JPH0424313B2 - - Google Patents
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- JPH0424313B2 JPH0424313B2 JP59238956A JP23895684A JPH0424313B2 JP H0424313 B2 JPH0424313 B2 JP H0424313B2 JP 59238956 A JP59238956 A JP 59238956A JP 23895684 A JP23895684 A JP 23895684A JP H0424313 B2 JPH0424313 B2 JP H0424313B2
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は炭化けい素とAlとの接合方法に関し、
特にSi相を含む炭化けい素をAlと接合する方法
に係るものである。
特にSi相を含む炭化けい素をAlと接合する方法
に係るものである。
（従来の技術と問題点）
一般に炭化けい素などのセラミツクスは高強度
で耐摩耗性や耐食性に優れ、また原子炉部材とし
ての優れた特性を有するため高性能のエンジニア
リングセラミツクスとして注目されているが、こ
れには金属との接合が困難であるという欠点があ
り、強固な接合を得るには種々の工夫が必要であ
つた。
で耐摩耗性や耐食性に優れ、また原子炉部材とし
ての優れた特性を有するため高性能のエンジニア
リングセラミツクスとして注目されているが、こ
れには金属との接合が困難であるという欠点があ
り、強固な接合を得るには種々の工夫が必要であ
つた。
従来行われてきた接合方法としては、セラミ
ツクス部材の接合部にメタライズ層を設け、該層
と金属部材間にロウ材等の接合材を介在させて接
合する方法、セラミツク部材と金属部材との熱
膨張係数の差を利用して冷やしばめにより接合す
る方法、セラミツク部材と金属部材とをネジ等
により縮め付けて接合する方法等がある。
ツクス部材の接合部にメタライズ層を設け、該層
と金属部材間にロウ材等の接合材を介在させて接
合する方法、セラミツク部材と金属部材との熱
膨張係数の差を利用して冷やしばめにより接合す
る方法、セラミツク部材と金属部材とをネジ等
により縮め付けて接合する方法等がある。
しかしながら、これら方法により接合したセレ
ミツク−金属接合体を高温状態で使用する場合、
セラミツク部材と金属部材との熱膨張の差による
応力がセラミツク部材に加わり、これを破損して
しまうという欠陥を生ずる等いずれも満足できる
ものではなかつた。
ミツク−金属接合体を高温状態で使用する場合、
セラミツク部材と金属部材との熱膨張の差による
応力がセラミツク部材に加わり、これを破損して
しまうという欠陥を生ずる等いずれも満足できる
ものではなかつた。
（問題点を解決するための手段）
本発明者らはこれら問題点を解決するため、反
応焼結SiC（以下RB−SiCという）とAlとの接合
について基礎実験を行い、電気炉で加熱したアル
ミナるつぼ中のAl溶湯とRB−SiCとの反応性に
ついて種々検討した結果、RB−SiCをAl溶湯中
に浸漬してこれと接触させた場合、RB−SiC中
の遊離Siが優先的にAl溶湯に溶解、拡散してAl
相と入れ換わる現象（Exchange Diffusion
Phenomenon）を反なう半応領域が接触面に生
じ、そこにAl−Siの２元合金組織が形成される
ことを知見した。
応焼結SiC（以下RB−SiCという）とAlとの接合
について基礎実験を行い、電気炉で加熱したアル
ミナるつぼ中のAl溶湯とRB−SiCとの反応性に
ついて種々検討した結果、RB−SiCをAl溶湯中
に浸漬してこれと接触させた場合、RB−SiC中
の遊離Siが優先的にAl溶湯に溶解、拡散してAl
相と入れ換わる現象（Exchange Diffusion
Phenomenon）を反なう半応領域が接触面に生
じ、そこにAl−Siの２元合金組織が形成される
ことを知見した。
イ すなわち、RB−SiCをAl溶湯中に1800秒浸
漬保持した場合の溶湯温度と反応領域幅との関
係は第２図に示すとおりであり、反応領域の幅
は溶湯温度の上がるに従つて指数函数的に増加
