JPH0628819B2 - 金属・セラミックス結合体の製造方法 - Google Patents
金属・セラミックス結合体の製造方法Info
- Publication number
- JPH0628819B2 JPH0628819B2 JP61090007A JP9000786A JPH0628819B2 JP H0628819 B2 JPH0628819 B2 JP H0628819B2 JP 61090007 A JP61090007 A JP 61090007A JP 9000786 A JP9000786 A JP 9000786A JP H0628819 B2 JPH0628819 B2 JP H0628819B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ceramic
- metal
- fitting
- press
- effective
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims description 63
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims description 59
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims description 59
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 7
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title description 3
- 238000003483 aging Methods 0.000 claims description 17
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 15
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 5
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910001240 Maraging steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- NHWNVPNZGGXQQV-UHFFFAOYSA-J [Si+4].[O-]N=O.[O-]N=O.[O-]N=O.[O-]N=O Chemical compound [Si+4].[O-]N=O.[O-]N=O.[O-]N=O.[O-]N=O NHWNVPNZGGXQQV-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000007586 pull-out test Methods 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
- C04B37/02—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles
- C04B37/021—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles in a direct manner, e.g. direct copper bonding [DCB]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P11/00—Connecting or disconnecting metal parts or objects by metal-working techniques not otherwise provided for
- B23P11/02—Connecting or disconnecting metal parts or objects by metal-working techniques not otherwise provided for by first expanding and then shrinking or vice versa, e.g. by using pressure fluids; by making force fits
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
- F01D5/025—Fixing blade carrying members on shafts
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
- F16B4/00—Shrinkage connections, e.g. assembled with the parts at different temperature; Force fits; Non-releasable friction-grip fastenings
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
