JPH049753B2 - - Google Patents
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Description
〔産業上の利用分野〕
本発明はセラミツクと金属との接合構造に関す
るものである。 〔従来技術〕 従来よりセラミツクと金属との接合おいては、
セラミツクと金属との熱膨張係数の差が大きく、
熱歪による残留応力によつてセラミツクが破壊し
易く、接合し難いことが知られている。 そこで従来では、セラミツクと金属とを接合す
る場合、例えばアルミナとコバール（商標名：コ
バルト−ニツケル−鉄合金の一種）のというよう
に、セラミツクの熱膨張係数に近似した金属を用
いたり、あるいはセラミツクと金属との間にセラ
ミツクの熱膨張係数に近似した金属を介在させ、
接合することが考えられている。 ところで、例えば窒化ケイ素のように熱膨張係
数が小さいセラミツクの場合、熱膨張係数が近似
した金属としてタングステンが挙げられるが、こ
の種のセラミツクを、例えばエンジンの周辺部品
として高温でかつ振動の激しい場所に使用する場
合、セラミツクに接合する金属、あるいはセラミ
ツクと金属とを介在する金属としてタングステン
を用いると、タングステンは高価であり、またも
ろく酸化し易いといつた性質を有することから実
用化には不向きであり、この種のセラミツクを鉄
系合金やアルミニウム合金と直接接合することが
望まれていた。 一方従来よりセラミツクと金属との接合におい
ては、熱膨張係数が連続的に変化するセラミツク
と金属との混合材をセラミツクの接合面に溶射に
よつて接合し、その後摩擦圧接等によつて金属と
接合するといつたことも考えられているが、この
場合、熱膨張係数を連続的に変化させ、溶射によ
つて接合することは容易ではなく、作業性が悪い
という問題がある。 〔発明の目的〕 そこで本発明は、熱膨張係数の小さいセラミツ
クであつても、例えば鉄系合金やアルミニウム合
金といつた一般的な金属と容易に接合でき、接合
強度も強いセラミツクと金属との接合構造を提供
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、 接合面の幅に対して1.5％ないし20％の厚みを
有するセラミツク材を焼結させた薄板を、セラミ
ツク焼結体と金属との間に介在させ、ろう付けに
より接合したことを特徴とするセラミツクと金属
との接合構造、 を要旨としている。 ここで薄板の厚さを接合面の幅に対して1.5％
ないし20％の厚みとしたのは、1.5％より小さい
厚みの場合、薄板自体の強度が低く割れ易くな
り、また20％より大きい厚みの場合には薄板の鋼
性が高くなり、結局セラミツク焼結体と金属とを
薄板を介さずに接合したのと同様にろう付け後熱
歪による残留応力によつて割れ易くなつてしまう
といつた理由からである。 次に薄板の特性としては、接合した場合に充分
な接合強度を得るために、以下の条件のうち１つ
又は複数の条件を満足しているものが好ましい。 (i) 熱膨張係数がセラミツク焼結体と同等又はセ
ラミツク焼結体と金属との中間であるもの。 (ii) ヤング率がセラミツク焼結体のそれ以下のも
の。 (iii) 抗折強度又は引張り強度がセラミツク焼結体
に対し70％以上の強度であるもの。 そしてこれらの条件を容易に満足するためには
薄板の材質をセラミツク焼結体と同一のものにす
ればよい。 また上記薄板やセラミツク焼結体を構成するセ
ラミツク材としては、窒化ケイ素、アルミナ、ジ
ルコニア、炭化ケイ素、窒化ホウ素等セラミツク
単独のセラミツク材や、金属を混合したサーメツ
ト材を用いることができるが、特に窒化ケイ素の
ような熱膨張係数の小さいセラミツク材を使用す
る場合に本発明の接合構造を利用するとより効果
的である。従つて上述した如く、薄板にはセラミ
ツク焼結体と同一のセラミツク材を使用した方が
よいことから、焼結体として窒化ケイ素を用いた
場合、薄板にも窒化ケイ素をいることが望まし
い。 そして更に良好な接合強度を得るためには、セ
ラミツク焼結体と金属との間に単にセラミツク材
からなる薄板を介在させるだけでなく、この薄板
