JPH0371391B2 - - Google Patents
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- JPH0371391B2 JPH0371391B2 JP59112256A JP11225684A JPH0371391B2 JP H0371391 B2 JPH0371391 B2 JP H0371391B2 JP 59112256 A JP59112256 A JP 59112256A JP 11225684 A JP11225684 A JP 11225684A JP H0371391 B2 JPH0371391 B2 JP H0371391B2
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- Ceramic Products (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明はろう付けにより接合されたセラミツク
スと金属との接合体に関するものである。
スと金属との接合体に関するものである。
［従来技術］
一般にセラミツクスは耐熱性、熱衝撃強度、高
温時の機械的強度、耐摩耗性、あるいは高絶縁性
等、優れた特性を有することから、近年種々の分
野に利用されつつある。ところがセラミツクスは
余り単独で用いられることなく、通常、機械部品
などにおいて他の材料、例えば金属等と共に用い
られ、その機能を発揮するようされている。
温時の機械的強度、耐摩耗性、あるいは高絶縁性
等、優れた特性を有することから、近年種々の分
野に利用されつつある。ところがセラミツクスは
余り単独で用いられることなく、通常、機械部品
などにおいて他の材料、例えば金属等と共に用い
られ、その機能を発揮するようされている。
そこで従来より、このセラミツクスと金属とを
如何にして接合すれば強度の高い接合体を得るこ
とができるかという研究が進められている。これ
はセラミツクスの熱膨脹係数と接合される金属の
熱膨脹係数との違いにより、単なるろう付けによ
り接合した場合には、接合後、熱歪による残留応
力によつてセラミツクスの接合部分が割れ易くな
つたり、あるいはろう材が外れ易くなつたりする
ためであるが、従来ではこの対策の一つとして、
セラミツクスと金属との間に残留応力を緩衝する
ための金属等からなる緩衝層を設け、ろう付けを
行なう方法が用いられている。
如何にして接合すれば強度の高い接合体を得るこ
とができるかという研究が進められている。これ
はセラミツクスの熱膨脹係数と接合される金属の
熱膨脹係数との違いにより、単なるろう付けによ
り接合した場合には、接合後、熱歪による残留応
力によつてセラミツクスの接合部分が割れ易くな
つたり、あるいはろう材が外れ易くなつたりする
ためであるが、従来ではこの対策の一つとして、
セラミツクスと金属との間に残留応力を緩衝する
ための金属等からなる緩衝層を設け、ろう付けを
行なう方法が用いられている。
ところが、このようにしてセラミツクスと金属
とを緩衝層を介してろう付けにより接合した場合
であつても、そのろう材が接合面以外の場所、例
えば接合部分周囲に残つているような場合には、
ろう材とセラミツクスとの熱膨脹係数の違いによ
り接合後ろう材がセラミツクスを周囲から締め付
けることとなり、結局セラミツクス自体に残留応
力が加わり、割れ易くなつてしまうという問題が
あつた。
とを緩衝層を介してろう付けにより接合した場合
であつても、そのろう材が接合面以外の場所、例
えば接合部分周囲に残つているような場合には、
ろう材とセラミツクスとの熱膨脹係数の違いによ
り接合後ろう材がセラミツクスを周囲から締め付
けることとなり、結局セラミツクス自体に残留応
力が加わり、割れ易くなつてしまうという問題が
あつた。
［発明の目的］
そこで本発明は、セラミツクスの残留応力を少
しでも緩和して、強度の高いセラミツクスと金属
との接合体を提供することを目的としている。
しでも緩和して、強度の高いセラミツクスと金属
との接合体を提供することを目的としている。
［発明の構成］
かかる目的を達するための本発明の構成は、セ
ラミツクス上の一つの平面を接合面として、金属
をろう付けにより接合したセラミツクスと金属と
の接合体において、 接合後、少なくとも上記接合面に対して角度を
有する上記セラミツクスの他の面上の上記ろう材
を、削り加工により削除してなることを特徴とす
るセラミツクスと金属との接合体を要旨としてい
る。
