JPH03295870A - セラミックスと金属又は合金との接合方法 - Google Patents
セラミックスと金属又は合金との接合方法Info
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
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］
本発明は炭化珪素（ＳｉＣ）からなるセラミックス製部
材と金属又は合金製部材とを接合してその接合体を得る
セラミックスと金属又は合金との接合方法に関し、特に
、加熱炉の内壁部材、航空機のエンジン部材、ガスター
ビンの翼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高耐熱性接合体を得るセラミッ
クスと金属又は合金との接合方法に関する。
材と金属又は合金製部材とを接合してその接合体を得る
セラミックスと金属又は合金との接合方法に関し、特に
、加熱炉の内壁部材、航空機のエンジン部材、ガスター
ビンの翼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高耐熱性接合体を得るセラミッ
クスと金属又は合金との接合方法に関する。
［従来の技術］
セラミックスは軽量であり、耐熱性が優れていると共に
、化学的に安定しているため耐食性が優れている。しか
しながら、このセラミックスは靭性が乏しいため単一部
材として使用することは困難であるので、金属（以下、
合金も含む）を使用することができない高温部にセラミ
ックスを配置し、それに連接する低温部に金属を配置し
て、双方を接合した接合体として加熱炉の内壁部材等に
使用することが提案されている。このためには、セラミ
ックスと金属とを接合する信頼性が高い技術が不可欠で
ある。
、化学的に安定しているため耐食性が優れている。しか
しながら、このセラミックスは靭性が乏しいため単一部
材として使用することは困難であるので、金属（以下、
合金も含む）を使用することができない高温部にセラミ
ックスを配置し、それに連接する低温部に金属を配置し
て、双方を接合した接合体として加熱炉の内壁部材等に
使用することが提案されている。このためには、セラミ
ックスと金属とを接合する信頼性が高い技術が不可欠で
ある。
従来、セラミックス（Ｓ ｉ Ｃ）と金属とを接合する
方法として、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金系インサート材をＳ
ｉＣと金属との間に挿入して双方を接合する方法（矢野
等、窯業協会誌、ＶＯＬ、９５．Ｎｏ、３．１９８７年
発行、第３５７頁）がある。この場合、所定の条件にて
ＳｉＣと金属とを接合すると、ＳｉＣとインサート材と
の間に珪化物（Ｔｉ５ Ｓ １３ ）が生成しないため
、高強度の接合体を得ることができる。
方法として、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金系インサート材をＳ
ｉＣと金属との間に挿入して双方を接合する方法（矢野
等、窯業協会誌、ＶＯＬ、９５．Ｎｏ、３．１９８７年
発行、第３５７頁）がある。この場合、所定の条件にて
ＳｉＣと金属とを接合すると、ＳｉＣとインサート材と
の間に珪化物（Ｔｉ５ Ｓ １３ ）が生成しないため
、高強度の接合体を得ることができる。
［発明が解決しようとする課題］
しかしながら、上述した従来のＳｉＣと金属との接合方
法においては、接合温度が８００℃を超えると、ＳｉＣ
とインサート材との間に珪化物が生成されるので、９０
０″Ｃを超える高温にて接合することができない。また
、ＳｉＣとの界面にＴｉが過剰に供給されると、珪化物
が生成されやすいので、Ａｇを含有しない高温用インサ
ート材を使用することができない。このため、高温での
接合強度が高い接合体を得ることができないという問題
点がある。
法においては、接合温度が８００℃を超えると、ＳｉＣ
とインサート材との間に珪化物が生成されるので、９０
０″Ｃを超える高温にて接合することができない。また
、ＳｉＣとの界面にＴｉが過剰に供給されると、珪化物
が生成されやすいので、Ａｇを含有しない高温用インサ
ート材を使用することができない。このため、高温での
接合強度が高い接合体を得ることができないという問題
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、
接合界面に脆弱な珪化物及び強度が低い炭化物が生成す
ることを防止でき、高温においても高い接合強度が得ら
れるセラミックスと金属又は合金との接合方法を提供す
ることを目的とする。
接合界面に脆弱な珪化物及び強度が低い炭化物が生成す
ることを防止でき、高温においても高い接合強度が得ら
れるセラミックスと金属又は合金との接合方法を提供す
