JPH06116052A - セラミックスと金属との接合方法 - Google Patents
セラミックスと金属との接合方法Info
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- JPH06116052A JPH06116052A JP26623392A JP26623392A JPH06116052A JP H06116052 A JPH06116052 A JP H06116052A JP 26623392 A JP26623392 A JP 26623392A JP 26623392 A JP26623392 A JP 26623392A JP H06116052 A JPH06116052 A JP H06116052A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】この発明は、セラミックスと金属とをろう材で
接合するに際し、加熱接合後の冷却過程で発生する残留
応力を緩和させ、接合部にき裂や剥離の生じないような
セラミックスと金属との接合体を得ようとするものであ
る。 【構成】セラミックスと金属とを接合するに当たり、被
接合体間に径の異なる金属製リングの複数個を、大径の
金属製リングの内側に間隔を置いて小径の金属製リング
が順次配列されるように介在させ、被接合体のセラミッ
クスと金属製リングおよび金属製リングと被接合体金属
をそれぞれろう材により接合することを特徴とする。
接合するに際し、加熱接合後の冷却過程で発生する残留
応力を緩和させ、接合部にき裂や剥離の生じないような
セラミックスと金属との接合体を得ようとするものであ
る。 【構成】セラミックスと金属とを接合するに当たり、被
接合体間に径の異なる金属製リングの複数個を、大径の
金属製リングの内側に間隔を置いて小径の金属製リング
が順次配列されるように介在させ、被接合体のセラミッ
クスと金属製リングおよび金属製リングと被接合体金属
をそれぞれろう材により接合することを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上利用分野】この発明は、セラミックスと金属と
の接合方法に関し、特にろう材を用いてセラミックスと
金属とを接合した場合に、接合時に発生する残留応力を
緩和させた接合体を得ようとするものである。
の接合方法に関し、特にろう材を用いてセラミックスと
金属とを接合した場合に、接合時に発生する残留応力を
緩和させた接合体を得ようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】セラミックスは、耐熱性、耐摩耗性、耐
蝕性などに優れ、最近各種の構造部材への用途が拡大さ
れつつあるが、これにともなってセラミックスと金属と
の接合の必要性も生じてきている。セラミックスと金属
との接合は、従来からろう材を用いる方法が一般的であ
る。
蝕性などに優れ、最近各種の構造部材への用途が拡大さ
れつつあるが、これにともなってセラミックスと金属と
の接合の必要性も生じてきている。セラミックスと金属
との接合は、従来からろう材を用いる方法が一般的であ
る。
【０００３】しかしながら、セラミックスと金属とで
は、一般に熱膨張係数の差が大きいので、これらをろう
材で接合した場合は、加熱接合後の冷却過程で発生する
残留応力のために、被接合体のセラミックスにき裂が発
生したり、被接合体が剥離したり、接合強度が極端に低
下したりすることが生じ支障を生じることがしばしばで
あった。
は、一般に熱膨張係数の差が大きいので、これらをろう
材で接合した場合は、加熱接合後の冷却過程で発生する
残留応力のために、被接合体のセラミックスにき裂が発
生したり、被接合体が剥離したり、接合強度が極端に低
下したりすることが生じ支障を生じることがしばしばで
あった。
【０００４】セラミックスと金属との接合体のこうした
残留応力を軽減させる方法として、被接合体間にモリブ
テン、タングステンといった熱膨張係数の小さい金属を
介在させる方法や、銅、ニッケルなどの延性金属を、被
接合体の接合部の全面或いは大部分に介在させる方法な
どが行われている。
残留応力を軽減させる方法として、被接合体間にモリブ
テン、タングステンといった熱膨張係数の小さい金属を
介在させる方法や、銅、ニッケルなどの延性金属を、被
接合体の接合部の全面或いは大部分に介在させる方法な
どが行われている。
【０００５】しかしながら、モリブテンなどの熱膨脹係
数の小さい金属や銅などの延性金属を、上記のようにし
て接合面に合わせて介在させろう付けしたものは、熱膨
張係数の差の大きいセラミックスと金属の接合のとき、
或いは接合面積が大きい場合などは、必ずしも満足すべ
き残留応力の緩和が図れず、接合部でのき裂、剥離とい
った問題を発生するおそれが依然として存在していた。
またさらに、被接合体に角部があるとその部分で応力集
