JPH055791B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は金属・セラミツクス接合法に係り、特
に、金属とセラミツクスとをろう付、拡散接合、
活性金属等により接合し、セラミツクスの耐熱
性、絶縁性、耐摩耗性等と、金属の靭性、電気伝
導性、熱伝導性等の特性を併せ有し、高温エンジ
ン、海洋開発等の分野に使用するのに好適な接合
体を得るための金属・セラミツクス接合法に関す
るものである。

〔従来の技術〕

金属とセラミツクスとの接合体は、金属の有す
る特性とセラミツクスの有する特性とを併せ有し
ており、種々の分野への適用がなされ、また研究
が進められている。

金属とセラミツクスとの高強度接合体を得るに
は、第１には両者の接合面での反応層が界面で結
晶接合性、機械的性質に優れていること、第２に
は両者の接合操作時、接合に要する温度に加熱さ
れた後に冷却する際、界面に歪みが発生するた
め、その応力を緩和させることが重要な要素であ
る。

従来、上記した第２の０素を達成する方法、す
なわち、応力を緩和させる方法として、 (1) 金属とセラミツクスとの間に両者のそれぞれ
の熱膨張係数の中間の熱膨張係数を有する材料
（例えば、Ti合金、Invar等）を介在させて両
者を接合する方法、 (2) 金属とセラミツクスとの間に両者の接合操作
時、塑性変形する材料（例えば、Cu，Al，
Ni，Ti等）を介在させて両者を接合する方法、
等がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記した従来の方法では、いず
れも金属とセラミツクスとの間に第３の金属を挿
入するという工程を要すると共に第３の金属材料
とろう材、活性金属等の結合材等の反応層を制御
しなければならない困難を有するという問題点が
ある。

本発明は、上記した従来の接合法の課題を解決
し、金属とセラミツクスとの間に応力を緩和する
ための第３の金属を挿入するという煩雑な工程を
要することなく、金属とセラミツクスとを接合す
る際に両者の間に生じる応力を著しく緩和でき、
これによつて、強度等の特性に優れた金属・セラ
ミツクス接合体を得ることができる金属・セラミ
ツクス接合法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために本発明は、金属と
セラミツクスをろう付、拡散接合、活性金属等に
より接合する金属・セラミツクス接合法におい
て、前記セラミツクスと接合される前記金属側の
少なくとも接合面付近であつて、該接合面に平行
する方向の前記金属の熱膨張を抑制する部材を配
置すると共に該部材の熱膨張係数が前記金属の熱
膨張係数よりも小さくした手段を採用したもので
ある。

〔作用〕

本発明は上記の手段を採用したことにより、セ
ラミツクスに接合される金属の少なくとも接合面
付近で、接合面に平行する方向の金属の熱膨張を
抑制する部材が配置されるから、金属の熱膨張
は、その部材の熱膨張係数に対応して抑制され
る。

この部材の熱膨張係数は、セラミツクスに接合
される金属の熱膨張係数よりも小さいのでセラミ
ツクスの熱膨張係数よりも小さくできる。

したがつて、接合操作時の加熱によるセラミツ
クスと金属との熱膨張量の差が少なくなり、接合
完了後の金属の収縮代が小さくなり、接合面付近
の残留応力が減少する。

〔実施例〕

以下、図面に示す本発明の実施例について説明
する。

第１図は本発明の金属・セラミツクス接合法を
示す説明図である。

第１図において、円柱体からなるセラミツクス
１と、このセラミツクス１よりも直径の大きい円
柱からなる金属３とをろう材２によつて接合する
例を示している。

そして、前記セラミツクス１としてSiCが使用
され、金属３としてSUS304が使用され、ろう材
２としてAg−Cuが使用される。

また、セラミツクス１との接合面付近の金属３
を外周囲には金属３の熱膨張を抑制する部材とし
ての円環状のセラミツクス治具４が配置される。

このセラミツクス治具４は、金属３の熱膨張係
数よりも小さい熱膨張係数を有する材料からなる
ものが使用される。

なお、SiCからなるセラミツクス１の熱膨張係
数αは３×10^-6／℃、SUS304からなる金属３の
熱膨張係数αは17×10^-6／℃である。

このセラミツクス１と金属３とをAg−Cuから
なるろう材２によつて接合するためには、ろう材
２の反応する温度、すなわち1000℃まで昇温され
る。

この場合、金属３は、セラミツクス治具４によ
り接合面と平行する方向の熱膨張が拘束され、セ
ラミツクス１との熱膨張差が小さくなる。

したがつて、セラミツクス１と金属３との界面
における歪み等の発生がなく、金属・セラミツク
ス接合体の機械的強度等が向上する。

このような金属とセラミツクスとの接合法の例
を第１図を基にさらに具体的に説明する。

実施例 １ セラミツクス１としてSiC、ろう材２としてAg
−Cu、金属３としてSUS304を用い、環状のセラ
ミツクス治具４としてセラミツクス１と同材質の
SiCを用いた。

