JPH0366071B2 - - Google Patents
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- JPH0366071B2 JPH0366071B2 JP21513385A JP21513385A JPH0366071B2 JP H0366071 B2 JPH0366071 B2 JP H0366071B2 JP 21513385 A JP21513385 A JP 21513385A JP 21513385 A JP21513385 A JP 21513385A JP H0366071 B2 JPH0366071 B2 JP H0366071B2
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Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明はセラミツクスと金属あるいは繊維強
化金属と金属などの異種材料の固相接合方法、特
に接合面の高接合強度化に関する。
化金属と金属などの異種材料の固相接合方法、特
に接合面の高接合強度化に関する。
近年、種々の産業分野において省エネルギおよ
びエネルギの効率化が進み、それに伴い材料の使
用環境が苛酷化し、高い耐食性、耐熱性、耐摩耗
性を有する材料の出現が望まれている。これらの
用件を具備する材料としてセラミツクスおよび繊
維強化金属（以下FRMという。）が脚光を浴びて
おり、すでに一部が実用化されている。
びエネルギの効率化が進み、それに伴い材料の使
用環境が苛酷化し、高い耐食性、耐熱性、耐摩耗
性を有する材料の出現が望まれている。これらの
用件を具備する材料としてセラミツクスおよび繊
維強化金属（以下FRMという。）が脚光を浴びて
おり、すでに一部が実用化されている。
しかしながら、セラミツクスおよびFRMを単
体で構造用材料として用いるには耐衝撃性の点で
問題があり、これらの用途拡大を拒んでいる。
体で構造用材料として用いるには耐衝撃性の点で
問題があり、これらの用途拡大を拒んでいる。
この点を解決し、セラミツクス、FRMの高機
能性を有効に活用し、用途拡大を図るためには金
属材料との複合的使用が不可欠となる。すなわち
耐食、耐熱、耐摩耗という特性をセラミツクスあ
るいはFRMに持たせ、構造材料として必要な強
度、靭性を金属材料に受け持たせることが必要で
ある。
能性を有効に活用し、用途拡大を図るためには金
属材料との複合的使用が不可欠となる。すなわち
耐食、耐熱、耐摩耗という特性をセラミツクスあ
るいはFRMに持たせ、構造材料として必要な強
度、靭性を金属材料に受け持たせることが必要で
ある。
このためにはセラミツクスあるいはFRMと金
属材料との接合が絶対的に必要となる。これら異
種材料の接合には通常拡散接合法が用いられてい
る。
属材料との接合が絶対的に必要となる。これら異
種材料の接合には通常拡散接合法が用いられてい
る。
拡散接合法としては、第３図に示すように金属
材料１とセラミツクス２を直接接合する方法が一
般に採用されている。
材料１とセラミツクス２を直接接合する方法が一
般に採用されている。
上記金属材料１とセラミツクス２を直接接合し
た場合、金属材料１とセラミツクス２の熱膨張率
の差によつて生じる熱応力の発生が問題となる。
た場合、金属材料１とセラミツクス２の熱膨張率
の差によつて生じる熱応力の発生が問題となる。
セラミツクス特に炭化物系および窒化物系セラ
ミツクスの線膨張係数は金属例えば鋼の場合と比
較して第４図に示すように１／３〜１／４であ
り、セラミツクス２と金属１を直接接合するとセ
ラミツクス２側に大きな熱歪が堆積し、接合強度
を著しく弱め、場合によつては第３図に示すよう
にセラミツクス２にクラツク６が発生する。
ミツクスの線膨張係数は金属例えば鋼の場合と比
較して第４図に示すように１／３〜１／４であ
り、セラミツクス２と金属１を直接接合するとセ
ラミツクス２側に大きな熱歪が堆積し、接合強度
を著しく弱め、場合によつては第３図に示すよう
にセラミツクス２にクラツク６が発生する。
この熱応力を吸収するために、セラミツクス２
