JPH06102580B2 - セラミックスと金属の接合体及び接合方法 - Google Patents

セラミックスと金属の接合体及び接合方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はセラミックスと金属との接合体及びその接合方
法に係り、特に高強度及び高気密性が要求されるセラミ
ックスと金属の接合体、及びその接合体を得るのに好適
なセラミックスと金属との接合方法に関する。
〔従来の技術〕
従来のAlインサート材を用いたセラミックスと金属の接
合体及びその接合方法は、特開昭58−135180号公報に記
載のように、単に非酸化物系セラミックスと金属との接
合においてAlまたはAl合金のいずれか一つをインサート
材として加熱，加圧するとなっていた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来のセラミックスと金属の接合体及び接合方法は単に
接合性についてのものであり、接合強度の向上あるいは
気密性については配慮されていなかった。
本発明の目的はセラミックスと金属との接合体及び接合
方法において高強度，高気密性を可能とする接合体及び
接合方法を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、セラミックスと、金属と、セラミックスと
金属の間に配したAl又はAl合金製インサート材とを接合
してなるセラミックスと金属の接合体において、金属の
インサート材との接合面にCr層又はCrを主体とする層を
設けることにより達成される。
尚、金属は、Fe−Ni系合金からなる低熱膨張材、具体的
にはFe−Ni合金,Fe−Ni−Co合金,Fe−Ni−Cr合金,Fe−N
i−Ti合金の群から選ばれるものを用いる。
又Al合金製インサート材は、Al合金を芯材とし、両表皮
材にAl−Si−Mg系合金を配した三層構造からなるものを
用いる。
又、Cr層又はCrを主体とする層は、金属の表面をクロマ
イジング処理することにより形成するものである。
更に、セラミックスはアルミナ，ジルコニア，サイアロ
ン，窒化珪素，炭化珪素の群から選ばれるものを用い
る。
更に上記目的は、セラミックスと金属との接合面間にAl
又はAl合金製インサート材を挿入し加熱，加圧して接合
するセラミックスと金属の接合方法において、金属の表
面にCr層又はCrを主体とする層を設け、この層を介して
インサート材によりセラミックスと金属を接合すること
により達成される。
尚、接合方法においても、金属,Al合金製インサート材,
Cr層又はCrを主体とする層及びセラミックスは前記セラ
ミックスと金属の接合体に用いたものと同様とする。
〔作用〕
Alインサート材を用いたセラミックスと金属を接合する
に際し、金属の接合表面にCr層又はCrを主体とする層を
設けることにより、Alと接合面に生成する金属間化合物
層の組成を、AlとCrを主体とするものにでき、金属間化
合物層のクラック発生を防止できる。
又、金属の材質を熱膨張係数の低いFe−Ni系合金ること
により、セラミックスとの熱膨張係数差を小さくでき、
接合時に熱膨張係数差により生ずる熱応力を少なくする
ことができる。
又、三層構造からなるAl合金製インサート材を用いるこ
とにより、芯材のAl合金らり低融点で両表面層を構成す
るAl−Si−Mg合金のみを溶融させることができ、寸法精
度の良い接合ができる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図により説明する。実施例
（１）（Fe−42％Ni合金とアルミナの接合） 第１図に示すように、Alインサート材３との接合面にク
ロマイジング処理したFe−42Ni合金（以下、42Ni合金と
称する。）及び無処理の42Ni合金製リング１とアルミナ
リング２の間にAl合金を芯材としAl−Si−Mg系合金を両
表皮材とする三層からなるAlインサート材３を挿入し、
真空雰囲気（10-4Torr）で接合温度600℃，接合圧力0.5
kgf/mm2で30分間加熱，加圧保持して接合した。得られ
た接合品についてHeリークディテクタにより気密性を調
べた結果、無処理の42Ni合金を接合したものは10-5Torr
でHeリークが生じた。
第２図に42Ni合金はAlインサート材接合部の断面顕微鏡
組織を示す。接合部にはFe,Ni,Alからなる金属間化合物
層が生成し、この化合物層には微細なクラックが発生し
ている。このクラックは層内で亀甲状に連なっており、
これがHeガスのパスになりリークが発生する。これに対
してクロマイジング処理した42Ni合金が接合したものは
Heリークが認められず、高気密接合品が得られた。第３
図にクロマイジング処理した42Ni合金とAlインサート材
接合部の断面顕微鏡組織を示す。接合部には厚さ数μｍ
とごく薄い金属間化合物層が生成しているが、化合物の
組成はAl,Crからなり、Fe,Niはほとんど認められずしか
もこの化合物層でHeガスのパスとなる微少クラックは全
く発生していない。
次に、クロマイジング処理した42Ni合金とアルミナの接
合体と、42Ni合金の代りに低炭素鋼（S20C）を用いた接
合におけるAlインサート材の厚さと引張強さの関係を第
４図に示す。低熱膨張材である42Ni合金を用いることに
より接合強度は低炭素鋼の1.5倍となる。このようにク
ロマイジング処理した42Ni合金を用いることにより、高
強度，高気密性接合品が得られる。尚、本実施例及び以
下に述べる実施例は真空雰囲気中での接合例であるが、
不活性ガスあるあいは大気中でも接合可能である。
実施例（２）（Fe−29％Ni−17％Co合金と炭化珪素の接
合） 第１図に示すアルミナに代えて、炭化珪素を用い42Ni合
金の代りにFe−29％Ni−17％Co合金（以下、コバールと
称する。）を用いて、実施例（１）と同一条件で接合し
た。Heリーク試験の結果、無処理のコバール接合品では
第２図に示したものと同様、金属間化合物層に微細なク
