JPH0550471B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0550471B2 JPH0550471B2 JP61020238A JP2023886A JPH0550471B2 JP H0550471 B2 JPH0550471 B2 JP H0550471B2 JP 61020238 A JP61020238 A JP 61020238A JP 2023886 A JP2023886 A JP 2023886A JP H0550471 B2 JPH0550471 B2 JP H0550471B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal
- ceramic
- intermediate material
- alloy
- pipe
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 95
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 95
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 89
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 83
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 33
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 31
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 31
- 238000005304 joining Methods 0.000 claims description 27
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 20
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 15
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 14
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 11
- -1 and at this time Substances 0.000 claims description 10
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910018104 Ni-P Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910018536 Ni—P Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910018619 Si-Fe Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910008289 Si—Fe Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 7
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910017944 Ag—Cu Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N dichromium trioxide Chemical compound O=[Cr]O[Cr]=O QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 claims description 4
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 3
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N nickel(II) oxide Inorganic materials [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000011225 non-oxide ceramic Substances 0.000 claims 1
- 229910052575 non-oxide ceramic Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910052574 oxide ceramic Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000011224 oxide ceramic Substances 0.000 claims 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 31
- 229910000833 kovar Inorganic materials 0.000 description 21
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 14
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 12
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 9
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 9
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 8
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 7
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 5
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 229910001026 inconel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 229910001297 Zn alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 3
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 3
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 3
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 description 2
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 229910017309 Mo—Mn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017709 Ni Co Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003267 Ni-Co Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003262 Ni‐Co Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001096 P alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004158 TaO Inorganic materials 0.000 description 1
- GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N ZrO Inorganic materials [Zr]=O GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 1
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(II) oxide Inorganic materials [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010406 interfacial reaction Methods 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- DZKDPOPGYFUOGI-UHFFFAOYSA-N tungsten dioxide Inorganic materials O=[W]=O DZKDPOPGYFUOGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
- C04B37/02—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles
- C04B37/023—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles characterised by the interlayer used
- C04B37/026—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles characterised by the interlayer used consisting of metals or metal salts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/12—Metallic interlayers
- C04B2237/121—Metallic interlayers based on aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/12—Metallic interlayers
- C04B2237/122—Metallic interlayers based on refractory metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/12—Metallic interlayers