と金属との間に金属からなる薄板を介在させた
り、更にセラミツク焼結体と薄板との間にも金属
からなる薄板を介在させることが望ましく、セラ
ミツク焼結体と金属との間に複数個のセラミツク
材からなる薄板と金属からなる薄板とを交互に介
在せることが好ましい。またこの金属からなる薄
板としてもセラミツク材からなる薄板と同様に、
接合後の熱歪による残留応力を緩和するためにヤ
ング率の小さい金属、たとえば銀とか銅といつた
ものを使用することが好ましく、その値としては
1.5×104〔Kg／mm2〕以下のものが望ましい。 またろう付けの際に用いるろう材としては、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焼結体及び薄板
の接合面に付着するといつた真空蒸着法により、
接合面を一旦金属化した後ろう付けを行なうとい
つた手法、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非酸化雰囲気にて加熱する
ことによつて一旦接合面を金属化したり、又はそ
のままろう付けするといつた手法等が挙げられ
る。 〔発明の効果〕 そして上述した如き構成からなる本発明のセラ
ミツクと金属との接合構造を利用した場合、セラ
ミツク焼結体と金属との間にセラミツク焼結体と
近似した熱膨張係数の金属を介在させたり、ある
いはセラミツク焼結体と接合する金属を熱膨張係
数の近似した金属とする必要はなく、セラミツク
からなる薄板を介在させるだけでセラミツク焼結
体と所望の金属とを作業の簡単なろう付けで容易
に接合できるようになる。そしてセラミツク焼結
体に熱膨張係数の小さいセラミツク材を用いた場
合であつても高価なタングステン等を用いること
なく容易に接合することができ、良好な接合強度
を得ることができる。また薄板にセラミツクを用
い、タングステンのようなもろく酸化し易い金属
を使用する必要がないので、高温、高振動の条件
下でも使用することができ、例えばガスタービン
部品、ターボチヤージヤーの軸接合等、内燃機関
の周辺部品にも適用できる。 以下実施例を挙げて説明する。 実施例 １ まず本発明の第１実施例として、第１図に示す
如く、セラミツク焼結体１と金属２との間にセラ
ミツク材からなる薄板３を介在させ、ろう材４に
よるろう付けによつて接合した接合体５を、薄板
３の厚さとか焼結方法を違えて複数個作成し、
夫々の接合強度を測定した。 セラミツク焼結体１としては、含有率86％の窒
化ケイ素を常圧焼結により直径15〔mm〕、長さ40
〔mm〕の棒状に形成したものを用い、また金属２
としては、セラミツク焼結体１と同様に、直径15
〔mm〕、長さ40〔mm〕の棒状に形成したコバールを
用た。次に薄板３としては上記セラミツク焼結体
１と同様に窒化ケイ素を用い、表−１に示す如き
焼結方法で夫々の寸法のものを作成した。
るものである。 〔従来技術〕 従来よりセラミツクと金属との接合おいては、
セラミツクと金属との熱膨張係数の差が大きく、
熱歪による残留応力によつてセラミツクが破壊し
易く、接合し難いことが知られている。 そこで従来では、セラミツクと金属とを接合す
る場合、例えばアルミナとコバール（商標名：コ
バルト−ニツケル−鉄合金の一種）のというよう
に、セラミツクの熱膨張係数に近似した金属を用
いたり、あるいはセラミツクと金属との間にセラ
ミツクの熱膨張係数に近似した金属を介在させ、
接合することが考えられている。 ところで、例えば窒化ケイ素のように熱膨張係
数が小さいセラミツクの場合、熱膨張係数が近似
した金属としてタングステンが挙げられるが、こ
の種のセラミツクを、例えばエンジンの周辺部品
として高温でかつ振動の激しい場所に使用する場
合、セラミツクに接合する金属、あるいはセラミ
ツクと金属とを介在する金属としてタングステン
を用いると、タングステンは高価であり、またも
ろく酸化し易いといつた性質を有することから実
用化には不向きであり、この種のセラミツクを鉄
系合金やアルミニウム合金と直接接合することが
望まれていた。 一方従来よりセラミツクと金属との接合におい
ては、熱膨張係数が連続的に変化するセラミツク
