JPH0615434A - セラミックスと金属の接合方法 - Google Patents
セラミックスと金属の接合方法Info
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- JPH0615434A JPH0615434A JP5086291A JP5086291A JPH0615434A JP H0615434 A JPH0615434 A JP H0615434A JP 5086291 A JP5086291 A JP 5086291A JP 5086291 A JP5086291 A JP 5086291A JP H0615434 A JPH0615434 A JP H0615434A
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Abstract
(57)【要約】
〔目的〕 本発明は、精密な加工を要せず、接合強度が
高く破壊しにくいセラミックスと金属の接合方法を提供
することを目的とする。 〔構成〕 本発明はセラミックス部材の表面にメタライ
ジング処理を施したあと、これを鋳ぐるむ方法でアルミ
ニウム合金を固定して表面に被覆部を形成し、この被覆
部を介して他の金属と嵌合せしめるセラミックスと金属
の接合方法である。
高く破壊しにくいセラミックスと金属の接合方法を提供
することを目的とする。 〔構成〕 本発明はセラミックス部材の表面にメタライ
ジング処理を施したあと、これを鋳ぐるむ方法でアルミ
ニウム合金を固定して表面に被覆部を形成し、この被覆
部を介して他の金属と嵌合せしめるセラミックスと金属
の接合方法である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はセラミックスと金属の接
合方法に関する。
合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】セラミックスは硬く耐摩耗性に優れるこ
と等から構造用材料として、近年注目されている。この
ようなセラミックスを機械部品や構造材料として利用す
る場合、金属部品との接合は不可欠である。ところが、
この接合をネジによって互に接合することは困難なこと
から、従来、焼きばめ等による直接嵌合や、セラミック
ス表面をメタライジングした後に、ろう付する方法が行
われている。
と等から構造用材料として、近年注目されている。この
ようなセラミックスを機械部品や構造材料として利用す
る場合、金属部品との接合は不可欠である。ところが、
この接合をネジによって互に接合することは困難なこと
から、従来、焼きばめ等による直接嵌合や、セラミック
ス表面をメタライジングした後に、ろう付する方法が行
われている。
【発明が解決しようとする課題】前記のように、セラミ
ックスと金属とを直接嵌合や、ろう付によって接合する
場合、接合面の寸法精度が厳しく、セラミックスの精密
な加工を必要とし、従って製造コストがかかるという問
題点がある。
ックスと金属とを直接嵌合や、ろう付によって接合する
場合、接合面の寸法精度が厳しく、セラミックスの精密
な加工を必要とし、従って製造コストがかかるという問
題点がある。
【０００３】また、セラミックスは脆性材料であり、嵌
合時において応力集中が生じた場合、チッピングを生じ
やすく、そのため接合面は均一に加圧する必要があり、
接合面の面粗さも平滑としておく必要があり、同様に製
造コストがかかるという問題点があった。
合時において応力集中が生じた場合、チッピングを生じ
やすく、そのため接合面は均一に加圧する必要があり、
接合面の面粗さも平滑としておく必要があり、同様に製
造コストがかかるという問題点があった。
【０００４】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、前記問題点を解消してなるセラミックスと金属の接
合方法を提供することを目的とする。
で、前記問題点を解消してなるセラミックスと金属の接
合方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記目的に添い、本発明
は、セラミックス部材の表面にメタライジング処理を施
したあと、これを鋳ぐるむ方法でアルミニウム合金を固
定して表面に被覆部を形成し、該被覆部を介して他の金
属と嵌合することによって、前記課題を解消した。
