒子の単体が成形体中に残留する
ため、焼成に際してもセラミック化することなく炭素単
体のまま析出したり、また、緻密なセラミックの分散析
出を阻害して、なお−層被加工物の金属粒子の電極チッ
プへの拡散を促進してしまう。

従って、本発明の目的は、複合材料中に予め電気抵抗を
激増することがない所定量の添加物を加えることにより
、一方の材料成分に対し他方の材料成分からの金属成分
の拡散を抑制させ、他方の材料成分と一方の材料成分と
が反応して合金あるいは固溶体を形成することおよび酸
化物が形成されることを阻止することにより、耐久性、
耐蝕性に優れたセラミックス・銅複合体およびその製造
方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］前記の課題を解決するために、本発明に係るセラミック
ス・銅複合体は、銅を主成分とし、添加材としてＣｒ５
Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆ　ｅ　ＳＴ　ｌ、ＶＳＭｎＳＭｏ、Ａｌ
、Ｍｇ５Ｓ　ｉよりなる群から選ばれる少なくとも２種
以上を用いたセラミックス粉粒体を０．５重量％以上且
つ３０重量％未満含むことを特徴とする。

また、本発明に係るセラミックス・銅複合体の製造方法
は、主成分である銅と、Ｃｒ５Ｎｉ。

Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、■、ＭｎＳＭｏ、Ａ　１．、ＭｇＳ
Ｓｉよりなる群から選ばれる少なくとも２種以上の添加
材と、ＣｕＯ１Ｃｕ２０、Ａｇ２Ｏ１ＳｎＯ等の酸化物
を混成した後、これらを焼成することを特徴とする。

［構成の具体的説明］使用後の電極チップを解析するとき、前記の従来例で用
いられた電極チップでは、被加工物からの金属成分の拡
散が多大に認められる。そして、この電極チップ中に拡
散した金属成分は、電極チップの素材と反応を起こし、
合金あるいは固溶体を形成する。このため、電気抵抗が
増し、チップ先端部の発熱が生じ、さらに拡散を助長し
、遂には電極チップに酸化物を生成する。

従って、電極チップの耐久性、耐蝕性を向上させるため
には、電極チップを構成する素材中に予め被加工物から
の拡散および固溶してくる金属成分を抑制する構成成分
を含有させる必要がある。

すなわち、銅を主体とする複合材の合金成分において、
強度を得るための成分として、Ｃｒ。

Ｎ１、Ｃｏ、Ｆｅ等のうちから選択して添加し、被加工
物からの金属成分の侵入を防ぎ、耐蝕性を得るための成
分として、Ｚｎ、Ａ１５Ｓｉ、Ｂ、Ｐ、　ＭｎＳＭｏ、
ＷＳＶ、Ｎｂ５Ｔｉ、Ｚｒ５Ｈｆ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂｅ等
のうちから選択して添加し、また、焼成時における緻密
化を促進する成分として、Ｓ　ｂ、　Ｂ　１　、　Ｐ　
ｂ、　ＡｇｚＡｕ等のうちから選択して添加する。なお
、前記添加材は、いずれも電気抵抗を激増させるもので
あるため、電極チップとして実用に供することを可能と
するため、５０重量％以下である必要があり、また、添
加材としての効果を得るためには、０．３重量％以上で
ある必要がある。

従って、前記添加材は０．５重量％以上で且つ３０重量
％未満である。

また、微量のＣｕＯ１Ｃｕ２、Ａｇ２Ｏ１Ｓｎ○、Ｚｎ
○等の酸化物、あるいは微細なカーボン、例えば、カー
ボンブラック等を電極チップの構成成分中に配し、焼成
中の反応あるいは鋳造工程中の反応により酸素供給源、
あるいは反応の予備的役割を担うものとした。例えば、
ＣｕＯを例にとると、不活性雰囲気、あるいは水素ガス
を加えた不活性雰囲気中で容易に酸素を脱離し金属化す
る。この際、放出される活性酸素は活性金属であるＣｒ
、Ｎｉ５Ｃｏ、Ａｌ、Ｔｉ等を酸化し、セラミックス粒
子を形成する。なお、この反応において、被加工物から
侵入してくる金属は銅よりも酸化し易く、そのため、拡
散侵入してくるものに酸素を与える交換反応も期待され
るため、反応は１００％進行する必要はない。

さらには、析出したセラミックスを応用して、メタリッ
クとセラミックスを結合させ、セラミックス形成メタル
を作る。換言すれば、セラミックス粒子の肥大化を図り
、焼結による緻密化を可能とする。