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と金属又は合金との接合方法
は、ＳｉＣからなる第１の被接合部材と金属又は合金か
らなる第２の被接合部材とをインサート材を介して接合
する方法において、前記第１の被接合部材の被接合面に
ＴｉＮを被着し、又はＴｉｃｌＴＩＣＮ及びＴｉＮを順
次被着してコーティング層を形成する工程と、前記コー
ティング層と前記第２の被接合部材の被接合面との間に
インサート材を挟み込みこれを加熱して前記第１及び第
２の被接合部材を接合する工程とを有することを特徴と
する。
は、ＳｉＣからなる第１の被接合部材と金属又は合金か
らなる第２の被接合部材とをインサート材を介して接合
する方法において、前記第１の被接合部材の被接合面に
ＴｉＮを被着し、又はＴｉｃｌＴＩＣＮ及びＴｉＮを順
次被着してコーティング層を形成する工程と、前記コー
ティング層と前記第２の被接合部材の被接合面との間に
インサート材を挟み込みこれを加熱して前記第１及び第
２の被接合部材を接合する工程とを有することを特徴と
する。
［作用コ
本発明においては、ＳｉＣからなる第１の被接合部材の
被接合面にＴｉＮを被着し、又はＴ ｉＣＮＴ１ＣＮ及
びＴｉＮを順次被着してコーティング層を形成する。こ
のように第１の被接合部材の被接合面に前記コーティン
グ層を形成した後に第１及び第２の被接合部材を接合す
ると、前記第１の被接合部材（ＳｉＣ）中に存在するＳ
ｉ原子及びＣ原子がインサート材中に拡散することを防
止できる。一方、前記コーティング層中に存在するＮ原
子はインサート材中に拡散される。従って、第１の被接
合部材とインサート材との間に強度が高い窒化物が優先
的に生成され、脆弱な珪化物及び強度が低い炭化物が生
成されることを防止できるので、ＳｉＣからなる第１の
被接合部材と金属又は合金からなる第２の被接合部材と
の間の接合強度が高い接合体を得ることができる。更に
、このように第１の被接合部材とインサート材との間に
珪化物が生成しないので、Ｔｉ等からなる高温用のイン
サート材を使用して第１及び第２の被接合部材を相互に
接合することができる。このため、得られる接合体は高
温においても接合強度が高い。
被接合面にＴｉＮを被着し、又はＴ ｉＣＮＴ１ＣＮ及
びＴｉＮを順次被着してコーティング層を形成する。こ
のように第１の被接合部材の被接合面に前記コーティン
グ層を形成した後に第１及び第２の被接合部材を接合す
ると、前記第１の被接合部材（ＳｉＣ）中に存在するＳ
ｉ原子及びＣ原子がインサート材中に拡散することを防
止できる。一方、前記コーティング層中に存在するＮ原
子はインサート材中に拡散される。従って、第１の被接
合部材とインサート材との間に強度が高い窒化物が優先
的に生成され、脆弱な珪化物及び強度が低い炭化物が生
成されることを防止できるので、ＳｉＣからなる第１の
被接合部材と金属又は合金からなる第２の被接合部材と
の間の接合強度が高い接合体を得ることができる。更に
、このように第１の被接合部材とインサート材との間に
珪化物が生成しないので、Ｔｉ等からなる高温用のイン
サート材を使用して第１及び第２の被接合部材を相互に
接合することができる。このため、得られる接合体は高
温においても接合強度が高い。
また、前記コーティング層は、密着強度、成膜の安定性
及びＳｉＣへの悪影響を勘案すると、化学的蒸着法（Ｃ
ＶＤ）により形成することが好ましい。特に、ＴｉＣ１
ＴｉＣＮ及びＴｉＮからなるコーティング層（Ｔ ｉ
Ｃ／Ｔ ｉ ＣＮ／Ｔ ｉ Ｎ）を形成する場合には、
ＣＶＤ法におけるコーティング用ガスの成分及び流量を
順次変化させることにより、ＴｉＣとＴ１ＣＮとＴｉＮ
との相互間に明確な境界を形成しないでコーティング層
を形成することができる。しかしながら、コーティング
層の厚さが０．５μｍ未満であると、珪化物及び炭化物
の生成を防止することが困難である。一方、コーティン
グ層の厚さが１５μｍを超えると、接合体の強度が低下
する。このため、コーティング層の厚さは０．５乃至１
５μｍであることが好ましい。
及びＳｉＣへの悪影響を勘案すると、化学的蒸着法（Ｃ
ＶＤ）により形成することが好ましい。特に、ＴｉＣ１
ＴｉＣＮ及びＴｉＮからなるコーティング層（Ｔ ｉ
Ｃ／Ｔ ｉ ＣＮ／Ｔ ｉ Ｎ）を形成する場合には、
ＣＶＤ法におけるコーティング用ガスの成分及び流量を
順次変化させることにより、ＴｉＣとＴ１ＣＮとＴｉＮ
との相互間に明確な境界を形成しないでコーティング層
を形成することができる。しかしながら、コーティング
層の厚さが０．５μｍ未満であると、珪化物及び炭化物
の生成を防止することが困難である。一方、コーティン
グ層の厚さが１５μｍを超えると、接合体の強度が低下
する。このため、コーティング層の厚さは０．５乃至１