- C04B2235/652—Reduction treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
- C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
- C04B2235/6567—Treatment time
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
- C04B2237/32—Ceramic
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
- C04B2237/32—Ceramic
- C04B2237/36—Non-oxidic
- C04B2237/365—Silicon carbide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
- C04B2237/40—Metallic
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
- C04B2237/40—Metallic
- C04B2237/405—Iron metal group, e.g. Co or Ni
- C04B2237/406—Iron, e.g. steel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/84—Joining of a first substrate with a second substrate at least partially inside the first substrate, where the bonding area is at the inside of the first substrate, e.g. one tube inside another tube
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/13—Hollow or container type article [e.g., tube, vase, etc.]
- Y10T428/131—Glass, ceramic, or sintered, fused, fired, or calcined metal oxide or metal carbide containing [e.g., porcelain, brick, cement, etc.]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は金属・セラミックス結合体の製造方法に関する
ものであり、さらに詳しくは、金属とセラミックスを嵌
合により結合した金属・セラミックス結合体の製造方法
に関するものである。
ものであり、さらに詳しくは、金属とセラミックスを嵌
合により結合した金属・セラミックス結合体の製造方法
に関するものである。
（従来の技術） セラミックスは一般に高温に耐え、高強度かつ高い硬度
を有するとともに、耐食性にも優れ、高温環境下で高い
強度や耐摩耗性を必要とする自動車エンジン部品、ガス
タービン部品、産業機械用部品への応用が種々試みら
れ、すでに実用化されているものもある。しかし、これ
らの部品としてセラミックスを用いる場合は、セラミッ
クスを単独で用いる場合は少なく、一般に金属部材と結
合させた形で用いられる。これは、セラミックスが優れ
た特性を持つ反面加工が困難であったり脆性を持つた
め、単独で用いるよりは必要な部品にのみセラミックス
を用い、機械部品として更に他の構造部材との組合せに
おいて加工の容易な金属部材をセラミックスと結合させ
た形で用いる必要があるためである。
を有するとともに、耐食性にも優れ、高温環境下で高い
強度や耐摩耗性を必要とする自動車エンジン部品、ガス
タービン部品、産業機械用部品への応用が種々試みら
れ、すでに実用化されているものもある。しかし、これ
らの部品としてセラミックスを用いる場合は、セラミッ
クスを単独で用いる場合は少なく、一般に金属部材と結
合させた形で用いられる。これは、セラミックスが優れ
た特性を持つ反面加工が困難であったり脆性を持つた
め、単独で用いるよりは必要な部品にのみセラミックス
を用い、機械部品として更に他の構造部材との組合せに
おいて加工の容易な金属部材をセラミックスと結合させ
た形で用いる必要があるためである。
従来からセラミックスと金属との結合法としては多くの
方法が知られており、その中で比較的容易な方法として
セラミックスと金属を嵌合、例えば圧入、焼ばめ、冷し
ばめなどにより結合させる方法が知られている。
方法が知られており、その中で比較的容易な方法として
セラミックスと金属を嵌合、例えば圧入、焼ばめ、冷し
ばめなどにより結合させる方法が知られている。
（発明が解決しようとする問題点） 一般にセラミックスと金属部材とを嵌合例えば焼きばめ
する場合で、セラミックスが円柱、金属部材が円筒もし
くは端部に嵌合用孔を設けたものである場合、その締代
