JPH06239669A - セラミックスと金属の接合体及びその製造方法 - Google Patents
セラミックスと金属の接合体及びその製造方法Info
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- JPH06239669A JPH06239669A JP4617693A JP4617693A JPH06239669A JP H06239669 A JPH06239669 A JP H06239669A JP 4617693 A JP4617693 A JP 4617693A JP 4617693 A JP4617693 A JP 4617693A JP H06239669 A JPH06239669 A JP H06239669A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、接合強度を強固にすると共に、高
精度の接合体を確保するセラミックスと金属の接合体及
びその製造方法を提供する。 【構成】 本発明は、セラミックス部がSi3 N4 を母
相とし、その中にTiN及びTiCのいずれかが少なく
とも1種以上が分散された複合セラミックスと、金属と
がAg−Cu−Ti系の銀ろう箔を介して接合してい
る。TiN及びTiCの含有率がセラミックス中におけ
る体積比で30〜70%の範囲内である。ろう材中のT
iがSi3 N4 中に分散しているTiN及び/又はTi
Cと反応して結合し、高い接合強度を確保できる。しか
も、中間金属を用いずに複合セラミックスと金属とが接
合されているので高精度を確保できる。
精度の接合体を確保するセラミックスと金属の接合体及
びその製造方法を提供する。 【構成】 本発明は、セラミックス部がSi3 N4 を母
相とし、その中にTiN及びTiCのいずれかが少なく
とも1種以上が分散された複合セラミックスと、金属と
がAg−Cu−Ti系の銀ろう箔を介して接合してい
る。TiN及びTiCの含有率がセラミックス中におけ
る体積比で30〜70%の範囲内である。ろう材中のT
iがSi3 N4 中に分散しているTiN及び/又はTi
Cと反応して結合し、高い接合強度を確保できる。しか
も、中間金属を用いずに複合セラミックスと金属とが接
合されているので高精度を確保できる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、複合セラミックスを
ろう材を介して金属に接合したセラミックスと金属の接
合体及びその製造方法に関する。
ろう材を介して金属に接合したセラミックスと金属の接
合体及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、窒化ケイ素Si3 N4 を代表とす
る非酸化物系のセラミックスと金属との接合は、その接
合条件として、ろう材の種類、メタライズ、中間に介在
する中間金属による熱膨張係数差の緩和等を含めて多く
の接合方法が開示されている。例えば、特開平2−10
2175号公報等に開示されている。
る非酸化物系のセラミックスと金属との接合は、その接
合条件として、ろう材の種類、メタライズ、中間に介在
する中間金属による熱膨張係数差の緩和等を含めて多く
の接合方法が開示されている。例えば、特開平2−10
2175号公報等に開示されている。
【0003】上記特開平2−102175号公報に開示
されたセラミックスの複合体は、セラミックス表面に、
予め、元素周期表第Va及び第VIa族の中から選択し
た少なくとも一種の金属層を設け、その上に、元素周期
表第IVa族の中から選択した少なくとも一種の元素を
0.5〜70重量%含有するろう材、又はNiを主成分
とするろう材により、メタライジング又は接合されてい
るものである。
されたセラミックスの複合体は、セラミックス表面に、
予め、元素周期表第Va及び第VIa族の中から選択し
た少なくとも一種の金属層を設け、その上に、元素周期
表第IVa族の中から選択した少なくとも一種の元素を
0.5〜70重量%含有するろう材、又はNiを主成分
とするろう材により、メタライジング又は接合されてい
るものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、セラミ
ックスと金属とを上記接合方法で接合した接合体は、接
合強度が不十分であり、また、メタライジング或いは熱
膨張係数緩和の目的で中間金属を使用する場合、即ち、
セラミックスと金属との間に異相を介在させる接合方法
では、高精度が要求される場合には、不適であると共
に、接合工程が増加して複雑になると共に製造コストを
アップさせるという問題が発生する。
ックスと金属とを上記接合方法で接合した接合体は、接
合強度が不十分であり、また、メタライジング或いは熱
膨張係数緩和の目的で中間金属を使用する場合、即ち、
セラミックスと金属との間に異相を介在させる接合方法
では、高精度が要求される場合には、不適であると共
に、接合工程が増加して複雑になると共に製造コストを
アップさせるという問題が発生する。
【0005】そこで、この発明の目的は、上記の課題を
解決することであり、Si3 N4 を母材としてTiN,
TiCを含む複合セラミックスを、ろう材を介在させて
金属に接合し、高強度と高精度を確保したセラミックス
と金属の接合体及びその製造方法を提供することであ
る。
解決することであり、Si3 N4 を母材としてTiN,
TiCを含む複合セラミックスを、ろう材を介在させて
金属に接合し、高強度と高精度を確保したセラミックス
と金属の接合体及びその製造方法を提供することであ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、セラミックス部がSi3 N4 を母相とし、
その中にTiN及びTiCのいずれかが少なくとも1種
以上が分散された複合セラミックスと、金属とがろう材
を介して接合していることを特徴とするセラミックスと
金属の接合体に関する。
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、セラミックス部がSi3 N4 を母相とし、
その中にTiN及びTiCのいずれかが少なくとも1種
以上が分散された複合セラミックスと、金属とがろう材
を介して接合していることを特徴とするセラミックスと
金属の接合体に関する。
【0007】また、このセラミックスと金属の接合体に
おいて、前記TiN及びTiCの含有率がセラミックス
中における体積比で30〜70%の範囲内である。
おいて、前記TiN及びTiCの含有率がセラミックス
中における体積比で30〜70%の範囲内である。
【0008】また、このセラミックスと金属の接合体に
おいて、前記ろう材はAg−Cu−Ti系の銀ろう箔で
ある。
おいて、前記ろう材はAg−Cu−Ti系の銀ろう箔で
ある。
【0009】或いは、この発明は、Si3 N4 中にTi
N及びTiCのいずれかが少なくとも1種以上を配合し
た主原料にAl2 O3 ,Y2 O3 を添加して原料粒状物
を作製し、該原料粒状物を成形してN2 雰囲気で加熱焼
結して複合セラミックスを作製し、次いで該複合セラミ
ックスと金属との接合面にろう材を介在させて真空中で
加熱接合することを特徴とするセラミックスと金属の接
合体の製造方法に関する。
N及びTiCのいずれかが少なくとも1種以上を配合し
た主原料にAl2 O3 ,Y2 O3 を添加して原料粒状物
を作製し、該原料粒状物を成形してN2 雰囲気で加熱焼
結して複合セラミックスを作製し、次いで該複合セラミ
ックスと金属との接合面にろう材を介在させて真空中で
加熱接合することを特徴とするセラミックスと金属の接
合体の製造方法に関する。
【0010】
【作用】この発明によるセラミックスと金属の接合体及
びその製造方法は、上記のように構成されており、次の
ように作用する。即ち、この発明は、Si3 N4 の母相
中にTiN及び/又はTiCを分散した複合セラミック
スと金属とがろう材を介して接合しているので、ろう材
中のTiがSi3 N4 中に分散しているTiN及び/又
はTiCと反応して結合し、高い接合強度を確保でき
る。しかも、中間金属を用いずに複合セラミックスと金
属とが接合されているので、高精度を確保できる。
びその製造方法は、上記のように構成されており、次の
ように作用する。即ち、この発明は、Si3 N4 の母相