と金属との混合材をセラミツクの接合面に溶射に
よつて接合し、その後摩擦圧接等によつて金属と
接合するといつたことも考えられているが、この
場合、熱膨張係数を連続的に変化させ、溶射によ
つて接合することは容易ではなく、作業性が悪い
という問題がある。 〔発明の目的〕 そこで本発明は、熱膨張係数の小さいセラミツ
クであつても、例えば鉄系合金やアルミニウム合
金といつた一般的な金属と容易に接合でき、接合
強度も強いセラミツクと金属との接合構造を提供
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、 接合面の幅に対して1.5％ないし20％の厚みを
有するセラミツク材を焼結させた薄板を、セラミ
ツク焼結体と金属との間に介在させ、ろう付けに
より接合したことを特徴とするセラミツクと金属
との接合構造、 を要旨としている。 ここで薄板の厚さを接合面の幅に対して1.5％
ないし20％の厚みとしたのは、1.5％より小さい
厚みの場合、薄板自体の強度が低く割れ易くな
り、また20％より大きい厚みの場合には薄板の鋼
性が高くなり、結局セラミツク焼結体と金属とを
薄板を介さずに接合したのと同様にろう付け後熱
歪による残留応力によつて割れ易くなつてしまう
といつた理由からである。 次に薄板の特性としては、接合した場合に充分
な接合強度を得るために、以下の条件のうち１つ
又は複数の条件を満足しているものが好ましい。 (i) 熱膨張係数がセラミツク焼結体と同等又はセ
ラミツク焼結体と金属との中間であるもの。 (ii) ヤング率がセラミツク焼結体のそれ以下のも
の。 (iii) 抗折強度又は引張り強度がセラミツク焼結体
に対し70％以上の強度であるもの。 そしてこれらの条件を容易に満足するためには
薄板の材質をセラミツク焼結体と同一のものにす
ればよい。 また上記薄板やセラミツク焼結体を構成するセ
ラミツク材としては、窒化ケイ素、アルミナ、ジ
ルコニア、炭化ケイ素、窒化ホウ素等セラミツク
単独のセラミツク材や、金属を混合したサーメツ
ト材を用いることができるが、特に窒化ケイ素の
ような熱膨張係数の小さいセラミツク材を使用す
る場合に本発明の接合構造を利用するとより効果
的である。従つて上述した如く、薄板にはセラミ
ツク焼結体と同一のセラミツク材を使用した方が
よいことから、焼結体として窒化ケイ素を用いた
場合、薄板にも窒化ケイ素をいることが望まし
い。 そして更に良好な接合強度を得るためには、セ
ラミツク焼結体と金属との間に単にセラミツク材
からなる薄板を介在させるだけでなく、この薄板
と金属との間に金属からなる薄板を介在させた
り、更にセラミツク焼結体と薄板との間にも金属
からなる薄板を介在させることが望ましく、セラ
ミツク焼結体と金属との間に複数個のセラミツク
材からなる薄板と金属からなる薄板とを交互に介
在せることが好ましい。またこの金属からなる薄
板としてもセラミツク材からなる薄板と同様に、
接合後の熱歪による残留応力を緩和するためにヤ
ング率の小さい金属、たとえば銀とか銅といつた
ものを使用することが好ましく、その値としては
1.5×104〔Kg／mm2〕以下のものが望ましい。 またろう付けの際に用いるろう材としては、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焼結体及び薄板
の接合面に付着するといつた真空蒸着法により、
接合面を一旦金属化した後ろう付けを行なうとい
つた手法、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非酸化雰囲気にて加熱する
ことによつて一旦接合面を金属化したり、又はそ
のままろう付けするといつた手法等が挙げられ
る。 〔発明の効果〕 そして上述した如き構成からなる本発明のセラ
ミツクと金属との接合構造を利用した場合、セラ
ミツク焼結体と金属との間にセラミツク焼結体と
近似した熱膨張係数の金属を介在させたり、ある
いはセラミツク焼結体と接合する金属を熱膨張係
数の近似した金属とする必要はなく、セラミツク
からなる薄板を介在させるだけでセラミツク焼結
体と所望の金属とを作業の簡単なろう付けで容易