は次の式で表わされる。
する場合で、セラミックスが円柱、金属部材が円筒もし
くは端部に嵌合用孔を設けたものである場合、その締代
は次の式で表わされる。
Ｓ＝ＤＣ−ＤＭ ここで、Ｓ：締代 ＤＣ：円柱セラミックスの直径 ＤＭ：金属部材円筒の内径 このとき、ＤＣ＞ＤＭであるため、焼きばめの場合には
焼きばめ時の作業上のクリアランスをＣとすると、ＤＭ
≧ＤＣ＋Ｃになる温度まで金属部材を加熱、膨張させて
円柱セラミックスを挿入し、室温まで冷却させて所定の
締代を得ている。
焼きばめ時の作業上のクリアランスをＣとすると、ＤＭ
≧ＤＣ＋Ｃになる温度まで金属部材を加熱、膨張させて
円柱セラミックスを挿入し、室温まで冷却させて所定の
締代を得ている。
この場合、締代Ｓと面圧とは比例関係にあるため、面圧
をコントロールするためには金属部材およびセラミック
ス部材の寸法を厳重に管理する必要がある。すなわち、
面圧（嵌合力）をコントロールするため極めて高精度の
径の加工が要求され、特にセラミックスの加工は困難で
あるため、その加工に非常に手間のかかる欠点があっ
た。
をコントロールするためには金属部材およびセラミック
ス部材の寸法を厳重に管理する必要がある。すなわち、
面圧（嵌合力）をコントロールするため極めて高精度の
径の加工が要求され、特にセラミックスの加工は困難で
あるため、その加工に非常に手間のかかる欠点があっ
た。
本発明の目的は上述した不具合を解消して、高精度なは
め合い代（焼きばめ代）を必要とせずに強固な結合が可
能となる金属・セラミックス結合体を提供しようとする
ものである。
め合い代（焼きばめ代）を必要とせずに強固な結合が可
能となる金属・セラミックス結合体を提供しようとする
ものである。
（問題点を解決するための手段） 本発明の金属・セラミックス結合体の製造方法は、時効
硬化型合金よりなる金属部材に設けられた凹部又は貫通
孔に、セラミックス円柱又は円筒、又はセラミックス部
材に設けられた凸部を嵌合し、その他、時効硬化処理を
施すことにより、 Ａ＝（Ｔａ−Ｔｒ）×Δａ＋Δｄ ここで、Ａ：有効歪（時効硬化後の室温での締代 ／セラミックス嵌合部直径） Ｔａ：時効温度 Ｔｒ：室温 Δａ：金属とセラミックスの熱膨張係数の差 Δｄ：金属部材の時効による収縮率 なる有効歪Ａを有することを特徴とするものである。
硬化型合金よりなる金属部材に設けられた凹部又は貫通
孔に、セラミックス円柱又は円筒、又はセラミックス部
材に設けられた凸部を嵌合し、その他、時効硬化処理を
施すことにより、 Ａ＝（Ｔａ−Ｔｒ）×Δａ＋Δｄ ここで、Ａ：有効歪（時効硬化後の室温での締代 ／セラミックス嵌合部直径） Ｔａ：時効温度 Ｔｒ：室温 Δａ：金属とセラミックスの熱膨張係数の差 Δｄ：金属部材の時効による収縮率 なる有効歪Ａを有することを特徴とするものである。
（作用） 本発明は、金属部材として時効硬化型金属を用い、未時
効金属にセラミックスを圧入し、その後所定の時効温度
および時間で時効硬化させる場合において、嵌合後の有
効歪Ａが上述したＡ＝（Ｔａ−Ｔｒ）×Δａ＋Δｄの条
件を満たしていさえすれば、嵌合前の加工を高精度で行
う必要がないことを見出したことによる。すなわち、所
定の圧入締代で加工、嵌合、時効硬化させたセラミック
ス・金属結合体の引き抜き後の有効歪Ａが上式を満たし
ていれば、同一形状の結合体の加工は、同上の圧入締代
または同上の圧入締代で行えば充分な結合強度を得るこ
とができる。
効金属にセラミックスを圧入し、その後所定の時効温度
および時間で時効硬化させる場合において、嵌合後の有
効歪Ａが上述したＡ＝（Ｔａ−Ｔｒ）×Δａ＋Δｄの条
件を満たしていさえすれば、嵌合前の加工を高精度で行
う必要がないことを見出したことによる。すなわち、所
定の圧入締代で加工、嵌合、時効硬化させたセラミック
ス・金属結合体の引き抜き後の有効歪Ａが上式を満たし
ていれば、同一形状の結合体の加工は、同上の圧入締代
または同上の圧入締代で行えば充分な結合強度を得るこ
とができる。
これは、圧入時ある締代を持っていたとしても、その値
が一定値以上である場合は時効温度において金属部材が
ほとんどクリープしてしまうため、有効締代すなわち有
効歪が時効硬化温度と室温との温度差およびセラミック
スと金属との熱膨張に起因する部分と時効により収縮す
る部分の両者によって決定されるようになるためであ
る。
が一定値以上である場合は時効温度において金属部材が
ほとんどクリープしてしまうため、有効締代すなわち有
効歪が時効硬化温度と室温との温度差およびセラミック
スと金属との熱膨張に起因する部分と時効により収縮す
る部分の両者によって決定されるようになるためであ
る。
すなわち、本願発明では、圧入後時効硬化中に金属がク
リープすることにより、締代が一旦なくなり０となる
が、その後金属の時効収縮により与えられる締代と時効
硬化終了後常温まで冷える間に両部材の熱膨張差により
与えられる締代との和が結合体の締代となり、それが一
定の締代（有効歪Ａ）となるためである。
リープすることにより、締代が一旦なくなり０となる
が、その後金属の時効収縮により与えられる締代と時効
硬化終了後常温まで冷える間に両部材の熱膨張差により