ラミツクス上の一つの平面を接合面として、金属
をろう付けにより接合したセラミツクスと金属と
の接合体において、 接合後、少なくとも上記接合面に対して角度を
有する上記セラミツクスの他の面上の上記ろう材
を、削り加工により削除してなることを特徴とす
るセラミツクスと金属との接合体を要旨としてい
る。
ここでセラミツクスとしては窒化珪素、ジルコ
ニア、アルミナ、炭化珪素等、通常用いられるセ
ラミツクスであれば何でもよく、また金属におい
ても同様である。
ニア、アルミナ、炭化珪素等、通常用いられるセ
ラミツクスであれば何でもよく、また金属におい
ても同様である。
次にろう付としては銀系、ニツケル系、銅系、
アルミニウム系等、通常用いられるものであれば
何でもよく、そのろう付け方法としては、例え
ば、真空中で金属を強熱して、その時発生する蒸
気をセラミツクスの接合面に蒸着するといつた蒸
着方法により接合面を一旦金属化し、その後上記
ろう材を用いてろう付けを行なう方法とか、ある
いはチタン、ジルコニウム等の活性金属と、銀、
銅、ニツケル等の金属とを主成分とした金属混合
物をセラミツクスの接合面に塗布し、非酸化雰囲
気にて加熱して接合面を金属化した後、ろう付け
を行なう方法とかが挙げられる。
アルミニウム系等、通常用いられるものであれば
何でもよく、そのろう付け方法としては、例え
ば、真空中で金属を強熱して、その時発生する蒸
気をセラミツクスの接合面に蒸着するといつた蒸
着方法により接合面を一旦金属化し、その後上記
ろう材を用いてろう付けを行なう方法とか、ある
いはチタン、ジルコニウム等の活性金属と、銀、
銅、ニツケル等の金属とを主成分とした金属混合
物をセラミツクスの接合面に塗布し、非酸化雰囲
気にて加熱して接合面を金属化した後、ろう付け
を行なう方法とかが挙げられる。
また接合部分においては、単にセラミツクスと
金属とを直接ろう付けするのではなく、従来技術
の項で述べたように残留応力緩衝用の緩衝層を設
けてもよい。そしてその削り加工としては、例え
ばダイヤモンドホイール等を用いて接合面に対し
て角度を有する、セラミツクスの接合面以外の面
上のろう材を削る。尚、ろう材と一緒にセラミツ
クスを削つても構わない。これは例えば第１図イ
に示すようにセラミツクスａの接合部分外周部ｂ
（接合面ｇに対して角度を有する面）をろう材ｃ
が覆つたり、あるいは、第１図ロに示すようにセ
ラミツクスａの接合部分の面取り部分ｄ（接合面
ｇに対して角度を有する面）にろう材ｃが接合さ
れていては、接合後のろう材ｃの冷却によりセラ
ミツクスａの内部に矢印ｅ方向の応力が残り、振
動等外部の衝撃によつてセラミツクスａが割れ易
くなつてしまうからである。尚図においてｆはセ
ラミツクスａに接合される金属である。
金属とを直接ろう付けするのではなく、従来技術
の項で述べたように残留応力緩衝用の緩衝層を設
けてもよい。そしてその削り加工としては、例え
ばダイヤモンドホイール等を用いて接合面に対し
て角度を有する、セラミツクスの接合面以外の面
上のろう材を削る。尚、ろう材と一緒にセラミツ
クスを削つても構わない。これは例えば第１図イ
に示すようにセラミツクスａの接合部分外周部ｂ
（接合面ｇに対して角度を有する面）をろう材ｃ
が覆つたり、あるいは、第１図ロに示すようにセ
ラミツクスａの接合部分の面取り部分ｄ（接合面
ｇに対して角度を有する面）にろう材ｃが接合さ
れていては、接合後のろう材ｃの冷却によりセラ
ミツクスａの内部に矢印ｅ方向の応力が残り、振
動等外部の衝撃によつてセラミツクスａが割れ易
くなつてしまうからである。尚図においてｆはセ
ラミツクスａに接合される金属である。
［発明の効果］
以上のように構成された本発明の接合体におい
ては、セラミツクスの接合面に対して角度を有す
る他の面上のろう材が取り除かれるので、ろう材
がセラミツクスの接合部分の外周部あるいは面取
り部分から内部方向にセラミツクスを締め付ける
ことはなく、それによる残留応力を取り除くこと
ができ、接合体自体の強度を高くすることができ
る。従つて本発明の接合体として、例えばガスタ
ービン部品、ターボチヤージー部品等、高温、高
振動の条件で使用される内燃機関の周辺部品に適
用した場合にも、その強度が高く、耐久性がある
ことから、信頼性の高い部品とすることができ
る。
ては、セラミツクスの接合面に対して角度を有す
る他の面上のろう材が取り除かれるので、ろう材
がセラミツクスの接合部分の外周部あるいは面取
り部分から内部方向にセラミツクスを締め付ける
ことはなく、それによる残留応力を取り除くこと