ラックが生じ、Heリークが生じた。これに対してクロマ
イジング処理したコバール接合品ではHeリークが認めら
れず、高気密接合品が得られた。第５図にクロマイジン
グ処理したコバールとAlインサート材接合部の断面顕微
鏡組織を示す。接合部には第３図に比較して厚い金属間
化合物層が生成しているが、この化合物の組成もAl,Cr
であり、Fe,Ni,Coはほとんど認められず、しかもこの化
合物層で微少クラックは全く発生していない。
接合強度も実施例（１）と同様な方法で行った結果、低
炭素鋼の1.4倍となった。このようにコバールにおいて
もクロマイジング処理により高強度，高気密性接合体が
得られた。
尚、上記実施例では、金属としてFe−Ni合金及びFe−Ni
−Co合金，セラミックスとしてアルミナ及び炭化珪素を
用いた場合につき述べたが、金属としてFe−Ni−Cr合金
及びFe−Ni−Ti合金，セラミックスとしてジルコニア，
サイアロン及び窒化珪素を用いても同様の効果が得られ
る。
〔発明の効果〕
本発明によれば、Fe−Ni系合金などの低熱膨張材の表面
にCr層を設けたりあるいはCrを主体とする層を設け、こ
の層を介してAlインサート材でセラミックスと金属を接
合することにより気密性の良好な高強度接合品が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図から第５図は本発明に係る説明図で、第１図は接
合部の縦断面図、第２図は無処理42Ni合金とAlインサー
ト材接合部の断面顕微鏡組織、第３図はクロマイジング
処理した42Ni合金とAlインサート材接合部の断面顕微鏡
組織、第４図は42Ni合金と炭素鋼接合品の引張強さとの
関係、第５図はクロマイジング処理したコバール合金と
Alインサート材接合部の断面顕微鏡組織である。 １…低熱膨張材（42Ni合金，コバール合金）、 ２…セラミックスリング（アルミナ，炭化珪素）、 ３…Alインサート材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 元宏 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 川本 広行 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (56)参考文献 特開 昭60−191680（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−59577（ＪＰ，Ａ)

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】セラミックスと、金属と、前記セラミック
    スと金属の間に配したAl又はAl合金製インサート材とを
    接合してなるセラミックスと金属の接合体において、前
    記金属のAl又はAl合金製インサート材との接合面にCr層
    又はCrを主体とする層を設けたことを特徴とするセラミ
    ックスと金属の接合体。
  2. 【請求項２】前記金属がFe−Ni合金,Fe−Ni−Co合金,Fe
    −Ni−Cr合金,Fe−Ni−Ti合金の群から選ばれることを
    特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のセラミックス
    と金属の接合体。
  3. 【請求項３】前記Al合金製インサート材がAl合金を芯材
    とし、両表皮材にAl−Si−Mg系合金を配した三層構造か
    らなるものであることを特徴とする特許請求の範囲第１
    項に記載のセラミックスと金属の接合体。
  4. 【請求項４】前記Cr層又はCrを主体とする層は、前記金
    属の表面をクロマイジング処理することにより形成する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のセラミ
    ックスと金属の接合体。
  5. 【請求項５】前記セラミックスは、アルミナ，ジルコニ
    ア、サイアロン，窒化珪素，炭素珪素の群から選ばれる
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のセラミ
    ックスと金属の接合体。
  6. 【請求項６】セラミックスと金属との接合面間にAl又は
    Al合金製インサート材を挿入し加熱，加圧して接合する
    セラミックスと金属の接合方法において、前記金属の表
    面にCr層又はCrを主体とする層を設け、この層を介して
    前記インサート材によりセラミックスと金属を接合する
    ことを特徴とするセラミックスと金属の接合方法。
  7. 【請求項７】前記金属がFe−Ni合金,Fe−Ni−Co合金,Fe
    −Ni−Cr合金,Fe−Ni−Ti合金の群から選ばれることを
    特徴とする特許請求の範囲第６項に記載のセラミックス
    と金属の接合方法。
  8. 【請求項８】前記Al合金製インサート材がAl合金を芯材
    とし、両表皮材にAl−Si−Mg系合金を配した三層構造か
    らなるものであることを特徴とする特許請求の範囲第６
    項に記載のセラミックスと金属の接合方法。
  9. 【請求項９】前記Cr層又はCrを主体とする層は、前記金
    属の表面をクロマイジング処理することにより形成する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載のセラミ
    ックスと金属の接合方法。
  10. 【請求項１０】前記セラミックスはアルミナ，ジルコニ
    ア，サイアロン，窒化珪素，炭化珪素の群から選ばれる
    ことを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載のセラミ
    ックスと金属の接合方法。
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