に接合できるようになる。そしてセラミツク焼結
体に熱膨張係数の小さいセラミツク材を用いた場
合であつても高価なタングステン等を用いること
なく容易に接合することができ、良好な接合強度
を得ることができる。また薄板にセラミツクを用
い、タングステンのようなもろく酸化し易い金属
を使用する必要がないので、高温、高振動の条件
下でも使用することができ、例えばガスタービン
部品、ターボチヤージヤーの軸接合等、内燃機関
の周辺部品にも適用できる。 以下実施例を挙げて説明する。 実施例 １ まず本発明の第１実施例として、第１図に示す
如く、セラミツク焼結体１と金属２との間にセラ
ミツク材からなる薄板３を介在させ、ろう材４に
よるろう付けによつて接合した接合体５を、薄板
３の厚さとか焼結方法を違えて複数個作成し、
夫々の接合強度を測定した。 セラミツク焼結体１としては、含有率86％の窒
化ケイ素を常圧焼結により直径15〔mm〕、長さ40
〔mm〕の棒状に形成したものを用い、また金属２
としては、セラミツク焼結体１と同様に、直径15
〔mm〕、長さ40〔mm〕の棒状に形成したコバールを
用た。次に薄板３としては上記セラミツク焼結体
１と同様に窒化ケイ素を用い、表−１に示す如き
焼結方法で夫々の寸法のものを作成した。
【表】
次にセラミツク焼結体１と薄板３、薄板３と金
属２の接合をろう材４によるろう付けによつて行
なうのであるが、その前に、セラミツク焼結体１
及び薄板３の各々の接合面、つまり３つの接合面
に、蒸着法によつてジルコニア0.2〔μm〕、クロム
0.2〔μm〕、銀５〔μm〕を順次蒸着し、ろう付けが
できるように準備した。その後ろう材４として純
銀ろうを用い、水素炉1000〔℃〕にてろう付けし、
上記表−１に示した(イ)ないし(ホ)の薄板３を用いた
接合体５（ＡないしＥ）を得た。 また次に述べる接合強度の実験により、従来の
接合による接合体、つまり薄板３を介さずセラミ
ツク焼結体と金属とを直接接合した接合体と上記
作成した５種の接合体５（ＡないしＥ）との接合
強度を比較するために、上記接合体５と同様のセ
ラミツク焼結体１と金属２とをろう付けし、薄板
を介さない接合体(F)を作成した。尚この場合の接
合も上記と同様に、まずセラミツク焼結体１の接
合面にジルコニウム0.2〔μm〕、クロム0.2〔μm〕、
銀５〔μm〕を順次蒸着し、純銀ろうを用いた水素
炉1000〔℃〕のろう付けによつて行なつた。 このようにして種々の薄板を介在した接合体Ａ
ないしＥ、及びセラミツク焼結体１と金属２とを
直接接合した接合体Ｆを得ると、次にアイゾツト
衝撃試験によりその接合強度を測定した。尚この
実験は、第２図に示す如く、金属２を固定し、セ
ラミツク焼結体１の接合面から10〔mm〕の点Ｐを
打点として行なつた。 この実験により次の表−２の如き結果を得た。
属２の接合をろう材４によるろう付けによつて行
なうのであるが、その前に、セラミツク焼結体１
及び薄板３の各々の接合面、つまり３つの接合面
に、蒸着法によつてジルコニア0.2〔μm〕、クロム
0.2〔μm〕、銀５〔μm〕を順次蒸着し、ろう付けが
できるように準備した。その後ろう材４として純
銀ろうを用い、水素炉1000〔℃〕にてろう付けし、
上記表−１に示した(イ)ないし(ホ)の薄板３を用いた
接合体５（ＡないしＥ）を得た。 また次に述べる接合強度の実験により、従来の
接合による接合体、つまり薄板３を介さずセラミ
ツク焼結体と金属とを直接接合した接合体と上記
作成した５種の接合体５（ＡないしＥ）との接合
強度を比較するために、上記接合体５と同様のセ
ラミツク焼結体１と金属２とをろう付けし、薄板
を介さない接合体(F)を作成した。尚この場合の接
合も上記と同様に、まずセラミツク焼結体１の接
合面にジルコニウム0.2〔μm〕、クロム0.2〔μm〕、
銀５〔μm〕を順次蒸着し、純銀ろうを用いた水素
炉1000〔℃〕のろう付けによつて行なつた。 このようにして種々の薄板を介在した接合体Ａ
ないしＥ、及びセラミツク焼結体１と金属２とを
直接接合した接合体Ｆを得ると、次にアイゾツト
衝撃試験によりその接合強度を測定した。尚この
実験は、第２図に示す如く、金属２を固定し、セ