- C04B2237/123—Metallic interlayers based on iron group metals, e.g. steel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/12—Metallic interlayers
- C04B2237/124—Metallic interlayers based on copper
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
- C04B2237/32—Ceramic
- C04B2237/34—Oxidic
- C04B2237/343—Alumina or aluminates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
- C04B2237/32—Ceramic
- C04B2237/34—Oxidic
- C04B2237/345—Refractory metal oxides
- C04B2237/348—Zirconia, hafnia, zirconates or hafnates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
- C04B2237/32—Ceramic
- C04B2237/36—Non-oxidic
- C04B2237/365—Silicon carbide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
- C04B2237/32—Ceramic
- C04B2237/36—Non-oxidic
- C04B2237/368—Silicon nitride
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
- C04B2237/40—Metallic
- C04B2237/405—Iron metal group, e.g. Co or Ni
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
- C04B2237/40—Metallic
- C04B2237/405—Iron metal group, e.g. Co or Ni
- C04B2237/406—Iron, e.g. steel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/76—Forming laminates or joined articles comprising at least one member in the form other than a sheet or disc, e.g. two tubes or a tube and a sheet or disc
- C04B2237/765—Forming laminates or joined articles comprising at least one member in the form other than a sheet or disc, e.g. two tubes or a tube and a sheet or disc at least one member being a tube
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/84—Joining of a first substrate with a second substrate at least partially inside the first substrate, where the bonding area is at the inside of the first substrate, e.g. one tube inside another tube
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔本発明の技術分野〕
本発明は、セラミツクス部材と金属部材との接
合方法に関する。特に、本発明は、ターボチヤー
ジヤー、ガスタービン、掘削ドリル等に用いられ
るセラミツク製回転体と金属製シヤフトとの接合
に好適なセラミツク部材と金属部材との接合方法
に関する。
合方法に関する。特に、本発明は、ターボチヤー
ジヤー、ガスタービン、掘削ドリル等に用いられ
るセラミツク製回転体と金属製シヤフトとの接合
に好適なセラミツク部材と金属部材との接合方法
に関する。
ターボチヤージヤ、ガスタービン、ドリル等に
用いられる回転体は高温、高速回転（ターボチヤ
ージヤ、ガスタービン等）、摩耗回転（ドリル等）
といつた過酷な使用条件にさらされるため、従来
はNi基耐熱合金（ターボチヤージヤ、ガスター
ビン等）や工具鋼（ドリル等）などが使用されて
きた。
用いられる回転体は高温、高速回転（ターボチヤ
ージヤ、ガスタービン等）、摩耗回転（ドリル等）
といつた過酷な使用条件にさらされるため、従来
はNi基耐熱合金（ターボチヤージヤ、ガスター
ビン等）や工具鋼（ドリル等）などが使用されて
きた。
しかし、最近、Si3N4，SiC等の高強度のセラ
ミツクが開発され、耐熱性、耐摩耗性等の向上に
よる高性能化や寿命の延長を狙つて、上記回転体
に使用する動きが活発になつてきた。一方回転体
に接続されるシヤフトは回転時に繰返しの曲げ応
力が働くために脆性材であるセラミツクは使用で
きず、炭素鋼等の金属材料が使用されるが、その
結果、セラミツク製の回転体と金属製のシヤフト
を強固に接合する必要が生じてきた。
ミツクが開発され、耐熱性、耐摩耗性等の向上に
よる高性能化や寿命の延長を狙つて、上記回転体
に使用する動きが活発になつてきた。一方回転体
に接続されるシヤフトは回転時に繰返しの曲げ応
力が働くために脆性材であるセラミツクは使用で
きず、炭素鋼等の金属材料が使用されるが、その
結果、セラミツク製の回転体と金属製のシヤフト
を強固に接合する必要が生じてきた。
しかし、従来から電気部品等に用いられてきた
セラミツクと金属の接合法であるMo−Mnメタ
ライジング＋Agろう付法（セラミツク表面に
Mo，Mn粉末をメタライジングしたあと金属と
Agろう付する方法）や接着剤、焼きばめ等の方
法は使用条件が過酷な場合、採用できず、さらに
高強度、高信頼性を有する接合法の開発が必要で
ある。
セラミツクと金属の接合法であるMo−Mnメタ
ライジング＋Agろう付法（セラミツク表面に
Mo，Mn粉末をメタライジングしたあと金属と
Agろう付する方法）や接着剤、焼きばめ等の方
法は使用条件が過酷な場合、採用できず、さらに
高強度、高信頼性を有する接合法の開発が必要で
ある。
そこで、本発明者等は、セラミツクと金属との
接合方法に関し、強固に接合する手段として、イ
ンサート材を用いる方法を、すでに提案してい
る。
接合方法に関し、強固に接合する手段として、イ
ンサート材を用いる方法を、すでに提案してい
る。
すなわち、インサート材として、Niと金属酸
化物（NiO，Al2Ｏ，ZrO2等）、又は窒化物
（TiN，Si3N4等）又は炭化物（TiC，WC，SiC
等）もしくはCuと金属酸化物（Cu2Ｏ，Al2O3，
ZrO2等）、又は窒化物（TiN，Si3N4等）又は炭
化物（TiC，WC，SiC等）を使用するもの（特
開昭58−237986号参照）、ないしは、Cu2Ｏ，
NiO，SiO2，FeO，AgO，Al2O3，MoO，TiO2，
ZnO，AuO，Cr2O3，CoO，ZrO2，TaO，WO2，
NbO，MgO，CaO，Y2O3のいずれか１つと、
Cu，Ni，Si，Fe，Ag，Al，Mo，Ti，Zn，Au，
Cr，Co，Zr，Ta，Ｗ，Nb，Mgのいずれか１つ
を混合した複合インサートを使用するもの（特開
昭58−238818号参照）である。そして、このよう
なインサート材をセラミツク接合面にイオンプレ
ーテイング又は溶射又は分散メツキで密着固定し
た後、加熱反応促進処理して金属と強固に治金的
接合させるものである。
化物（NiO，Al2Ｏ，ZrO2等）、又は窒化物
（TiN，Si3N4等）又は炭化物（TiC，WC，SiC
等）もしくはCuと金属酸化物（Cu2Ｏ，Al2O3，
ZrO2等）、又は窒化物（TiN，Si3N4等）又は炭
化物（TiC，WC，SiC等）を使用するもの（特
開昭58−237986号参照）、ないしは、Cu2Ｏ，
NiO，SiO2，FeO，AgO，Al2O3，MoO，TiO2，
ZnO，AuO，Cr2O3，CoO，ZrO2，TaO，WO2，
NbO，MgO，CaO，Y2O3のいずれか１つと、
Cu，Ni，Si，Fe，Ag，Al，Mo，Ti，Zn，Au，
Cr，Co，Zr，Ta，Ｗ，Nb，Mgのいずれか１つ
を混合した複合インサートを使用するもの（特開
昭58−238818号参照）である。そして、このよう
なインサート材をセラミツク接合面にイオンプレ
ーテイング又は溶射又は分散メツキで密着固定し
た後、加熱反応促進処理して金属と強固に治金的
接合させるものである。
本発明者等は、セラミツクと金属との接合、特
にセラミツク製回転体と金属製シヤフトとの接合
に関し、より一層の研究を重ねた結果、本発明を
完成したものである。
にセラミツク製回転体と金属製シヤフトとの接合
に関し、より一層の研究を重ねた結果、本発明を
完成したものである。
すなわち、本発明は、セラミツク部材と金属部
材とのより強固な接合手段を提供すると共に接合
部のセラミツクス部材の靱性（曲げ強度）低下の
阻止手段を提供することを目的とする。特に本発
明は、セラミツク製の回転体と金属製のシヤフト
を接合するにあたり、過酷な回転に耐えるような
高強度、高信頼性を有するセラミツク部材と金属
部材との接合方法を提供することを目的とする。
材とのより強固な接合手段を提供すると共に接合
部のセラミツクス部材の靱性（曲げ強度）低下の
阻止手段を提供することを目的とする。特に本発
明は、セラミツク製の回転体と金属製のシヤフト
を接合するにあたり、過酷な回転に耐えるような
高強度、高信頼性を有するセラミツク部材と金属
部材との接合方法を提供することを目的とする。
本発明は、既に提案した技術（特願昭59−
86152、特願昭59−103728、特願昭59−103729）
をベースにし、セラミツクス部材の最大の弱点で
ある残留応力の存在する接合部の靱性以下（具体
的にはセラミツクスの曲げ強度低下）を阻止する
と共に、セラミツクスと金属間に真の界面反応を
行こし、十分な高強度継手を提供するものであ
る。
86152、特願昭59−103728、特願昭59−103729）
をベースにし、セラミツクス部材の最大の弱点で
ある残留応力の存在する接合部の靱性以下（具体
的にはセラミツクスの曲げ強度低下）を阻止する
と共に、セラミツクスと金属間に真の界面反応を