中が生じ、この部分でセラミックスが破損することも生
じていた。
数の小さい金属や銅などの延性金属を、上記のようにし
て接合面に合わせて介在させろう付けしたものは、熱膨
張係数の差の大きいセラミックスと金属の接合のとき、
或いは接合面積が大きい場合などは、必ずしも満足すべ
き残留応力の緩和が図れず、接合部でのき裂、剥離とい
った問題を発生するおそれが依然として存在していた。
またさらに、被接合体に角部があるとその部分で応力集
中が生じ、この部分でセラミックスが破損することも生
じていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、セラミッ
クスと金属をろう材で接合するに際し、加熱接合後の冷
却過程で発生する残留応力を緩和させ、接合部にき裂や
剥離の生じないようなセラミックスと金属との接合方法
を得ようとするものである。
クスと金属をろう材で接合するに際し、加熱接合後の冷
却過程で発生する残留応力を緩和させ、接合部にき裂や
剥離の生じないようなセラミックスと金属との接合方法
を得ようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は、セラミック
スと金属とを接合するに当たり、被接合体間に径の異な
る金属製リングの複数個を、大径の金属製リングの内側
に間隔を置いて小径の金属製リングが順次配列されるよ
うに介在させ、被接合体のセラミックスと金属製リング
および金属製リングと被接合体金属をそれぞれろう材に
より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（請求項１）および複数個の金属製リングが同心
円状に配列されて介在されていることを特徴とする請求
項１記載のセラミックスと金属との接合方法（請求項
２）である。
スと金属とを接合するに当たり、被接合体間に径の異な
る金属製リングの複数個を、大径の金属製リングの内側
に間隔を置いて小径の金属製リングが順次配列されるよ
うに介在させ、被接合体のセラミックスと金属製リング
および金属製リングと被接合体金属をそれぞれろう材に
より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（請求項１）および複数個の金属製リングが同心
円状に配列されて介在されていることを特徴とする請求
項１記載のセラミックスと金属との接合方法（請求項
２）である。
【０００８】この発明は、セラミックスと金属とを接合
するに当たり、被接合体間に径の異なる金属製リングの
複数個を介在させるものであるが、ここに用いる金属製
リングは径の異なる複数個のリングである。例えば、径
３０mm、径２０mm、径１０mmのリングの計３個のリング
の如くである。
するに当たり、被接合体間に径の異なる金属製リングの
複数個を介在させるものであるが、ここに用いる金属製
リングは径の異なる複数個のリングである。例えば、径
３０mm、径２０mm、径１０mmのリングの計３個のリング
の如くである。
【０００９】リングの形状は円形のほか楕円径でもよい
が、円形リングの方が製造が容易である。金属製リング
の断面形状は円形、四角形、多角形など任意であるが、
製造のうえからは四角形が好ましい。仮に断面を四角形
とすると、幅（リングの中心方向の長さ、以下同じ。）
が０．１〜１．０mm、厚さ（リングの中心方向と直角方
向の長さ、以下同じ。）が１〜１０mmの範囲のものが好
ましい。また、外側リングの内径と内側リングの外径の
間隔は１〜１０mmの範囲とするのが好ましい。
が、円形リングの方が製造が容易である。金属製リング
の断面形状は円形、四角形、多角形など任意であるが、
製造のうえからは四角形が好ましい。仮に断面を四角形
とすると、幅（リングの中心方向の長さ、以下同じ。）
が０．１〜１．０mm、厚さ（リングの中心方向と直角方
向の長さ、以下同じ。）が１〜１０mmの範囲のものが好
ましい。また、外側リングの内径と内側リングの外径の
間隔は１〜１０mmの範囲とするのが好ましい。
【００１０】リングの配列は、大径の金属製リングの内
側に、間隔をおいて小径の金属製リングを順次配置する
ようにする。この場合、金属製リングが円形の場合は同
心円状に配置することが好ましい。複数のリングを同心
円状に配置した場合、一番内側のものは、リングに代え
て円盤としても差支えない。リングを構成する金属の材
質は特に限定されないが、例えば銅、ニッケルである。
側に、間隔をおいて小径の金属製リングを順次配置する
ようにする。この場合、金属製リングが円形の場合は同
心円状に配置することが好ましい。複数のリングを同心
円状に配置した場合、一番内側のものは、リングに代え
て円盤としても差支えない。リングを構成する金属の材
質は特に限定されないが、例えば銅、ニッケルである。
【００１１】上記のような径の異なるリング状金属の複
数を用いて、セラミックスと被接合体金属を接合するに