ラミツク焼結体１の接合面から10〔mm〕の点Ｐを
打点として行なつた。 この実験により次の表−２の如き結果を得た。
【表】
但し、上記表−２に示すアイゾツト衝撃値は、
各接合体について３個ずつ試験を行ない、その平
均値を示したものである。また接合体の欄の※印
は本発明に係る接合体を示している。 上記実験により、板厚が0.2〔mm〕で直径に対し
て1.33％の厚みしかない薄板３を用いた接合体Ａ
の場合、アイゾツト衝撃値が4.4〔Kg・cm〕という
薄板３を設けない接合体Ｆよりも低い接合強度し
か得られず、一方板厚が0.5〔mm〕で直径に対して
3.3％の厚みを有する薄板３を用いた接合体Ｂの
場合、アイゾツト衝撃値が12.8〔Kg・cm〕という
高い接合強度を得ることができるという結果が得
られた。このことから、薄板３の板厚が余り薄過
ぎると、接合後の熱歪みによる残留応力を緩和す
ることができず、少なくとも直径、即ち接合面の
幅に対して1.5％以上の板厚を有する薄板を用い
る必要があることがわかつた。 また薄板３が４〔mm〕の厚みを有する接合体Ｄ
の場合にもアイゾツト衝撃値5.1〔Kg・cm〕という
低い値で薄板が割れてしまい、薄板３を設けてい
ない接合体Ｆよりも弱いことがわかつた。これに
対して接合体Ｃのように厚みが２〔mm〕の薄板を
用いた場合には、アイゾツト衝撃値8.6〔Kg・cm〕
という大きい接合強度が得られことから、薄板の
板厚としては余り厚過ぎても充分な接合強度が得
ることができず、接合面の幅に対して20％の以下
の厚みにするべきであるといつたこともわかつ
た。尚この理由としては、薄板の厚みが大きい
と、結局、セラミツク焼結体を直接金属に取り付
けた場合と同様に、薄板の鋼性が高くなり、接合
後の熱膨張差による残留応力によつて割れ易くな
つてしまうからである。 次に接合体Ｅにおいてアイゾツト衝撃値14.1
〔Kg・cm〕という他の接合体に比べ最大の接合強
度を有することがわかつたが、これは薄板の寸法
が同一の接合体Ｂと比べれば明らかな如く、薄板
の焼結方法によるものである。従つて、常圧焼結
により焼結した薄板(ロ)に対してHIP焼結により焼
結した薄板(ホ)の方が抗折強度が大きいことから、
薄板自体の強度も大きい方がよいことがわかる。 実施例 ２ 次に本発明の第２実施例として、第３図に示す
如く、セラミツク焼結体１１と金属１２との間に
セラミツク材からなる薄板１３と、金属からなる
薄板１４とを介在させ、ろう材１５によるろう付
けによつて接合した接合体１６、あるいは第４図
に示す如く、セラミツク焼結体２１と金属２２と
の間にセラミツク材からなる薄板２３と金属から
なる薄板２４及び２５とを交互に介在させ、ろう
材２６によるろう付けによつて接合した接合体２
７を作成し、前記第１実施例と同様のアイゾツト
衝撃試験により接合強度を測定した。 まず上記第３図及び第４図に夫々示すセラミツ
ク焼結体１１及び２１としては、前第１実施例の
セラミツク焼結体１と同様に、含有率86％の窒化
ケイ素を常圧焼結により直径15〔mm〕、長さ40〔mm〕
の棒状に形成したものを用い、また金属１２及び
２２としては、上記同様の寸法の炭素鋼（JIS−
S45C）を用いた。そして接合体１６又は接合体
２７に使用する薄板としては、次の表−３に示す
如き材質、寸法の４種の薄板を準備した。
各接合体について３個ずつ試験を行ない、その平
均値を示したものである。また接合体の欄の※印
は本発明に係る接合体を示している。 上記実験により、板厚が0.2〔mm〕で直径に対し
て1.33％の厚みしかない薄板３を用いた接合体Ａ
の場合、アイゾツト衝撃値が4.4〔Kg・cm〕という
薄板３を設けない接合体Ｆよりも低い接合強度し
か得られず、一方板厚が0.5〔mm〕で直径に対して
3.3％の厚みを有する薄板３を用いた接合体Ｂの
場合、アイゾツト衝撃値が12.8〔Kg・cm〕という
高い接合強度を得ることができるという結果が得
られた。このことから、薄板３の板厚が余り薄過
ぎると、接合後の熱歪みによる残留応力を緩和す
ることができず、少なくとも直径、即ち接合面の
幅に対して1.5％以上の板厚を有する薄板を用い