与えられる締代との和が結合体の締代となり、それが一
定の締代（有効歪Ａ）となるためである。
（実施例） 以下、本発明の一実施例について説明する。まず、例え
ばマルエージング鋼などの時効硬化合金よりなる凹部又
は貫通孔を有する金属部材と、円柱、円筒形状または凸
部を有するセラミックス部材とを準備して、嵌合部とな
る金属部材内径およびセラミックス部材外径を所定の寸
法に加工する。この加工は、予め同一形状の金属部材お
よびセラミックス部材を結合後所定温度で所定時間時効
硬化させた結合体を引き抜いた後の有効歪Ａ（有効締代
をセラミックス部材の外径で除して求めた値）を測定
し、その値が以下の式で満たすときの加工条件を求めて
おいて、その条件に従って実施する。
ばマルエージング鋼などの時効硬化合金よりなる凹部又
は貫通孔を有する金属部材と、円柱、円筒形状または凸
部を有するセラミックス部材とを準備して、嵌合部とな
る金属部材内径およびセラミックス部材外径を所定の寸
法に加工する。この加工は、予め同一形状の金属部材お
よびセラミックス部材を結合後所定温度で所定時間時効
硬化させた結合体を引き抜いた後の有効歪Ａ（有効締代
をセラミックス部材の外径で除して求めた値）を測定
し、その値が以下の式で満たすときの加工条件を求めて
おいて、その条件に従って実施する。
Ａ＝（Ｔａ−Ｔｒ）×Δａ＋Δｄ ここで、Ａ：有効歪 Ｔａ：時効温度 Ｔｒ：室温 Δａ：金属とセラミックスの熱膨張係数の差 Δｄ：金属部材の時効による収縮率。
この条件は、例えば時効硬化温度を540℃とした場合
は、金属部材とセラミックス部材との嵌合前の直径の差
である圧入締代を、嵌合前のセラミックス部材の直径で
除した値である圧入歪が4.3×10-3以上となる状態であ
れば達成できる。
は、金属部材とセラミックス部材との嵌合前の直径の差
である圧入締代を、嵌合前のセラミックス部材の直径で
除した値である圧入歪が4.3×10-3以上となる状態であ
れば達成できる。
次に、加工後の金属部材とセラミックス部材とを嵌合
し、上述の所定温度および所定時間時効硬化させてセラ
ミックス・金属結合体を得ている。なお、この場合金属
部材とセラミックス部材の圧入前に金属を硬化させると
両部材の圧入時に金属部材またはセラミックス部材が破
損する恐れがあるので好ましくない。
し、上述の所定温度および所定時間時効硬化させてセラ
ミックス・金属結合体を得ている。なお、この場合金属
部材とセラミックス部材の圧入前に金属を硬化させると
両部材の圧入時に金属部材またはセラミックス部材が破
損する恐れがあるので好ましくない。
以下に具体的な実施例を用いて説明する。
実施例１ 直径10mmの焼結シリコンナイトライドよりなるセラミッ
クス円柱１を、内径約10mm、外径12mmの凹部2aを有する
18Niマルエージング鋼よりなる時効硬化金属部材２に圧
入し、その後550℃にて２時間時効硬化を行い第１図に
示す形状の金属・セラミックス結合体を得た。圧入した
長さは15mmである。ここで圧入締代を種々変化させて試
料No.１〜７の結合体を得るとともに、それぞれについ
て得られた結合体からセラミックスを引抜き、引抜き後
の金属内径を調べた。引抜き後の金属内径とセラミック
外径の差、すなわち金属内径の縮み量がこの結合体にと
って実質的に有効な焼きばめ代となっており、以下これ
を有効締代という。結果を第１表に示すとともに、第２
図に圧入締代と有効締代の関係を示す。
クス円柱１を、内径約10mm、外径12mmの凹部2aを有する
18Niマルエージング鋼よりなる時効硬化金属部材２に圧
入し、その後550℃にて２時間時効硬化を行い第１図に
示す形状の金属・セラミックス結合体を得た。圧入した
長さは15mmである。ここで圧入締代を種々変化させて試
料No.１〜７の結合体を得るとともに、それぞれについ
て得られた結合体からセラミックスを引抜き、引抜き後
の金属内径を調べた。引抜き後の金属内径とセラミック
外径の差、すなわち金属内径の縮み量がこの結合体にと
って実質的に有効な焼きばめ代となっており、以下これ
を有効締代という。結果を第１表に示すとともに、第２
図に圧入締代と有効締代の関係を示す。
第１表および第２図から明らかなように、ある圧入締代
以上では有効締代がほぼ一定となっていることがわかっ
た。すなわち、本実施例では圧入時の締代を大きくして
も約54μｍ以上の有効締代を得ることができなかった。
以上では有効締代がほぼ一定となっていることがわかっ
た。すなわち、本実施例では圧入時の締代を大きくして
も約54μｍ以上の有効締代を得ることができなかった。
実施例２ 実施例１と同様の方法で、マルエージング鋼よりなる端
面に長さ10mm、内径約６mmの穴を有する外形８mmの棒状
金属部材に、シリコンナイトライトの外径約６mmの円柱
を圧入し、530℃で６時間時効硬化した。このとき、圧
入時の締代を種々変化させ、時効後引抜き試験を行い、
その有効締代と圧入締代との関係を調べた。結果を第２
表に示すとともに、第３図に圧入締代と有効締代との関
係を示す。
面に長さ10mm、内径約６mmの穴を有する外形８mmの棒状