ができ、接合体自体の強度を高くすることができ
る。従つて本発明の接合体として、例えばガスタ
ービン部品、ターボチヤージー部品等、高温、高
振動の条件で使用される内燃機関の周辺部品に適
用した場合にも、その強度が高く、耐久性がある
ことから、信頼性の高い部品とすることができ
る。
［実施例］
以下本発明の実施例を図面と共に説明する。
本実施例においては、第２図に示す如き、セラ
ミツクス１と金属２を鋼板３を介在させてろう材
４によりろう付けした接合体Ａを作成し、その後
接合部を削り加工した第３図に示す如き接合体Ｂ
と上記ろう付けしただけの接合体Ａとの強度を
夫々アイゾツト衝撃試験により測定した。接合体
Ｂは、本発明の一実施例を表すもので、接合面以
外の表面には上記削り加工によりろう材が付着し
ていない。
ミツクス１と金属２を鋼板３を介在させてろう材
４によりろう付けした接合体Ａを作成し、その後
接合部を削り加工した第３図に示す如き接合体Ｂ
と上記ろう付けしただけの接合体Ａとの強度を
夫々アイゾツト衝撃試験により測定した。接合体
Ｂは、本発明の一実施例を表すもので、接合面以
外の表面には上記削り加工によりろう材が付着し
ていない。
ここでセラミツクス１としては窒化珪素を86％
含有するセラミツクス材を直径15［mm］の棒状に
焼結したものを用い、また金属２としてはセラミ
ツクス１と同様に直径15［mm］のクロムモリブデ
ン鋼（JIS−SCM435）からなる金属棒を用いた。
そして各々の接合面には面取り加工を施し、更に
セラミツクス１の接合面にはろう付けがし易いよ
うに、ジルコニウム、クロム、銅を夫々0.2［μ
ｍ］、0.2［μｍ］、0.5［μｍ］の厚さで順次蒸着
し、金属化した。その後ろう材４に銀72％、銅28
％の共晶ろうを用いて900［℃］の水素炉中にてろ
う付けを行ない、上記接合体Ａを得た。また接合
体Ｂは上記のように作成された接合体Ａの接合部
分周囲、つまりセラミツクス１、金属２、銅板３
及びろう材４が積層された周囲をダイヤモンドホ
イールを用いて表面あらさ0.5−ｓ以下に削り加
工した。尚セラミツクス１と金属２とを介在する
銅板３には板厚２［mm］の銅板を用いた。
含有するセラミツクス材を直径15［mm］の棒状に
焼結したものを用い、また金属２としてはセラミ
ツクス１と同様に直径15［mm］のクロムモリブデ
ン鋼（JIS−SCM435）からなる金属棒を用いた。
そして各々の接合面には面取り加工を施し、更に
セラミツクス１の接合面にはろう付けがし易いよ
うに、ジルコニウム、クロム、銅を夫々0.2［μ
ｍ］、0.2［μｍ］、0.5［μｍ］の厚さで順次蒸着
し、金属化した。その後ろう材４に銀72％、銅28
％の共晶ろうを用いて900［℃］の水素炉中にてろ
う付けを行ない、上記接合体Ａを得た。また接合
体Ｂは上記のように作成された接合体Ａの接合部
分周囲、つまりセラミツクス１、金属２、銅板３
及びろう材４が積層された周囲をダイヤモンドホ
イールを用いて表面あらさ0.5−ｓ以下に削り加
工した。尚セラミツクス１と金属２とを介在する
銅板３には板厚２［mm］の銅板を用いた。
上述のようにして接合体Ａ及び接合体Ｂを夫々
５個作成し、これらの接合体を金属２を固定して
セラミツクス１の接合面から10［mm］の点を打点
としてアイゾツト衝撃試験を行なつた結果、接合
部分周囲の削り加工を施こしていない接合体Ａの
場合には平均で6.0［Kg・cm］、最小で3.0［Kg・cm］
のアイゾツト衝撃値を得たのに対して、削り加工
を施こした接合体Ｂの場合には平均で7.3［Kg・
cm］、最小で6.4［Kg・cm］のアイゾツト衝撃値を
得た。
５個作成し、これらの接合体を金属２を固定して
セラミツクス１の接合面から10［mm］の点を打点
としてアイゾツト衝撃試験を行なつた結果、接合
部分周囲の削り加工を施こしていない接合体Ａの
場合には平均で6.0［Kg・cm］、最小で3.0［Kg・cm］
のアイゾツト衝撃値を得たのに対して、削り加工
を施こした接合体Ｂの場合には平均で7.3［Kg・
cm］、最小で6.4［Kg・cm］のアイゾツト衝撃値を
得た。
このことからセラミツクスと金属とをろう付け
により接合した場合、その接合部分周辺を削り加
工すると接合体自体の強度が増すことがわかつ
た。これは、単にろう付けをしただけの場合に
は、その接合面の面取り加工を施こした部分等、
即ち接合面に対して角度を有する他の面上にろう
だまりができ、このろう材の冷却により、特にセ
ラミツクスの接合部分を周囲から締め付ける応力