中にTiN及び/又はTiCを分散した複合セラミック
スと金属とがろう材を介して接合しているので、ろう材
中のTiがSi3 N4 中に分散しているTiN及び/又
はTiCと反応して結合し、高い接合強度を確保でき
る。しかも、中間金属を用いずに複合セラミックスと金
属とが接合されているので、高精度を確保できる。
【0011】
【実施例】以下、この発明によるセラミックスと金属の
接合体及びその製造方法の実施例を、図面を参照して説
明する。図1はこの発明による接合体のTiN,TiC
の含有量に対する接合部の引張強度を示すグラフ、及び
図2はこの接合体のTiN,TiCの含有量に対する複
合セラミックスの4点曲げ強度を示すグラフである。
接合体及びその製造方法の実施例を、図面を参照して説
明する。図1はこの発明による接合体のTiN,TiC
の含有量に対する接合部の引張強度を示すグラフ、及び
図2はこの接合体のTiN,TiCの含有量に対する複
合セラミックスの4点曲げ強度を示すグラフである。
【0012】このセラミックスと金属の接合体は、セラ
ミックス部が窒化ケイ素Si3 N4を母相とし、その中
に窒化チタンTiN及び炭化チタンTiCのいずれかが
少なくとも1種以上が分散された複合セラミックスと、
金属とがろう材を介して接合しているものである。ここ
で、TiN及びTiCの含有率が複合セラミックス中に
おける体積比で30〜70%の範囲内にコントロールさ
れている。また、金属としては、SCM鋼材等の金属で
あり、ろう材としては、Ag−Cu−Ti系の銀ろう箔
が使用されている。
ミックス部が窒化ケイ素Si3 N4を母相とし、その中
に窒化チタンTiN及び炭化チタンTiCのいずれかが
少なくとも1種以上が分散された複合セラミックスと、
金属とがろう材を介して接合しているものである。ここ
で、TiN及びTiCの含有率が複合セラミックス中に
おける体積比で30〜70%の範囲内にコントロールさ
れている。また、金属としては、SCM鋼材等の金属で
あり、ろう材としては、Ag−Cu−Ti系の銀ろう箔
が使用されている。
【0013】このセラミックスと金属の接合体は、上記
の構成を有することによって、Si3 N4 とTiN及び
/又はTiCから成る複合セラミックスと金属とがろう
材を介して接合しているので、ろう材中のTiとSi3
N4 中に分散しているTiN及び/又はTiCとが接合
部で反応して結合し、高い接合強度を確保できる。しか
も、中間金属を用いずに複合セラミックスと金属とが接
合されているので、高精度を確保できる。
の構成を有することによって、Si3 N4 とTiN及び
/又はTiCから成る複合セラミックスと金属とがろう
材を介して接合しているので、ろう材中のTiとSi3
N4 中に分散しているTiN及び/又はTiCとが接合
部で反応して結合し、高い接合強度を確保できる。しか
も、中間金属を用いずに複合セラミックスと金属とが接
合されているので、高精度を確保できる。
【0014】この発明によるセラミックスと金属の接合
体は、次のようにして作製することができる。この発明
のセラミックスと金属の接合体の製造方法は、次のよう
な工程で接合体を製造することができる。
体は、次のようにして作製することができる。この発明
のセラミックスと金属の接合体の製造方法は、次のよう
な工程で接合体を製造することができる。
【0015】このセラミックスと金属の接合体における
複合セラミックスを作製するため、Si3 N4 、TiN
又はTiCから成る主原料を所定量配合して混合する。
この主原料に対してAl2 O3 とY2 O3 をそれぞれ
3.5%の比率で添加して原料粒状物を作る。この原料
粒状物に蒸留水を加えてボールミルにて約48時間混合
して混合物を作った。この時、TiN又はTiCのSi
3 N4 に対する配合量の異なるものを数種作製した。上
記で作製した混合物を乾燥し、次いで、乾燥混合物を粉
砕して分級した。その後、分級した粉砕混合物をCIP
によって丸棒状に成形した後、N2 雰囲気中で最高18
00℃に加熱して焼結し、焼結体即ち複合セラミックス
を作製した。
複合セラミックスを作製するため、Si3 N4 、TiN
