JPH0365573A - セラミック部品と金属部品の接合方法 - Google Patents

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］ この発明はセラミック部品と金属部品の接合方法に関す
るものである。

［従来の技術］ セラミックとアルミニウム（Ａｊ　）の結合構体は、例
えばナトリウム（Ｎａ）を熱媒体とする熱交換器のフラ
ンジ部に利用される。このフランジ部においては、熱交
換器側金具と配管側金具はアルミナリングを介して接合
され、前記アルミナリングと熱交換器側金具及び配管側
金具とはＡｊ製の中間接合リングを介して加熱加圧され
る。この加圧接合方法として、第１５図に示すようにア
ルミナリング１と配管側金具３及び熱交換器側金具５と
の間に中間接合リング２．４を介在させ、真空雰囲気中
で加熱しながら前記中間接合リング２゜４を加圧して、
第１６図に示すように中間接合リング２，４を押し潰し
両部材を加圧接合している。

［発明が解決しようとする課Ｍ］ ところが、前述したアルミナリング１と配管側金具３及
び熱交換器側金具５との結合構体（中間接合リング２．
４）は、アルミナリング１の上下両端面が平面であるた
め、接合界面の面積を太きくとることができず、従って
、機械的な強度を大きくすることができないという問題
があった。又、中間接合リング４は四角形状のものが単
に加圧して押し潰されるのみであるため、その外表面に
形成された化学的に不活性のＡ、０の酸化被膜が接合界
面に多量に残り易く、この結果、アルミナリング１と中
間接合リング２．４との化学的な接合強度の向上が望め
ず、耐Ｎａ性及び昇降温耐久性が低いう問題もあった。

この発明の目的はセラミック部品と金属部品の接合面の
機械的な接合強度と化学的な接合強度を増大し、耐Ｎａ
性及び昇降温耐久性を向上することができるセラミック
部品と金属部品の接合方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ この発明は上記目的を達成するため、凹状溝を形成した
セラミック部品の被接合面に対し、前記凹状溝に嵌入さ
れ、かつ該凹状溝よりも体積の大きい凸条を有するＡＪ
製の中間接合材を対向し、該中間接合材の本体の背面に
は金鼻部品を対接して加熱するとともに、加圧して前記
中間接合材を押し潰しながら加熱加圧接合するという方
法をとっている。

前記凹状溝の深さよりも、凸条の高さが大きいとよい。

さらに、前記セラミック部品の被接合面に対しガラス製
の８８部を形成するとよい。

［作用］ この発明は上記手段をとったことにより、セラミック部
品の凹状溝内に中間接合材の凸条が全体にわたって圧入
係合されるため、セラミック部品と中間接合材との接合
面積を増大し、かつ中間接合材の凸条が凹状溝に係合し
ているため、機械的な結合強度が増大する。又、中間接
合材の本体は加熱加圧時に押し潰されるが、このとき前
記凸部があるため該凸部付近から中間接合材本体の表層
部が外側方へと引きちぎられて中間接合材本体の内部か
ら新鮮な化学的に活性の大きいＡＪ！が酸化被膜を破っ
て外部に露出し、セラミック部品の被接合面に活性の大
きいＡｊ！が多く接触した状態で接合されるので、セラ
ミック部品と中間接合材との化学的な結合強度が増大す
る。

前記セラミック部品の被接合面に対しガラス製の薄膜部
を形成した場合には、セラミック部品の被接合面の微小
な空隙が平滑となって、中間接合材が伸びやすくなり、
かつ中間接合材との接合部に空隙ができないため、接合
強度がさらに向上する。

［実施例］ 以下、この発明を具体化した一実施例を第１図〜第６図
に基づいて説明する。

第２図に示すように、セラミック部品としてのアルミナ
リング１の下端面〈被接合面）１ａ及び上端面１ｂ（被
接合面）には純Ａｌｌ　　（純度９９゜９重量％〉製の
中間接合リング２及び４を介して、金属部品としてのＡ
ｊよりなる配管間金具３及び熱交換器側金具５のフラン
ジ部３ａ及びうａが後に詳述する加熱加圧方法で固定さ
れている。

アルミナリング１を形成するα−Ａｊ２０ｘの純度は７
５％以上である。又、前記金具３．５は、ＡＪ又はＡ１
合金により形成されている。この実施例では前記両全具
３．５を形成する材料として、Ａ１合金であるＪＩＳ規
格（合金番号）のＡ３００３を使用した。又、このＡ１
合金には８＆量成分の不可避の不純物Ｓｔ、Ｆｅ、Ｃｕ
、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｎ、ＴＩなどが含まれることが
ある。