行こし、十分な高強度継手を提供するものであ
る。
（本発明の構成〕
そして、本発明は上記目的を達成する手段とし
て、セラミツクス部材の継手部を円柱状とし、こ
れに薄肉円筒の中間材、次いでAg，Ag−Cu合
金、Ni−Ｐ合金、Ni−Cr−Ｂ−Si−Fe合金のう
ちのいずれか１つを、最外面に金属製パイプを順
次挿入し、且つセラミツクス円柱部又は中間材内
面にセラミツクス＋金属の複合インサート材をコ
ーテイングして、接合するように構成したもので
ある。
て、セラミツクス部材の継手部を円柱状とし、こ
れに薄肉円筒の中間材、次いでAg，Ag−Cu合
金、Ni−Ｐ合金、Ni−Cr−Ｂ−Si−Fe合金のう
ちのいずれか１つを、最外面に金属製パイプを順
次挿入し、且つセラミツクス円柱部又は中間材内
面にセラミツクス＋金属の複合インサート材をコ
ーテイングして、接合するように構成したもので
ある。
なお、本発明の構成を詳細に述べる前に、類似
技術の説明を行い、その差異も明らかにしておき
たい。
技術の説明を行い、その差異も明らかにしておき
たい。
1972年11月（昭和47年11月）に米国バツテル研
究所のH.E.Patteeが「Joining ceramics to
metals and other materials」でセラミツクス
の接合に関する歴史的経緯も含め、詳細なレポー
トをまとめているが、このなかにセラミツクス円
筒の外面にCuを介して鋼円筒を挿入して、冷し
ばめ、焼ばめ等によりcold pressure weldingす
る方法が記載されている。
究所のH.E.Patteeが「Joining ceramics to
metals and other materials」でセラミツクス
の接合に関する歴史的経緯も含め、詳細なレポー
トをまとめているが、このなかにセラミツクス円
筒の外面にCuを介して鋼円筒を挿入して、冷し
ばめ、焼ばめ等によりcold pressure weldingす
る方法が記載されている。
又、同報告書内にAl2O3と金属の接合において
Cu，Ni、ステンレス鋼等の延性のある金属をイ
ンサートして接合する事例も記載されており、上
記セラミツクス円筒と金属円筒の継手において
Cuに代つてNi、ステンレス鋼等の延性材料を用
いても良いことは言うまでもなかろう。
Cu，Ni、ステンレス鋼等の延性のある金属をイ
ンサートして接合する事例も記載されており、上
記セラミツクス円筒と金属円筒の継手において
Cuに代つてNi、ステンレス鋼等の延性材料を用
いても良いことは言うまでもなかろう。
このように、セラミツクス円筒と金属円筒のは
め合い継手において、延性のある材料を中間には
さむことで、継手部の残留応力を減少せしめて、
セラミツクスの靱性（曲げ強度）低下を阻止する
と共に接合性の向上を狙うことはセラミツクスと
金属の接合技術にたずさわる者にとつては、公知
技術といえよう。
め合い継手において、延性のある材料を中間には
さむことで、継手部の残留応力を減少せしめて、
セラミツクスの靱性（曲げ強度）低下を阻止する
と共に接合性の向上を狙うことはセラミツクスと
金属の接合技術にたずさわる者にとつては、公知
技術といえよう。
しかし、上記セラミツクス円筒と金属円筒のは
め合い継手において、冷やしばめ、焼ばめ等の
cold pressure weldingでは高強度継手が得られ
ないことも、セラミツクスと金属の接合技術にた
ずさわる者としては、これまた、常識としてとら
えて異論はない。
め合い継手において、冷やしばめ、焼ばめ等の
cold pressure weldingでは高強度継手が得られ
ないことも、セラミツクスと金属の接合技術にた
ずさわる者としては、これまた、常識としてとら
えて異論はない。
本発明は中間材として、公知例のCu，Al，
Ni，Tiおよびその合金を中間材として用いるが、
あくまでも、継手部のセラミツクスの靱性低下を
阻止する以外に特殊なインサート材や接合方法に
より高強度継手部を確保し、過酷な環境下でのセ
ラミツクス−金属継手の工業的実用化をはかるも
のである。
Ni，Tiおよびその合金を中間材として用いるが、
あくまでも、継手部のセラミツクスの靱性低下を
阻止する以外に特殊なインサート材や接合方法に
より高強度継手部を確保し、過酷な環境下でのセ
ラミツクス−金属継手の工業的実用化をはかるも
のである。
次に、セラミツクス製回転体と金属製シヤフト
との接合を主体例として取上げ、第１〜５図に基
づいて本発明方法を説明する。なお、本発明はこ
れのみに限定されるものではなく、セラミツク製
回転体以外にセラミツクス製静止構造体を金属部
材に接合する場合も、当然のことながら本発明に
包含される。
との接合を主体例として取上げ、第１〜５図に基
づいて本発明方法を説明する。なお、本発明はこ
れのみに限定されるものではなく、セラミツク製
回転体以外にセラミツクス製静止構造体を金属部
材に接合する場合も、当然のことながら本発明に
包含される。
第１図ａ，ｂは、本発明の実施例であるセラミ
ツクス製回転体と金属製パイプとを、常温および
高温においてそのいずれの降伏点よりも低い降伏
点を有する薄肉金属円筒の中間材を介して、オー
トクレーブ中で接合するための工程図を示し、第
２図は同接合時の加圧工程を示す図である。
ツクス製回転体と金属製パイプとを、常温および
高温においてそのいずれの降伏点よりも低い降伏
点を有する薄肉金属円筒の中間材を介して、オー
トクレーブ中で接合するための工程図を示し、第
２図は同接合時の加圧工程を示す図である。
第３図ａ，ｂは、同様に本発明の実施例である
セラミツクス製回転体と金属製パイプとを、常温
および高温において、そのいずれの降伏点よりも
低い降伏点を有する薄肉金属円筒の中間材を介し
て真空又は不活性ガス雰囲気炉中で、該金属製パ
イプの外面に該金属製パイプおよび該薄肉金属円
筒の中間材のいずれよりも熱膨張係数が小さく、
且つ高温強度にすぐれる積層構造の円筒部材を挿
入し、加熱時に発生する熱膨張差に起因する加圧
を用いて接合するための工程図を示し、第４図は
同接合時の加熱、加圧工程を示す図である。
セラミツクス製回転体と金属製パイプとを、常温
および高温において、そのいずれの降伏点よりも
低い降伏点を有する薄肉金属円筒の中間材を介し
て真空又は不活性ガス雰囲気炉中で、該金属製パ
イプの外面に該金属製パイプおよび該薄肉金属円
筒の中間材のいずれよりも熱膨張係数が小さく、
且つ高温強度にすぐれる積層構造の円筒部材を挿
入し、加熱時に発生する熱膨張差に起因する加圧
を用いて接合するための工程図を示し、第４図は
同接合時の加熱、加圧工程を示す図である。
第５図は、該金属パイプと金属製シヤフトを溶
接する工程を示す図である。（なお、第１，２図
の工程を経て得られた金属パイプの閉じた一端は
接合後、機械加工で除去し、開放端とする。） 第１図、第２図において、１はSi3N4，SiC，
ZrO2，Al2O3のセラミツクス製回転体、２はコバ
ール（Fe−Ni−Co合金）、炭素鋼、ステンレス
鋼Ni合金等の金属製パイプ、３はセラミツクス
回転体の継手部に移行するＲ部、４は継手部とな
るセラミツクス円柱部、５はセラミツクス部材お
よび金属製パイプのいずれよりも、小さな降伏点
を有するCu，Ni，Al，Tiのうちいずれか１つの
薄肉の円筒材、６は継手部に３次元の加圧力を伝
達するZrO2等をはじめとするセラミツクス粉あ
るいは石膏等の粉末の圧力媒体、７はステンレス
鋼、炭素鋼等の容器、８は容器内外の気密を確保
するための溶接部である。
接する工程を示す図である。（なお、第１，２図
の工程を経て得られた金属パイプの閉じた一端は
接合後、機械加工で除去し、開放端とする。） 第１図、第２図において、１はSi3N4，SiC，
ZrO2，Al2O3のセラミツクス製回転体、２はコバ
ール（Fe−Ni−Co合金）、炭素鋼、ステンレス
鋼Ni合金等の金属製パイプ、３はセラミツクス
回転体の継手部に移行するＲ部、４は継手部とな
るセラミツクス円柱部、５はセラミツクス部材お
よび金属製パイプのいずれよりも、小さな降伏点
を有するCu，Ni，Al，Tiのうちいずれか１つの
薄肉の円筒材、６は継手部に３次元の加圧力を伝
達するZrO2等をはじめとするセラミツクス粉あ
るいは石膏等の粉末の圧力媒体、７はステンレス
鋼、炭素鋼等の容器、８は容器内外の気密を確保
するための溶接部である。
又、第３図、第４図において、第１図、第２図
と同一符号は第１図、第２図と同一のものであ
り、９は金属製パイプ２および薄肉金属円筒材５
のいずれよりも熱膨張係数が小さく、且つ高温強
度にすぐれるMo，Ｗ、グラフアイト等の積層円
筒部材、１０は真空又は不活性ガス雰囲気炉の外
壁、１１は加熱ヒーター、１２は排気ポンプ、１
３は接合体を載置する台である。
と同一符号は第１図、第２図と同一のものであ
り、９は金属製パイプ２および薄肉金属円筒材５
のいずれよりも熱膨張係数が小さく、且つ高温強
度にすぐれるMo，Ｗ、グラフアイト等の積層円
筒部材、１０は真空又は不活性ガス雰囲気炉の外
壁、１１は加熱ヒーター、１２は排気ポンプ、１
３は接合体を載置する台である。
又、第５図において、第１図〜第４図と同一符
号は第１図〜第４図と同一のものであり、１４は
Fe基又はNi基材料の金属製シヤフト、１５は電
子ビーム或はレーザ溶接部である。
号は第１図〜第４図と同一のものであり、１４は
Fe基又はNi基材料の金属製シヤフト、１５は電
子ビーム或はレーザ溶接部である。
第１図、第２図の工程をとる施工法では、第１
図のａの如くセラミツクス製回転体１と金属製パ
イプ２、薄肉金属円筒の中間材５を相対させ、第
１図のｂの如く、３者をかん合させる。その際、
セラミツクス製回転体１の円柱部４又は中間材５
の内面にセラミツクスと金属よりなる複合インサ
ート材がコーテイングされ、中間材５と金属製パ
イプ２の間にはAg，Ag−Cu合金、Ni−Ｐ合金、
Ni−Cr−Ｂ−Si−Fe合金のうちいずれか１つを
挿入する。又セラミツクス製回転体１の継手部と
なる上記円柱部４と薄肉金属円筒の中間材５との
間隙および薄肉金属円筒の中間材５と金属製パイ
プ２との間隙は0.01mm〜0.2mmを設定する。（0.01
mm以下ではかん合挿入が困難であり、0.2mm以上
では後述する３次元加圧拡散溶接で圧力媒体５の
粉末が接合面に侵入しやすくなつたり、各部材間
の密着が不十分となり接合を阻害するためであ
る。） 次いでこのようにかん合された円柱部４と中間
材５とパイプ２とを、第２図に示すように、金属
製容器７の中央部にセツトする。そしてその周囲
に圧力媒体６の粉末を圧密して詰めたあと、容器
７の上端にふたをし、溶接８で内部を密閉する。
図のａの如くセラミツクス製回転体１と金属製パ
イプ２、薄肉金属円筒の中間材５を相対させ、第
１図のｂの如く、３者をかん合させる。その際、