する傾向がある。
漬保持した場合の溶湯温度と反応領域幅との関
係は第２図に示すとおりであり、反応領域の幅
は溶湯温度の上がるに従つて指数函数的に増加
する傾向がある。
ロ 第３図はRB−SiCと反応領域との熱膨張を
示しており、反応領域における熱膨張はRB−
SiCのそれに比べてはるかに高い値である。
示しており、反応領域における熱膨張はRB−
SiCのそれに比べてはるかに高い値である。
ハ 580℃付近にAl−Si相の融点があり、これ以
上の温度では反応領域中のAl−Si相は液体状
態である。
上の温度では反応領域中のAl−Si相は液体状
態である。
ニ 室温から900℃までの平均線膨張係数はRB
−SiCの場合5.0×10-6／℃であるが、反応領域
では5.3×10-6／℃とその差は微少である。し
たがつてRB−SiCと反応領域間の熱応力も少
なくなるものと思われる。
−SiCの場合5.0×10-6／℃であるが、反応領域
では5.3×10-6／℃とその差は微少である。し
たがつてRB−SiCと反応領域間の熱応力も少
なくなるものと思われる。
本発明者らは上記のことからRB−SiCとAl溶
湯との接触面における、AlとSiの交換反応なら
びに反応領域の特性を利用することに着目し、歩
化けい素とAlとを接合することに成功し本発明
に至つたものである。
湯との接触面における、AlとSiの交換反応なら
びに反応領域の特性を利用することに着目し、歩
化けい素とAlとを接合することに成功し本発明
に至つたものである。
すなわち、本発明はSi相を含む炭化けい素焼結
体をAlの溶湯中に浸漬してその炭化けい素焼結
体の表面層にSiとAlとの合金層を形成させたの
ち、溶湯から取出して鋳型に移し、ついでこの鋳
型にAl溶湯を鋳込むことを特徴とする炭化けい
素とAlとを接合方法に係わるものである。
体をAlの溶湯中に浸漬してその炭化けい素焼結
体の表面層にSiとAlとの合金層を形成させたの
ち、溶湯から取出して鋳型に移し、ついでこの鋳
型にAl溶湯を鋳込むことを特徴とする炭化けい
素とAlとを接合方法に係わるものである。
本発明は炭化けい素とAlとを接合するもので
あるが、この、AlとしてはAlまたはその耐熱合
金が使用される。
あるが、この、AlとしてはAlまたはその耐熱合
金が使用される。
以下、本発明について述べると、これはRB−
SiCをまずAl溶湯上で予熱してから、Al溶湯中へ
浸漬し、RB−SiC接触面の酸化物皮膜（Al2O3）
を除去するため、溶湯中で例えば200rpmで30秒
程度回転させる。
SiCをまずAl溶湯上で予熱してから、Al溶湯中へ
浸漬し、RB−SiC接触面の酸化物皮膜（Al2O3）
を除去するため、溶湯中で例えば200rpmで30秒
程度回転させる。
Al溶湯温度が700℃程度の場合SiCとAlの反応
は弱いが800℃を越えると活発となり、900℃以上
ではRB−SiCとAlの界面にAl炭化物が生成し、
接合強度低下の原因となるので、Al溶湯温度は
800〜900℃とすることが望ましい。所定時間浸漬
後、RB−SiCを溶湯から取り出し、直ちに鋳型
に移し、これにAl溶湯を鋳込む。この場合に用
いる鋳型は、固相状態におけるRB−SiCとAlの
熱膨張の差が大きい点を考慮し、凝固冷却時の接
合界面付近に熱応力が集中するのをできるだけ避
けるため、熱伝導の小さいセラミツクフアイバー
系の耐火物からなるものを使用するのがよい。適
当な鋳型としては市販のAl2O3−SiO2系の不定形
セラミツクフアイバーを成計加工後800℃で焼成
したものが例示される。Al溶湯に浸漬処理した
RB−SiCを鋳型中で鋳ぐるみ冷却すれば、接触
面の交換反応領域に形成されたAl−Si合金によ
り、RB−SiCとAlとの強固な接合が完成され、
常温状態はもちろん、高温状態においてもきわめ
て安定した信頼性の高い接合が得られる。
は弱いが800℃を越えると活発となり、900℃以上
ではRB−SiCとAlの界面にAl炭化物が生成し、
接合強度低下の原因となるので、Al溶湯温度は
800〜900℃とすることが望ましい。所定時間浸漬
後、RB−SiCを溶湯から取り出し、直ちに鋳型
に移し、これにAl溶湯を鋳込む。この場合に用
いる鋳型は、固相状態におけるRB−SiCとAlの