［実施例］次に、本発明に係るセラミックス・銅複合体およびその
製造方法について好適な実施例を挙げ、以下詳細に説明
する。

主原料として樹枝状に発達したゲントライト結晶の形状
を有する銅粉と、Ｃｒ　Ｏ，８重量％、Ｎ　ｉ　０．５
重量％、ＡＩｏ、５重量％、Ｔ　ｉ　０．６重量％、８
０．１重量％、Ｆ　ｅ　Ｏ，１重量％、０２１．２重量
％を原料として秤取した。次いで、ミキサーを用いて混
合し、さらに成形機を用いて圧力をかけ、−軸加圧成形
によりプレス成形を行った。次に、成形体を乾燥した後
、真空焼結炉を用いて焼成し、溶体化処理を行った。さ
らに溶体化処理後、冷却処理を行い、次いで、時効処理
を行った。

以上の工程により、実験例に用いる供試材を作製した。

なお、比較例として、銅を主成分としてＣｒ　０．８重
量％を含む供試材を用いた。また、実験例および比較例
に用いる供試材は、先端径が６ｍｍから１２ｍｍのドー
ムタイプの形状を有する電極材とした。

次に、夫々の前記供試材を用い、加圧力１８０から２０
０ｋｇｔ、１１０００アンペア、通電時間１２秒の設定
条件でワークの厚さが０．７５ｍｍの亜鉛メツキ鋼板を
用いてスポット溶接の耐用試験を行った。その結果、比
較例では、６００打点で電極とワークとの張り付きが起
こるのに対し、実験例では２０００打点で張り付きが初
めて生じた。従って、約３倍の耐久性の向上を得たと判
定できる。

次に、ＥＰＭＡを用いて使用後のチップの断面を解析し
たところ、Ｚｎの侵入が比較例では非常に多く認められ
たが、実験例においては、その数分の１程度のごく微量
であった。

さらに、Ｘ線解析により生成物の同定を試みたところ、
実験例、比較例の双方においても供試材を構成する合金
の組成成分であるＣｕＺｎＸＣｕ５Ｚｎｅの生成がδ忍
められた。しかし、比較例のみにおいて、Ｃｕ２Ｏ１Ｃ
ｕ　２　Ｃｒ　ａ○４、Ｚｎ○２の生成が認められた。

また、偏摩性においては、比較例においてその差は０．
７から１．１　ｍｍ生ｊ″だのに比し、実験例において
は、０．０５　ｍｍと殆ど観察されなかった。

比較例における前記ＥＰＭＡを用いた使用断面の生成物
の解析結果、Ｘ線回折による生成物の同定の結果、およ
び偏摩性のデータより被加工物成分より多量のＺｎが電
極チップ供試材の深度方向に深く侵入拡散することによ
り、多量の新たな合金を生じた。そして、新たな合金に
より電気抵抗が増大し、発熱量を増大させ、ついには先
端部が酸化され、さらに二次的に発熱量を増すことで電
極チップ供試材先端に溶融したＺｎが溶着し、発熱に伴
う酸化で絶縁層が形成された。その結果、放電が生じ、
大きな偏摩性を生じさせたものと諒解できる。

なお、実験例においては、被加工物成分のＺｎの拡散侵
入量が比較例に比してごく微量であり且つ侵入深度もご
く浅いことから、添加した添加材、あるいは析出したセ
ラミックス粒子によりＺｎの侵入拡散が抑制され、耐蝕
性を向上させたものと判断できる。

また、チップ硬度は実験例においては、Ｈ０６５、比較
例においては、ＨＲ，６３からＨ＄１Ｂ７０であった。

従って、以上のデータにより、本発明によれば、一方の
材料に対し他方の材料、すなわち、被加工物から電極チ
ップへの金属成分の拡散侵入を抑制し、他の金属成分と
一方の材料とが反応して合金および固溶体を形成するこ
とを阻止し、電極チップの耐久性と耐蝕性を著しく向上
させていることが判明した。

［発明の効果］本発明に係るセラミックス・銅複合体およびその製造方
法によれば、添加成分および生成したセラミックス粒子
によりマトリックスとしての銅合金とセラミックスとの
濡れ性を向上させ、マトリックスと界面結合を図ること
により、焼結による緻密化を可能とする。従って、被加
工物の組成金属成分が電極チップに拡散侵入することお
よび合金あるいは固溶体を形成すること、さらには酸化
物を形成することを抑制し、且つマトリックスとしての
銅合金とセラミックスとの間の粒界抵抗、粒界放電、電
蝕を低下させる効果を奏する。

従って、耐久性、耐蝕性に優れたセラミックス・銅複合
体を得ることができた。

（他１名〉

Claims

【特許請求の範囲】

（１）銅を主成分とし、添加材としてＣｒ、Ｎｉ、Ｃｏ
、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉより
なる群から選ばれる少なくとも２種以上を用いたセラミ
ックス粉粒体を０．５重量％以上且つ３０重量％未満含
むことを特徴とするセラミックス・銅複合体。
（２）主成分である銅と、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔ
ｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉよりなる群から
選ばれる少なくとも２種以上の添加材と、ＣｕＯ、Ｃｕ
＿２Ｏ、Ａｇ＿２Ｏ、ＳｎＯ等の酸化物を混成した後、
これらを焼成することを特徴とするセラミックス・銅複
合体の製造方法。