セラミツクス製回転体１の円柱部４又は中間材５
の内面にセラミツクスと金属よりなる複合インサ
ート材がコーテイングされ、中間材５と金属製パ
イプ２の間にはAg，Ag−Cu合金、Ni−Ｐ合金、
Ni−Cr−Ｂ−Si−Fe合金のうちいずれか１つを
挿入する。又セラミツクス製回転体１の継手部と
なる上記円柱部４と薄肉金属円筒の中間材５との
間隙および薄肉金属円筒の中間材５と金属製パイ
プ２との間隙は0.01mm〜0.2mmを設定する。（0.01
mm以下ではかん合挿入が困難であり、0.2mm以上
では後述する３次元加圧拡散溶接で圧力媒体５の
粉末が接合面に侵入しやすくなつたり、各部材間
の密着が不十分となり接合を阻害するためであ
る。） 次いでこのようにかん合された円柱部４と中間
材５とパイプ２とを、第２図に示すように、金属
製容器７の中央部にセツトする。そしてその周囲
に圧力媒体６の粉末を圧密して詰めたあと、容器
７の上端にふたをし、溶接８で内部を密閉する。
このあと、オートクレーブ中で、これを加熱加
圧し、前記セラミツクス円柱部４と中間材５と金
属製パイプ２を接合する。その際の施工条件は加
熱温度300℃以上1400℃以下、加圧力0.1Kg／mm2以
上20Kg／mm2以下、時間は１分以上５時間以下とす
る。
圧し、前記セラミツクス円柱部４と中間材５と金
属製パイプ２を接合する。その際の施工条件は加
熱温度300℃以上1400℃以下、加圧力0.1Kg／mm2以
上20Kg／mm2以下、時間は１分以上５時間以下とす
る。
それぞれの数値の下限以下の条件ではセラミツ
ク製回転体１と金属製パイプ２との間の各部材間
の反応性が低いため、接合欠陥が生じ易く、上限
以上では構成部材の一部溶融やコスト高となるこ
とと、接合性向上にもはや寄与するところがない
ためである。また、加圧力が低いと各部材の接
触、密着も生じないので、加圧力を0.1Kg／cm2以
上とする必要がある。
ク製回転体１と金属製パイプ２との間の各部材間
の反応性が低いため、接合欠陥が生じ易く、上限
以上では構成部材の一部溶融やコスト高となるこ
とと、接合性向上にもはや寄与するところがない
ためである。また、加圧力が低いと各部材の接
触、密着も生じないので、加圧力を0.1Kg／cm2以
上とする必要がある。
接合が終了すると、金属製パイプ２の端面を加
工し、次いで、第５図に示す如く、炭素鋼、ステ
ンレス鋼、Ni合金等の金属製シヤフト１４と金
属製パイプ２とを電子ビーム溶接、レーザ溶接、
TiG溶接等で溶接部１５を形成し、接合、組立を
完了する。
工し、次いで、第５図に示す如く、炭素鋼、ステ
ンレス鋼、Ni合金等の金属製シヤフト１４と金
属製パイプ２とを電子ビーム溶接、レーザ溶接、
TiG溶接等で溶接部１５を形成し、接合、組立を
完了する。
又、第２図で金属製容器７に１個の部材が挿入
されたものを示しているが、当然乍ら多数個の挿
入を行つても良いことは言うまでもない。
されたものを示しているが、当然乍ら多数個の挿
入を行つても良いことは言うまでもない。
本発明は、上記したように、セラミツク製回転
体の継手部となる部分を円柱状とし、軟質金属の
中間材や特殊なインサート材を介して相手の金属
製パイプをかん合挿入したあとオートクレーブ中
でガス圧で、第２図に示した当該部材を内蔵した
金属容器７を加熱下で３次元方向に加圧すること
により、金属製パイプ２と中間材５が均一に塑性
変形してセラミツク円柱部４に密着して強固な接
合継手が得られる。
体の継手部となる部分を円柱状とし、軟質金属の
中間材や特殊なインサート材を介して相手の金属
製パイプをかん合挿入したあとオートクレーブ中
でガス圧で、第２図に示した当該部材を内蔵した
金属容器７を加熱下で３次元方向に加圧すること
により、金属製パイプ２と中間材５が均一に塑性
変形してセラミツク円柱部４に密着して強固な接
合継手が得られる。
即ち、上記円柱はめ込み継手で３次元加圧を行
うことではじめて全継手面に均等な加圧力が付加
され、良好な接合が完遂されることになる。この
ように、３次元加圧を行うことでセラミツク製回
転体１、金属パイプ２、中間材５その継手部には
いずれにも均等加圧が加わるため、部材の偏加圧
による破損も生じない。すなわち、この加圧はオ
ートクレーブ中のガス圧が、金属製容器中の粉末
に伝達され、ついで継手部、部材に伝達されるこ
ととなるからである。また、本接合の鍵となるセ
ラミツクス円柱部４と中間材５の接合部に本発明
者等が提案した前記のインサート材を使用するこ
とによつて、より高強度の接合が得られるもので
ある。これは、インサート材中のセラミツクスが
セラミツクス製回転体とイオン結合あるいは共有
結合を主体に接合し、インサート材中の金属が中
間材と金属結合で接合し、良好な接合が成就す
る。
うことではじめて全継手面に均等な加圧力が付加
され、良好な接合が完遂されることになる。この
ように、３次元加圧を行うことでセラミツク製回
転体１、金属パイプ２、中間材５その継手部には
いずれにも均等加圧が加わるため、部材の偏加圧
による破損も生じない。すなわち、この加圧はオ
ートクレーブ中のガス圧が、金属製容器中の粉末
に伝達され、ついで継手部、部材に伝達されるこ
ととなるからである。また、本接合の鍵となるセ
ラミツクス円柱部４と中間材５の接合部に本発明
者等が提案した前記のインサート材を使用するこ
とによつて、より高強度の接合が得られるもので
ある。これは、インサート材中のセラミツクスが
セラミツクス製回転体とイオン結合あるいは共有
結合を主体に接合し、インサート材中の金属が中
間材と金属結合で接合し、良好な接合が成就す
る。
一方、中間材５と金属製パイプ２（Fe基又は
Ni基材料）とは中間材５がAl，Tiおよびその合
金のいずれかである場合、直接接合すると、脆弱
な金属間化合物を生成し、殆んど強度のない継手
となるがAg又はAg合金を挿入して接合すると、
Fe基又はNi基材料の金属製パイプおよびAl，Ti
およびその合金のいずれともその界面にこの脆弱
層を生成することなく、高強度の継手を得ること
ができる。
Ni基材料）とは中間材５がAl，Tiおよびその合
金のいずれかである場合、直接接合すると、脆弱
な金属間化合物を生成し、殆んど強度のない継手
となるがAg又はAg合金を挿入して接合すると、
Fe基又はNi基材料の金属製パイプおよびAl，Ti
およびその合金のいずれともその界面にこの脆弱
層を生成することなく、高強度の継手を得ること
ができる。
又、中間材５がCu，Niおよびその合金のいず
れかである場合は直接接合すると上記脆弱層の生
成はないがCu，Niおよびその合金の再結晶温度
が高いことより接合時に高温加熱と大きな加圧力
を必要とし、高温加熱は接合後の冷却過程で発生
するセラミツクス内の残留応力を増大させ、大き
な加圧力はセラミツクス自体に直接、圧力が負荷
されるため、接合時にセラミツクスに割れを発生
させる危険度を増大せしめ、いずれも靱性のない
セラミツクスに致命的な障害を引起こすことにな
る。これに対し融点が低く、再結晶温度も低い
Ag，Ag−Cu合金、Ni−Ｐ合金、Ni−Cr−Ｂ−
Si−Fe合金は低温加熱で小さな加圧力で接合が
可能となり、上述の問題を解決しうると共にFe
基又はNi基材料の金属製パイプおよびCu，Niお
よびその合金のいずれとも、その界面脆弱層を生
成することなく、高強度の継手を得ることができ
る。
れかである場合は直接接合すると上記脆弱層の生
成はないがCu，Niおよびその合金の再結晶温度
が高いことより接合時に高温加熱と大きな加圧力
を必要とし、高温加熱は接合後の冷却過程で発生
するセラミツクス内の残留応力を増大させ、大き
な加圧力はセラミツクス自体に直接、圧力が負荷
されるため、接合時にセラミツクスに割れを発生
させる危険度を増大せしめ、いずれも靱性のない
セラミツクスに致命的な障害を引起こすことにな
る。これに対し融点が低く、再結晶温度も低い
Ag，Ag−Cu合金、Ni−Ｐ合金、Ni−Cr−Ｂ−
Si−Fe合金は低温加熱で小さな加圧力で接合が
可能となり、上述の問題を解決しうると共にFe
基又はNi基材料の金属製パイプおよびCu，Niお
よびその合金のいずれとも、その界面脆弱層を生
成することなく、高強度の継手を得ることができ
る。
次に、オートクレーブ中での加熱、加圧が終了
すると冷却するが、冷却過程においてセラミツク
円柱部の熱膨脹係数（Si3N4，SiC；３〜４×
10-6／℃、Al2O3，ZrO2；７〜８×10-6／℃）が
中間材の熱膨脹係数（Cu；17×10-6／℃、Al；
24×10-6／℃、Ni；12×10-6／℃、Ti；８×
10-6／℃）および金属製パイプの熱膨脹係数（炭
素鋼；12×10-6／℃、ステンレス鋼；17×10-6／
℃、Ni合金；12×10-6／℃、コバール；５×
10-6／℃）より小さいため、中間材および金属製
パイプがセラミツク円柱より大きく収縮し、セラ
ミツクに密着しながら冷却する。即ち、接合面に
は剥離力は全く生ぜず、逆に密着方向に力が作用
して冷却し、すぐれた継手を得ることができる。
すると冷却するが、冷却過程においてセラミツク
円柱部の熱膨脹係数（Si3N4，SiC；３〜４×
10-6／℃、Al2O3，ZrO2；７〜８×10-6／℃）が
中間材の熱膨脹係数（Cu；17×10-6／℃、Al；
24×10-6／℃、Ni；12×10-6／℃、Ti；８×
10-6／℃）および金属製パイプの熱膨脹係数（炭
素鋼；12×10-6／℃、ステンレス鋼；17×10-6／
℃、Ni合金；12×10-6／℃、コバール；５×
10-6／℃）より小さいため、中間材および金属製
パイプがセラミツク円柱より大きく収縮し、セラ
ミツクに密着しながら冷却する。即ち、接合面に
は剥離力は全く生ぜず、逆に密着方向に力が作用
して冷却し、すぐれた継手を得ることができる。
一方、セラミツクス製回転体の接合部の靱性
（曲げ強度）は残留応力の大きいもの程低下が著
しい。即ち、接合部の継手強度を上昇させること
のみにとらわれて、セラミツクスに対し、過度の
締付力を負荷することは、セラミツクスの靱性を
低下せしめるという事実に注目しなければ実用に
供しえない。これに対し本発明では、セラミツク
ス製回転体および金属製パイプより、常温および
高温において、これらより小さな降伏点を有する
Cu，Al，Ni，Tiのうちいずれか１つを中間材と
して挿入することにより接合時並びに冷却時にセ
ラミツクス製回転体にかかる締付力を上記中間材
の塑性変形で回避し、最終的にセラミツクス製回
転体に生成する過度の残留応力をなくし、セラミ
ツクス製回転体の円柱部の靱性（曲げ強度）の低
下を阻止することができる訳である。
（曲げ強度）は残留応力の大きいもの程低下が著
しい。即ち、接合部の継手強度を上昇させること
のみにとらわれて、セラミツクスに対し、過度の
締付力を負荷することは、セラミツクスの靱性を