は、セラミックス部材の表面にメタライジング処理を施
したあと、これを鋳ぐるむ方法でアルミニウム合金を固
定して表面に被覆部を形成し、該被覆部を介して他の金
属と嵌合することによって、前記課題を解消した。
【０００６】以下、本発明について、図面を参照しなが
ら詳細に説明する。本発明において対象とするセラミッ
クスとしては、たとえばＡｌ2 Ｏ3,Ｚｒｏ2 , ＳｉＣ，
Ｓｉ3 Ｎ4,Ａｌ2 ＴｉＯ5 ，サイアロン, ムライトなど
の通常使用されているセラミックス一般である。
ら詳細に説明する。本発明において対象とするセラミッ
クスとしては、たとえばＡｌ2 Ｏ3,Ｚｒｏ2 , ＳｉＣ，
Ｓｉ3 Ｎ4,Ａｌ2 ＴｉＯ5 ，サイアロン, ムライトなど
の通常使用されているセラミックス一般である。
【０００７】まず、図１に示すようにセラミックス製の
軸１を設け、この軸１の先端に、メタライジング層１ａ
を施す。このメタライジング層１ａは、各金属酸化物ペ
ーストを軸１の接合面に塗布し、水素雰囲気中で１３０
０〜１５００℃で熱処理を施す。アルミニウム合金から
なる肉厚の被覆部２を設ける。この被覆部２は溶融した
アルミニウム合金を鋳込み、軸１の先端を鋳ぐるむこと
によって製造する。軸１の先端の被覆部２の表面が所定
寸法となっていない場合は、適宜、仕上加工して所定寸
法に仕上げる。
軸１を設け、この軸１の先端に、メタライジング層１ａ
を施す。このメタライジング層１ａは、各金属酸化物ペ
ーストを軸１の接合面に塗布し、水素雰囲気中で１３０
０〜１５００℃で熱処理を施す。アルミニウム合金から
なる肉厚の被覆部２を設ける。この被覆部２は溶融した
アルミニウム合金を鋳込み、軸１の先端を鋳ぐるむこと
によって製造する。軸１の先端の被覆部２の表面が所定
寸法となっていない場合は、適宜、仕上加工して所定寸
法に仕上げる。
【０００８】次に、図２に示すように、他の金属、たと
えば鋼製の軸３を設け、該軸３の端面に嵌合穴３ａを設
けて、この嵌合穴３ａに前記軸１の先端の被覆部２を嵌
合させる。これによってセラミックスの軸１と鋼製の軸
３とが接合される。
えば鋼製の軸３を設け、該軸３の端面に嵌合穴３ａを設
けて、この嵌合穴３ａに前記軸１の先端の被覆部２を嵌
合させる。これによってセラミックスの軸１と鋼製の軸
３とが接合される。
【０００９】図３及び図４は他の方法で、セラミックス
製のリング４の外表面にメタライジング層４ａを施した
あと、その層の上から、アルミニウム合金でリング４を
鋳ぐるんで被覆部５を設け、その外側に、たとえば鋼製
のリング６を嵌合することによってセラミックスのリン
グ４と鋼性のリング６とが接合される。この接合構造は
セラミックス製軸受として利用できる。
製のリング４の外表面にメタライジング層４ａを施した
あと、その層の上から、アルミニウム合金でリング４を
鋳ぐるんで被覆部５を設け、その外側に、たとえば鋼製
のリング６を嵌合することによってセラミックスのリン
グ４と鋼性のリング６とが接合される。この接合構造は
セラミックス製軸受として利用できる。
【００１０】図５及び図６は、さらに他の方法で、中心
に貫通穴のあるセラミックス製のリング７を設け、この
外周に前記と同じ要領でメタライジング層７ｃとアルミ
ニウム合金の被覆部８を設ける。次に金属たとえば鋼製
のリング９を設け、このリング９には前記セラミックス
のリング７の貫通穴とほぼ同径の貫通穴を設けるととも
に、前記被覆部８を設けたリング７が嵌入しうるような
凹溝９ａを設ける。そしてこの凹溝９ａにリング７を凹
溝９ａの底面９ｂに当接する位置まで嵌入する。なお、
この場合は、底面９ｂと当接するリング７側の当接面７
ａを基準に被覆部８の外周を加工しておく必要がある。
また、この当接面7aと凹溝９ａの底面９ｂとの間に軟質
金属、たとえば銅などの薄片を介設し、セラミックスへ
の応力集中を緩和してもよい。この接合構造はセラミッ
クス製ダイスに利用できる。
に貫通穴のあるセラミックス製のリング７を設け、この
外周に前記と同じ要領でメタライジング層７ｃとアルミ
ニウム合金の被覆部８を設ける。次に金属たとえば鋼製
のリング９を設け、このリング９には前記セラミックス
のリング７の貫通穴とほぼ同径の貫通穴を設けるととも
に、前記被覆部８を設けたリング７が嵌入しうるような
凹溝９ａを設ける。そしてこの凹溝９ａにリング７を凹
溝９ａの底面９ｂに当接する位置まで嵌入する。なお、
この場合は、底面９ｂと当接するリング７側の当接面７