熱膨張の差が大きい点を考慮し、凝固冷却時の接
合界面付近に熱応力が集中するのをできるだけ避
けるため、熱伝導の小さいセラミツクフアイバー
系の耐火物からなるものを使用するのがよい。適
当な鋳型としては市販のAl2O3−SiO2系の不定形
セラミツクフアイバーを成計加工後800℃で焼成
したものが例示される。Al溶湯に浸漬処理した
RB−SiCを鋳型中で鋳ぐるみ冷却すれば、接触
面の交換反応領域に形成されたAl−Si合金によ
り、RB−SiCとAlとの強固な接合が完成され、
常温状態はもちろん、高温状態においてもきわめ
て安定した信頼性の高い接合が得られる。
（発明の効果）
本発明の方法は、Si相を含む炭化けい素とAl
との接合に際し、Alを液体状態で取扱うため、
接合面が複雑な形状であつても接合が可能であ
り、従来困難であつた炭化けい素とAlとの強固
な接合をきわめて簡単な工程で実施できるのでそ
の応用範囲が広く工業的価値で大である。
との接合に際し、Alを液体状態で取扱うため、
接合面が複雑な形状であつても接合が可能であ
り、従来困難であつた炭化けい素とAlとの強固
な接合をきわめて簡単な工程で実施できるのでそ
の応用範囲が広く工業的価値で大である。
つぎに実施例をあげて本発明を具体的に説明す
る。
る。
実施例
RB−SiCを５×５×25mmの寸法に加工し、接
合面を＃400耐水研磨紙で研磨した。接合金属と
して純度99.99％のAlを用いた。Al溶湯上で予熱
しておいたRB−SiCをこの溶湯中に浸漬し、
200rpmで30秒回転させて表面の酸化物皮膜を除
去させ回転時間を含めて1800秒間溶湯中に保持し
た（第１図ａ参照）。Al溶湯の温度を700℃、800
℃、900℃および1000℃とした。RB−SiCを溶湯
から引上げ、セラミツクフアイバー鋳型に設置
し、直ちにこれにAl溶湯を鋳込み、RB−SiC／
Alの接合体をつくり凝固させた（第１図ｂ参
照）。この接合体を５×５×40mmの寸法に研磨加
工して引張り試験片とした（第１図ｃ参照）。こ
れを試験して得られた引張り強さとAl溶湯浸漬
温度の関係は第４図のとおりである。すなわち
800℃の浸漬温度では約３Kgｆ／mm2以上の最高値
と引張り強さを示し、それ以上の温度では引張り
強さが低下する。この引張り強さ３Kgｆ／mm2以上
の値はAl母材の60％以上の値であるから、本発
明によるRB−SiCとAlとの接合効果は十分満足
できるものである。
合面を＃400耐水研磨紙で研磨した。接合金属と
して純度99.99％のAlを用いた。Al溶湯上で予熱
しておいたRB−SiCをこの溶湯中に浸漬し、
200rpmで30秒回転させて表面の酸化物皮膜を除
去させ回転時間を含めて1800秒間溶湯中に保持し
た（第１図ａ参照）。Al溶湯の温度を700℃、800
℃、900℃および1000℃とした。RB−SiCを溶湯
から引上げ、セラミツクフアイバー鋳型に設置
し、直ちにこれにAl溶湯を鋳込み、RB−SiC／
Alの接合体をつくり凝固させた（第１図ｂ参
照）。この接合体を５×５×40mmの寸法に研磨加
工して引張り試験片とした（第１図ｃ参照）。こ
れを試験して得られた引張り強さとAl溶湯浸漬
温度の関係は第４図のとおりである。すなわち
800℃の浸漬温度では約３Kgｆ／mm2以上の最高値
と引張り強さを示し、それ以上の温度では引張り
強さが低下する。この引張り強さ３Kgｆ／mm2以上
の値はAl母材の60％以上の値であるから、本発
明によるRB−SiCとAlとの接合効果は十分満足
できるものである。
第１図ａ，ｂ，ｃは本発明方法を実施する場合
の各工程の説明図、第２図はAl溶湯温度と反応
領域幅の関係を示す曲線図、第３図は反応領域お
よびRB−SiCにおける温度と熱膨張との関係を
示す曲線図である。第４図はRB−SiC／Al接合
体の引張り強さと浸漬温度との関係を示す曲線図
である。
の各工程の説明図、第２図はAl溶湯温度と反応
領域幅の関係を示す曲線図、第３図は反応領域お
よびRB−SiCにおける温度と熱膨張との関係を
示す曲線図である。第４図はRB−SiC／Al接合
体の引張り強さと浸漬温度との関係を示す曲線図
である。
Claims (1)
- １ Si相を含む炭化けい素焼結体をAlの溶湯中