低下せしめるという事実に注目しなければ実用に
供しえない。これに対し本発明では、セラミツク
ス製回転体および金属製パイプより、常温および
高温において、これらより小さな降伏点を有する
Cu，Al，Ni，Tiのうちいずれか１つを中間材と
して挿入することにより接合時並びに冷却時にセ
ラミツクス製回転体にかかる締付力を上記中間材
の塑性変形で回避し、最終的にセラミツクス製回
転体に生成する過度の残留応力をなくし、セラミ
ツクス製回転体の円柱部の靱性（曲げ強度）の低
下を阻止することができる訳である。
次に、第３図、第４図の工程をとる施工法を説
明する。
明する。
前述した第１図、第２図の工程をとる施工法と
接合機構は全く同じであるが、接合時の加圧方式
を異にするものである。即ち、第１図、第２図の
工程をとる施工法はオートクレーブ中で粉末圧力
媒体を介して３次元方向に均等加圧する点に特徴
があるが、金属容器への封入、ガス圧加圧等経済
性の点で若干課題を残している。これに対し、第
３図、第４図の工程をとる施工法は金属製パイプ
の外面に該金属パイプおよび該薄肉金属円筒の中
間材のいずれよりも熱膨脹係数が小さく、かつ高
温強度にすぐれるMo，Ｗ，グラフアイト等の積
層円筒部材｛Mo，Ｗの熱膨脹係数；５〜5.5×
10-6／℃、グラフアイトの熱膨脹係数；１〜３×
10-6／℃、Mo，Ｗの高温強度（引張強度）；20〜
35Kg／mm2（1200℃）、グラフアイトの高温強度
（圧縮強度）；２〜５Kg／mm2（1200℃）。径方向に
多分割し、多層リングとして破壊靱性抗張特性を
向上せしめた円筒部材｝を挿入し、真空中又は不
活性ガス雰囲気中で加熱することにより、その熱
膨脹差によつて発生する加圧を用いて安価に接合
するものである。
接合機構は全く同じであるが、接合時の加圧方式
を異にするものである。即ち、第１図、第２図の
工程をとる施工法はオートクレーブ中で粉末圧力
媒体を介して３次元方向に均等加圧する点に特徴
があるが、金属容器への封入、ガス圧加圧等経済
性の点で若干課題を残している。これに対し、第
３図、第４図の工程をとる施工法は金属製パイプ
の外面に該金属パイプおよび該薄肉金属円筒の中
間材のいずれよりも熱膨脹係数が小さく、かつ高
温強度にすぐれるMo，Ｗ，グラフアイト等の積
層円筒部材｛Mo，Ｗの熱膨脹係数；５〜5.5×
10-6／℃、グラフアイトの熱膨脹係数；１〜３×
10-6／℃、Mo，Ｗの高温強度（引張強度）；20〜
35Kg／mm2（1200℃）、グラフアイトの高温強度
（圧縮強度）；２〜５Kg／mm2（1200℃）。径方向に
多分割し、多層リングとして破壊靱性抗張特性を
向上せしめた円筒部材｝を挿入し、真空中又は不
活性ガス雰囲気中で加熱することにより、その熱
膨脹差によつて発生する加圧を用いて安価に接合
するものである。
接合時の部材の配設、間隙、加熱温度、接合時
間等は第１図、第２図の工程をとる施工法と全く
同じであり、接合のメカニズム、セラミツクス円
柱部の応力緩和も同様に同じである。
間等は第１図、第２図の工程をとる施工法と全く
同じであり、接合のメカニズム、セラミツクス円
柱部の応力緩和も同様に同じである。
以上、本発明はセラミツクス＋金属の複合イン
サートやAg，Ag−Cu合金、Ni−Ｐ合金、Ni−
Cr−Ｂ−Si−Fe合金のインサート等の採用、お
よびガス圧加圧接合や熱膨脹係数の小さいMo，
Ｗ，グラフアイト等の積層構造の円筒部材を用い
た熱膨脹差加圧接合といつた施工法の採用によつ
て、接合部のセラミツクス部材の問題点である割
れ発生や靱性（曲げ強度）の低下を阻止する軟質
中間材の挿入時の最大課題である継手部強度の確
保に関し、治金的反応にもとづいた高強度継手を
得ることができる点に最大の特徴がある。
サートやAg，Ag−Cu合金、Ni−Ｐ合金、Ni−
Cr−Ｂ−Si−Fe合金のインサート等の採用、お
よびガス圧加圧接合や熱膨脹係数の小さいMo，
Ｗ，グラフアイト等の積層構造の円筒部材を用い
た熱膨脹差加圧接合といつた施工法の採用によつ
て、接合部のセラミツクス部材の問題点である割
れ発生や靱性（曲げ強度）の低下を阻止する軟質
中間材の挿入時の最大課題である継手部強度の確
保に関し、治金的反応にもとづいた高強度継手を
得ることができる点に最大の特徴がある。
このようにして、セラミツク製回転体に金属製
パイプが接合されると、金属シヤフトとは通常の
溶接法で溶接が可能であり、全工程の接合が完了
する。
パイプが接合されると、金属シヤフトとは通常の
溶接法で溶接が可能であり、全工程の接合が完了
する。
以上本発明を詳細に説明したが、さらに本発明
の具体例をいくつかあげ、本発明をより詳細に説
明する。第６図は以下の本発明の具体例１〜８を
説明するための図であつて、セラミツクス製回転
体と金属製パイプとの概要寸法図である。
の具体例をいくつかあげ、本発明をより詳細に説
明する。第６図は以下の本発明の具体例１〜８を
説明するための図であつて、セラミツクス製回転
体と金属製パイプとの概要寸法図である。
〔具体例 １〕
供試材としてSi3N4およびSiCの回転体１、コ
バールのパイプ２、Niの中間材５、SUS304のシ
ヤフト１４を用いた。
バールのパイプ２、Niの中間材５、SUS304のシ
ヤフト１４を用いた。
回転体１は直径が200mm(A)、継手部の円柱部が
30mmφ(B)長さ50mm(C)で接合部となる部分に回転体
１がSi3N4の時はSi3N4＋Ni（重量％でSi3N4／Ni
＝30／70）、回転体１がSiCの時はSiC＋Ni（重量
％でSiC／Ni＝50／50）をPVDコーテイングし、
真空中で1200℃、10分の拡散反応処理を行つた。
パイプ状のNiの中間材５は内径30.05mmφ(D)、外
径32.05mmφ（Ｈ）、コバールのパイプ２は内径
32.20mmφ（Ｇ）、外径39.20mmφ（Ｅ）、長さ55mm
（Ｆ）（端部は５mmの肉厚をもつ中実部を有する）
で、Niの中間材５とコバールのパイプ２との間
に50μのAg箔を挿入して各部材をかん合したあ
と、第２図に示したような厚さ１mmのSUS304製
容器７内の中心部に挿入し、その周囲にZrO2粉
末を封入し、厚さ１mmのSUS304製上ぶたをかぶ
せ、周囲をシール溶接した。
30mmφ(B)長さ50mm(C)で接合部となる部分に回転体
１がSi3N4の時はSi3N4＋Ni（重量％でSi3N4／Ni
＝30／70）、回転体１がSiCの時はSiC＋Ni（重量
％でSiC／Ni＝50／50）をPVDコーテイングし、
真空中で1200℃、10分の拡散反応処理を行つた。
パイプ状のNiの中間材５は内径30.05mmφ(D)、外
径32.05mmφ（Ｈ）、コバールのパイプ２は内径
32.20mmφ（Ｇ）、外径39.20mmφ（Ｅ）、長さ55mm
（Ｆ）（端部は５mmの肉厚をもつ中実部を有する）
で、Niの中間材５とコバールのパイプ２との間
に50μのAg箔を挿入して各部材をかん合したあ
と、第２図に示したような厚さ１mmのSUS304製
容器７内の中心部に挿入し、その周囲にZrO2粉
末を封入し、厚さ１mmのSUS304製上ぶたをかぶ
せ、周囲をシール溶接した。
次いで、これをオートクレーブに入れ、900℃
に加熱し、Arガス圧500Kg／cm2、加熱保持時間30
分で３次元加圧の接合を行なつた。
に加熱し、Arガス圧500Kg／cm2、加熱保持時間30
分で３次元加圧の接合を行なつた。
その結果、回転体がSi3N4の場合も、SiCの場
合も、各部材間が完全に接合した良好な継手が得
られると共に継手部のSi3N4およびSiC円柱部の
曲げ強度を測定したところ、素材状態のSi3N4お
よびSiC円柱の曲げ強度の70％以上という良好な
曲げ強度を得ることができた。
合も、各部材間が完全に接合した良好な継手が得
られると共に継手部のSi3N4およびSiC円柱部の
曲げ強度を測定したところ、素材状態のSi3N4お
よびSiC円柱の曲げ強度の70％以上という良好な
曲げ強度を得ることができた。
そのあと、この接合体のコバール端部をSi3N4
およびSiC円柱部と同じ径をもつように穴あけ加
工し、該コバールのパイプ２とSUS304製のシヤ
フト１４とを電子ビーム溶接で溶接して、Si3N4
およびSiCと金属の所定の回転構造体を得た。
およびSiC円柱部と同じ径をもつように穴あけ加
工し、該コバールのパイプ２とSUS304製のシヤ
フト１４とを電子ビーム溶接で溶接して、Si3N4
およびSiCと金属の所定の回転構造体を得た。
最後に該回転構造体を回転試験したが、いずれ
も良好な回転性能が得られ、高信頼性を有する継
手が形成されることが判明した。
も良好な回転性能が得られ、高信頼性を有する継
手が形成されることが判明した。
〔具体例 ２〕
供試材としてSi3N4およびSiCの回転体１、コ
バールのパイプ２、90％Cu−10％Ni合金の中間
材５、NiCrMo鋼のシヤフト１４を用いた。
バールのパイプ２、90％Cu−10％Ni合金の中間
材５、NiCrMo鋼のシヤフト１４を用いた。
回転体１は直径が150mmφ(A)、継手部の円柱部
が20mmφ(B)、長さ40mm(C)で、接合部となる部分に
回転体１がSi3N4の時はNiO＋Ni（重量％で
NiO／Ni＝20／80）、回転体１がSiCの時はSiC＋
Ni（重量％でSiC／Ni＝40／60）をPVDコーテイ
ングし、真空中で1200℃、10分の拡散反応処理を
行つた。
が20mmφ(B)、長さ40mm(C)で、接合部となる部分に
回転体１がSi3N4の時はNiO＋Ni（重量％で
NiO／Ni＝20／80）、回転体１がSiCの時はSiC＋
Ni（重量％でSiC／Ni＝40／60）をPVDコーテイ
ングし、真空中で1200℃、10分の拡散反応処理を
行つた。
90％Cu−10％Niのパイプ状中間材５は内径
20.1mmφ(D)、外径24.1mmφ（Ｈ）、コバールのパイ
プ２は、内径24.25mmφ（Ｇ）、外径28.25mmφ
（Ｅ）、長さ42mm（Ｆ）で、90％Cu−10％Ni合金
のパイプ状中間材５とコバールのパイプ２の間に
50μの90％Ni−10％Ｐ合金を挿入し、各部材をか
ん合したあと、コバールのパイプ２の外面に第４
図に示すように内径28.3mmφ、外径70mmφ、長さ
42mmのグラフアイトリング（径方向に３分割し、
多層リングとして破壊靱性および抗張特性を向上
せしめたリング）を挿入し、真空雰囲気内で925
℃に加熱し、１時間保持して、グラフアイトリン
グの低膨脹を利用した加圧による接合を行つた。
20.1mmφ(D)、外径24.1mmφ（Ｈ）、コバールのパイ
プ２は、内径24.25mmφ（Ｇ）、外径28.25mmφ
（Ｅ）、長さ42mm（Ｆ）で、90％Cu−10％Ni合金
のパイプ状中間材５とコバールのパイプ２の間に
50μの90％Ni−10％Ｐ合金を挿入し、各部材をか