そして、円柱体からなる金属３の直径l₂と環状
のセラミツクス治具４の内径l₃との関係をl₂＝l₃
とした。

この状態でろう材２の反応に要する温度まで昇
温すると、円柱体からなる金属３は熱膨張するが
この場合、金属３は環状のセラミツクス治具４に
よつてその熱膨張作用が拘束される。

このセラミツクス治具４はセラミツクス１と同
材質からなるので金属３の熱膨張はセラミツクス
１とほぼ同一の熱膨張を呈する。

したがつて、セラミツクス１と金属３との間の
熱膨張量の差がほとんどなくなる。

実施例 ２ 円柱体からなる金属３の直径l₂と環状のセラミ
ツクス治具４の内径l₃との関係をl₂＜l₃とした他
は、実施例１と同様にして接合操作を行つた。

この場合、金属３の熱膨張と同時にセラミツク
ス治具４自体も熱膨張し、その内径が拡大し、そ
の拡大した範囲内で金属３が熱膨張する。

したがつて、1000℃に加熱したときの金属３の
熱膨張は、｛l₃（α₄＋１）｝／l₂−１、（但し、α₄は
セラミツク治具４の熱膨張係数を表わす。）の値
で示される見掛け上の熱膨張係数αまで抑制され
る。

このため、セラミツクス１と金属３との間の熱
膨張量の差が少なくなくなる。

実施例 ３ セラミツクス治具４として、熱膨張係数αがセ
ラミツクス１を構成するSiCと金属３を構成する
SUS304のそれぞれの熱膨張係数αの中間の値を
有するAl₂O₃（熱膨張係数α：８×10^-6／℃）を
用いた他は、実施例１と同様にして接合操作を行
つた。

この場合、金属３はAl₂O₃からなるセラミツク
ス治具４の熱膨張に追従するので、金属３の熱膨
張係数αは８×10^-6／℃に抑制され、セラミツク
ス１と金属３との間の熱膨張量の差が少なくなく
なる。

上記した方法によつてセラミツクス１と金属３
との熱膨張量の差が小さくなるので接合反応完了
後、冷却する過程での金属３の収縮代は、セラミ
ツクス治具４を使用しない場合に比較して少なく
なる。

したがつて、セラミツクス１と金属３との接合
面付近の残留応力が減少し、接合強度が向上す
る。

なお、実施例３の方法で接合して得られた接合
体は、セラミツクス治具４を使用しない従来の接
合方法に得られた接合体と比較して接合強度が３
Kg／mm²向上した。

上記した実施例では、金属３の熱膨張を拘束す
る治具としてセラミツクスの例を示したが、本発
明において、治具は必ずしもセラミツクスに制約
されるものでなく、金属３の熱膨張係数αよりも
小さい熱膨張係数αを有する金属を使用してもよ
い。

〔発明の効果〕

本発明は前記のように構成したことにより、金
属とセラミツクスと接合操作時、金属の熱膨張が
拘束されてセラミツクスの熱膨張量に近くなり、
接合反応完了後の金属の収縮代が極めて少なくな
り、残留応力の減少により強度の高い接合体を得
ることができるなどのすぐれた効果を有するもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明は金属・セラミツクス接合法を
示す説明図である。 １……セラミツクス、２……ろう材、３……金
属、４……セラミツクス治具。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 金属とセラミツクスをろう付、拡散接合、活
   性金属等により接合する金属・セラミツクス接合
   法において、前記セラミツクスと接合される前記
   金属側の少なくとも接合面付近であつて、該接合
   面に平行する方向の前記金属の熱膨張を抑制する
   部材を配置すると共に該部材の熱膨張係数が前記
   金属の熱膨張係数よりも小さいことを特徴とする
   金属・セラミツクス接合法。