の熱膨張率に近い金属板を接合すべきセラミツク
ス２と金属１との間に挿入する方法が検討されて
いるがセラミツクス２と同等の熱膨張率を有する
金属材料が極めて少なく、かつ高価であること、
およびセラミツクスとインサート材である金属と
の反応性が十分でなく良好な継手強度が得難いと
の問題点があり、本格的な実用化までに解決すべ
き問題を多く残しているのが現状である。
の熱膨張率に近い金属板を接合すべきセラミツク
ス２と金属１との間に挿入する方法が検討されて
いるがセラミツクス２と同等の熱膨張率を有する
金属材料が極めて少なく、かつ高価であること、
およびセラミツクスとインサート材である金属と
の反応性が十分でなく良好な継手強度が得難いと
の問題点があり、本格的な実用化までに解決すべ
き問題を多く残しているのが現状である。
この発明はかかる問題点を解決するためになさ
れたものであり、セラミツクスあるいはFRMと
金属材料との接合により生じる熱応力を緩和し、
良好な継手特性を得ることができる固相接合方法
を提案することを目的とする。
れたものであり、セラミツクスあるいはFRMと
金属材料との接合により生じる熱応力を緩和し、
良好な継手特性を得ることができる固相接合方法
を提案することを目的とする。
この発明に係る固相接合方法は、セラミツクス
あるいは繊維強化金属材と金属材との異種材料を
被接合材として接合するに際し、異なる被接合材
と同種の材料を混合してなる複合材をインサート
材としての被接合材の接合面間に介在させ、各被
接合材の接合面とインサート材との間にそれぞれ
被接合材の種類に応じた粒径1μｍ以下の超微粉
材料を配し、加熱・加圧することを特徴とする。
あるいは繊維強化金属材と金属材との異種材料を
被接合材として接合するに際し、異なる被接合材
と同種の材料を混合してなる複合材をインサート
材としての被接合材の接合面間に介在させ、各被
接合材の接合面とインサート材との間にそれぞれ
被接合材の種類に応じた粒径1μｍ以下の超微粉
材料を配し、加熱・加圧することを特徴とする。
この発明においては、異種材料の接合面間に被
接合材の熱膨張率に応じて調整した複合材からな
るインサート材を介在させることにより、被接合
材に生じる熱応力の緩和を図り、各被接合材の接
合面とインサート材との間にそれぞれ比表面積の
極めて大きい超微粉材料を充填することにより、
超微粉の高反応性を利用して接合部の強度特性を
向上させる。
接合材の熱膨張率に応じて調整した複合材からな
るインサート材を介在させることにより、被接合
材に生じる熱応力の緩和を図り、各被接合材の接
合面とインサート材との間にそれぞれ比表面積の
極めて大きい超微粉材料を充填することにより、
超微粉の高反応性を利用して接合部の強度特性を
向上させる。
第１図はこの発明の一実施例を示す説明図であ
り、図において、１は金属材、２はセラミツク
ス、３は金属材１とセラミツクス２の接合面間に
介在するよう挿入されたインサート材、４は金属
材１とインサート材３との間に充填された粒径
0.1μｍ以下の金属超微粉、５はセラミツクス２と
インサート材３との間に充填されたセラミツクス
超微粉である。これらの超微粉３，４は比表面積
が極めて大きく、例えば粒径約25nｍの超微粉の
表面積は約55m2／grまで達し、反応性が非常に高
く、触媒としても利用されることがある。
り、図において、１は金属材、２はセラミツク
ス、３は金属材１とセラミツクス２の接合面間に
介在するよう挿入されたインサート材、４は金属
材１とインサート材３との間に充填された粒径
0.1μｍ以下の金属超微粉、５はセラミツクス２と
インサート材３との間に充填されたセラミツクス
超微粉である。これらの超微粉３，４は比表面積
が極めて大きく、例えば粒径約25nｍの超微粉の
表面積は約55m2／grまで達し、反応性が非常に高
く、触媒としても利用されることがある。
また、インサート材３は金属材１と同じ金属材
料を35〜60％、セラミツクス２と同じ材料を65〜
40％混合した複合材からなる。このインサート材
３は複合材の混合比を変化させることにより広範
囲で熱膨張率を調整することができる。例えば、
第１図に示したようにインサート材３を金属材１
