JPH0362670B2 - - Google Patents
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- JPH0362670B2 JPH0362670B2 JP58234216A JP23421683A JPH0362670B2 JP H0362670 B2 JPH0362670 B2 JP H0362670B2 JP 58234216 A JP58234216 A JP 58234216A JP 23421683 A JP23421683 A JP 23421683A JP H0362670 B2 JPH0362670 B2 JP H0362670B2
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は非酸化物系セラミツクスと鋼との接合
方法に係り、特に機械構造部品、電子部品などに
使用して好適な非酸化物系セラミツクスと鋼との
接合方法に関する。
方法に係り、特に機械構造部品、電子部品などに
使用して好適な非酸化物系セラミツクスと鋼との
接合方法に関する。
非酸化物系セラミツクスの一つであるSiCと金
属との接合方法として、日経メカニカル（1983年
７月４日発行）に掲載されている接合方法があ
る。この接合方法は、SiCと金属との間に金属箔
を挿入し、その金属箔が溶融するまで加熱すると
ともに加圧して、金属箔をSiCおよび金属の接合
面に拡散、溶浸させ、SiCと金属とを接合させる
ものである。しかし、このように金属箔が溶融す
る温度にまで加熱して接合すると、次のような理
由で、接合部の強度が低下するか、またはSiC側
にクラツクが発生し易くなる。
属との接合方法として、日経メカニカル（1983年
７月４日発行）に掲載されている接合方法があ
る。この接合方法は、SiCと金属との間に金属箔
を挿入し、その金属箔が溶融するまで加熱すると
ともに加圧して、金属箔をSiCおよび金属の接合
面に拡散、溶浸させ、SiCと金属とを接合させる
ものである。しかし、このように金属箔が溶融す
る温度にまで加熱して接合すると、次のような理
由で、接合部の強度が低下するか、またはSiC側
にクラツクが発生し易くなる。
(1) 金属箔を溶融させるので、該金属箔とSiCと
の反応が激しくなり、両者の界面には熱膨脹係
数がSiCより大きいケイ化物層が形成される。
その結果、接合後の冷却過程においてSiCとケ
イ化物層との熱膨脹差に起因して大きな熱応力
が発生する。
の反応が激しくなり、両者の界面には熱膨脹係
数がSiCより大きいケイ化物層が形成される。
その結果、接合後の冷却過程においてSiCとケ
イ化物層との熱膨脹差に起因して大きな熱応力
が発生する。
(2) 溶融した金属箔はその凝固温度が高く、かつ
室温までの温度落差が非常に大きいことから、
熱応力はきわめて高くなる。
室温までの温度落差が非常に大きいことから、
熱応力はきわめて高くなる。
一般に非酸化物系セラミツクスと鋼との直接接
合では、接合はするものの両者の熱膨脹係数の差
による熱応力でセラミツクス側に亀裂が入つた
り、割れが起きたりする。
合では、接合はするものの両者の熱膨脹係数の差
による熱応力でセラミツクス側に亀裂が入つた
り、割れが起きたりする。
本発明の目的は、非酸化物系セラミツクスと鋼
とを強固に接合でき、かつセラミツクスと鋼との
熱膨脹差に起因して生ずる熱応力を極力小さくで
きてセラミツクス側にクラツクが発生することの
ない非酸化物系セラミツクスと鋼との接合方法を
提供することにある。
とを強固に接合でき、かつセラミツクスと鋼との
熱膨脹差に起因して生ずる熱応力を極力小さくで
きてセラミツクス側にクラツクが発生することの
ない非酸化物系セラミツクスと鋼との接合方法を
提供することにある。
本発明は、ａ族および族金属が比較的低い
温度で非酸化物系セラミツクスと反応してケイ化
物となることを見出し、前記ａ族と族の群か
ら選ばれる金属の組成からなる合金の中間材を介
して非酸化物系セラミツクスと鋼とを接合する方
法において、鋼と超硬合金を拡散接合し、超硬合
金と中間材を拡散接合し、中間材と非酸化物系セ
ラミツクスとを突き合わせ、中間材の溶融温度以
下の温度で加熱および加圧することを特徴とす
る。また第２番目の発明は、上記中間材と非酸化
物系セラミツクスとの突き合わせ接合を２段階プ
ロセスとし、すなわち中間材の溶融温度以下の温
度で加熱および加圧し、次いで該加熱温度よりも
低い温度でかつ前記加圧よりも高い圧力を付加
し、この状態で所定時間等温加圧保持することを
特徴とする。
温度で非酸化物系セラミツクスと反応してケイ化
物となることを見出し、前記ａ族と族の群か
ら選ばれる金属の組成からなる合金の中間材を介
して非酸化物系セラミツクスと鋼とを接合する方
法において、鋼と超硬合金を拡散接合し、超硬合