金属部材に、シリコンナイトライトの外径約６mmの円柱
を圧入し、530℃で６時間時効硬化した。このとき、圧
入時の締代を種々変化させ、時効後引抜き試験を行い、
その有効締代と圧入締代との関係を調べた。結果を第２
表に示すとともに、第３図に圧入締代と有効締代との関
係を示す。
第２表および第３図から明らかなように、実施例１の場
合と同様ある圧入締代以上では有効締代がほぼ一定とな
っていることがわかった。すなわち、本実施例では圧入
時の締代を大きくしても約32μｍ以上の有効締代を得る
ことができなかった。
合と同様ある圧入締代以上では有効締代がほぼ一定とな
っていることがわかった。すなわち、本実施例では圧入
時の締代を大きくしても約32μｍ以上の有効締代を得る
ことができなかった。
上述した実施例１および実施例２より、一定となる最大
有効締代を一般化した有効歪Ａは金属とセラミックスの
熱膨張係数の差、時効温度、収縮率等を考慮して下記の
一般式で表わされることがわかった。
有効締代を一般化した有効歪Ａは金属とセラミックスの
熱膨張係数の差、時効温度、収縮率等を考慮して下記の
一般式で表わされることがわかった。
Ａ＝（Ｔａ−Ｔｒ）×Δａ＋Δｄ ここで、Ａ：有効歪（有効締代／セラミックス外径） Ｔａ：時効温度 Ｔｒ：室温 Δａ：金属とセラミックスの熱膨張係数の差 Δｄ：金属部材の時効による収縮率。
すなわち、実施例１の場合、Ｔａ＝550℃、Ｔｒ＝20
℃、金属およびセラミックスの熱膨張係数11.3×10-6／
℃、3.08×10-6／℃従ってΔａ＝8.22×10-6／℃、Δｄ
＝0.1％を上式に代入すると、Ａ＝5.36×10-3となり、
実施例１の結果と一致する。また、実施例２の場合、同
様にＴａ＝530℃、Ｔｒ＝20℃、Δａ＝8.22×10-6／
℃、Δｄ＝0.1％を上式に代入するとＡ＝5.2×10-3とな
り、実施例２の結果と一致する。
℃、金属およびセラミックスの熱膨張係数11.3×10-6／
℃、3.08×10-6／℃従ってΔａ＝8.22×10-6／℃、Δｄ
＝0.1％を上式に代入すると、Ａ＝5.36×10-3となり、
実施例１の結果と一致する。また、実施例２の場合、同
様にＴａ＝530℃、Ｔｒ＝20℃、Δａ＝8.22×10-6／
℃、Δｄ＝0.1％を上式に代入するとＡ＝5.2×10-3とな
り、実施例２の結果と一致する。
従って、有効歪Ａとして上記の式で示される値を有する
金属・セラミックス結合体は最大の有効締代を有するこ
ととなり、その結果結合強度が最大となる。
金属・セラミックス結合体は最大の有効締代を有するこ
ととなり、その結果結合強度が最大となる。
ここで、有効歪Ａと加工精度の関係について考えてみる
と、従来時効硬化型合金を使用しない場合、例えばセラ
ミックターボチャージャロータにおいては、嵌合部の圧
入前の圧入歪：締代／接合部径を0.003〜0.004程度にす
る必要があった。これは、嵌合部のセラミック軸の外径
を10mmとすれば、締代を30〜40μｍの10μｍの幅で管理
する必要があることを示しており、このためセラミック
軸径および金属部材孔径を±５μｍ程度の公差で仕上げ
る必要があった。
と、従来時効硬化型合金を使用しない場合、例えばセラ
ミックターボチャージャロータにおいては、嵌合部の圧
入前の圧入歪：締代／接合部径を0.003〜0.004程度にす
る必要があった。これは、嵌合部のセラミック軸の外径
を10mmとすれば、締代を30〜40μｍの10μｍの幅で管理
する必要があることを示しており、このためセラミック
軸径および金属部材孔径を±５μｍ程度の公差で仕上げ
る必要があった。
これに対し、時効硬化型合金を使用した本発明では、上
述したように嵌合後の最大の有効歪はＡとなり、これ以
上にはならないため、同じくセラミックターボチャージ
ャロータにおいて、嵌合部の圧入前の圧入歪は0.004以
上であれば0.15程度まで問題なく使用できる。すなわ
ち、直径10mmのセラミックス部材に対しては、圧入前の
締代を40〜150μｍとすれば時効処理後に有効歪Ａに軸
径を乗算した50〜60μｍ程度の有効締代を得ることがで
き、このためセラミック軸径および金属部材孔径は±50
μｍ程度と、上述した従来の例と比較して一桁大きい公
差で仕上げられていれば十分である。
述したように嵌合後の最大の有効歪はＡとなり、これ以
上にはならないため、同じくセラミックターボチャージ
ャロータにおいて、嵌合部の圧入前の圧入歪は0.004以
上であれば0.15程度まで問題なく使用できる。すなわ
ち、直径10mmのセラミックス部材に対しては、圧入前の
締代を40〜150μｍとすれば時効処理後に有効歪Ａに軸
径を乗算した50〜60μｍ程度の有効締代を得ることがで
き、このためセラミック軸径および金属部材孔径は±50
μｍ程度と、上述した従来の例と比較して一桁大きい公
差で仕上げられていれば十分である。
（発明の効果） 以上述べたところから明らかなように、本発明の金属・
セラミックス結合体の製造方法によれば、圧入時に一定
の値以上の締代を与えるようにすればその値の大小にか
かわらず有効締代は一定となり、セラミックス部材の外
径、金属部材の内径の厳密なコントロールをしなくても