が加わつて強度が弱くなつてしまうからであると
考えられる。
により接合した場合、その接合部分周辺を削り加
工すると接合体自体の強度が増すことがわかつ
た。これは、単にろう付けをしただけの場合に
は、その接合面の面取り加工を施こした部分等、
即ち接合面に対して角度を有する他の面上にろう
だまりができ、このろう材の冷却により、特にセ
ラミツクスの接合部分を周囲から締め付ける応力
が加わつて強度が弱くなつてしまうからであると
考えられる。
そこで次に上記と同様のセラミツクス１、金属
２、銅板３及びろう材４を用いて、第４図に示す
如くろう材４がセラミツクス１及び金属２の面取
り部分を全て覆うようにろうだまり部７を多くし
た接合体Ｃを５個作成し、アイゾツト衝撃試験を
行なおうとしたが、この場合単に接合後の冷却の
みによつてセラミツクス１にクラツク８が入つた
ものが３個も発生してしまつた。
２、銅板３及びろう材４を用いて、第４図に示す
如くろう材４がセラミツクス１及び金属２の面取
り部分を全て覆うようにろうだまり部７を多くし
た接合体Ｃを５個作成し、アイゾツト衝撃試験を
行なおうとしたが、この場合単に接合後の冷却の
みによつてセラミツクス１にクラツク８が入つた
ものが３個も発生してしまつた。
従つてセラミツクスと金属との接合体を高い強
度となるようにするためには、ろう付けの際にろ
うだまりが多くならないよう、少ないろう材でろ
う付けし、その接合部分を、少なくともろう材が
セラミツクスの接合面に対して角度を有する、セ
ラミツクスの接合面以外の面に接触しないよう接
合後に削り加工すべきであることがわかつた。
度となるようにするためには、ろう付けの際にろ
うだまりが多くならないよう、少ないろう材でろ
う付けし、その接合部分を、少なくともろう材が
セラミツクスの接合面に対して角度を有する、セ
ラミツクスの接合面以外の面に接触しないよう接
合後に削り加工すべきであることがわかつた。
［適用例］
次に本発明の適用例として、本発明をセラミツ
ク軸と金属軸とを接合してなるタービン軸に適用
した場合について述べる。
ク軸と金属軸とを接合してなるタービン軸に適用
した場合について述べる。
まず第５図に示すタービン軸１０は、接合部分
の削り加工部１１がガスシール部となるようセラ
ミツク軸１２と金属軸１３とを夫々形成し、前記
実施例と同様に銅板１４を介してろう付けによつ
て接合したタービン軸を示しており、また第６図
及び第７図に示すタービン軸２０は、接合部分２
１が当該タービン軸２０の軸受２２より図示しな
いコンプレツサ側に位置し、金属軸２３に対して
耐熱性、耐摩耗性のよいセラミツク軸２４が軸受
２２に支持されるよう上記タービン軸１０と同様
に接合し形成したタービン軸を示している。尚セ
ラミツク軸と金属軸とを介在する板は銅板の他に
もセラミツク軸を構成するセラミツク材からなる
薄板を用いてもよい。
の削り加工部１１がガスシール部となるようセラ
ミツク軸１２と金属軸１３とを夫々形成し、前記
実施例と同様に銅板１４を介してろう付けによつ
て接合したタービン軸を示しており、また第６図
及び第７図に示すタービン軸２０は、接合部分２
１が当該タービン軸２０の軸受２２より図示しな
いコンプレツサ側に位置し、金属軸２３に対して
耐熱性、耐摩耗性のよいセラミツク軸２４が軸受
２２に支持されるよう上記タービン軸１０と同様
に接合し形成したタービン軸を示している。尚セ
ラミツク軸と金属軸とを介在する板は銅板の他に
もセラミツク軸を構成するセラミツク材からなる
薄板を用いてもよい。
このようにタービン軸のセラミツク軸と金属軸
との接合部分を接合後に削り加工した場合、接合
部分の熱歪による残留応力が少なく、強度の高
い、耐久性のあるタービン軸とすることができる
だけでなく、外観上も美しく、その削り加工部分
を例えば上記タービン軸１０のようにガスシール
部に用いるといつたこともできるようになる。そ
してこのタービン軸を製造する場合においては、
各セラミツクス軸、金属軸を予め最終形状に仕上
げておき、最後に接合してその接合部分を削り加
工すればよい。
との接合部分を接合後に削り加工した場合、接合
部分の熱歪による残留応力が少なく、強度の高
い、耐久性のあるタービン軸とすることができる
だけでなく、外観上も美しく、その削り加工部分
を例えば上記タービン軸１０のようにガスシール
部に用いるといつたこともできるようになる。そ
してこのタービン軸を製造する場合においては、
各セラミツクス軸、金属軸を予め最終形状に仕上