金と中間材を拡散接合し、中間材と非酸化物系セ
ラミツクスとを突き合わせ、中間材の溶融温度以
下の温度で加熱および加圧することを特徴とす
る。また第２番目の発明は、上記中間材と非酸化
物系セラミツクスとの突き合わせ接合を２段階プ
ロセスとし、すなわち中間材の溶融温度以下の温
度で加熱および加圧し、次いで該加熱温度よりも
低い温度でかつ前記加圧よりも高い圧力を付加
し、この状態で所定時間等温加圧保持することを
特徴とする。
夫々加熱および加圧は非酸化性または弱酸化性
の雰囲気中で行うことが好ましい。
の雰囲気中で行うことが好ましい。
中間材としてはFe−Ni−Co合金若しくはFe−
Ni−Cr合金または同じようにａ族と族の群
から選ばれる金属の組成からなりNiを主成分と
する合金が好ましい。尚、ａ族と族の群から
選ばれる金属ではないがTi，Nb，Zr，Alの群か
ら選ばれる金属を本発明の目的を達成する範囲に
おいて少量（後述の例では４％Nb、或いは５％
Ti−３％Al。）添加してもよい。
Ni−Cr合金または同じようにａ族と族の群
から選ばれる金属の組成からなりNiを主成分と
する合金が好ましい。尚、ａ族と族の群から
選ばれる金属ではないがTi，Nb，Zr，Alの群か
ら選ばれる金属を本発明の目的を達成する範囲に
おいて少量（後述の例では４％Nb、或いは５％
Ti−３％Al。）添加してもよい。
以下、本発明の実施例を図面に従つて説明す
る。
る。
(1) SiCと鋼との接合例
この実施例では、第１図に示すように、Cr−
Mo鋼の試験片（厚さ40mm）１とSiCの試験片
（10×10×10mm）３とをFe−29％Ni−17％Co合
金の中間材（厚さ0.3mm）２を介して接合するに
当り、試験片１にWC−６％Co超硬合金の板（厚
さ３mm）４を、Fe−40％Ni合金の板（厚さ0.5
mm）５を介して拡散接合すると共に、その板４に
中間材２を拡散接合する。これらの拡散接合は、
接合温度1000℃、接合圧力1.5Kgｆ／mm2、接合時
間30分の条件で行つている。次いで、図示のよう
に中間材２と試験片３とを突き合わせ、真空雰囲
気中（10-4Torr）において接合温度700℃、接合
圧力２Kgｆ／mm2で２時間加熱加圧保持した。中間
材２と試験片３との接合は、次の実施例で説明し
た接合機構によつて行われる。すなわちSiCとFe
−29％Ni−17％Co合金とが加熱および加圧され
た状態で接触させられると、Fe，Ni，CoはSiC
中に拡散して該SiCと反応し、接合界面部に
CoSiO4、CO2SiO4、Ni2Si、Co2Siなどのケイ化
物、Siとの反応生成物が形成されて、SiCとFe−
29％Ni−17％Co合金とは接合する。即ち試験片
１と３との接合が行われる。このようにして接合
された試験片１と３においては、接合温度の低く
さによりSiCとFe−29％Ni−17％Co合金との反
応が抑制されて、かつ接合時間にてその反応量が
制御されて、前記反応生成層が厚くならないと共
に、加熱から冷却（室温）までの温度落差の少な
さにより熱応力が小さくなるので、SiCおよびケ
イ化物層にクラツクの発生が全く見られなかつ
た。また、この実施例では、中間材２と試験片１
との間に介在している低熱膨脹率の板４が、接合
後の冷却過程において試験片３と中間材２との熱
膨脹差に起因して発生する熱応力を緩和してい
る。従つて、このようにして接合された試験片１
と３においては、SiCおよびケイ化物層にクラツ
クの発生が認められないことは勿論のこと、300
Kg・cm以上のねじりトルクが得られた。
Mo鋼の試験片（厚さ40mm）１とSiCの試験片
（10×10×10mm）３とをFe−29％Ni−17％Co合
金の中間材（厚さ0.3mm）２を介して接合するに
当り、試験片１にWC−６％Co超硬合金の板（厚
さ３mm）４を、Fe−40％Ni合金の板（厚さ0.5
mm）５を介して拡散接合すると共に、その板４に
中間材２を拡散接合する。これらの拡散接合は、
接合温度1000℃、接合圧力1.5Kgｆ／mm2、接合時
間30分の条件で行つている。次いで、図示のよう
に中間材２と試験片３とを突き合わせ、真空雰囲
気中（10-4Torr）において接合温度700℃、接合
圧力２Kgｆ／mm2で２時間加熱加圧保持した。中間
材２と試験片３との接合は、次の実施例で説明し
た接合機構によつて行われる。すなわちSiCとFe
−29％Ni−17％Co合金とが加熱および加圧され
た状態で接触させられると、Fe，Ni，CoはSiC
中に拡散して該SiCと反応し、接合界面部に
CoSiO4、CO2SiO4、Ni2Si、Co2Siなどのケイ化
物、Siとの反応生成物が形成されて、SiCとFe−
29％Ni−17％Co合金とは接合する。即ち試験片
１と３との接合が行われる。このようにして接合
された試験片１と３においては、接合温度の低く