は、まず上記に被接合体間に、大径のリングの内側に小
径のリングが順次配列されるようにして金属製リングの
中間材を介在させる。次に、被接合体のセラミックスと
金属製リング、金属製リングと被接合体金属をそれぞれ
ろう材により接合する。
数を用いて、セラミックスと被接合体金属を接合するに
は、まず上記に被接合体間に、大径のリングの内側に小
径のリングが順次配列されるようにして金属製リングの
中間材を介在させる。次に、被接合体のセラミックスと
金属製リング、金属製リングと被接合体金属をそれぞれ
ろう材により接合する。
【００１２】その具体的方法は、例えば銀７０．５重量
％、銅２６．５重量％、チタン３重量％の活性金属ろう
で、予め使用する個々の金属製リングと同寸法のリング
をそれぞれ２個ずつ用意する。次にセラミックスと金属
の接合面の間に、ろう材リング＋金属製リング＋ろう材
リングの順に重ね合わせる。ついでこれを常法によって
加熱しろう付を行う。これによって、セラミックスと金
属は、その中間に介在した中間材のリングの部分だけを
介して接合された状態となる。
％、銅２６．５重量％、チタン３重量％の活性金属ろう
で、予め使用する個々の金属製リングと同寸法のリング
をそれぞれ２個ずつ用意する。次にセラミックスと金属
の接合面の間に、ろう材リング＋金属製リング＋ろう材
リングの順に重ね合わせる。ついでこれを常法によって
加熱しろう付を行う。これによって、セラミックスと金
属は、その中間に介在した中間材のリングの部分だけを
介して接合された状態となる。
【００１３】
【作用】この発明は、径の異なる金属製リングの複数個
を、大径のリングの中に小径のリングが順次配列される
ようにした中間材を被接合体間に介在させ、被接合体の
セラミックスとリングおよびリングと被接合体金属をそ
れぞれろう材で接合するようにしたので、加熱接合後の
冷却でろう材が凝固しても中間材の自由度が大きくな
り、また残留応力の効果的な緩和がなされ、その結果、
接合体のセラミックス部のき裂の発生や接合強度の低下
を回避することが出来るようになった。
を、大径のリングの中に小径のリングが順次配列される
ようにした中間材を被接合体間に介在させ、被接合体の
セラミックスとリングおよびリングと被接合体金属をそ
れぞれろう材で接合するようにしたので、加熱接合後の
冷却でろう材が凝固しても中間材の自由度が大きくな
り、また残留応力の効果的な緩和がなされ、その結果、
接合体のセラミックス部のき裂の発生や接合強度の低下
を回避することが出来るようになった。
【００１４】
（実施例１）
【００１５】２０×２０×２０(mm)のアルミナとこれと
同形状のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を接合した。金
属製リングは銅の円形で、サイズは、外径１６mm、内径
１０mm、幅３mm、厚さ０．３mm（第１リング）、外径８
mm、内径４mm、幅２mm、厚さ０．３mm（第２リング）と
した。ろう材は、銀７０．５重量％、銅２６．５重量
％、チタン３重量％の活性金属ろうで、上記各リングの
形状に合わせた形状とした。接合は、アルミナとＳＵＳ
３０４の接合面の間に、上記のろう材リング＋金属製リ
ング＋ろう材リングを配置し、真空中、９５０℃で５分
の加熱を行った。 （実施例２）
同形状のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を接合した。金
属製リングは銅の円形で、サイズは、外径１６mm、内径
１０mm、幅３mm、厚さ０．３mm（第１リング）、外径８
mm、内径４mm、幅２mm、厚さ０．３mm（第２リング）と
した。ろう材は、銀７０．５重量％、銅２６．５重量
％、チタン３重量％の活性金属ろうで、上記各リングの
形状に合わせた形状とした。接合は、アルミナとＳＵＳ
３０４の接合面の間に、上記のろう材リング＋金属製リ
ング＋ろう材リングを配置し、真空中、９５０℃で５分
の加熱を行った。 （実施例２）
【００１６】４０×４０×２０(mm)の窒化けい素とこれ
と同形状のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を、４０×４
０(mm)の接合面で接合した。金属製リングは銅の円形
で、サイズは、外径１６mm、内径１０mm、幅３mm、厚さ
０．３mm（第１リング）、外径２６mm、内径２０mm、幅
３mm、厚さ０．３mm（第２リング）、外径３６mm、内径
３０mm、幅３mm、厚さ０．３mm（第３リング）とした。
ろう材は、実施例１と同様なものを用い、接合も実施例
１と同様にして行った。 （実施例３）
と同形状のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を、４０×４
０(mm)の接合面で接合した。金属製リングは銅の円形
で、サイズは、外径１６mm、内径１０mm、幅３mm、厚さ