ん合したあと、コバールのパイプ２の外面に第４
図に示すように内径28.3mmφ、外径70mmφ、長さ
42mmのグラフアイトリング（径方向に３分割し、
多層リングとして破壊靱性および抗張特性を向上
せしめたリング）を挿入し、真空雰囲気内で925
℃に加熱し、１時間保持して、グラフアイトリン
グの低膨脹を利用した加圧による接合を行つた。
その結果、回転体がSi3N4の場合も、SiCの場
合も各部材間が完全に接合した良好な継手が得ら
れると共に継手部のSi3N4およびSiC円柱部の曲
げ強度を測定したところ、素材状態のSi3N4およ
びSiC円柱の曲げ強度の80％以上という良好な曲
げ強度を得ることができた。
合も各部材間が完全に接合した良好な継手が得ら
れると共に継手部のSi3N4およびSiC円柱部の曲
げ強度を測定したところ、素材状態のSi3N4およ
びSiC円柱の曲げ強度の80％以上という良好な曲
げ強度を得ることができた。
そのあと、コバールのパイプとNiCrMo鋼のシ
ヤフトとを電子ビーム溶接で溶接して、Si3N4お
よびSiCと金属の所定の回転構造体を得た。
ヤフトとを電子ビーム溶接で溶接して、Si3N4お
よびSiCと金属の所定の回転構造体を得た。
最後に該回転構造体を回転試験したが、いずれ
も良好な回転性能が得られ高信頼性を有する継手
が形成されることが判明した。
も良好な回転性能が得られ高信頼性を有する継手
が形成されることが判明した。
〔具体例 ３〕
供試材としてSi3N4およびSiCの回転体１、コ
バールのパイプ２、Alの中間材５SUS304のシヤ
フト１４を用いた。
バールのパイプ２、Alの中間材５SUS304のシヤ
フト１４を用いた。
回転体１は直径が200mm(A)、継手部の円柱部が
30mmφ(B)、長さ50mm(C)で、接合部となる部分に回
転体がSi3N4の時はSi3N4＋Cu（重量％でSi3N4／
Cu＝20／80）、回転体がSiCの時はSiC＋Cu（重量
％でSiC／Cu＝30／70）を分散メツキコーテイン
グし、真空中で1050℃、２時間の拡散反応処理を
行つた。Alのパイプ５は内径30.05mmφ(D)、外径
32.05mmφ（Ｈ）、コバールのパイプ２は内径32.20
mmφ（Ｇ）、外径39.20mmφ（Ｅ）、長さ55mm（Ｆ）
（端部は５mmの肉厚をもつ中実部を有する）で、
Alの中間材５とコバールのパイプ２との間に50μ
のAg箔を挿入して各部材をかん合したあと第２
図に示したような、厚さ１mmのSUS304製容器７
内の中心部に挿入し、その周囲にZrO2粉末を封
入し、厚さ１mmのSUS304製上ぶたをかぶせ、周
囲をシール溶接した。次いで、これをオートクレ
ーブに入れ、550℃に加熱し、Arガス圧500Kg／
cm2、加熱保持時間２時間で３次元加圧の接合を行
つた。
30mmφ(B)、長さ50mm(C)で、接合部となる部分に回
転体がSi3N4の時はSi3N4＋Cu（重量％でSi3N4／
Cu＝20／80）、回転体がSiCの時はSiC＋Cu（重量
％でSiC／Cu＝30／70）を分散メツキコーテイン
グし、真空中で1050℃、２時間の拡散反応処理を
行つた。Alのパイプ５は内径30.05mmφ(D)、外径
32.05mmφ（Ｈ）、コバールのパイプ２は内径32.20
mmφ（Ｇ）、外径39.20mmφ（Ｅ）、長さ55mm（Ｆ）
（端部は５mmの肉厚をもつ中実部を有する）で、
Alの中間材５とコバールのパイプ２との間に50μ
のAg箔を挿入して各部材をかん合したあと第２
図に示したような、厚さ１mmのSUS304製容器７
内の中心部に挿入し、その周囲にZrO2粉末を封
入し、厚さ１mmのSUS304製上ぶたをかぶせ、周
囲をシール溶接した。次いで、これをオートクレ
ーブに入れ、550℃に加熱し、Arガス圧500Kg／
cm2、加熱保持時間２時間で３次元加圧の接合を行
つた。
その結果、回転体がSi3N4の場合も、SiCの場
合も、各部機間は完全に接合した良好な継手が得
られると共に継手部のSi3N4およびSiC円柱部の
曲げ強度を測定したところ、素材状態のSi3N4お
よびSiC円柱の曲げ強度の80％以上という良好な
曲げ強度を得ることができた。
合も、各部機間は完全に接合した良好な継手が得
られると共に継手部のSi3N4およびSiC円柱部の
曲げ強度を測定したところ、素材状態のSi3N4お
よびSiC円柱の曲げ強度の80％以上という良好な
曲げ強度を得ることができた。
そのあと、この接合体のコバール端部をSi3N4
およびSiC円柱部と同じ径をもつように穴あけ加
工し、該コバールのパイプ２とSUS304製のシヤ
フト１４とを電子ビーム溶接で溶接して、Si3N4
およびSiCと金属の所定の回転構造体を得た。
およびSiC円柱部と同じ径をもつように穴あけ加
工し、該コバールのパイプ２とSUS304製のシヤ
フト１４とを電子ビーム溶接で溶接して、Si3N4
およびSiCと金属の所定の回転構造体を得た。
最後に該回転構造体を回転試験したが、いずれ
も良好な回転性能が得られ、高信頼性を有する継
手が形成されることが判明した。
も良好な回転性能が得られ、高信頼性を有する継
手が形成されることが判明した。
〔具体例 ４〕
供試材としてSi3N4およびSiCの回転体１、コ
バールのパイプ２、Tiの中間材５、NiCrMo鋼
のシヤフト１４を用いた。
バールのパイプ２、Tiの中間材５、NiCrMo鋼
のシヤフト１４を用いた。
回転体１は直径が150mmφ(A)、継手部の円柱部
が20mmφ(B)、長さ40mm(C)で、接合部となる部分に
回転体がSi3N4の時はSi3N4＋Ni（重量％でSi3
N4／Ni＝20／80）、回転体がSiCの時はSiC＋Ni
（重量％でSiC／Ni＝50／50）をPVDコーテイン
グし、真空中で1250℃、５分の拡散反応処理を行
つた。Tiのパイプ状中間材５は内径20.1mmφ(D)、
外径24.1mmφ（Ｈ）、コバールのパイプ２は、内径
24.25mmφ（Ｇ）、外径28.25mmφ（Ｅ）、長さ42mm
（Ｆ）で、Tiのパイプ状中間材５とコバールのパ
イプ２の間に50μの80％Ag−20％Cu箔を挿入し、
各部材をかん合したあと、コバールのパイプ２の
外面に第４図に示すように内径28.3mmφ、外径70
mmφ、長さ42mmのMoリング（径方向に３分割
し、多層リングとして、破壊靱性特性および抗張
特性を向上せしめたリング）を挿入し、真空雰囲
気内で900℃に加熱し、10分保持して、Moリン
グの低膨脹を利用した加圧による接合を行つた。
が20mmφ(B)、長さ40mm(C)で、接合部となる部分に
回転体がSi3N4の時はSi3N4＋Ni（重量％でSi3
N4／Ni＝20／80）、回転体がSiCの時はSiC＋Ni
（重量％でSiC／Ni＝50／50）をPVDコーテイン
グし、真空中で1250℃、５分の拡散反応処理を行
つた。Tiのパイプ状中間材５は内径20.1mmφ(D)、
外径24.1mmφ（Ｈ）、コバールのパイプ２は、内径
24.25mmφ（Ｇ）、外径28.25mmφ（Ｅ）、長さ42mm
（Ｆ）で、Tiのパイプ状中間材５とコバールのパ
イプ２の間に50μの80％Ag−20％Cu箔を挿入し、
各部材をかん合したあと、コバールのパイプ２の
外面に第４図に示すように内径28.3mmφ、外径70
mmφ、長さ42mmのMoリング（径方向に３分割
し、多層リングとして、破壊靱性特性および抗張
特性を向上せしめたリング）を挿入し、真空雰囲
気内で900℃に加熱し、10分保持して、Moリン
グの低膨脹を利用した加圧による接合を行つた。
その結果、回転体がSi3N4の場合も、SiCの場
合も各部材間が完全に接合した良好な継手が得ら
れると共に継手部のSi3N4およびSiC円柱部の曲
げ強度を測定したところ、素材状態のSi3N4およ
びSiC円柱の曲げ強度の70％以上という良好な曲
げ強度を得ることができた。
合も各部材間が完全に接合した良好な継手が得ら
れると共に継手部のSi3N4およびSiC円柱部の曲
げ強度を測定したところ、素材状態のSi3N4およ
びSiC円柱の曲げ強度の70％以上という良好な曲
げ強度を得ることができた。
そのあと、コバールのパイプ２とNiCrMo鋼の
シヤフト１４を電子ビーム溶接で溶接して、Si3
N4およびSiCと金属の所定の回転構造体を得た。
シヤフト１４を電子ビーム溶接で溶接して、Si3
N4およびSiCと金属の所定の回転構造体を得た。
最後に該回転構造体を回転試験したが、いずれ
も良好な回転性能が得られ、高信頼性を有する継
手が形成されることが判明した。
も良好な回転性能が得られ、高信頼性を有する継
手が形成されることが判明した。
〔具体例 ５〕
供試材として、Al2O3およびZrO2の回転体１、
炭素鋼のパイプ２、60％Cuー40％Zn合金の中間
材５、NiCrMo鋼のシヤフト１４を用いた。
炭素鋼のパイプ２、60％Cuー40％Zn合金の中間
材５、NiCrMo鋼のシヤフト１４を用いた。
回転体１は直径30mmφ(A)、継手部の円柱部が10
mmφ(B)、長さ15mm(C)で接合部となる部分に回転体
１がAl2O3の時はCu2Ｏ＋Cu（重量％でCu2Ｏ／Cu
＝20／80）、回転体１がZrO2の時はCu2Ｏ＋Cu
（重量％でCu2Ｏ／Cu＝30／70）をPVDコーテイ
ングし、真空中で1050℃、２時間の拡散反応処理
を行つた。60％Cuー40％Zn合金のパイプ状中間
材５は内径10.02mmφ(D)、外径11.02mmφ（Ｈ）、炭
素鋼のパイプ２は内径11.14mmφ（Ｇ）、外径14.14
mmφ（Ｅ）、長さ17mm（Ｆ）（端部は２mmの肉厚を
もつ中実部を有する）で60％Cuー40％Zn合金の
パイプ状中間材５と炭素鋼のパイプ２との間に
50μのAgを挿入し、各部材をかん合したあと、第
２図に示したような厚さ１mmのSS41容器７内の
中心部に挿入し、その周囲に石膏粉末を封入した
あと、厚さ１mmのSS41製上ぶたをかぶせ、周囲
をシール溶接した。次いで、これをオートクレー
ブに入れ、750℃に加熱し、Arガス圧300Kg／cm2、
加熱保持時間２時間の３次元加圧の接合を行つ
た。
mmφ(B)、長さ15mm(C)で接合部となる部分に回転体
１がAl2O3の時はCu2Ｏ＋Cu（重量％でCu2Ｏ／Cu
＝20／80）、回転体１がZrO2の時はCu2Ｏ＋Cu
（重量％でCu2Ｏ／Cu＝30／70）をPVDコーテイ
ングし、真空中で1050℃、２時間の拡散反応処理
を行つた。60％Cuー40％Zn合金のパイプ状中間
材５は内径10.02mmφ(D)、外径11.02mmφ（Ｈ）、炭
素鋼のパイプ２は内径11.14mmφ（Ｇ）、外径14.14
mmφ（Ｅ）、長さ17mm（Ｆ）（端部は２mmの肉厚を
もつ中実部を有する）で60％Cuー40％Zn合金の
パイプ状中間材５と炭素鋼のパイプ２との間に