５μｍであることが好ましい。
インサート材としてＣｕ材及びこのＣｕ材の表裏面に被
着されるＴｉ材からなる積層体を使用する場合は、コー
ティング層を形成した第１の被接合部材と第２の被接合
部材との間に、Ｔｉ材、Ｃｕ材及びＴｉ材をこの順に積
層して挟み込む。
着されるＴｉ材からなる積層体を使用する場合は、コー
ティング層を形成した第１の被接合部材と第２の被接合
部材との間に、Ｔｉ材、Ｃｕ材及びＴｉ材をこの順に積
層して挟み込む。
この場合、Ｔｉ材の厚さが１μｍ未満であると、Ｔｉが
不足して接合強度が不十分になる。また、Ｔｉ材の厚さ
が２００μｍを超えると、接合部分にＴｉ化合物が晶出
して接合強度が低下する。このため、Ｔｉ材の厚さはｌ
乃至２００μｍであることが好ましい。
不足して接合強度が不十分になる。また、Ｔｉ材の厚さ
が２００μｍを超えると、接合部分にＴｉ化合物が晶出
して接合強度が低下する。このため、Ｔｉ材の厚さはｌ
乃至２００μｍであることが好ましい。
一方、前記Ｃｕ材はインサート材として機能すると共に
、ＳｉＣからなる第１の被接合部材と金属又は合金から
なる第２の被接合部材との間の残留応力を緩和する応力
緩和材としても機能する。
、ＳｉＣからなる第１の被接合部材と金属又は合金から
なる第２の被接合部材との間の残留応力を緩和する応力
緩和材としても機能する。
このＣｕ材の厚さが０．１−■来演であると、応力緩和
の効果が不十分になる。また、Ｃｕ材の厚さが３簡１を
超えると、強度が低いＣｕ材により接合体の強度が低下
する。このため、Ｃｕ材の厚さは０．１乃至３１である
ことが好ましい。
の効果が不十分になる。また、Ｃｕ材の厚さが３簡１を
超えると、強度が低いＣｕ材により接合体の強度が低下
する。このため、Ｃｕ材の厚さは０．１乃至３１である
ことが好ましい。
また、第１及び第２の被接合部材を接合する雰囲気が真
空又は不活性雰囲気でない場合は、Ｔｉが酸化して健全
な接合が困難になる。このため、接合は真空又は不活性
雰囲気にて行うことが好ましい。
空又は不活性雰囲気でない場合は、Ｔｉが酸化して健全
な接合が困難になる。このため、接合は真空又は不活性
雰囲気にて行うことが好ましい。
更に、接合温度が９００℃未満の場合は、ＴｉとＣｕと
の合金化が進行しにくいため、Ｔｉ材とＣｕ部材の間の
接合強度が不十分になる。接合温度が１０６０℃を超え
る場合は、Ｃｕ材が局部的に溶融して接合部分に欠陥が
生じやすい。このため、接合温度は９００乃至１０６０
℃であることが好ましい。
の合金化が進行しにくいため、Ｔｉ材とＣｕ部材の間の
接合強度が不十分になる。接合温度が１０６０℃を超え
る場合は、Ｃｕ材が局部的に溶融して接合部分に欠陥が
生じやすい。このため、接合温度は９００乃至１０６０
℃であることが好ましい。
また、インサート材として応力緩和材及びこの応力緩和
材の表裏面に被着されるＣｕ−Ｔｉ合金材からなる積層
体を使用する場合は、コーティング層を形成した第１の
被接合部材と第２の被接合部材との間にＣｕ−Ｔｉ合金
材、応力緩和材及びＣｕ−Ｔｉ合金材をこの順に積層し
て挟み込む。
材の表裏面に被着されるＣｕ−Ｔｉ合金材からなる積層
体を使用する場合は、コーティング層を形成した第１の
被接合部材と第２の被接合部材との間にＣｕ−Ｔｉ合金
材、応力緩和材及びＣｕ−Ｔｉ合金材をこの順に積層し
て挟み込む。
この場合に、Ｃｕ−Ｔｉ合金材のＴｉ含有量が０．５原
子％未満であると、Ｔｉが不足して接合強度が不十分に
なる。Ｔｉ含有量が２０原子％を超えると、接合部分に
Ｔｉ化合物が晶出して接合強度が低下する。このため、
Ｃｕ−Ｔｉ合金材のＴｉ含有量は０．５乃至２０原子％
であることが好ましい。
子％未満であると、Ｔｉが不足して接合強度が不十分に
なる。Ｔｉ含有量が２０原子％を超えると、接合部分に
Ｔｉ化合物が晶出して接合強度が低下する。このため、
Ｃｕ−Ｔｉ合金材のＴｉ含有量は０．５乃至２０原子％
であることが好ましい。
また、Ｃｕ−Ｔｉ合金材の厚さが５μｍ未満であると、
接合界面にＣｕ−Ｔｉ合金材が存在しない部分が発生し
やすい。Ｃｕ−Ｔｉ合金材の厚さが２００μｍを超える
と、接合部分にＴｉ化合物が晶出して接合強度が低下す
る。このため、Ｃｕ−Ｔｉ合金材の厚さは５乃至２００
μｍであることが好ましい。
接合界面にＣｕ−Ｔｉ合金材が存在しない部分が発生し
やすい。Ｃｕ−Ｔｉ合金材の厚さが２００μｍを超える
と、接合部分にＴｉ化合物が晶出して接合強度が低下す
る。このため、Ｃｕ−Ｔｉ合金材の厚さは５乃至２００
μｍであることが好ましい。
一方、前記応力緩和材としては、線膨張係数がセラミッ
クスからなる第１の被接合部材と金属又は合金からなる
第２の被接合部材との中間的な値である金属又は合金等
、例えばＷ又はＭＯが好ましい。この応力緩和材はＳｉ
Ｃと金属又は合金との間の残留応力を緩和するためのも