又はTiCから成る主原料を所定量配合して混合する。
この主原料に対してAl2 O3 とY2 O3 をそれぞれ
3.5%の比率で添加して原料粒状物を作る。この原料
粒状物に蒸留水を加えてボールミルにて約48時間混合
して混合物を作った。この時、TiN又はTiCのSi
3 N4 に対する配合量の異なるものを数種作製した。上
記で作製した混合物を乾燥し、次いで、乾燥混合物を粉
砕して分級した。その後、分級した粉砕混合物をCIP
によって丸棒状に成形した後、N2 雰囲気中で最高18
00℃に加熱して焼結し、焼結体即ち複合セラミックス
を作製した。
【0016】次いで、上記で作製した焼結体を機械加工
し、焼結体の予定の接合面の研磨を行った。研磨を行っ
た焼結体の接合面にAg−Cu−Ti系の銀ろう箔を介
在させ、SCM鋼材の金属と加熱接合した。加熱接合
は、10- 7 Torr程度の真空中で行い、また、最高
接合温度は950℃であった。上記の製造方法で作製し
た複合セラミックスと金属との数種の接合体の引張強度
及び複合セラミックスの曲げ強度を測定し、その結果を
図1と図2に示す。図1はこの発明によるセラミックス
と金属の接合体の引張強度を示すグラフであり、図2は
複合セラミックスの4点曲げ強度を示すグラフである。
し、焼結体の予定の接合面の研磨を行った。研磨を行っ
た焼結体の接合面にAg−Cu−Ti系の銀ろう箔を介
在させ、SCM鋼材の金属と加熱接合した。加熱接合
は、10- 7 Torr程度の真空中で行い、また、最高
接合温度は950℃であった。上記の製造方法で作製し
た複合セラミックスと金属との数種の接合体の引張強度
及び複合セラミックスの曲げ強度を測定し、その結果を
図1と図2に示す。図1はこの発明によるセラミックス
と金属の接合体の引張強度を示すグラフであり、図2は
複合セラミックスの4点曲げ強度を示すグラフである。
【0017】図1から分かるように、このセラミックス
と金属の接合体の引張強度は、TiN又はTiCの添加
量が0%から50%までは添加量が増加するに従って増
加し、最高引張強度は250〜300MPaになり、添
加量が50%を超えると徐々に減少し、70%では18
0〜220MPaになる。また、Si3 N4 とTiN又
はTiCとから成る複合セラミックス自体の4点曲げ強
度は、図2から分かるように、Si3 N4 にTiN又は
TiCを添加すると、添加量が増加するに従って4点曲
げ強度は低下する。
と金属の接合体の引張強度は、TiN又はTiCの添加
量が0%から50%までは添加量が増加するに従って増
加し、最高引張強度は250〜300MPaになり、添
加量が50%を超えると徐々に減少し、70%では18
0〜220MPaになる。また、Si3 N4 とTiN又
はTiCとから成る複合セラミックス自体の4点曲げ強
度は、図2から分かるように、Si3 N4 にTiN又は
TiCを添加すると、添加量が増加するに従って4点曲
げ強度は低下する。
【0018】上記のことから、Si3 N4 に対するTi
N又はTiCの添加量は、接合強度及び複合セラミック
スの曲げ強度の両面からバランスのとれた添加量範囲
は、添加量が30〜70%の範囲内にコントロールされ
ることで実用強度を確保できることが分かる。例えば、
エンジン部品等で要求される強度を考慮すると、Si3
N4 に対するTiN又はTiCの添加量は40〜60%
の範囲内であることが好ましいと考えられる。また、S
i3 N4 に対するTiNの添加量が40%を含有する複
合セラミックスの熱膨張係数は、5.1×10- 6 /℃
であり、Si3 N4 自体の熱膨張係数は、3.2×10
- 6 /℃であり、金属の熱膨張係数に近い値になってい
る。そして、複合セラミックスと金属との熱膨張係数が
異なることによって、接合破断部の形態は、SEM(Sc
anning Electron Microscopy)で観察することによって
変化することが分かった。
N又はTiCの添加量は、接合強度及び複合セラミック
スの曲げ強度の両面からバランスのとれた添加量範囲
は、添加量が30〜70%の範囲内にコントロールされ
ることで実用強度を確保できることが分かる。例えば、