50μのAgを挿入し、各部材をかん合したあと、第
２図に示したような厚さ１mmのSS41容器７内の
中心部に挿入し、その周囲に石膏粉末を封入した
あと、厚さ１mmのSS41製上ぶたをかぶせ、周囲
をシール溶接した。次いで、これをオートクレー
ブに入れ、750℃に加熱し、Arガス圧300Kg／cm2、
加熱保持時間２時間の３次元加圧の接合を行つ
た。
その結果、回転体がAl2O3の場合も、ZrO2の場
合も各部材間が完全に接合した良好な継手が得ら
れると共に継手部のAl2O3およびZrO2円柱部の曲
げ強度を測定したところ、素材状態のAl2O3およ
びZrO2円柱の曲げ強度の75％以上という良好な
曲げ強度を得ることができた。
合も各部材間が完全に接合した良好な継手が得ら
れると共に継手部のAl2O3およびZrO2円柱部の曲
げ強度を測定したところ、素材状態のAl2O3およ
びZrO2円柱の曲げ強度の75％以上という良好な
曲げ強度を得ることができた。
そのあと、この接合体の炭素鋼端部をAl2O3お
よびZrO2円柱部と同じ径をもつように穴あけ加
工し、該炭素鋼のパイプ２とNiCrMo鋼のシヤフ
ト１４を電子ビーム溶接で溶接して、Al2O3およ
びZrO2と金属の所定の回転構造体を得た。
よびZrO2円柱部と同じ径をもつように穴あけ加
工し、該炭素鋼のパイプ２とNiCrMo鋼のシヤフ
ト１４を電子ビーム溶接で溶接して、Al2O3およ
びZrO2と金属の所定の回転構造体を得た。
最後に該回転構造体を回転試験したが、いずれ
も良好な回転性能が得られ、高信頼性を有する継
手が形成されることが判明した。
も良好な回転性能が得られ、高信頼性を有する継
手が形成されることが判明した。
〔具体例 ６〕
供試材としてAl2O3およびZrO2の回転体１、イ
ンコネルのパイプ２、Niの中間材５、NiCrMo
鋼のシヤフト１４を用いた。
ンコネルのパイプ２、Niの中間材５、NiCrMo
鋼のシヤフト１４を用いた。
回転体１は直径が150mmφ(A)、継手部の円柱部
が20mmφ(B)、長さ40mm(C)で、接合部となる部分に
回転体１がAl2O3の時はAl2O3＋Cu（重量％でAl2
O3／Cu＝30／70）、回転体１がZrO2の時はZrO2
＋Cu（重量％でZrO2／Cu＝30／70）を分散メツ
キコーテイングし、弱酸化雰囲気中で、1050℃、
２時間の拡散反応処理を行つた。Niのパイプ状
中間材５は内径20.1mmφ(D)、外径24.1mmφ（Ｈ）、
インコネルのパイプ２は、内径24.25mmφ（Ｇ）、
外径28.25mmφ（Ｅ）、長さ42mm（Ｆ）で、Niのパ
イプ状中間材５の外面に50μのAgメツキを行な
い、各部材をかん合したあと、インコネルのパイ
プ２の外面に第４図に示すように内径28.3mmφ、
外径70mmφ、長さ42mmのグラフアイトリング（径
方向に３分割し、多層リングとして破壊靱性およ
び抗張特性を向上せしめたリング）を挿入し、真
空雰囲気内で950℃に加熱し、２時間保持して、
グラフアイトリングの低膨脹を利用した加圧によ
る接合を行つた。
が20mmφ(B)、長さ40mm(C)で、接合部となる部分に
回転体１がAl2O3の時はAl2O3＋Cu（重量％でAl2
O3／Cu＝30／70）、回転体１がZrO2の時はZrO2
＋Cu（重量％でZrO2／Cu＝30／70）を分散メツ
キコーテイングし、弱酸化雰囲気中で、1050℃、
２時間の拡散反応処理を行つた。Niのパイプ状
中間材５は内径20.1mmφ(D)、外径24.1mmφ（Ｈ）、
インコネルのパイプ２は、内径24.25mmφ（Ｇ）、
外径28.25mmφ（Ｅ）、長さ42mm（Ｆ）で、Niのパ
イプ状中間材５の外面に50μのAgメツキを行な
い、各部材をかん合したあと、インコネルのパイ
プ２の外面に第４図に示すように内径28.3mmφ、
外径70mmφ、長さ42mmのグラフアイトリング（径
方向に３分割し、多層リングとして破壊靱性およ
び抗張特性を向上せしめたリング）を挿入し、真
空雰囲気内で950℃に加熱し、２時間保持して、
グラフアイトリングの低膨脹を利用した加圧によ
る接合を行つた。
その結果、回転体がAl2O3の場合も、ZrO2の場
合も各部材間が完全に接合した良好な継手が得ら
れると共に継手部のAl2O3およびZrO2円柱部の曲
げ強度を測定したところ、素材状態のAl2O3およ
びZrO2円柱の曲げ強度の70％以上という良好な
曲げ強度を得ることができた。
合も各部材間が完全に接合した良好な継手が得ら
れると共に継手部のAl2O3およびZrO2円柱部の曲
げ強度を測定したところ、素材状態のAl2O3およ
びZrO2円柱の曲げ強度の70％以上という良好な
曲げ強度を得ることができた。
そのあと、インコネルのパイプとNiCrMo鋼の
シヤフトとを電子ビーム溶接で溶接して、Al2O3
およびZrO2と金属の所定の回転構造体を得た。
シヤフトとを電子ビーム溶接で溶接して、Al2O3
およびZrO2と金属の所定の回転構造体を得た。
最後に該回転構造体を回転試験したが、いずれ
も良好な回転性能が得られ、高信頼性を有する継
手が形成されることが判明した。
も良好な回転性能が得られ、高信頼性を有する継
手が形成されることが判明した。
〔具体例 ７〕
供試材として、Al2O3およびZrO2の回転体１、
炭素鋼のパイプ２、Alの中間材５、NiCrMo鋼
のシヤフト１４を用いた。
炭素鋼のパイプ２、Alの中間材５、NiCrMo鋼
のシヤフト１４を用いた。
回転体１は直径が30mmφ(A)、継手部の円柱部が
10mmφ(B)、長さ15mm(C)で接合部となる部分に回転
体１がAl2O3の時はAg2Ｏ＋Cu（重量％でAg2Ｏ／
Cu＝50／50）、回転体１がZrO2の時はAg2Ｏ＋Cu
（重量％でAg2Ｏ／Cu＝60／40）を溶射コーテイ
ングじ、真空中で800℃、２時間の拡散反応処理
を行つた。Alのパイプ状中間材５は内径10.02mm
φ(D)、外径11.02mmφ（Ｈ）、炭素鋼のパイプ２は
内径11.14mmφ（Ｇ）、外径14.14mmφ（Ｅ）、長さ17
mm（Ｆ）（端部は２mmの肉厚をもつ中実部を有す
る）で、Alのパイプ状中間材５と炭素鋼のパイ
プ２との間に50μのAg箔を挿入し、各部材をかん
合したあと、第２図に示すように厚さ１mmの
SS41の容器７内の中心部に挿入し、その周囲に
石膏粉末を封入したあと、厚さ１mmのSS41製上
ぶたをかぶせ、周囲をシール溶接した。次いで、
これをオートクレーブに入れ、550℃に加熱し、
Arガス圧500Kg／cm2、加熱保持時間２時間の３次
元加圧の接合を行つた。
10mmφ(B)、長さ15mm(C)で接合部となる部分に回転
体１がAl2O3の時はAg2Ｏ＋Cu（重量％でAg2Ｏ／
Cu＝50／50）、回転体１がZrO2の時はAg2Ｏ＋Cu
（重量％でAg2Ｏ／Cu＝60／40）を溶射コーテイ
ングじ、真空中で800℃、２時間の拡散反応処理
を行つた。Alのパイプ状中間材５は内径10.02mm
φ(D)、外径11.02mmφ（Ｈ）、炭素鋼のパイプ２は
内径11.14mmφ（Ｇ）、外径14.14mmφ（Ｅ）、長さ17
mm（Ｆ）（端部は２mmの肉厚をもつ中実部を有す
る）で、Alのパイプ状中間材５と炭素鋼のパイ
プ２との間に50μのAg箔を挿入し、各部材をかん
合したあと、第２図に示すように厚さ１mmの
SS41の容器７内の中心部に挿入し、その周囲に
石膏粉末を封入したあと、厚さ１mmのSS41製上
ぶたをかぶせ、周囲をシール溶接した。次いで、
これをオートクレーブに入れ、550℃に加熱し、
Arガス圧500Kg／cm2、加熱保持時間２時間の３次
元加圧の接合を行つた。
その結果回転体がAl2O3の場合も、ZrO2の場合
も、各部材間が完全に接合した良好な継手が得ら
れると共に継手部のAl2O3およびZrO2円柱部の曲
げ強度を測定したところ、素材状態のAl2O3およ
びZrO2円柱の曲げ強度の80％以上という良好な
曲げ強度を得ることができた。
も、各部材間が完全に接合した良好な継手が得ら
れると共に継手部のAl2O3およびZrO2円柱部の曲
げ強度を測定したところ、素材状態のAl2O3およ
びZrO2円柱の曲げ強度の80％以上という良好な
曲げ強度を得ることができた。
そのあと、この接合体の炭素鋼端部をAl2O3お
よびZrO2円柱部と同じ径をもつように穴あけ加
工し、該炭素鋼のパイプ２とNiCrMo鋼のシヤフ
ト１４とを電子ビーム溶接で溶接して、Al2O3お
よびZrO2と金属の所定の回転構造体を得た。
よびZrO2円柱部と同じ径をもつように穴あけ加
工し、該炭素鋼のパイプ２とNiCrMo鋼のシヤフ
ト１４とを電子ビーム溶接で溶接して、Al2O3お
よびZrO2と金属の所定の回転構造体を得た。
最後に該回転構造体を回転試験したが、いずれ
も良好な回転性能が得られ、高信頼性を有する継
手が形成されることが判明した。
も良好な回転性能が得られ、高信頼性を有する継
手が形成されることが判明した。
〔具体例 ８〕
供試材としてAl2O3およびZrO2の回転体１、
INCO713Cのパイプ２、Cuの中間材５、NiCrMo
鋼のシヤフト１４を用いた。
INCO713Cのパイプ２、Cuの中間材５、NiCrMo
鋼のシヤフト１４を用いた。
回転体は直径が150mmφ(A)、継手部の円柱部が
20mmφ(B)、長さ40mm(C)で、接合部となる部分に回
転体がAl2O3の場合はCu2Ｏ＋Cu（重量％でCu2
Ｏ／Cu＝20／80）回転体１がZrO2の時はCu2Ｏ
＋Cu（重量％でCu2Ｏ／Cu＝30／70）をPVDコー
テイングし、真空中で1050℃、２時間の拡散反応
処理を行つた。Cuのパイプ状中間材５は内径20.1
mmφ(D)、外径24.1mmφ（Ｈ）、INCO713Cのパイプ
２は、内径24.55mmφ（Ｇ）、外径28.25mmφ（Ｅ）、
長さ42mm（Ｆ）で、Cuのパイプ状中間材５と
INCO713Cのパイプ２の間に50μの80％Ag−20％
Cu箔を挿入し、各部材をかん合したあと、
INCO713Cのパイプ２の外面に第４図に示すよう
に内径28.3mmφ、外径70mmφ、長さ42mmのグラフ
アイトリング（径方向に３分割し、多層リングと
して破壊靱性および抗張特性を向上せしめたリン
グ）を挿入し、真空雰囲気内で900℃に加熱し、
10分保持して、グラフアイトリングの低膨脹を利
用した加圧による接合を行つた。
20mmφ(B)、長さ40mm(C)で、接合部となる部分に回
転体がAl2O3の場合はCu2Ｏ＋Cu（重量％でCu2
Ｏ／Cu＝20／80）回転体１がZrO2の時はCu2Ｏ
＋Cu（重量％でCu2Ｏ／Cu＝30／70）をPVDコー
テイングし、真空中で1050℃、２時間の拡散反応
処理を行つた。Cuのパイプ状中間材５は内径20.1
mmφ(D)、外径24.1mmφ（Ｈ）、INCO713Cのパイプ