０．３mm（第１リング）、外径２６mm、内径２０mm、幅
３mm、厚さ０．３mm（第２リング）、外径３６mm、内径
３０mm、幅３mm、厚さ０．３mm（第３リング）とした。
ろう材は、実施例１と同様なものを用い、接合も実施例
１と同様にして行った。 （実施例３）
【００１７】４５×４５×０．５(mm)のアルミナ板とこ
れと同形状のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）板を、４５
×４５(mm)の接合面で接合した。金属製リングは銅の円
形で、サイズは、外径４０mm、内径３０mm、幅５mm、厚
さ０．１mm（第１リング）、外径２５mm、内径１５mm、
幅５mm、厚さ０．１mm（第２リング）とした。ろう材
は、実施例１と同様なものを用い、接合も実施例１と同
様にして行った。 （比較例１）２０×２０×２０(mm)のアルミナとこれと
同形状のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を接合した。接
合面に２０×２０mm、厚さ０．３mmの銅板を介在させ
た。ろう材は、実施例１と同様なもので厚さ０．０５mm
のものを用い、実施例１と同様に加熱して接合を行っ
た。 （比較例２）
れと同形状のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）板を、４５
×４５(mm)の接合面で接合した。金属製リングは銅の円
形で、サイズは、外径４０mm、内径３０mm、幅５mm、厚
さ０．１mm（第１リング）、外径２５mm、内径１５mm、
幅５mm、厚さ０．１mm（第２リング）とした。ろう材
は、実施例１と同様なものを用い、接合も実施例１と同
様にして行った。 （比較例１）２０×２０×２０(mm)のアルミナとこれと
同形状のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を接合した。接
合面に２０×２０mm、厚さ０．３mmの銅板を介在させ
た。ろう材は、実施例１と同様なもので厚さ０．０５mm
のものを用い、実施例１と同様に加熱して接合を行っ
た。 （比較例２）
【００１８】４０×４０×２０(mm)の窒化けい素とこれ
と同形状のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を接合した。
接合面は４０×４０mmの面として、接合面に４０×４０
mm、厚さ０．３mmの銅板を介在させた。ろう材は、比較
例１と同様なものを用い、比較例１と同様に加熱してし
て接合を行った。 （比較例３）
と同形状のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を接合した。
接合面は４０×４０mmの面として、接合面に４０×４０
mm、厚さ０．３mmの銅板を介在させた。ろう材は、比較
例１と同様なものを用い、比較例１と同様に加熱してし
て接合を行った。 （比較例３）
【００１９】４５×４５×２０(mm)のアルミナ板とこれ
と同形状のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を接合した。
接合面は４０×４０mmの面として、接合面に径４０mm、
厚さ０．１mmの銅円板を介在させた。ろう材は、比較例
１と同様なものを用い、比較例１と同様に加熱して接合
を行った。
と同形状のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を接合した。
接合面は４０×４０mmの面として、接合面に径４０mm、
厚さ０．１mmの銅円板を介在させた。ろう材は、比較例
１と同様なものを用い、比較例１と同様に加熱して接合
を行った。
【００２０】実施例および比較例では、各々５個の接合
体を作成した。実施例１および２の接合体はいずれも外
観上割れなどの欠陥のない良好なものであった。この接
合体を接合面に垂直な面で切断し、これを微小クラック
の有無を判定するカラ−チェック液に浸したところ、内
部にもクラックの発生していないことが確認された。実
施例３は、そのままカラ−チェック液に浸したところ、
いずれもクラックのない良好な接合体であることが確認
された。
体を作成した。実施例１および２の接合体はいずれも外
観上割れなどの欠陥のない良好なものであった。この接
合体を接合面に垂直な面で切断し、これを微小クラック
の有無を判定するカラ−チェック液に浸したところ、内
部にもクラックの発生していないことが確認された。実
施例３は、そのままカラ−チェック液に浸したところ、
いずれもクラックのない良好な接合体であることが確認
された。
【００２１】比較例１は、５個ともアルミナ中に割れが
発生していた。さらに、それぞれを接合面に垂直な面で
切断したところ、割れはアルミナ側に凸となって発生し
ており、残留応力に起因するものと推定された。