又、前記雨中間接合リング２．４を形成するＡｊの純度
は、この実施例では９９．９重量％とじているが、９８
重量％以上であればよい。

次に、第１．４図により、アルミナリング１と接合前に
おける中間接合リング２．４の断面形状について説明す
る。

アルミナリング１の両端面１ａ、ｌｂには全周にわたっ
て凹状溝１ｃ、ｌｄが形成されている。

又、この凹状溝１ｃ、ｌｄと対応するように、前記中間
接合リング２．４を形成する本体２ａ。

４ａの被接合面には全周にわたって凸条２ｂ。

４ｂが形成されている。前記中間接合リング４の本体４
ａの幅をＷｌ、凸条４ｂの幅をＷ２、その高さをＨとし
、前記凹状溝１ｄの幅をＷ３、その深さをＤとし、又、
アルミナリング１の被接合面の幅をＷ４すると、接合前
において、それらの各寸法の間には次のような（１）〜
（４）の関係が成立するようにしている。

Ｈ＞Ｄ　　　・・・（１）　　　Ｗ４＞Ｗｌ・・・（２
）Ｗ２＞Ｗ３・・・（３）　　　Ｗｌ＞Ｗ３・・・（４
）この実施例では上記（１）及び（３）式のように設定
することにより、前記凸条４ｂの体積が凹状溝１ｄの体
積よりも大きくなるようにしている。

次に、第１図、第２図及び第５図に基づいてアルミナリ
ング１と配管側金具３及び熱交換器側金具５との固相接
合方法について説明する。

第１図に示すように、加熱容器（図示略）内部において
アルミナリング１の下端面１ａには中間接合リング２、
配管側金具３及び加圧治具６の順に配置する。又、アル
ミナリング１の上端面１ｂには中間接合リング４、熱交
換器側金具５及び加圧治具の順に配置する。

次に、前記加熱容器を真空状態（５ｘｌＯ−’ｎｍＨｇ
）に保持するとともに、加熱容器の内部を１０℃／　ｍ
　ｉ　ｎの昇温速度で加熱する０次に、第５図に示すよ
うに６００℃の状態に３分間保持し、この状態でアルミ
ナリング１、中間接合リング２、配管側金具３、中間接
合リング４及び熱交換器側金具５に対し、加圧治具６，
７により、２３００ｋｔｆ（初期加圧力１７　、８ｋｇ
／ｒｍ２）の加圧力を１０秒間作用させて、アルミナリ
ング１と配管側金具３及び熱交換器側金具５を接合する
。

その後、１０℃／　ｍ　ｉ　ｎの降温速度で、常温まで
低下し、接合作業を終了し、第２図に示すようなアルミ
ナリング１と配管側金具３及び熱交換器側金具５の結合
構体を得る。

以上説明した固相接合過程において、この実施例では中
間接合リング２．４の凸条２ｂ、４ｂ及び凹状溝１ｃ、
ｌｄにおける前述した幅Ｗ２、Ｗ３及び高さＨ１深さＤ
の間に、 Ｈ＞Ｄ　　・・・（１） Ｗ２＞Ｗ３・・・（３） （１）及び〈３〉式を満足するように形成されているた
め、加圧押し潰し時に凸条２ｂ、４ｂが凹状ｆｆ１ｌｃ
、ｌｄ内に圧入嵌合されることになり、この結果、アル
ミナリング１と中間接合リング２゜４との接合面積が増
大するとともに、凸条２ｂ。

４ｂの凹状溝１ｃ、ｌｄへの係合による楔効果により、
接合部の機械的強度が増大する。

又、前記凹状溝１ｃ、ｌｄと凸条２ｂ、４ｂが存在する
ため、加圧して中間接合リング２，４の本体２ａ、４ａ
を押し潰す際、その表面の酸化被膜が凸条２ｂ、４ｂの
近傍から破口し易く、従って、内部に存在する化学的に
活性の高いＡｊが外部、つまりアルミナリング１の被接
合面に多量に接触するため、加熱加圧時に、アルミナリ
ング１と中間接合リング２．４との化学的接合強度が増
大する。

このようにして得られたアルミナリング１と両金具３．
５との結合構体を４５０℃の温度に保持したまま、Ｎａ
に長時間浸漬し、ヘリウムリーク試験を行ったところ、
第６図に示すように２５０時間浸漬したものは１０個の
試料中、本発明の接合方法によるものは全て合格となり
、７５０時間の浸漬時間の場合において、１０個細巾個
が合格となり、１０００時間の場合は１０個中子個が合
格となった。これに対し従来例の試料では合格が２５０
時間浸漬した場合、１０個細巾個、７５０時間で１０個
細巾個、１０００時間で１０個中上個しか合格しなかっ
た。

又、４５０℃のＮａ中に２４０時間浸漬した後で、室温
引張試験を行ったところ、次の表１に示すような結果を
得た０表１から明らかなように本発明は破壊荷重が従来
の接合方法と比較して大幅に増大していることがわかる
。