のである。また、接合温度が９００℃未満の場合は、Ｃ
ｕ−Ｔｉ合金材が溶融しても粘性が比較的高いため、接
合部分に欠陥が発生しやすくなる。接合温度が１０８０
℃を超える場合は、ｃｕ−Ｔｉ合金材中のＣｕが局部的
に溶融して接合部分に欠陥が生じやすい。
クスからなる第１の被接合部材と金属又は合金からなる
第２の被接合部材との中間的な値である金属又は合金等
、例えばＷ又はＭＯが好ましい。この応力緩和材はＳｉ
Ｃと金属又は合金との間の残留応力を緩和するためのも
のである。また、接合温度が９００℃未満の場合は、Ｃ
ｕ−Ｔｉ合金材が溶融しても粘性が比較的高いため、接
合部分に欠陥が発生しやすくなる。接合温度が１０８０
℃を超える場合は、ｃｕ−Ｔｉ合金材中のＣｕが局部的
に溶融して接合部分に欠陥が生じやすい。
このため、接合温度は９００乃至１０６０℃であること
が好ましい。更に、第１及び第２の被接合部材を接合す
る雰囲気は真空又は不活性雰囲気であることが好ましい
。
が好ましい。更に、第１及び第２の被接合部材を接合す
る雰囲気は真空又は不活性雰囲気であることが好ましい
。
なお、本発明においては、第１の被接合部材はＳｉＣに
焼結助剤としてＡ１ａＯ３を添加して焼結することが好
ましい。また、第２の被接合部材は金属又は合金であれ
ばよ（、軟鋼、ステンレス鋼、Ｎｉ基耐熱合金又はＴｉ
基複合材料等の種々の金属又は合金に本発明を適用する
ことができる。
焼結助剤としてＡ１ａＯ３を添加して焼結することが好
ましい。また、第２の被接合部材は金属又は合金であれ
ばよ（、軟鋼、ステンレス鋼、Ｎｉ基耐熱合金又はＴｉ
基複合材料等の種々の金属又は合金に本発明を適用する
ことができる。
［実施例コ
次に、本発明の実施例について添付の図面を参照し、比
較例と比較して説明する。
較例と比較して説明する。
第１図は本発明の実施例に係るセラミックスと金属又は
合金との接合方法を示す断面図である。
合金との接合方法を示す断面図である。
先ず、第１の被接合部材として、被接合面の直径が２０
−１である円柱状のＳｉＣ部材（焼結助剤；Ａ７２０３
）１を用意し、このＳｉＣ部材１の被接合面に下記第１
表に示す材質及び厚さのコーティング層５を被着した。
−１である円柱状のＳｉＣ部材（焼結助剤；Ａ７２０３
）１を用意し、このＳｉＣ部材１の被接合面に下記第１
表に示す材質及び厚さのコーティング層５を被着した。
次に、第２の被接合部材として、Ｔｉ合金中にＳｉＣ繊
維を含む複合材料からなり、被接合面の直径が２０１■
である円柱状の金属製部材２を用意し、この金属製部材
２の被接合面とコーティング層５との間にインサート材
を挟み込み、これを下記第工表に示す接合温度に加熱し
てＳｉＣ部材１と金属製部材２とを接合した。
維を含む複合材料からなり、被接合面の直径が２０１■
である円柱状の金属製部材２を用意し、この金属製部材
２の被接合面とコーティング層５との間にインサート材
を挟み込み、これを下記第工表に示す接合温度に加熱し
てＳｉＣ部材１と金属製部材２とを接合した。
なお、前記インサート材としては、厚さが０．５□であ
るＣｕ部材の表裏面に、材質及び厚さを下記第１表に示
すＴｉ部材を積層被着したものを使用した。Ｃｕ部材は
インサート材として機能すると共に、ＳｉＣ部材１と金
属製部材２との間の応力を緩和する作用も有する。なお
、比較例３及び４においては、Ｔｊ部材として従来のＡ
ｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金（７２重量％Ａｇ１２７重量％Ｃｕ
、１重量％Ｔｉ）材を使用した。
るＣｕ部材の表裏面に、材質及び厚さを下記第１表に示
すＴｉ部材を積層被着したものを使用した。Ｃｕ部材は
インサート材として機能すると共に、ＳｉＣ部材１と金
属製部材２との間の応力を緩和する作用も有する。なお
、比較例３及び４においては、Ｔｊ部材として従来のＡ
ｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金（７２重量％Ａｇ１２７重量％Ｃｕ
、１重量％Ｔｉ）材を使用した。
第１表
このようにして得られた実施例１乃至４及び比較例１乃
至４に係る各接合体について、その接合状態を観察し、
更に室温及び４００℃において剪断試験を行なってその
接合強度を測定した。この測定結果を第１表に併せて示
す。
至４に係る各接合体について、その接合状態を観察し、
更に室温及び４００℃において剪断試験を行なってその
接合強度を測定した。この測定結果を第１表に併せて示
す。
その結果、実施例１乃至４に係る接合体は、その接合部
界面を観察するき、いずれも健全に接合されていた。そ
こで、実施例１及び実施例３に係る接合体の接合界面を
ＥＰＭＡ分析してＳｉ＋Ｃ及びＮｉの拡散状態を調べた
。第３図及び第４図は横軸に厚さ方向の位置をとり、縦