エンジン部品等で要求される強度を考慮すると、Si3
N4 に対するTiN又はTiCの添加量は40〜60%
の範囲内であることが好ましいと考えられる。また、S
i3 N4 に対するTiNの添加量が40%を含有する複
合セラミックスの熱膨張係数は、5.1×10- 6 /℃
であり、Si3 N4 自体の熱膨張係数は、3.2×10
- 6 /℃であり、金属の熱膨張係数に近い値になってい
る。そして、複合セラミックスと金属との熱膨張係数が
異なることによって、接合破断部の形態は、SEM(Sc
anning Electron Microscopy)で観察することによって
変化することが分かった。
【0019】即ち、Si3 N4 と金属とを接合した接合
部の場合には、Si3 N4 のセラミックス側が深くえぐ
られているのに対して、Si3 N4 にTiNを添加した
複合セラミックスと金属とを接合した接合部の場合に
は、応力特異点が接合部に近くなるため、同様に複合セ
ラミックス側での破壊になっても、えぐられた量は浅い
ものであったことを確認した。また、接合部の接合界面
について、SEMの観察結果、及びEPMAによる分析
結果では、Si3 N4 と金属とを接合した場合には、そ
の接合部近傍に明瞭なTiリッチ相が線状に見えたのに
対して、Si3 N4 とTiNとの複合セラミックスと金
属とを接合した場合には、Tiリッチ相が不明瞭になり
分散相と結合しているように見えたことを確認した。こ
の現象から判断して、複合セラミックスと金属との接合
では、Si3 N4 と金属との接合よりも、接合部の強度
が高強度になった原因と考えられた。
部の場合には、Si3 N4 のセラミックス側が深くえぐ
られているのに対して、Si3 N4 にTiNを添加した
複合セラミックスと金属とを接合した接合部の場合に
は、応力特異点が接合部に近くなるため、同様に複合セ
ラミックス側での破壊になっても、えぐられた量は浅い
ものであったことを確認した。また、接合部の接合界面
について、SEMの観察結果、及びEPMAによる分析
結果では、Si3 N4 と金属とを接合した場合には、そ
の接合部近傍に明瞭なTiリッチ相が線状に見えたのに
対して、Si3 N4 とTiNとの複合セラミックスと金
属とを接合した場合には、Tiリッチ相が不明瞭になり
分散相と結合しているように見えたことを確認した。こ
の現象から判断して、複合セラミックスと金属との接合
では、Si3 N4 と金属との接合よりも、接合部の強度
が高強度になった原因と考えられた。
【0020】
【発明の効果】この発明によるセラミックスと金属の接
合体及びその製造方法は、上記のように構成されてお
り、次のような効果を有する。即ち、この発明は、Si
3 N4 の母相中にTiN及び/又はTiCを分散した複
合セラミックスと金属とがろう材を介して接合している
ので、ろう材中のTiがSi3 N4 中に分散しているT
iN及び/又はTiCと反応して結合し、高い接合強度
を安定して確保できる。しかも、中間金属を用いずに複
合セラミックスと金属とが接合されているので、高精度
を確保できる。しかも、接合部の強度はエンジン部品等
に使用できる十分な高強度を確保でき、且つエンジン部
品等で要求される高精度を確保できる。
合体及びその製造方法は、上記のように構成されてお
り、次のような効果を有する。即ち、この発明は、Si
3 N4 の母相中にTiN及び/又はTiCを分散した複
合セラミックスと金属とがろう材を介して接合している
ので、ろう材中のTiがSi3 N4 中に分散しているT
iN及び/又はTiCと反応して結合し、高い接合強度
を安定して確保できる。しかも、中間金属を用いずに複
合セラミックスと金属とが接合されているので、高精度
を確保できる。しかも、接合部の強度はエンジン部品等
に使用できる十分な高強度を確保でき、且つエンジン部
品等で要求される高精度を確保できる。
【0021】複合セラミックスと金属との接合体では、
Si3 N4 に対するTiN及びTiCの含有率がセラミ
ックス中における体積比で30〜70%の範囲内である
ので十分な実用強度を確保することができる。前記ろう
材としては、Ag−Cu−Ti系の銀ろう箔を使用し、