２は、内径24.55mmφ（Ｇ）、外径28.25mmφ（Ｅ）、
長さ42mm（Ｆ）で、Cuのパイプ状中間材５と
INCO713Cのパイプ２の間に50μの80％Ag−20％
Cu箔を挿入し、各部材をかん合したあと、
INCO713Cのパイプ２の外面に第４図に示すよう
に内径28.3mmφ、外径70mmφ、長さ42mmのグラフ
アイトリング（径方向に３分割し、多層リングと
して破壊靱性および抗張特性を向上せしめたリン
グ）を挿入し、真空雰囲気内で900℃に加熱し、
10分保持して、グラフアイトリングの低膨脹を利
用した加圧による接合を行つた。
その結果、回転体がAl2O3の場合も、ZrO2の場
合も、各部材間が完全に接合した良好な継手が得
られると共に継手部のAl2O3およびZrO2円柱部の
曲げ強度を測定したところ、素材状態のAl2O3お
よびZrO2円柱の曲げ強度の70％以上という曲げ
強度を得ることができた。
合も、各部材間が完全に接合した良好な継手が得
られると共に継手部のAl2O3およびZrO2円柱部の
曲げ強度を測定したところ、素材状態のAl2O3お
よびZrO2円柱の曲げ強度の70％以上という曲げ
強度を得ることができた。
そのあと、INCO713CのパイプとNiCrMo鋼の
シヤフトとを電子ビーム溶接で溶接して、Al2O3
及びZrO3と金属の所定の回転構造体を得た。
シヤフトとを電子ビーム溶接で溶接して、Al2O3
及びZrO3と金属の所定の回転構造体を得た。
最後に該回転構造体を回転試験したが、いずれ
も良好な回転性能が得られ、高信頼性を有する継
手が形成されることが判明した。
も良好な回転性能が得られ、高信頼性を有する継
手が形成されることが判明した。
本発明方法により、セラミツクス部材と金属間
の接合に当つて、セラミツクスの最大の弱点であ
る残留応力の存在する接合部の靱性低下を阻止す
ることができ、かつ高強度の継手を得ることがで
きる。
の接合に当つて、セラミツクスの最大の弱点であ
る残留応力の存在する接合部の靱性低下を阻止す
ることができ、かつ高強度の継手を得ることがで
きる。
第１図〜第４図は、本発明の実施態様を説明す
るための図、第５図はセラミツクス部材と金属パ
イプを接合した部材を金属製シヤフトに溶接する
工程を示す図、第６図は本発明の具体例（１〜
８）を説明するための図である。
るための図、第５図はセラミツクス部材と金属パ
イプを接合した部材を金属製シヤフトに溶接する
工程を示す図、第６図は本発明の具体例（１〜
８）を説明するための図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ セラミツクス部材と、Fe基材料又はNi基材
料とを接合する方法において、セラミツクス部材
の継手部を円柱状とし、これに先ず該円柱よりも
若干内径を大きくしたCu，Ni，Al，Tiおよびそ
れらの合金のうちいずれか一つからなる薄肉の内
筒材を中間材として嵌合させ、その際セラミツク
ス部材の円柱状面又は中間材の内面のいずれか一
方又は両方にセラミツクスと金属よりなる複合イ
ンサート材をコーテイングし、次いでこの中間材
の外面にAg，Ag−Cu合金、Ni−Ｐ合金、Ni−
Cr−Ｂ−Si−Fe合金のいずれか１つを挿入し、
しかる後これより若干内径を大きくしたFe基又
はNi基金属製パイプを最外層に嵌合した後、オ
ートクレーブ中で加熱・加圧して接合するか、あ
るいは該金属製パイプの外周面に該パイプより若
干内径を大きくしたMo，Ｗ、グラフアイト等の
熱膨張係数が小さく、かつ高温強度にすぐれる積
層構造の円筒部材を更に嵌合し、加熱、加圧して
熱膨張差加圧により接合し、最後に該金属パイプ
とFe基材料又はNi基材料とを溶接することを特
徴とするセラミツクス部材と金属部材との接合方
法。 ２ セラミツクス部材がSi3N4，SiC等の非酸化
物系セラミツクスの場合、セラミツクスと金属よ
りなる複合インサート材が、NiとNiO，Al2O3，
ZrO2などの金属酸化物、NiとTiN，Si3N4などの
金属窒化物、NiとTiC，WC，SiCなどの金属炭
化物、CuとCu2Ｏ，Al2O3，ZrO2などの金属酸化
物、CuとTiN，Si3N4などの金属窒化物、Cuと
TiC，WC，SiCなどの金属炭化物のうちいずれ
かである特許請求の範囲第１記載の方法。 ３ 中間材がCu，Niおよびその合金のいずれか
である場合、中間材の外面にNi−Ｐ合金又はNi
−Cr−Ｂ−Si−Fe合金を挿入する特許請求の範
囲１又は２記載の方法。 ４ セラミツクス部材がAl2O3，ZrO2等の酸化物
系セラミツクスの場合、セラミツクスと金属より
なる複合インサート材が、Cu2Ｏ，NiC，SiO2，
FeO，AgO，Al2O3，MoO，TiO2，ZnO，AuO，
Cr2O3，CuO，ZrO2，TaO，WO2，NbO，
MgO，CaO，Y2O3のうちいずれか１つと、Cu，
Ni，Si，Fe，Ag，Al，Mo，Ti，Zn，Au，Cr，
Co，Zr，Ta，Ｗ，Nb，Mgのうちいずれか１つ
とよりなる特許請求の範囲１記載の方法。 ５ 中間材がCu，Niおよびその合金のいずれか
である場合、中間材の外面にNi−Ｐ合金又はNi
−Cr−Ｂ−Si−Fe合金を挿入する特許請求の範
囲４記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61020238A JPS62182169A (ja) | 1986-02-03 | 1986-02-03 | セラミツクス部材と金属部材との接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61020238A JPS62182169A (ja) | 1986-02-03 | 1986-02-03 | セラミツクス部材と金属部材との接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62182169A JPS62182169A (ja) | 1987-08-10 |
| JPH0550471B2 true JPH0550471B2 (ja) | 1993-07-29 |
Family
ID=12021613
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61020238A Granted JPS62182169A (ja) | 1986-02-03 | 1986-02-03 | セラミツクス部材と金属部材との接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62182169A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2785291B2 (ja) * | 1988-12-23 | 1998-08-13 | 石川島播磨重工業株式会社 | ガスタービン翼 |
| JP2510041B2 (ja) * | 1990-08-23 | 1996-06-26 | 日本特殊陶業株式会社 | 回転接合体 |
| US9010191B2 (en) * | 2011-12-22 | 2015-04-21 | Rosemount Inc. | Pressure sensor module for sub-sea applications |
-
1986
- 1986-02-03 JP JP61020238A patent/JPS62182169A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62182169A (ja) | 1987-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0339993B2 (ja) | ||
| JPH0367986B2 (ja) | ||
| US4703884A (en) | Steel bonded dense silicon nitride compositions and method for their fabrication | |
| EP0530854B1 (en) | Metal-ceramic composite bodies | |
| Peteves et al. | Joining silicon nitride to itself and to metals | |
| US3793705A (en) | Process for brazing a magnetic ceramic member to a metal member | |
| EP0109814B1 (en) | Joining silicon nitride to metals | |
| EP0366410B1 (en) | Ceramic-metal composite body with friction welding joint and ceramic insert cast piston | |
| JPS6045991B2 (ja) | 管状継手部材の製法 | |
| US4704338A (en) | Steel bonded dense silicon nitride compositions and method for their fabrication | |
| JPH08506315A (ja) | 高耐熱構造部品 | |
| JPH0550471B2 (ja) | ||
| JP2003039179A (ja) | 高温材料の複合部材の製造方法及び複合部材 | |
| JP4281881B2 (ja) | 加熱炉管および加熱炉管の製造方法 | |
| JPS60231473A (ja) | セラミツク部材と金属部材との接合方法 | |
| JPS60251179A (ja) | セラミツク部材と金属部材との接合方法 | |
| JPS60251180A (ja) | セラミツク部材と金属部材との接合方法 | |
| JPH029779A (ja) | セラミックス金属複合体の製造方法 | |
| JPH0351321Y2 (ja) | ||
| JPS6397378A (ja) | セラミツクス部材と金属部材との接合方法 | |
| JPS61218869A (ja) | 耐摩耗性および耐食性にすぐれたシリンダ−およびその製造方法 | |
| JPH02115555A (ja) | セラミックスー金属の摩擦圧接体およびそれから成るセラミックス鋳ぐるみピストン | |
| JPS629768A (ja) | セラミツクスと金属の接合方法 | |
| Lugscheider et al. | Joining of Ceramics | |
| JPS60246275A (ja) | セラミツク部材と金属部材との接合方法 |