軸にＳｉ＋Ｃ及びＮの相対強度をとって、夫々実施例１
及び実施例３に係る接合体の接合界面におけるＳｉ＋Ｃ
及びＮｉの分布を示すグラフ図である。この第３図及び
第４図から明らかなように、いずれの場合も、ＳｉＣ部
材１中に存在するＳｉ及びＣの拡散はコーティング層５
中にて終了し、インサート材（Ｔｉ部材）へは拡散して
いない。一方、コーティング層５中のＮはＴｉ部材３中
拡散している。
界面を観察するき、いずれも健全に接合されていた。そ
こで、実施例１及び実施例３に係る接合体の接合界面を
ＥＰＭＡ分析してＳｉ＋Ｃ及びＮｉの拡散状態を調べた
。第３図及び第４図は横軸に厚さ方向の位置をとり、縦
軸にＳｉ＋Ｃ及びＮの相対強度をとって、夫々実施例１
及び実施例３に係る接合体の接合界面におけるＳｉ＋Ｃ
及びＮｉの分布を示すグラフ図である。この第３図及び
第４図から明らかなように、いずれの場合も、ＳｉＣ部
材１中に存在するＳｉ及びＣの拡散はコーティング層５
中にて終了し、インサート材（Ｔｉ部材）へは拡散して
いない。一方、コーティング層５中のＮはＴｉ部材３中
拡散している。
このため、Ｔｉ部材とコーティング層５との界面近傍に
は強固な窒化物が優先的に生成され、脆弱な珪化物（Ｔ
ｉ５Ｓｉ３）及び強度が低い炭化物は生成されないので
、ＳｉＣ部材１と金属製部材２との間の接合強度は高い
。また、このように珪化物が生成しないため、Ｔｉ材３
等からなる高温用インサート材を使用することができる
ので、高温においても高い接合強度が得られる。
は強固な窒化物が優先的に生成され、脆弱な珪化物（Ｔ
ｉ５Ｓｉ３）及び強度が低い炭化物は生成されないので
、ＳｉＣ部材１と金属製部材２との間の接合強度は高い
。また、このように珪化物が生成しないため、Ｔｉ材３
等からなる高温用インサート材を使用することができる
ので、高温においても高い接合強度が得られる。
而して、第１表に示すように、実施例１乃至４に係る接
合体はいずれも室温での剪断強度が８５ＭＰａ以上であ
ると共に、４００℃での剪断強度が７５ＭＰａ以上であ
って、高温においても接合強度が高いものであった。
合体はいずれも室温での剪断強度が８５ＭＰａ以上であ
ると共に、４００℃での剪断強度が７５ＭＰａ以上であ
って、高温においても接合強度が高いものであった。
一方、ＳｉＣ部材１の被接合面にコーティング層５を設
けないで接合した比較例１に係る接合体は、ＳｉＣ部材
１と金属製部材２とを手で容易に刺がすことができ、接
合部の剪断強度を測定することができなかった。即ち、
接合強度が極めて低いものであった。そして、接合界面
をＥＰＭＡ分析すると、第５図に示すように、ＳｉＣ部
材１中のＳｉがＴｉ材３中に拡散し、その部分に脆弱な
珪化物が生成されていた。
けないで接合した比較例１に係る接合体は、ＳｉＣ部材
１と金属製部材２とを手で容易に刺がすことができ、接
合部の剪断強度を測定することができなかった。即ち、
接合強度が極めて低いものであった。そして、接合界面
をＥＰＭＡ分析すると、第５図に示すように、ＳｉＣ部
材１中のＳｉがＴｉ材３中に拡散し、その部分に脆弱な
珪化物が生成されていた。
コーティング層５の材質としてＮｉを使用した比較例２
に係る接合体もＳｉＣ部材１と金属製部材２とを手で容
易に剥がすことができ、接合部の剪断強度を測定するこ
とができなかった。そして、接合界面をＥＰＭＡ分析す
ると、第６図に示すように、ＳｉＣ部材１中のＳｔがＮ
ｉからなるコーティング層５を通過してＴｉ材３中に拡
散し、Ｔｉ材３とコーティング層５との界面近傍に脆弱
な珪化物が生成されていた。
に係る接合体もＳｉＣ部材１と金属製部材２とを手で容
易に剥がすことができ、接合部の剪断強度を測定するこ
とができなかった。そして、接合界面をＥＰＭＡ分析す
ると、第６図に示すように、ＳｉＣ部材１中のＳｔがＮ
ｉからなるコーティング層５を通過してＴｉ材３中に拡
散し、Ｔｉ材３とコーティング層５との界面近傍に脆弱
な珪化物が生成されていた。
Ｔｉ材３の替わりに従来のＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金材を使
用した比較例３及び４に係る接合体は、接合界面に珪化
物及び炭化物が生成されないため室温における剪断強度
は優れているものの、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金材の液相線
温度が７７０℃と低いため、４００℃における剪断強度
が夫々２０ＭＰａ及び３２ＭＰａであって実施例１乃至
４に係る接合体に比較して低いものであった。
用した比較例３及び４に係る接合体は、接合界面に珪化
物及び炭化物が生成されないため室温における剪断強度
は優れているものの、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金材の液相線