ａを基準に被覆部８の外周を加工しておく必要がある。
また、この当接面7aと凹溝９ａの底面９ｂとの間に軟質
金属、たとえば銅などの薄片を介設し、セラミックスへ
の応力集中を緩和してもよい。この接合構造はセラミッ
クス製ダイスに利用できる。
【００１１】
【作用】この接合方法によれば、セラミックスと金属の
接合において、セラミックスの接合面の精密な加工なし
で容易に接合することが可能であり、さらにセラミック
スはメタライジング層を介してアルミニウム合金と直接
反応するうえアルミニウム合金の凝固収縮と金属との嵌
合によって、２重の圧縮応力を受けることになり、強固
に接合される。また、衝撃がかかった場合はアルミニウ
ム合金が緩衝材として作用するためセラミックスは破壊
しにくい。
接合において、セラミックスの接合面の精密な加工なし
で容易に接合することが可能であり、さらにセラミック
スはメタライジング層を介してアルミニウム合金と直接
反応するうえアルミニウム合金の凝固収縮と金属との嵌
合によって、２重の圧縮応力を受けることになり、強固
に接合される。また、衝撃がかかった場合はアルミニウ
ム合金が緩衝材として作用するためセラミックスは破壊
しにくい。
【００１２】
【実施例】１．図７及び図８に示すような形状の窒化ケ
イ素製丸棒１０の接合面にＭｏ（８０）−Ｍｎ（２０）
を水素雰囲気下で１４００℃でメタライズして、メタラ
イジング層１０ａを設けたあと、それを、消失模型鋳型
鋳造法によりアルミニウム合金（ＡＣ４Ｃ）で鋳ぐる
み、被覆部１１を形成し、その外径を加工し、図に示す
寸法の形状とした。次に、この被覆部１１の外径に対
し、焼きばめ代が０．０５ｍｍとなるように加工した深
さ３０ｍｍのスリーブ部をもつ、外径４０ｍｍの炭素鋼
（Ｓ４５Ｃ）の丸棒１２を（図９参照）、温度４００℃
に加熱して焼きばめした。
イ素製丸棒１０の接合面にＭｏ（８０）−Ｍｎ（２０）
を水素雰囲気下で１４００℃でメタライズして、メタラ
イジング層１０ａを設けたあと、それを、消失模型鋳型
鋳造法によりアルミニウム合金（ＡＣ４Ｃ）で鋳ぐる
み、被覆部１１を形成し、その外径を加工し、図に示す
寸法の形状とした。次に、この被覆部１１の外径に対
し、焼きばめ代が０．０５ｍｍとなるように加工した深
さ３０ｍｍのスリーブ部をもつ、外径４０ｍｍの炭素鋼
（Ｓ４５Ｃ）の丸棒１２を（図９参照）、温度４００℃
に加熱して焼きばめした。
【００１３】この接合体のねじりトルクを測定するため
図９に示すようにチャック１３とチャック１４によって
この接合体の両端を保持し、ねじり試験をおこなった。
なおチャック１３と窒化ケイ素製丸棒１０との間に窒化
ケイ素のチッピングを防ぐため銅片１５を介設した。試
験の結果、ねじりトルク値は４．５ｋｇｆ・ｍを示し
た。
図９に示すようにチャック１３とチャック１４によって
この接合体の両端を保持し、ねじり試験をおこなった。
なおチャック１３と窒化ケイ素製丸棒１０との間に窒化
ケイ素のチッピングを防ぐため銅片１５を介設した。試
験の結果、ねじりトルク値は４．５ｋｇｆ・ｍを示し
た。
【００１４】比較のため同様の窒化ケイ素製丸棒を＃４
００のダイヤモンド砥石を用いて精密に研削し、焼きば
め代が０．０５ｍｍとなるように加工した深さ２０ｍｍ
のスリーブ部をもつ外径４０ｍｍの炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）
の丸棒を、温度４００℃に加熱して直接焼きばめした。
前記と同様な方法でねじり試験をおこなったところ、ね
じりトルク値は３．５ｋｇｆ・ｍを示した。
００のダイヤモンド砥石を用いて精密に研削し、焼きば
め代が０．０５ｍｍとなるように加工した深さ２０ｍｍ
のスリーブ部をもつ外径４０ｍｍの炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）
の丸棒を、温度４００℃に加熱して直接焼きばめした。
前記と同様な方法でねじり試験をおこなったところ、ね
じりトルク値は３．５ｋｇｆ・ｍを示した。
【００１５】２．実施例１と同様な方法で製作したアル
ミナ製丸棒について本発明による方法と、直接焼きばめ
の方法によるものについて同じ要領で比較試験をおこな
ったところ、ねじりトルク値は、本発明による方法では
４．０ｋｇｆ・ｍ、直接焼きばめしたものでは３．１ｋ
ｇｆ・ｍであった。
ミナ製丸棒について本発明による方法と、直接焼きばめ