複合セラミックスと金属との間に介在させて真空中で加
熱接合することができる。
Si3 N4 に対するTiN及びTiCの含有率がセラミ
ックス中における体積比で30〜70%の範囲内である
ので十分な実用強度を確保することができる。前記ろう
材としては、Ag−Cu−Ti系の銀ろう箔を使用し、
複合セラミックスと金属との間に介在させて真空中で加
熱接合することができる。
【図1】この発明による接合体のTiN,TiCの含有
量に対する接合部の引張強度を示すグラフである。
量に対する接合部の引張強度を示すグラフである。
【図2】この発明による接合体のTiN,TiCの含有
量に対する複合セラミックスの4点曲げ強度を示すグラ
フである。
量に対する複合セラミックスの4点曲げ強度を示すグラ
フである。
Claims (4)
- 【請求項1】 セラミックス部がSi3 N4 を母相と
し、その中にTiN及びTiCのいずれかが少なくとも
1種以上が分散された複合セラミックスと、金属とがろ
う材を介して接合していることを特徴とするセラミック
スと金属の接合体。 - 【請求項2】 前記TiN及びTiCの含有率がセラミ
ックス中における体積比で30〜70%の範囲内である
ことを特徴とする請求項1に記載のセラミックスと金属
の接合体。 - 【請求項3】 前記ろう材はAg−Cu−Ti系の銀ろ
う箔であることを特徴とする請求項1に記載のセラミッ
クスと金属の接合体。 - 【請求項4】 Si3 N4 中にTiN及びTiCのいず
れかが少なくとも1種以上を配合した主原料にAl2 O
3 ,Y2 O3 を添加して原料粒状物を作製し、該原料粒
状物を成形してN2 雰囲気で加熱焼結して複合セラミッ
クスを作製し、次いで該複合セラミックスと金属との接
合面にろう材を介在させて真空中で加熱接合することを
特徴とするセラミックスと金属の接合体の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4617693A JPH06239669A (ja) | 1993-02-12 | 1993-02-12 | セラミックスと金属の接合体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4617693A JPH06239669A (ja) | 1993-02-12 | 1993-02-12 | セラミックスと金属の接合体及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06239669A true JPH06239669A (ja) | 1994-08-30 |
Family
ID=12739725
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4617693A Pending JPH06239669A (ja) | 1993-02-12 | 1993-02-12 | セラミックスと金属の接合体及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06239669A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105397339A (zh) * | 2015-12-22 | 2016-03-16 | 江苏阳明船舶装备制造技术有限公司 | 一种用于TiC陶瓷钎焊的钎焊材料 |
-
1993
- 1993-02-12 JP JP4617693A patent/JPH06239669A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105397339A (zh) * | 2015-12-22 | 2016-03-16 | 江苏阳明船舶装备制造技术有限公司 | 一种用于TiC陶瓷钎焊的钎焊材料 |
CN105397339B (zh) * | 2015-12-22 | 2017-11-17 | 江苏阳明船舶装备制造技术有限公司 | 一种用于TiC陶瓷钎焊的钎焊材料 |
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