温度が７７０℃と低いため、４００℃における剪断強度
が夫々２０ＭＰａ及び３２ＭＰａであって実施例１乃至
４に係る接合体に比較して低いものであった。
次に、コーティング層５の厚さ、Ｔｉ材３の厚さ又は接
合温度を変化させた場合について説明する。
合温度を変化させた場合について説明する。
先ず、被接合面の直径カ月０＋＋ｍである円柱状のＳｉ
Ｃ部材（焼結助剤；Ａｆ２０３ ）１を用意し、このＳ
ｉＣ部材１の被接合面に下記第２表に示す条件でＴｉＮ
を被着してコーティング層５を形成した。次に、Ｎ １
基合金からなり、被接合面の直径力月０■である円柱状
の金属製部材２を用意し、その被接合面とコーティング
層５との間にインサート材を挟み込んでＳｉＣ部材１と
金属製部材２とを重ね合わせ、これを下記第２表に示す
接合温度に加熱してＳｉＣ部材１と金属製部材２とを接
合した。なお、前記インサート材としては、厚さが０．
５■璽であるＣｕ部材の表裏面に、材質及び厚さを下記
第２表に示すＴｉ材３を積層したものを使用した。
Ｃ部材（焼結助剤；Ａｆ２０３ ）１を用意し、このＳ
ｉＣ部材１の被接合面に下記第２表に示す条件でＴｉＮ
を被着してコーティング層５を形成した。次に、Ｎ １
基合金からなり、被接合面の直径力月０■である円柱状
の金属製部材２を用意し、その被接合面とコーティング
層５との間にインサート材を挟み込んでＳｉＣ部材１と
金属製部材２とを重ね合わせ、これを下記第２表に示す
接合温度に加熱してＳｉＣ部材１と金属製部材２とを接
合した。なお、前記インサート材としては、厚さが０．
５■璽であるＣｕ部材の表裏面に、材質及び厚さを下記
第２表に示すＴｉ材３を積層したものを使用した。
このようにして得られた実施例５乃至８及び比較例５乃
至１０に係る各接合体について、室温での剪断強度を測
定した。その測定結果を下記第２表に併せて示す。
至１０に係る各接合体について、室温での剪断強度を測
定した。その測定結果を下記第２表に併せて示す。
第２表
この第２表から明らかなように、ＴｉＮからなるコーテ
ィング層５の厚さが０．５乃至１５μｍであり、Ｔｉ部
材の厚さが１乃至２００μｍであり、接合温度が９００
乃至１０６０℃である実施例５乃至８に係る接合体は、
いずれも剪断強度が１８５ＭＰａ以上であり、接合強度
が高いものであった。
ィング層５の厚さが０．５乃至１５μｍであり、Ｔｉ部
材の厚さが１乃至２００μｍであり、接合温度が９００
乃至１０６０℃である実施例５乃至８に係る接合体は、
いずれも剪断強度が１８５ＭＰａ以上であり、接合強度
が高いものであった。
一方、Ｔｉからなるコーティング層５の厚さが０．１μ
ｍ及び２５μｍである比較例５及び６に係る接合体、接
合温度が８８０℃及びｌ０８０℃である比較例７及び８
に係る接合体並びにＴｉ部材の厚さが０．５μｍ及び２
５０μｍである比較例９及び１０に係る接合体は、いず
れも剪断強度が低いものであった。
ｍ及び２５μｍである比較例５及び６に係る接合体、接
合温度が８８０℃及びｌ０８０℃である比較例７及び８
に係る接合体並びにＴｉ部材の厚さが０．５μｍ及び２
５０μｍである比較例９及び１０に係る接合体は、いず
れも剪断強度が低いものであった。
第２図は本発明の他の実施例に係るセラミックスと金属
又は合金との接合方法を示す断面図である。
又は合金との接合方法を示す断面図である。
先ず、第１の被接合部材として、被接合面の直径がｌＯ
■ｌである円柱状のＳｉＣ部材（焼結助剤；Ａ）。ｏ３
）１を用意し、このＳｉＣ部材１の被接合面に下記第３
表に示す条件でＴｉＣ／Ｔ１ＣＮ／ＴｉＮを順次被着し
てコーティング層５を形成した。次に、第２の被接合部
材として、ステンレス鋼からなり、被接合面の直径がｌ
Ｏ■嘗である円柱状の金属製部材２を用意し、この金属
製部材２の被接合面とコーティング層５との間にインサ
ート材を挟み込み、これを下記第３表に示す接合温度に
加熱してＳｉＣ部材１と金属製部材２とを接合した。な
お、前記インサート材としては、厚さが０．５−１のＭ
ｏからなる応力緩和材４ａの表裏面に、厚さが５乃至２
００μｍであってＴｉ含有量を下記第３表に示すＴｉ−
Ｃｕ合金材３ａを被着したものを使用した。Ｍｏからな
る応力緩和材４ａは、線熱膨張係数がセラミックスと金
属との中間であり、ＳｉＣ部材１と金属製部材２との間
の応力を緩和する作用を有する。
■ｌである円柱状のＳｉＣ部材（焼結助剤；Ａ）。ｏ３
）１を用意し、このＳｉＣ部材１の被接合面に下記第３
表に示す条件でＴｉＣ／Ｔ１ＣＮ／ＴｉＮを順次被着し
てコーティング層５を形成した。次に、第２の被接合部
材として、ステンレス鋼からなり、被接合面の直径がｌ
Ｏ■嘗である円柱状の金属製部材２を用意し、この金属
製部材２の被接合面とコーティング層５との間にインサ
ート材を挟み込み、これを下記第３表に示す接合温度に