必要な圧入、焼きばめ力を得ることができる。
セラミックス結合体の製造方法によれば、圧入時に一定
の値以上の締代を与えるようにすればその値の大小にか
かわらず有効締代は一定となり、セラミックス部材の外
径、金属部材の内径の厳密なコントロールをしなくても
必要な圧入、焼きばめ力を得ることができる。
従って本発明の製造方法で得られる金属・セラミックス
結合体は、セラミックターボチャージャにおけるセラミ
ック翼部と金属軸との結合、あるいはセラミックピスト
ンヘッドの金属との結合など、高強度、高信頼性の要求
される構造体部分に用いることができる。
結合体は、セラミックターボチャージャにおけるセラミ
ック翼部と金属軸との結合、あるいはセラミックピスト
ンヘッドの金属との結合など、高強度、高信頼性の要求
される構造体部分に用いることができる。
第１図は本発明の金属・セラミックス結合体の一実施例
を示す線図、 第２図および第３図はそれぞれ本発明の一実施例におけ
る圧入締代と有効締代の関係を示す線図である。 １……セラミックス円柱 ２……金属部材、2a……凹部
を示す線図、 第２図および第３図はそれぞれ本発明の一実施例におけ
る圧入締代と有効締代の関係を示す線図である。 １……セラミックス円柱 ２……金属部材、2a……凹部
Claims (1)
- 【請求項１】時効硬化型合金よりなる金属部材に設けら
れた凹部又は貫通孔に、セラミックス円柱又は円筒、又
はセラミックス部材に設けられた凸部を嵌合し、その
後、時効硬化処理を施すことにより、次の式で与えられ
る有効歪Ａを有することを特徴とする金属・セラミック
ス結合体の製造方法： Ａ＝（Ｔａ−Ｔｒ）×Δａ＋Δｄ ここで、Ａ：有効歪（時効硬化後の室温での 締代／セラミック嵌合部直径） Ｔａ：時効温度 Ｔｒ：室温 Δａ：金属とセラミックスの熱膨張 計数の差 Δｄ：金属部材の時効による収縮率。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61090007A JPH0628819B2 (ja) | 1986-04-21 | 1986-04-21 | 金属・セラミックス結合体の製造方法 |
| US07/039,427 US4740399A (en) | 1986-04-21 | 1987-04-17 | Metal-ceramic composite bodies |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61090007A JPH0628819B2 (ja) | 1986-04-21 | 1986-04-21 | 金属・セラミックス結合体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62251023A JPS62251023A (ja) | 1987-10-31 |
| JPH0628819B2 true JPH0628819B2 (ja) | 1994-04-20 |
Family
ID=13986580
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61090007A Expired - Lifetime JPH0628819B2 (ja) | 1986-04-21 | 1986-04-21 | 金属・セラミックス結合体の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4740399A (ja) |
| JP (1) | JPH0628819B2 (ja) |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2282106A (en) * | 1939-07-14 | 1942-05-05 | Gen Electric | Ceramic-to-metal seal |
| US2700561A (en) * | 1949-01-07 | 1955-01-25 | Ernest J Svenson | Sealing means |
| BE565003A (ja) * | 1957-02-21 | |||
| US3404968A (en) * | 1964-09-30 | 1968-10-08 | Westinghouse Electric Corp | Glass-to-metal seals and method for making same |
| US3340026A (en) * | 1964-12-03 | 1967-09-05 | Bendix Corp | Composite article of bonded refractory metal and a ceramic |
| US4055451A (en) * | 1973-08-31 | 1977-10-25 | Alan Gray Cockbain | Composite materials |
| US4109031A (en) * | 1976-12-27 | 1978-08-22 | United Technologies Corporation | Stress relief of metal-ceramic gas turbine seals |