さらに、昇降温耐久性試験を行ったところ、表２に示す
ような結果を得た。評価は室温と３３０℃の繰り返しサ
イクルで行った０表２から明らかなように５００サイク
ル経過してもＨｅリークは１０個の試料中皆無であった
。

表１ 表２ 又、この実施例においては、凹状溝１ｃ、ｌｄの位置を
アルミナリング１の被接合面の幅方向の中心よりある程
度内側〈リング１の中心）に変位させることにより、中
間接合リング２．４が圧延される場合、凸条２ｂ、４ｂ
から内側の本体２ａ。

４ａが体積の減少する方向への圧延量を少なくして、本
体２ａ、４ａの圧延を円滑に行うことができるようにし
ている。

次に、請求項３記載の発明を具体化した別の実施例を説
明する。

この実施例ではアルミナリング１の被接合面にガラスを
塗布した後、焼成してアルミナリング１の微小な空隙の
ある表面を平滑にしている。この場合には、加熱加圧時
に中間接合リング２．４が圧延されながら平面状となっ
たアルミナリング１の被接合面に沿ってスムーズに移動
するため、両者の接合部に微小な空隙が生じなくなり、
Ｎａ浸漬しない試料について引張強度試験を行ったとこ
ろ、第７図に示すようにガラスを塗布しない場合には１
１００ｋｇであったが、塗布した場合には１４２０　ｋ
ｉと増大した。

なお、耐Ｎａ性及び昇降温耐久性は本発明の他の実施例
と同等であった。

又、この発明は次のように具体化することもできる。

第８図に示すように中間接合リング４の断面形状をＬ字
型としたり、第９図に示すように断面形状を縦長の長方
形としたり、第１０図に示すように中間接合リングを２
箇所に設けたり、第１１図に示すように２箇所に設ける
場合において、それらを上下位置を異ならせたり、第１
２図に示すように、凹状溝１ｃの形状を楔状にしたりす
ること。

又、第１３図に示すように凸条４ｂの幅Ｗ２を凹状溝１
ｄの幅Ｗ３よりも小さくするとともに、凸条４ｂの高さ
Ｈを凹状溝１ｄの深さＤよりも大きくすること。

さらに、第１４図に示すように、凹状溝１ｄの上部及び
底部の隅角部に面取りを形成すること。

［発明の効果］ 以上詳述したように、この発明はセラミック部品と金属
部品との結合を中間接合材を介して強固に行うことがで
きるとともに、両部品の結合部の耐Ｎａ腐蝕性及び昇降
温耐久性を向上することができる効果がある。

又、・前記セラミック部品の被接合面に対しガラス製の
薄膜部を形成した場合には、セラミック部品と中間接合
材との接合部に空隙ができないため、接合強度をさらに
向上することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるアルミナリングとフランジ部を
有する金属部品との固相接合前の断面図、第２図は固相
接合した後の断面図、第３図はアルミナリング、熱交換
器側金具、配管側金具、中間接合リング等を分解して示
す斜視図、第４図はアルミナリング及び中間接合リング
を拡大して示す固相接合前の部分断面図、第５図は固相
接合方法を示す時間と温度との関係を示すグラフ、第６
図はＮａ浸漬時間とリーク試験合格数との関係を示すグ
ラフ、第７図はガラスの塗布の有無と強度試験との関係
を示すグラフ、第８図〜第１４図はそれぞれこの発明の
側倒を示す要部の断面図、第１５図及び第１６図は従来
の接合方法を説明するための断面図である。 １・・・セラミック部品としてのアルミナリング、ｌｃ
、ｌｄ・・・凹状溝、２．４・・・中間接合リング、２
ａ、４ａ・・・中間接合リング２．４の本体、２ｂ。 ４ｂ・・・中間接合リング２．４の凸条、３・・・金属
部品としての配管側金具、５・・・金属部品としての熱
交換器側金具、６，７・・・加圧治具、Ｗｌ・・・中間
接合リング４の本体４ａの幅、Ｗ２・・・中間接合リン
グ４の凸条４ｂの幅、Ｈ・・・中間接合リング４の凸条
４ｂの高さ、Ｄ・・・凹状溝１ｄの深さ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、凹状溝を形成したセラミック部品の被接合面に対し
   、前記凹状溝に嵌入され、かつ該凹状溝よりも体積の大
   きい凸条を有する中間接合材を対向し、該中間接合材の
   本体の背面には金属部品を対接して、加熱するとともに
   、加圧して前記中間接合材を押し潰しながら加熱加圧接
   合することを特徴とするセラミック部品と金属部品の接
   合方法。 ２、前記凹状溝の深さよりも、凸条の高さが大きい請求
   項１記載のセラミック部品と金属部品の接合方法。 ３、前記セラミック部品の被接合面に対しガラス製の薄
   膜部を形成する請求項１記載のセラミック部品と金属部
   品の接合方法。