とセラミツクス２の接合面間に介在させた場合の
線膨張係数の分布は第２図に示すように階段状と
なり、金属材１とセラミツクス２との間の熱膨張
率の急激な変化を緩和することができる。また、
インサート材３の複合材の混合比を連続的に変化
させ、セラミツクスと同じ材料成分の含有率が高
い面をセラミツクスの接合面に接合するように配
置することにより、熱膨張率を徐々に変化するよ
うに調整することができる。
料を35〜60％、セラミツクス２と同じ材料を65〜
40％混合した複合材からなる。このインサート材
３は複合材の混合比を変化させることにより広範
囲で熱膨張率を調整することができる。例えば、
第１図に示したようにインサート材３を金属材１
とセラミツクス２の接合面間に介在させた場合の
線膨張係数の分布は第２図に示すように階段状と
なり、金属材１とセラミツクス２との間の熱膨張
率の急激な変化を緩和することができる。また、
インサート材３の複合材の混合比を連続的に変化
させ、セラミツクスと同じ材料成分の含有率が高
い面をセラミツクスの接合面に接合するように配
置することにより、熱膨張率を徐々に変化するよ
うに調整することができる。
更に、インサート材３の複合材をセラミツクス
の熱膨張率に近い金属材料や十分に変形して熱歪
を吸収できる金属等を用いることもできる。
の熱膨張率に近い金属材料や十分に変形して熱歪
を吸収できる金属等を用いることもできる。
次に、第１図に示すように、金属材１とセラミ
ツクス２の接合面間にインサート材３を介在さ
せ、金属材１とインサート材３との間に金属超微
粉４を挿入し、セラミツクス２とインサート材３
との間にセラミツクス超微粉５を挿入した後、こ
れらの接合部を0.6〜0.8Kgｆ／mm2程度の圧力で加
圧し、約900℃程度の温度で約１〜1.5時間位加熱
して接合する。
ツクス２の接合面間にインサート材３を介在さ
せ、金属材１とインサート材３との間に金属超微
粉４を挿入し、セラミツクス２とインサート材３
との間にセラミツクス超微粉５を挿入した後、こ
れらの接合部を0.6〜0.8Kgｆ／mm2程度の圧力で加
圧し、約900℃程度の温度で約１〜1.5時間位加熱
して接合する。
加熱温度、加熱時間、加圧力は超微粉３，４の
材種によつて異なるが、超微粉３，４が高い反応
性を示し、かつ被接合材である金属材１の融点以
下の温度に設定する。この加圧・加熱の状態で超
微粉３，４が高い反応性を示し、金属材１及びセ
ラミツクス２の接合面並びにインサート材３の接
合面と超微粉３，４が活性化され、接合が容易に
行われると共に、インサート材３が介在して熱応
力を緩和し、熱歪のない良好な継手特性を有する
接合部を得ることができる。なお、超微粉３，４
は焼結されるため、接合された接合部は、十分な
強度を有する。
材種によつて異なるが、超微粉３，４が高い反応
性を示し、かつ被接合材である金属材１の融点以
下の温度に設定する。この加圧・加熱の状態で超
微粉３，４が高い反応性を示し、金属材１及びセ
ラミツクス２の接合面並びにインサート材３の接
合面と超微粉３，４が活性化され、接合が容易に
行われると共に、インサート材３が介在して熱応
力を緩和し、熱歪のない良好な継手特性を有する
接合部を得ることができる。なお、超微粉３，４
は焼結されるため、接合された接合部は、十分な
強度を有する。
この接合方法に使用される超微粉３，４は接合
すべき材料の種類に応じて適宜適正なものが選定
されることになるが、超微粉自体が高い反応性を
有するため、セラミツクスとインサート材との接
合に金属超微粉を用いても十分な反応性が得られ
る。
すべき材料の種類に応じて適宜適正なものが選定
されることになるが、超微粉自体が高い反応性を
有するため、セラミツクスとインサート材との接
合に金属超微粉を用いても十分な反応性が得られ
る。
また、固相接合を行うときの接合雰囲気は通常
真空雰囲気あるいはアルゴン等の不活性ガス雰囲
気であるが、酸化物系または窒化物系セラミツク
スを接合する場合には、それぞれ酸化性あるいは
窒化性雰囲気でも良好に接合することができる。
真空雰囲気あるいはアルゴン等の不活性ガス雰囲
気であるが、酸化物系または窒化物系セラミツク
スを接合する場合には、それぞれ酸化性あるいは