る必要があることがわかつた。 また薄板３が４〔mm〕の厚みを有する接合体Ｄ
の場合にもアイゾツト衝撃値5.1〔Kg・cm〕という
低い値で薄板が割れてしまい、薄板３を設けてい
ない接合体Ｆよりも弱いことがわかつた。これに
対して接合体Ｃのように厚みが２〔mm〕の薄板を
用いた場合には、アイゾツト衝撃値8.6〔Kg・cm〕
という大きい接合強度が得られことから、薄板の
板厚としては余り厚過ぎても充分な接合強度が得
ることができず、接合面の幅に対して20％の以下
の厚みにするべきであるといつたこともわかつ
た。尚この理由としては、薄板の厚みが大きい
と、結局、セラミツク焼結体を直接金属に取り付
けた場合と同様に、薄板の鋼性が高くなり、接合
後の熱膨張差による残留応力によつて割れ易くな
つてしまうからである。 次に接合体Ｅにおいてアイゾツト衝撃値14.1
〔Kg・cm〕という他の接合体に比べ最大の接合強
度を有することがわかつたが、これは薄板の寸法
が同一の接合体Ｂと比べれば明らかな如く、薄板
の焼結方法によるものである。従つて、常圧焼結
により焼結した薄板(ロ)に対してHIP焼結により焼
結した薄板(ホ)の方が抗折強度が大きいことから、
薄板自体の強度も大きい方がよいことがわかる。 実施例 ２ 次に本発明の第２実施例として、第３図に示す
如く、セラミツク焼結体１１と金属１２との間に
セラミツク材からなる薄板１３と、金属からなる
薄板１４とを介在させ、ろう材１５によるろう付
けによつて接合した接合体１６、あるいは第４図
に示す如く、セラミツク焼結体２１と金属２２と
の間にセラミツク材からなる薄板２３と金属から
なる薄板２４及び２５とを交互に介在させ、ろう
材２６によるろう付けによつて接合した接合体２
７を作成し、前記第１実施例と同様のアイゾツト
衝撃試験により接合強度を測定した。 まず上記第３図及び第４図に夫々示すセラミツ
ク焼結体１１及び２１としては、前第１実施例の
セラミツク焼結体１と同様に、含有率86％の窒化
ケイ素を常圧焼結により直径15〔mm〕、長さ40〔mm〕
の棒状に形成したものを用い、また金属１２及び
２２としては、上記同様の寸法の炭素鋼（JIS−
S45C）を用いた。そして接合体１６又は接合体
２７に使用する薄板としては、次の表−３に示す
如き材質、寸法の４種の薄板を準備した。
【表】
但し(ロ)は前記第１実施例と同じ、
そして上記(ロ)、(ヘ)、(ト)、(チ)の４種の薄板を夫
々
組み合わせた４種の接合体ＧないしＪを、銀72
％、銅28％の共晶ろうをろう材１５（又は２６）
とする水素炉900〔℃〕におけるろう付けによつて
作成した。尚この場合も前記第１実施例と同様
に、(ロ)及び(ヘ)の各薄板とセラミツク焼結体１１
（又は２１）においては、その接合面に、ジルコ
ニウム0.2〔μm〕、クロム0.2〔μm〕、銀５〔μm〕を
順次蒸着した後ろう付けを行なつた。また(チ)のサ
ーメツト材としては炭化チタン・ニツケル系のも
のを用いた。 ここで接合体Ｇ及びＨは、第３図に示した２枚
の薄板１３及び１４を有する接合体１６に相当
し、接合体Ｇにおいては薄板１３として表−３に
示す(ロ)の薄板を、薄板１４として(ト)の薄板を夫々
用い、接合体Ｈにおいては薄板１３として表−３
に示す(ヘ)の薄板を、薄板１４として(ト)の薄板を
夫々用い作成した。また接合体Ｉ及びＪは第４図
に示した３枚の薄板を有する接合２７に相当し、
接合体Ｉにおいては薄板２４及び２５として表−
３に示す(ト)の薄板を、薄板２３として(ロ)の薄板を
夫々用い、接合体Ｊにおいては薄板２４及び２５
として表−３に示す(ト)の薄板を、薄板２３として
(チ)の薄板を夫々用い作成した。また本実施例にお
いても上記第１実施例と同様に、単にセラミツク
焼結体１１（又は２１）と金属１２（又は２２）
とを直接接合した場合の接合強度と比較するため
に、接合体ＧないしＩと同様の接合方法によつて
薄板を介在しない接合体Ｋを作成した。 このようにして作成された接合体ＧないしＫの
接合強度を上記第１実施例と同様のアイゾツト試
験より測定し、次の表−４に示す如き実験結果を
得た。
々
組み合わせた４種の接合体ＧないしＪを、銀72
％、銅28％の共晶ろうをろう材１５（又は２６）