さによりSiCとFe−29％Ni−17％Co合金との反
応が抑制されて、かつ接合時間にてその反応量が
制御されて、前記反応生成層が厚くならないと共
に、加熱から冷却（室温）までの温度落差の少な
さにより熱応力が小さくなるので、SiCおよびケ
イ化物層にクラツクの発生が全く見られなかつ
た。また、この実施例では、中間材２と試験片１
との間に介在している低熱膨脹率の板４が、接合
後の冷却過程において試験片３と中間材２との熱
膨脹差に起因して発生する熱応力を緩和してい
る。従つて、このようにして接合された試験片１
と３においては、SiCおよびケイ化物層にクラツ
クの発生が認められないことは勿論のこと、300
Kg・cm以上のねじりトルクが得られた。
尚、本実施例において、中間材２として、Ni
−22％Cr−９％Mo−４％Nb−３％Fe合金やNi
−14％Cr−9.5％Co−４％Mo−４％Ｗ−５％Ti3
％Al合金を用いても前述と同様な効果が得られ
ることを確認した。
−22％Cr−９％Mo−４％Nb−３％Fe合金やNi
−14％Cr−9.5％Co−４％Mo−４％Ｗ−５％Ti3
％Al合金を用いても前述と同様な効果が得られ
ることを確認した。
(2) Si3N4と鋼との接合例
この実施例は、第２図に示すように、Cr−Mo
鋼の試験片（厚さ40mm）１１とSi3N4の試験片
（厚さ40mm）１３とをFe−18％Cr−８％Ni合金の
中間材（厚さ0.5mm）１２を介して接合するに当
り、試験片１１にWC−６％Co超硬合金の板（厚
さ３mm）１４を、Fe−Ni合金の板（厚さ0.5mm）
１５を介して拡散接合すると共に、その板１４に
中間材１２を拡散接合する。次いで、図示のよう
に中間材１２と試験片１３とを突き合わせ、真空
雰囲気中（10-4Torr）において接合温度1050℃、
接合圧力1.5Kgｆ／mm2で２時間加熱加圧保持した
後、700℃まで冷却し、この温度を維持した状態
で加圧力を５Kgｆ／mm2まで高くして１時間等温加
圧保持し、その後室温まで冷却した。この場合、
Si3N4と中間材との接合においては、SiCと同様
に各金属のケイ化物等が接合界面に形成され、こ
れらの反応生成物が接合に関与する。またＣは金
属中に拡散していくと考えられるが、TiやNbが
添加された中間材ではTiCやNbCなどの炭化物と
なつて析出する。
鋼の試験片（厚さ40mm）１１とSi3N4の試験片
（厚さ40mm）１３とをFe−18％Cr−８％Ni合金の
中間材（厚さ0.5mm）１２を介して接合するに当
り、試験片１１にWC−６％Co超硬合金の板（厚
さ３mm）１４を、Fe−Ni合金の板（厚さ0.5mm）
１５を介して拡散接合すると共に、その板１４に
中間材１２を拡散接合する。次いで、図示のよう
に中間材１２と試験片１３とを突き合わせ、真空
雰囲気中（10-4Torr）において接合温度1050℃、
接合圧力1.5Kgｆ／mm2で２時間加熱加圧保持した
後、700℃まで冷却し、この温度を維持した状態
で加圧力を５Kgｆ／mm2まで高くして１時間等温加
圧保持し、その後室温まで冷却した。この場合、
Si3N4と中間材との接合においては、SiCと同様
に各金属のケイ化物等が接合界面に形成され、こ
れらの反応生成物が接合に関与する。またＣは金
属中に拡散していくと考えられるが、TiやNbが
添加された中間材ではTiCやNbCなどの炭化物と
なつて析出する。
この実施例では、接合温度を1050℃と多少高く
しているので１回の処理でSi3N4と鋼とを接合で
きると共に、接合後に室温まで冷却せずに、一度
700℃で等温加圧保持して中間材１２を塑性変形
させ1050℃から700℃までの温度落差で生じた熱
応力を緩和できるから、実質的には700℃から室
温までの温度落差による熱応力のみとなる。また
等温加圧保持における加圧力を更に高めることに
より700℃よりも低い温度にすればそれだけ温度
落差が小さくなり、発生する熱応力をより小さく
することができる。従つて、このようにして接合
された試験片１１と１３においてはSi3N4および
ケイ化物層にクラツクの発生が全く認められない
ことと共に、360Kg・cmのねじりトルクが得られ
た。
しているので１回の処理でSi3N4と鋼とを接合で
きると共に、接合後に室温まで冷却せずに、一度
700℃で等温加圧保持して中間材１２を塑性変形
させ1050℃から700℃までの温度落差で生じた熱
応力を緩和できるから、実質的には700℃から室
温までの温度落差による熱応力のみとなる。また
等温加圧保持における加圧力を更に高めることに
より700℃よりも低い温度にすればそれだけ温度
落差が小さくなり、発生する熱応力をより小さく
することができる。従つて、このようにして接合
された試験片１１と１３においてはSi3N4および
ケイ化物層にクラツクの発生が全く認められない