窒化性雰囲気でも良好に接合することができる。
以下、具体例によりこの発明の実施例を説明す
る。
る。
具体例 １
被接合材の金属材としてA1合金を、セラミツ
クス２としてAl2O3を用い、この接合材の15×15
mmの大きさの接合面間に40％Al2O3と60％Al合金
の混合からなる複合材を一層インサート材として
挿入し、インサート材と金属材及びセラミツクス
との間にそれぞれ約１mm程度の接合面間隙を有す
るようにインサート材を介在させ、金属材とイン
サート材との接合面間隙に粒径0.02〜0.10μｍの
Al合金超微粉を充填し、セラミツクスとインサ
ート材との接合面間隙に粒径0.01〜0.08μｍの
Al2O3超微粉を充填し、加圧力0.6Kgｆ／mm3、加熱
温度約900℃、加熱保持時間1.5時間、真空雰囲気
５×10-2Torrの条件下で固相接合を行つた。同
時に、被接合材をインサート材や超微粉を用いず
に上記接合条件で直接接合し、両者の接合強度を
調べた。この接合強度は、曲げ強さ（三点曲げ）
で評価した。この結果、直接接合の場合の接合強
度は1.3Kgｆ／mm2であり、接合界面が剥離する形
で破断したのに対し、この具体例のものは、曲げ
強さ（抗折度）は23Kgｆ／mm2であり、高い接合強
度を有していることがわかる。
クス２としてAl2O3を用い、この接合材の15×15
mmの大きさの接合面間に40％Al2O3と60％Al合金
の混合からなる複合材を一層インサート材として
挿入し、インサート材と金属材及びセラミツクス
との間にそれぞれ約１mm程度の接合面間隙を有す
るようにインサート材を介在させ、金属材とイン
サート材との接合面間隙に粒径0.02〜0.10μｍの
Al合金超微粉を充填し、セラミツクスとインサ
ート材との接合面間隙に粒径0.01〜0.08μｍの
Al2O3超微粉を充填し、加圧力0.6Kgｆ／mm3、加熱
温度約900℃、加熱保持時間1.5時間、真空雰囲気
５×10-2Torrの条件下で固相接合を行つた。同
時に、被接合材をインサート材や超微粉を用いず
に上記接合条件で直接接合し、両者の接合強度を
調べた。この接合強度は、曲げ強さ（三点曲げ）
で評価した。この結果、直接接合の場合の接合強
度は1.3Kgｆ／mm2であり、接合界面が剥離する形
で破断したのに対し、この具体例のものは、曲げ
強さ（抗折度）は23Kgｆ／mm2であり、高い接合強
度を有していることがわかる。
具体例 ２
被接合材の金属材としてTi−6Al−4V合金を
セラミツクスとしてSi3N4を用い、この接合材の
10×15mmの大きさの接合面間に65％SiCと35％純
Tiの混合からなる複合材を一層インサート材と
して挿入し、インサート材と金属材及びセラミツ
クスとの間にそれぞれ約１mm程度の接合面間隙を
有するようにインサート材を介在させ、金属材と
インサート材との接合面間隙に粒径0.1mm以下の
純Ti超微粉を充填し、セラミツクスとインサー
ト材との接合面間隙にも粒径0.1mm以下の純Ti超
微粉を充填し、加圧力0.8Kgｆ／mm3、加熱温度約
900℃、加熱保持時間１時間、真空雰囲気５×
10-2Torrの条件の下で固相接合を行つた。
セラミツクスとしてSi3N4を用い、この接合材の
10×15mmの大きさの接合面間に65％SiCと35％純
Tiの混合からなる複合材を一層インサート材と
して挿入し、インサート材と金属材及びセラミツ
クスとの間にそれぞれ約１mm程度の接合面間隙を
有するようにインサート材を介在させ、金属材と
インサート材との接合面間隙に粒径0.1mm以下の
純Ti超微粉を充填し、セラミツクスとインサー
ト材との接合面間隙にも粒径0.1mm以下の純Ti超
微粉を充填し、加圧力0.8Kgｆ／mm3、加熱温度約
900℃、加熱保持時間１時間、真空雰囲気５×
10-2Torrの条件の下で固相接合を行つた。
この実施例の曲げ強さは73Kgｆ／mm2となり、著
しい接合強度の上昇が認められた。
しい接合強度の上昇が認められた。
この発明は以上説明したように、異種材料の接
合面間に被接合材の熱膨張に応じて調整した複合
材を介在させることにより、被接合材に生じる熱
応力の緩和を図り、各被接合材の接合面とインサ