加熱してＳｉＣ部材１と金属製部材２とを接合した。な
お、前記インサート材としては、厚さが０．５−１のＭ
ｏからなる応力緩和材４ａの表裏面に、厚さが５乃至２
００μｍであってＴｉ含有量を下記第３表に示すＴｉ−
Ｃｕ合金材３ａを被着したものを使用した。Ｍｏからな
る応力緩和材４ａは、線熱膨張係数がセラミックスと金
属との中間であり、ＳｉＣ部材１と金属製部材２との間
の応力を緩和する作用を有する。
このようにして得られた実施例９乃至１２及び比較例１
１乃至１６に係る各接合体について、室温での剪断強度
を測定した。その測定結果を下記第３表に併せて示す。
１乃至１６に係る各接合体について、室温での剪断強度
を測定した。その測定結果を下記第３表に併せて示す。
第３表
この第３表から明らかなように、ＴｉＣ／Ｔ１ＣＮ／Ｔ
ｉＮからなるコーティング層５の厚さが０．５乃至１５
μｍであり、Ｔｉ−Ｃｕ合金材３ａのＴｉ含有量が０．
５乃至２０原子％であり、接合温度が９００乃至１０６
０℃である実施例９乃至１２に係る接合体は、いずれも
剪断強度が１２０ＭＰａ以上であり、接合強度が高いも
のであった。
ｉＮからなるコーティング層５の厚さが０．５乃至１５
μｍであり、Ｔｉ−Ｃｕ合金材３ａのＴｉ含有量が０．
５乃至２０原子％であり、接合温度が９００乃至１０６
０℃である実施例９乃至１２に係る接合体は、いずれも
剪断強度が１２０ＭＰａ以上であり、接合強度が高いも
のであった。
一方、ＴｉＣ／Ｔ１ＣＮ／ＴｉＮからなるコーティング
層５の厚さが０．４μｍ及び２５μｍである比較例１１
及び１２に係る接合体、接合温度が８８０°Ｃ及び１０
８０℃である比較例１３及び１４に係る接合体並びにＴ
ｉ−Ｃｕ合金材３ａのＴｉ含有量が０．２原子％及び２
８原子％である比較例１５及び１８に係る接合体は、い
ずれも剪断強度か低いものであった。
層５の厚さが０．４μｍ及び２５μｍである比較例１１
及び１２に係る接合体、接合温度が８８０°Ｃ及び１０
８０℃である比較例１３及び１４に係る接合体並びにＴ
ｉ−Ｃｕ合金材３ａのＴｉ含有量が０．２原子％及び２
８原子％である比較例１５及び１８に係る接合体は、い
ずれも剪断強度か低いものであった。
［発明の効果コ
以上説明したように本発明によれば、ＳｉＣからなる第
１の被接合部材と金属又は合金からなる第２の被接合部
材とをインサート材を介して接合する方法において、前
記第１の被接合部材の被接台面にＴｉＮを被着し、又は
ＴｉＣ１ＴｉＣＮ及びＴｉＮを順次被着してコーティン
グ層を形成するから、前記第１の被接合部材とインサー
ト材との間に強固な窒化物が優先的に生成され、脆弱な
珪化物及び強度が低い炭化物が生成されることを防止で
きる。従って、ＳｉＣと金属又は合金との間の接合強度
が高い接合体を得ることができる。
１の被接合部材と金属又は合金からなる第２の被接合部
材とをインサート材を介して接合する方法において、前
記第１の被接合部材の被接台面にＴｉＮを被着し、又は
ＴｉＣ１ＴｉＣＮ及びＴｉＮを順次被着してコーティン
グ層を形成するから、前記第１の被接合部材とインサー
ト材との間に強固な窒化物が優先的に生成され、脆弱な
珪化物及び強度が低い炭化物が生成されることを防止で
きる。従って、ＳｉＣと金属又は合金との間の接合強度
が高い接合体を得ることができる。
また、これによりＴｉ材及びＣｕ材又はＴｉ−Ｃｕ合金
材及び応力緩和材からなる高温用のインサート材を使用
して第１及び第２の被接合部材を相互に接合することが
できるので、高温においても高い接合強度が得られる。
材及び応力緩和材からなる高温用のインサート材を使用
して第１及び第２の被接合部材を相互に接合することが
できるので、高温においても高い接合強度が得られる。
従って、本発明によれば、耐熱性、耐摩耗性及び耐食性
を必要とするガスタービン翼等の部材として好適のセラ
ミックスと金属又は合金との接合体を得ることができる
。
を必要とするガスタービン翼等の部材として好適のセラ
ミックスと金属又は合金との接合体を得ることができる
。
第１図は本発明の実施例に係るセラミックスと金属又は
合金との接合方法を示す断面図、第２図は本発明の他の
実施例に係るセラミックスと金属又は合金との接合方法
を示す断面図、第３図及び第４図は第１図に示す実施例
方法により得られた接合体の接合界面におけるＳｔ、Ｃ
及びＮｉの含有量を示すグラフ図、第５図及び第６図は
比較例方法により得られた接合体の接合界面におけるＳ
ｉ及びＣの含有量を示すグラフ図である。 １；ＳｉＣ部材、２；金属製部材、３；Ｔｉ材、３ａ；
Ｔｉ−Ｃｕ合金材、４；Ｃｕ材、４ａ；応力緩和材、５
；コーティング層
合金との接合方法を示す断面図、第２図は本発明の他の
実施例に係るセラミックスと金属又は合金との接合方法
を示す断面図、第３図及び第４図は第１図に示す実施例