ことと共に、360Kg・cmのねじりトルクが得られ
た。
尚、この実施例において、中間材１２として、
Ni−18％Fe−21％Cr−９％Mo合金を用いても
同様な効果が得られた。
Ni−18％Fe−21％Cr−９％Mo合金を用いても
同様な効果が得られた。
また、SiCと鋼との接合例およびSi3N4と鋼と
の接合例においては、加熱および加圧をいずれも
真空雰囲気中で行つた例を示したが、不活性ガス
中で行うことも可能である。
の接合例においては、加熱および加圧をいずれも
真空雰囲気中で行つた例を示したが、不活性ガス
中で行うことも可能である。
以上説明したように、本発明によれば、非酸化
物系セラミツクスと鋼とを、セラミツクス側にク
ラツクを発生させることなく強固に接合できる。
物系セラミツクスと鋼とを、セラミツクス側にク
ラツクを発生させることなく強固に接合できる。
第１図は本発明の接合方法によつて接合された
SiCと鋼とを示す図、第２図も同じく接合された
Si3N4と鋼とを示す図である。 １，３…試験片、２…中間材。
SiCと鋼とを示す図、第２図も同じく接合された
Si3N4と鋼とを示す図である。 １，３…試験片、２…中間材。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ａ族と族の群から選ばれる金属の組成か
らなる合金の中間材を介して非酸化物系セラミツ
クスと鋼とを接合する方法において、前記鋼と超
硬合金を拡散接合し、該超硬合金と前記中間材を
拡散接合し、該中間材と前記非酸化物系セラミツ
クスとを突き合わせ、前記中間材の溶融温度以下
の温度で加熱および加圧することを特徴とする非
酸化物系セラミツクスと鋼との接合方法。 ２ ａ族と族の群から選ばれる金属の組成か
らなる合金の中間材を介して非酸化物系セラミツ
クスと鋼とを接合する方法において、前記鋼と超
硬合金を拡散接合し、該超硬合金と前記中間材を
拡散接合し、該中間材と前記非酸化物系セラミツ
クスとを突き合わせ、前記中間材の溶融温度以下
の温度で加熱および加圧し、次いで該加熱温度よ
りも低い温度でかつ前記加圧よりも高い圧力を付
加し、この状態で所定時間等温加圧保持すること
を特徴とする非酸化物系セラミツクスと鋼との接
合方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58234216A JPS60127271A (ja) | 1983-12-14 | 1983-12-14 | 非酸化物系セラミックスと鋼との接合方法 |
| EP84114319A EP0146024B1 (en) | 1983-12-14 | 1984-11-27 | Method for bonding ceramics to metals |
| DE8484114319T DE3476533D1 (en) | 1983-12-14 | 1984-11-27 | Method for bonding ceramics to metals |
| US06/681,253 US4624403A (en) | 1983-12-14 | 1984-12-13 | Method for bonding ceramics to metals |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58234216A JPS60127271A (ja) | 1983-12-14 | 1983-12-14 | 非酸化物系セラミックスと鋼との接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60127271A JPS60127271A (ja) | 1985-07-06 |
| JPH0362670B2 true JPH0362670B2 (ja) | 1991-09-26 |
Family
ID=16967512
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58234216A Granted JPS60127271A (ja) | 1983-12-14 | 1983-12-14 | 非酸化物系セラミックスと鋼との接合方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4624403A (ja) |
| EP (1) | EP0146024B1 (ja) |
| JP (1) | JPS60127271A (ja) |
| DE (1) | DE3476533D1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1986003735A1 (en) * | 1984-12-14 | 1986-07-03 | Reaction Bonding Pty. Ltd. | Reaction bonding of metals to non-oxide ceramics |