とする水素炉900〔℃〕におけるろう付けによつて
作成した。尚この場合も前記第１実施例と同様
に、(ロ)及び(ヘ)の各薄板とセラミツク焼結体１１
（又は２１）においては、その接合面に、ジルコ
ニウム0.2〔μm〕、クロム0.2〔μm〕、銀５〔μm〕を
順次蒸着した後ろう付けを行なつた。また(チ)のサ
ーメツト材としては炭化チタン・ニツケル系のも
のを用いた。 ここで接合体Ｇ及びＨは、第３図に示した２枚
の薄板１３及び１４を有する接合体１６に相当
し、接合体Ｇにおいては薄板１３として表−３に
示す(ロ)の薄板を、薄板１４として(ト)の薄板を夫々
用い、接合体Ｈにおいては薄板１３として表−３
に示す(ヘ)の薄板を、薄板１４として(ト)の薄板を
夫々用い作成した。また接合体Ｉ及びＪは第４図
に示した３枚の薄板を有する接合２７に相当し、
接合体Ｉにおいては薄板２４及び２５として表−
３に示す(ト)の薄板を、薄板２３として(ロ)の薄板を
夫々用い、接合体Ｊにおいては薄板２４及び２５
として表−３に示す(ト)の薄板を、薄板２３として
(チ)の薄板を夫々用い作成した。また本実施例にお
いても上記第１実施例と同様に、単にセラミツク
焼結体１１（又は２１）と金属１２（又は２２）
とを直接接合した場合の接合強度と比較するため
に、接合体ＧないしＩと同様の接合方法によつて
薄板を介在しない接合体Ｋを作成した。 このようにして作成された接合体ＧないしＫの
接合強度を上記第１実施例と同様のアイゾツト試
験より測定し、次の表−４に示す如き実験結果を
得た。
次に本発明の適用例として、本発明の接合構造
が適用されたタービン軸を第５図及び第６図に示
す。まず第５図に示すタービン軸は、セラミツク
軸に窒化ケイ素を主成分（含有率86％）とするセ
ラミツク材の焼結体を用い、またこのタービン軸
のセラミツク軸部３２と接合されるコンプレツサ
側の金属軸３３にクロム・モリブデン鋼（JIS−
SCM435）を用い、前記第２実施例で作成した接
合体Ｇと同様にして、窒化ケイ素からなる薄板３
４と銅からなる薄板３５及び３６とを介して接合
したタービン軸を表わしており、また第６図に示
すタービン軸は、第５図におけるタービン軸のセ
ラミツク軸部３２に空孔３８を設け、タービン軸
本体の軽量化を図ると共に断熱効果を向上させ、
更には接合後の残留応力を小さくして強度を増加
させたタービン軸を表わしている。 このようにして本発明の接合構造を高温、高振
動の条件下で使用されるタービン軸に適用した場
合であつても、その接合強度は強く、接合後の残
留応力によつて接合部付近が割れるといつたこと
もなく、耐久性の高いタービン軸とするとができ
る。
が適用されたタービン軸を第５図及び第６図に示
す。まず第５図に示すタービン軸は、セラミツク
軸に窒化ケイ素を主成分（含有率86％）とするセ
ラミツク材の焼結体を用い、またこのタービン軸
のセラミツク軸部３２と接合されるコンプレツサ
側の金属軸３３にクロム・モリブデン鋼（JIS−
SCM435）を用い、前記第２実施例で作成した接
合体Ｇと同様にして、窒化ケイ素からなる薄板３
４と銅からなる薄板３５及び３６とを介して接合
したタービン軸を表わしており、また第６図に示
すタービン軸は、第５図におけるタービン軸のセ
ラミツク軸部３２に空孔３８を設け、タービン軸
本体の軽量化を図ると共に断熱効果を向上させ、
更には接合後の残留応力を小さくして強度を増加
させたタービン軸を表わしている。 このようにして本発明の接合構造を高温、高振
動の条件下で使用されるタービン軸に適用した場
合であつても、その接合強度は強く、接合後の残
留応力によつて接合部付近が割れるといつたこと
もなく、耐久性の高いタービン軸とするとができ
る。
第１図は第１実施例にて作成され、実験される
接合体の接合構造を示す断面図、第２図はアイゾ
ツト試験を説明するための側面図、第３図は第２
実施例及び第３実施例で作成され実験される接合
体の接合構造を示す断面図、第４図は第２実施例
で作成され実験される接合体の接合構造を示す断
面図、第５図及び第６図は本発明の接合構造を適
用したタービン軸の半断面側面図である。 １……セラミツク焼結体、２……金属、３……