げておき、最後に接合してその接合部分を削り加
工すればよい。
第１図は本発明の作用効果の説明図、第２図は
削り加工前の接合体Ａを表わす断面図、第３図は
削り加工後の接合体Ｂを表わす断面図、第４図は
接合強度を比較するためにろう材４を多く使用し
た接合体Ｃを表わす断面図、第５図ないし第７図
は本発明をタービン軸に適用した適用例であり、
タービン軸の接合部分を表わす半断面正面図であ
る。 １，ａ……セラミツクス、２，ｆ……金属、３
……銅板、４，ｃ……ろう材、ｂ……接合部分外
周部、ｄ……面取り部分、ｇ……接合面。
削り加工前の接合体Ａを表わす断面図、第３図は
削り加工後の接合体Ｂを表わす断面図、第４図は
接合強度を比較するためにろう材４を多く使用し
た接合体Ｃを表わす断面図、第５図ないし第７図
は本発明をタービン軸に適用した適用例であり、
タービン軸の接合部分を表わす半断面正面図であ
る。 １，ａ……セラミツクス、２，ｆ……金属、３
……銅板、４，ｃ……ろう材、ｂ……接合部分外
周部、ｄ……面取り部分、ｇ……接合面。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ セラミツクス上の一つの平面を接合面とし
て、金属をろう付けにより接合したセラミツクス
と金属との接合体において、 接合後、少なくとも上記接合面に対して角度を
有する上記セラミツクスの他の面上の上記ろう材
を、削り加工により削除してなることを特徴とす
るセラミツクスと金属との接合体。 ２ セラミツクスと金属とのろう付けによる接合
部分に、接合後の残留応力を緩衝するための応力
緩衝層を備えた特許請求の範囲第１項記載のセラ
ミツクスと金属との接合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11225684A JPS60255679A (ja) | 1984-05-31 | 1984-05-31 | セラミックスと金属との接合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11225684A JPS60255679A (ja) | 1984-05-31 | 1984-05-31 | セラミックスと金属との接合体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60255679A JPS60255679A (ja) | 1985-12-17 |
| JPH0371391B2 true JPH0371391B2 (ja) | 1991-11-13 |
Family
ID=14582148
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11225684A Granted JPS60255679A (ja) | 1984-05-31 | 1984-05-31 | セラミックスと金属との接合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60255679A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01176284A (ja) * | 1987-12-28 | 1989-07-12 | Ngk Insulators Ltd | 金属・セラミックス接合体 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59111984A (ja) * | 1982-12-17 | 1984-06-28 | 日産自動車株式会社 | セラミツクスと金属との接合構造 |
-
1984
- 1984-05-31 JP JP11225684A patent/JPS60255679A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59111984A (ja) * | 1982-12-17 | 1984-06-28 | 日産自動車株式会社 | セラミツクスと金属との接合構造 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60255679A (ja) | 1985-12-17 |
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Legal Events
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