ート材との間にそれぞれ比表面積の極めて大きい
超微粉材料を充填することにより、超微粉の高反
応性を確保できることから熱歪のない接合強度の
高い異種材料の接合部を得ることができる効果を
有する。したがつて、セラミツクス等と金属材料
との複合材料の構造材料としての用途拡大を図る
ことができる。
合面間に被接合材の熱膨張に応じて調整した複合
材を介在させることにより、被接合材に生じる熱
応力の緩和を図り、各被接合材の接合面とインサ
ート材との間にそれぞれ比表面積の極めて大きい
超微粉材料を充填することにより、超微粉の高反
応性を確保できることから熱歪のない接合強度の
高い異種材料の接合部を得ることができる効果を
有する。したがつて、セラミツクス等と金属材料
との複合材料の構造材料としての用途拡大を図る
ことができる。
第１図はこの発明の実施例の説明図、第２図は
上記実施例の接合部における線膨張係数の分布
図、第３図は従来の接合方法を示す説明図、第４
図は従来例における接合部の線膨張係数の分布図
である。 図において、１は金属材、２はセラミツクス、
３はインサート材、４は金属超微粉、５はセラミ
ツクス超微粉である。
上記実施例の接合部における線膨張係数の分布
図、第３図は従来の接合方法を示す説明図、第４
図は従来例における接合部の線膨張係数の分布図
である。 図において、１は金属材、２はセラミツクス、
３はインサート材、４は金属超微粉、５はセラミ
ツクス超微粉である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ セラミツクス、繊維強化金属材と金属材との
異種材料を被接合材として接合する固相接合方法
において、 上記異なる被接合材と同種の材料を混合してな
る複合材をインサート材として被接合材の接合面
間に介在させ、各被接合材の接合面とインサート
材との間にそれぞれ被接合材の種類に応じた粒径
1μｍ以下の超微粉材料を配し、加熱・加圧する
ことを特徴とする固相接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21513385A JPS6277189A (ja) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | 固相接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21513385A JPS6277189A (ja) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | 固相接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6277189A JPS6277189A (ja) | 1987-04-09 |
| JPH0366071B2 true JPH0366071B2 (ja) | 1991-10-16 |
Family
ID=16667251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21513385A Granted JPS6277189A (ja) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | 固相接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6277189A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106392388B (zh) * | 2016-10-14 | 2018-06-01 | 深圳市品川新能源技术有限公司 | 陶瓷与导体焊接工艺 |
-
1985
- 1985-09-30 JP JP21513385A patent/JPS6277189A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6277189A (ja) | 1987-04-09 |
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