薄板、４……ろう材。
接合体の接合構造を示す断面図、第２図はアイゾ
ツト試験を説明するための側面図、第３図は第２
実施例及び第３実施例で作成され実験される接合
体の接合構造を示す断面図、第４図は第２実施例
で作成され実験される接合体の接合構造を示す断
面図、第５図及び第６図は本発明の接合構造を適
用したタービン軸の半断面側面図である。 １……セラミツク焼結体、２……金属、３……
薄板、４……ろう材。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 接合面の幅に対して1.5％ないし20％の厚み
を有するセラミツク材を焼結させた薄板を、セラ
ミツク焼結体と金属との間に介在させ、ろう付け
により接合したことを特徴とするセラミツクと金
属との接合構造。 ２ セラミツク焼結体及び薄板が同一のセラミツ
ク材からなる特許請求の範囲第１項記載のセラミ
ツクと金属との接合構造。 ３ セラミツク材の主成分が窒化ケイ素である特
許請求の範囲第２項記載のセラミツクと金属との
接合構造。 ４ 薄板を構成するセラミツク材が、窒化チタ
ン、炭化チタン及び炭化タングステンのうちから
選ばれた一種以上と、ニツケル、コバルト、モリ
ブデン及びチタンのうちから選ばれた一種以上と
からなるサーメツト材である特許請求の範囲第１
項又は第２項記載のセラミツクと金属との接合方
法。 ５ 薄板の熱膨張係数が、セラミツク焼結体と同
等またはセラミツク焼結体と金属との中間である
特許請求の範囲第１項ないし第４項いずれか記載
のセラミツクと金属との接合構造。 ６ 薄板のヤング率がセラミツク焼結体のヤング
率以下である特許請求の範囲第１項ないし第５項
いずれか記載のセラミツクと金属との接合構造。 ７ 薄板の抗折強度又は引張り強度がセラミツク
焼結体に対し70％以上の強度である特許請求の範
囲第１項ないし第６項いずれか記載のセラミツク
と金属との接合構造。 ８ 薄板と金属との間に金属の薄板を介在させた
特許請求の範囲第１項ないし第７項いずれか記載
のセラミツクと金属との接合構造。 ９ セラミツク焼結体と薄板との間に、金属の薄
板を介在させた特許請求の範囲第８項記載のセラ
ミツクと金属との接合構造。 １０ 金属の薄板がヤング率1.5×104Kg／mm2以下
の金属からなる特許請求の範囲第８項又は第９項
記載のセラミツクと金属との接合構造。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59080658A JPS60226464A (ja) | 1984-04-20 | 1984-04-20 | セラミックと金属との接合構造 |
| DE3514320A DE3514320C2 (de) | 1984-04-20 | 1985-04-19 | Keramik/Metall-Verbundgebilde |
| US06/879,538 US4723862A (en) | 1984-04-20 | 1986-06-24 | Ceramic-metal joint structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59080658A JPS60226464A (ja) | 1984-04-20 | 1984-04-20 | セラミックと金属との接合構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60226464A JPS60226464A (ja) | 1985-11-11 |
| JPH049753B2 true JPH049753B2 (ja) | 1992-02-21 |
Family
ID=13724454
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59080658A Granted JPS60226464A (ja) | 1984-04-20 | 1984-04-20 | セラミックと金属との接合構造 |
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