| JPS53146948A (en) * | 1977-05-27 | 1978-12-21 | Hitachi Ltd | Joint method for steel member |
| JPS55140771A (en) * | 1979-04-16 | 1980-11-04 | Tokyo Shibaura Electric Co | Joint of ceramic member to metal member |
| US4371588A (en) * | 1980-12-08 | 1983-02-01 | Kyle James C | Electrical insulating material with hermetic seal |
| JPS58176182A (ja) * | 1982-04-10 | 1983-10-15 | 日本特殊陶業株式会社 | 金属・セラミツクス接合体 |
| GB2164665B (en) * | 1984-09-24 | 1988-06-08 | Honda Motor Co Ltd | Spacers for use in brazing |
-
1986
- 1986-04-21 JP JP61090007A patent/JPH0628819B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1987
- 1987-04-17 US US07/039,427 patent/US4740399A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4740399A (en) | 1988-04-26 |
| JPS62251023A (ja) | 1987-10-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4719074A (en) | Metal-ceramic composite article and a method of producing the same | |
| US4614453A (en) | Metal-ceramic composite body and a method of manufacturing the same | |
| EP0139406B1 (en) | Metal-ceramics composite article and a method of producing the same | |
| JPH0477129B2 (ja) | ||
| US5365661A (en) | Ceramic-metal composite joint body | |
| EP0197694A1 (en) | A metal-ceramic combination | |
| US4798493A (en) | Ceramic-metal composite body | |
| JPH043129Y2 (ja) | ||
| EP0472171B1 (en) | Ceramic rotor and metal shaft assembly | |
| JPS6322225A (ja) | 金属・セラミツクス結合体およびその製造法 | |
| US4719075A (en) | Metal-ceramic composite article and a process for manufacturing the same | |
| US5106434A (en) | Method for producing a metal and ceramic heat-connected body | |
| EP0365253A1 (en) | Ceramic-metal joined composite bodies | |
| JPH0335265B2 (ja) | ||
| JPH0628819B2 (ja) | 金属・セラミックス結合体の製造方法 | |
| JP3174979B2 (ja) | セラミックスと金属との回転体 | |
| EP0156484B1 (en) | Metal ceramics composite article and a method of producing the same | |
| JP2822405B2 (ja) | セラミック回転体と金属軸との結合方法 | |
| JP3212392B2 (ja) | セラミックスと金属との接合体 | |
| JP3119981B2 (ja) | セラミックス部材と金属部材の結合体及びその結合方法 | |
| JP3176460B2 (ja) | セラミックスと金属との結合体の製造方法 | |
| JPH0658044B2 (ja) | タ−ビンロ−タ−およびその製造法 | |
| JPH0416569A (ja) | セラミックと金属の結合構造 | |
| JPH063122B2 (ja) | 金属・セラミックス結合体およびその製造法 | |
| JPS61155268A (ja) | 拡散接合方法 |