発生していた。さらに、それぞれを接合面に垂直な面で
切断したところ、割れはアルミナ側に凸となって発生し
ており、残留応力に起因するものと推定された。
【００２２】比較例２は、５個中４個が冷却中に接合面
で剥離し、残る１個は接合面では剥離しなかっものの、
窒化珪素中に割れが発生していた。この比較例２のもの
で剥離するものが多いのは、ＳＵＳ３０４と窒化珪素の
熱膨張係数の差が大きすぎ、冷却過程の初期の段階で接
合部が熱応力に耐えきれなくなるためと推定される。比
較例３は、５個とも銅板の周囲にそってアルミナに割れ
が発生していた。この割れは明らかに残留応力によるも
のと推定された。以上の結果をまとめると次の通りであ
る。
で剥離し、残る１個は接合面では剥離しなかっものの、
窒化珪素中に割れが発生していた。この比較例２のもの
で剥離するものが多いのは、ＳＵＳ３０４と窒化珪素の
熱膨張係数の差が大きすぎ、冷却過程の初期の段階で接
合部が熱応力に耐えきれなくなるためと推定される。比
較例３は、５個とも銅板の周囲にそってアルミナに割れ
が発生していた。この割れは明らかに残留応力によるも
のと推定された。以上の結果をまとめると次の通りであ
る。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【発明の効果】この発明によると、セラミックスと被接
合体の金属との間に介在させた中間材が径の異なる複数
個の金属製のリングであるため、中間材の自由度が大き
く接合部の残留応力が緩和されて、高強度の接合が可能
となった。さらに、中間材がリング状のために応力分布
が均一となって、角を有する部材を接合する場合でも、
応力集中を回避することが出来る。
合体の金属との間に介在させた中間材が径の異なる複数
個の金属製のリングであるため、中間材の自由度が大き
く接合部の残留応力が緩和されて、高強度の接合が可能
となった。さらに、中間材がリング状のために応力分布
が均一となって、角を有する部材を接合する場合でも、
応力集中を回避することが出来る。
Claims (2)
- 【請求項１】 セラミックスと金属とを接合するに当た
り、被接合体間に径の異なる金属製リングの複数個を、
大径の金属製リングの内側に間隔を置いて小径の金属製
リングが順次配列されるように介在させ、被接合体のセ
ラミックスと金属製リングおよび金属製リングと被接合
体金属をそれぞれろう材により接合することを特徴とす
るセラミックスと金属との接合方法。 - 【請求項２】 複数個の金属製リングが同心円状に配列
されて介在されていることを特徴とする請求項１記載の
セラミックスと金属との接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26623392A JPH06116052A (ja) | 1992-10-05 | 1992-10-05 | セラミックスと金属との接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26623392A JPH06116052A (ja) | 1992-10-05 | 1992-10-05 | セラミックスと金属との接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06116052A true JPH06116052A (ja) | 1994-04-26 |
Family
ID=17428124
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26623392A Pending JPH06116052A (ja) | 1992-10-05 | 1992-10-05 | セラミックスと金属との接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06116052A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1691182A2 (en) | 2005-02-08 | 2006-08-16 | Jtekt Corporation | Pressure sensor and manufacturing method therefor |
-
1992
- 1992-10-05 JP JP26623392A patent/JPH06116052A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1691182A2 (en) | 2005-02-08 | 2006-08-16 | Jtekt Corporation | Pressure sensor and manufacturing method therefor |
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