| US4961529A (en) * | 1987-12-24 | 1990-10-09 | Kernforschungsanlage Julich Gmbh | Method and components for bonding a silicon carbide molded part to another such part or to a metallic part |
| GB8821044D0 (en) * | 1988-09-08 | 1988-10-05 | Metal Box Plc | Method of bonding tool material to holder & tools made by method |
| US6413589B1 (en) | 1988-11-29 | 2002-07-02 | Chou H. Li | Ceramic coating method |
| US5874175A (en) * | 1988-11-29 | 1999-02-23 | Li; Chou H. | Ceramic composite |
| US6286206B1 (en) | 1997-02-25 | 2001-09-11 | Chou H. Li | Heat-resistant electronic systems and circuit boards |
| US5937514A (en) | 1997-02-25 | 1999-08-17 | Li; Chou H. | Method of making a heat-resistant system |
| US5953511A (en) * | 1997-04-08 | 1999-09-14 | National Instruments Corporation | PCI bus to IEEE 1394 bus translator |
| US6976904B2 (en) * | 1998-07-09 | 2005-12-20 | Li Family Holdings, Ltd. | Chemical mechanical polishing slurry |
| US6458017B1 (en) | 1998-12-15 | 2002-10-01 | Chou H. Li | Planarizing method |
| US6676492B2 (en) | 1998-12-15 | 2004-01-13 | Chou H. Li | Chemical mechanical polishing |
| SG89286A1 (en) * | 1999-07-12 | 2002-06-18 | Mitsubishi Electric Corp | Insulating operating rod and manufacturing method therefor |
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| US6586704B1 (en) | 2001-05-15 | 2003-07-01 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Joining of materials using laser heating |
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-
1983
- 1983-12-14 JP JP58234216A patent/JPS60127271A/ja active Granted
-
1984
- 1984-11-27 EP EP84114319A patent/EP0146024B1/en not_active Expired
- 1984-11-27 DE DE8484114319T patent/DE3476533D1/de not_active Expired
- 1984-12-13 US US06/681,253 patent/US4624403A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60127271A (ja) | 1985-07-06 |
| US4624403A (en) | 1986-11-25 |
| EP0146024B1 (en) | 1989-02-01 |
| EP0146024A2 (en) | 1985-06-26 |
| DE3476533D1 (en) | 1989-03-09 |
| EP0146024A3 (en) | 1986-10-22 |
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