方法により得られた接合体の接合界面におけるＳｔ、Ｃ
及びＮｉの含有量を示すグラフ図、第５図及び第６図は
比較例方法により得られた接合体の接合界面におけるＳ
ｉ及びＣの含有量を示すグラフ図である。 １；ＳｉＣ部材、２；金属製部材、３；Ｔｉ材、３ａ；
Ｔｉ−Ｃｕ合金材、４；Ｃｕ材、４ａ；応力緩和材、５
；コーティング層
Claims (6)
- （１）ＳｉＣからなる第１の被接合部材と金属又は合金
からなる第２の被接合部材とをインサート材を介して接
合する方法において、前記第１の被接合部材の被接合面
にＴｉＮを被着してコーティング層を形成する工程と、
前記コーティング層と前記第２の被接合部材の被接合面
との間にインサート材を挟み込みこれを加熱して前記第
１及び第２の被接合部材を接合する工程とを有すること
を特徴とするセラミックスと金属又は合金との接合方法
。 - （２）ＳｉＣからなる第１の被接合部材と金属又は合金
からなる第２の被接合部材とをインサート材を介して接
合する方法において、前記第１の被接合部材の被接合面
にＴｉＣ、ＴｉＣＮ及びＴｉＮを順次被着してコーティ
ング層を形成する工程と、前記コーティング層と前記第
２の被接合部材の被接合面との間にインサート材を挟み
込みこれを加熱して前記第１及び第２の被接合部材を接
合する工程とを有することを特徴とするセラミックスと
金属又は合金との接合方法。 - （３）前記コーティング層は厚さが０．５乃至１５μｍ
であることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項
に記載のセラミックスと金属又は合金との接合方法。 - （４）前記インサート材は厚さが０．１乃至３ｍｍであ
るＣｕ材と、厚さが１乃至２００μｍであり前記Ｃｕ材
の表裏面に被着されるＴｉ材との積層体であることを特
徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のセラミ
ックスと金属又は合金との接合方法。 - （５）前記インサート材は前記第１の被接合部材の線膨
張係数と前記第２の被接合部材の線膨張係数との間の線
膨張係数を有する応力緩和材と、厚さが５乃至２００μ
ｍであってＴｉ含有量が０．５乃至２０原子％であり前
記応力緩和材の表裏面に被着されるＣｕ−Ｔｉ合金材と
の積層体であることを特徴とする請求項１乃至４のいず
れか１項に記載のセラミックスと金属又は合金との接合
方法。 - （６）前記第１及び第２の被接合部材の接合温度が９０
０乃至１０６０℃であることを特徴とする請求項１乃至
５のいずれか１項に記載のセラミックスと金属又は合金
との接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9685690A JPH03295870A (ja) | 1990-04-12 | 1990-04-12 | セラミックスと金属又は合金との接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9685690A JPH03295870A (ja) | 1990-04-12 | 1990-04-12 | セラミックスと金属又は合金との接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03295870A true JPH03295870A (ja) | 1991-12-26 |
Family
ID=14176121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9685690A Pending JPH03295870A (ja) | 1990-04-12 | 1990-04-12 | セラミックスと金属又は合金との接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03295870A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011094223A (ja) * | 2008-11-26 | 2011-05-12 | Mitsuboshi Belting Ltd | 無機素材用接合剤及び無機素材の接合体 |
-
1990
- 1990-04-12 JP JP9685690A patent/JPH03295870A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011094223A (ja) * | 2008-11-26 | 2011-05-12 | Mitsuboshi Belting Ltd | 無機素材用接合剤及び無機素材の接合体 |
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