の方法によるものについて同じ要領で比較試験をおこな
ったところ、ねじりトルク値は、本発明による方法では
４．０ｋｇｆ・ｍ、直接焼きばめしたものでは３．１ｋ
ｇｆ・ｍであった。
【００１６】３．実施例１と同様な方法で、ジルコニア
製丸棒について、本発明による方法で製作したものと、
直接焼きばめして製作したものについて、同様な比較試
験をおこなったところ、ねじりトルク値は、本発明によ
る方法では５．７ｋｇｆ・ｍ、直接焼きばめしたもので
は５．０ｋｇｆ・ｍであった。
製丸棒について、本発明による方法で製作したものと、
直接焼きばめして製作したものについて、同様な比較試
験をおこなったところ、ねじりトルク値は、本発明によ
る方法では５．７ｋｇｆ・ｍ、直接焼きばめしたもので
は５．０ｋｇｆ・ｍであった。
【００１７】４．図１０及び１１に示すように、窒化ケ
イ素製リング１６（外径：３０ｍｍ、内径：１０ｍｍ、
厚さ：１５ｍｍ）の接合面にＭｏ（８０）−Ｍｎ（２
０）を水素雰囲気下で１４００℃で処理してメタライジ
ング層１６ａを形成したあと、この表面を、消失模型鋳
型鋳造法によりアルミニウム合金（ＡＣ４Ｃ）で鋳ぐる
み被覆部１７を形成し、図示のような寸法に加工した。
次に、このリングの外側に対し、焼きばめ代が０．１ｍ
ｍとなるように内径を加工した外径が５０ｍｍ、厚みが
１５ｍｍの炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）のリング１８（図１２参
照）を温度４００℃で加熱して焼きばめした。
イ素製リング１６（外径：３０ｍｍ、内径：１０ｍｍ、
厚さ：１５ｍｍ）の接合面にＭｏ（８０）−Ｍｎ（２
０）を水素雰囲気下で１４００℃で処理してメタライジ
ング層１６ａを形成したあと、この表面を、消失模型鋳
型鋳造法によりアルミニウム合金（ＡＣ４Ｃ）で鋳ぐる
み被覆部１７を形成し、図示のような寸法に加工した。
次に、このリングの外側に対し、焼きばめ代が０．１ｍ
ｍとなるように内径を加工した外径が５０ｍｍ、厚みが
１５ｍｍの炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）のリング１８（図１２参
照）を温度４００℃で加熱して焼きばめした。
【００１８】この接合体に対し、接合部の剪断強度を測
定するため、図１２に示すように、この接合体を固定治
具１９に固定したあと、ロッド２０によって窒化ケイ素
製リング１６だけに対し軸方向に荷重を加えた。その結
果、剪断強度は５．５ｋｇ／ｍｍ2 であった。
定するため、図１２に示すように、この接合体を固定治
具１９に固定したあと、ロッド２０によって窒化ケイ素
製リング１６だけに対し軸方向に荷重を加えた。その結
果、剪断強度は５．５ｋｇ／ｍｍ2 であった。
【００１９】比較のため同様な窒化ケイ素製リングの外
周を＃４００のダイヤモンド砥石を用いて精密に研削
し、焼きばめ代が０．１ｍｍとなるように内径を加工し
た、外径が５０ｍｍ、厚さ１５ｍｍの炭素鋼（Ｓ４５
Ｃ）製リングを、温度４００℃に加熱して焼きばめし
た。前記と同様な方法で接合部の剪断強度を測定したと
ころ、剪断強度は４．５ｋｇ／ｍｍ2 であった。
周を＃４００のダイヤモンド砥石を用いて精密に研削
し、焼きばめ代が０．１ｍｍとなるように内径を加工し
た、外径が５０ｍｍ、厚さ１５ｍｍの炭素鋼（Ｓ４５
Ｃ）製リングを、温度４００℃に加熱して焼きばめし
た。前記と同様な方法で接合部の剪断強度を測定したと
ころ、剪断強度は４．５ｋｇ／ｍｍ2 であった。
【００２０】
【発明の効果】以上のように本発明の方法によれば、セ
ラミックスの接合面の寸法精度および面粗さに拘らず、
金属と容易に接合できるため、セラミックスの接合面の
精密な加工が省略でき、コストが低減できる。また、セ
ラミックスはメタライジング層を介してアルミニウム合
金と直接反応するので接合強度が大きく、またアルミニ
ウム合金の凝固収縮と金属との嵌合による２重の圧縮応
力を受けるため強固に接合されることになる。さらにセ
ラミックスと金属の間にアルミニウム合金が介設された
構造となっているため、外部からの衝撃をアルミニウム
合金が吸収し衝撃破壊がしにくい。
ラミックスの接合面の寸法精度および面粗さに拘らず、
金属と容易に接合できるため、セラミックスの接合面の
精密な加工が省略でき、コストが低減できる。また、セ
ラミックスはメタライジング層を介してアルミニウム合