に浸漬してその炭化けい素焼結体の表面層にSiと
Alとの合金層を形成させたのち、溶湯から取出
して鋳型に移し、ついでこの鋳型にAl溶湯を鋳
込むことを特徴とする炭化けい素とAlとを接合
する方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23895684A JPS61117173A (ja) | 1984-11-13 | 1984-11-13 | 炭化けい素とＡｌとを接合する方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23895684A JPS61117173A (ja) | 1984-11-13 | 1984-11-13 | 炭化けい素とＡｌとを接合する方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61117173A JPS61117173A (ja) | 1986-06-04 |
| JPH0424313B2 true JPH0424313B2 (ja) | 1992-04-24 |
Family
ID=17037792
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23895684A Granted JPS61117173A (ja) | 1984-11-13 | 1984-11-13 | 炭化けい素とＡｌとを接合する方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61117173A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6340163A (ja) * | 1986-08-06 | 1988-02-20 | Fuji Xerox Co Ltd | 有機半導体及びその有機半導体を用いた電子写真感光体 |
| JPS6340165A (ja) * | 1986-08-06 | 1988-02-20 | Fuji Xerox Co Ltd | 電子写真感光体 |
| US4884737A (en) * | 1987-05-21 | 1989-12-05 | Lanxide Technology Company, Lp | Method for surface bonding of ceramic bodies |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5523892A (en) * | 1978-05-24 | 1980-02-20 | Dango & Dienenthal Kg | Rocker for machine for closing molten material pouring port |
| JPS60118366A (ja) * | 1983-11-30 | 1985-06-25 | Agency Of Ind Science & Technol | 酸化物系セラミツクスと銅又はその合金との接合体の製造方法 |
-
1984
- 1984-11-13 JP JP23895684A patent/JPS61117173A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5523892A (en) * | 1978-05-24 | 1980-02-20 | Dango & Dienenthal Kg | Rocker for machine for closing molten material pouring port |
| JPS60118366A (ja) * | 1983-11-30 | 1985-06-25 | Agency Of Ind Science & Technol | 酸化物系セラミツクスと銅又はその合金との接合体の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61117173A (ja) | 1986-06-04 |
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