金と直接反応するので接合強度が大きく、またアルミニ
ウム合金の凝固収縮と金属との嵌合による２重の圧縮応
力を受けるため強固に接合されることになる。さらにセ
ラミックスと金属の間にアルミニウム合金が介設された
構造となっているため、外部からの衝撃をアルミニウム
合金が吸収し衝撃破壊がしにくい。
【図１】本発明に係る接合方法に用いるセラミックス側
の接合前の状態を示す説明図である。
の接合前の状態を示す説明図である。
【図２】本発明の接合方法で接合した後の接合体の状態
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図３】本発明の接合方法で接合した他の接合体の断面
説明図である。
説明図である。
【図４】図３の接合体の側断面説明図である。
【図５】本発明の接合方法で接合した更に他の接合体の
断面説明図である。
断面説明図である。
【図６】図５の接合体の側断面説明図である。
【図７】本発明の接合方法に用いるセラミックス側の実
施例である。
施例である。
【図８】図７に示すセラミックス側の途中過程の状態の
説明図である。
説明図である。
【図９】図８に示すセラミックス側に金属側を接合して
なる接合体に対し、ねじり試験の要領を示す説明図であ
る。
なる接合体に対し、ねじり試験の要領を示す説明図であ
る。
【図１０】本発明の接合方法に用いるセラミックス側の
他の実施例の途中過程の状態の説明図である。
他の実施例の途中過程の状態の説明図である。
【図１１】図１０のセラミックス側の側断面説明図であ
る。
る。
【図１２】図１１に示すセラミックス側に、金属側を接
合してなる接合体に対する剪断試験の要領を示す説明図
である。
合してなる接合体に対する剪断試験の要領を示す説明図
である。
１ 軸 １ａ メタライジング層 ３ 軸 ４ リング ４ａ メタライジング層 ５ 被覆部 ６ リング ７ リング ７ｃ メタライジング層 ８ 被覆部 ９ リング
Claims (1)
- 【請求項１】 セラミックス部材の表面にメタライジン
グ処理を施したあと、これを鋳ぐるむ方法でアルミニウ
ム合金を固定して表面に被覆部を形成し、該被覆部を介
して他の金属と嵌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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5086291A JPH0615434A (ja) | 1991-02-22 | 1991-02-22 | セラミックスと金属の接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5086291A JPH0615434A (ja) | 1991-02-22 | 1991-02-22 | セラミックスと金属の接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0615434A true JPH0615434A (ja) | 1994-01-25 |
Family
ID=12870535
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5086291A Pending JPH0615434A (ja) | 1991-02-22 | 1991-02-22 | セラミックスと金属の接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0615434A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150095305A (ko) * | 2014-02-13 | 2015-08-21 | 보 현 이 | 고경도 세라믹 조성물을 이용한 2중 코팅 후라이팬의 제조방법 |
-
1991
- 1991-02-22 JP JP5086291A patent/JPH0615434A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150095305A (ko) * | 2014-02-13 | 2015-08-21 | 보 현 이 | 고경도 세라믹 조성물을 이용한 2중 코팅 후라이팬의 제조방법 |
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