JPH0628939B2

JPH0628939B2 - セラミックス・金属結合体

Info

Publication number: JPH0628939B2
Application number: JP63326928A
Authority: JP
Inventors: 善淳中筋; 昭彦吉田
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1988-12-24
Filing date: 1988-12-24
Publication date: 1994-04-20
Anticipated expiration: 2009-04-20
Also published as: JPH02171237A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はセラミック部材と金属部材とを中間部材を介し
て嵌合することによりなるセラミックス・金属結合体に
関するもので、特に熱膨張の異なるセラミックス部材、
例えば、セラミック部材と金属部材との結合に好適な構
造のセラミックス・金属結合体に関するものである。

［従来の技術］従来、熱膨張率の相違する部材を突き合わせて接着する
ことにより結合体を得る方法としては、両者を直接圧接
して結合する方法や両者の界面に別体の中間層を設けて
接合する方法が知られている。例えば、実開昭59−1605
33号公報においては、セラミックスと金属との接合構造
として両者の界面にＷ材又はＭｏ材よりなるクラッド材
を介在させて接合する方法が開示されている。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上述した従来方法では、熱膨張差により
接合界面に残留応力が生じ十分な接合強度が得られなか
った。

また、中間層としてＷ材またはＭｏ材よりなるクラッド
材を使用した場合は、上述した直接に両者を加圧接合等
の方法で接合する場合と比較して、ある程度は残留応力
が除去されるものの、この中間層の目的が接合界面にお
ける残留応力の除去ではないため、接合界面における剥
離やセラミック部材の割れをなくすことはできなかっ
た。

［課題を解決するための手段］本発明の目的は上述した従来方法の不具合を解消して、
界面の剥離やセラミック部材の割れを有効に除去可能な
セラミックス・金属結合体を提供しようとするものであ
る。

そして、上記の目的は、本発明によれば、金属部材に設
けた凹部にセラミック部材を中間部材を介して嵌合した
セラミックス・金属結合体であって、該中間部材がハニ
カム構造であることを特徴とするセラミックス・金属結
合体、により達成することができる。

また、このセラミックス・金属結合体においては、中間
部材の剛性を嵌合端に向って低くすることにより、残留
応力が残り易い部分程剛性を小さくでき、好ましい。

ここでハニカム構造とは、はちの巣状の直線的な隔壁に
より構成されたものだけではなく、平面または曲面の板
材より構成された構造をいうものである。

［作用］本発明のセラミックス・金属結合体においては、金属部
材に設けた凹部にセラミック部材を中間部材を介して嵌
合することにより構成している。従って、単なる突合せ
結合と異なり、セラミック部材と金属部材の接合面積を
大きくでき、接合強度を高めることができる。

さらに、中間部材をハニカム構造としてその剛性を低下
させたので接合時の接合温度から室温までの降温時に生
じるセラミック部材と金属部材との熱膨張差を吸収し、
セラミック部材中の嵌合端に発生する残留応力を除去す
るとともに、接着すべき部材間の接着性を悪化させるこ
ともない。

以上の結果、接着性を犠性にすることなく界面の剥離や
セラミック部材の割れを除去することが可能となる。

また、中間部材としてのハニカム構造において、嵌合端
に向う程剛性を小さくすると、すなわち例えば円柱と環
状体間の嵌合の場合であれば、円柱の環状体の先端部へ
いく程剛性を小さくすれば、残留応力が残りやすい部分
程剛性を小さくでき、より好適である。

なお、ハニカムの厚さとしては0.5mm以上あればよく、
1.0mm以上あればより好ましい。

［実施例］以下、本発明を図示の実施例に基づいてさらに詳細に説
明するが、本発明はこれらの実施例に限られるのではな
い。

第１図は本発明の結合体の一実施例を示す断面図であ
る。この場合、先端部が円柱状のセラミック部材１と、
セラミック部材１の先端部をハニカム構造のTi,Al等か
らなる管状の中間部材３を介して外周より金属部材２に
より嵌合し、各部材間をろう付、溶接等の方法により一
体に接着した例を示している。

この中間部材３は例えば第２図(a)(b)に示すように、金
属薄板７を格子状で且つ放射状に組立て、内周側を円筒
板５にて、外周側を円筒板６にて構成したものである。
第３図及び第４図は中間部材３の他の実施例を示してお
り、中間部材３を周方向に一部切断した部分断面図であ
る。。第３図(a)〜(c)はそれぞれ嵌合底８側から嵌合端
４側へ剛性を等しくした構成であり、一方、第４図(a)
〜(c)はそれぞれ嵌合底８側から嵌合端４側へ行くに従
って低剛性となるように形成されている構成例を示す。
この構成は、例えば第４図(a)のように、嵌合底８から
嵌合端４に近ずく程ハニカム構造の格子間間隔を粗にす
る方法などにより作製することができる。このように構
成することにより、接合部における残留応力の影響をよ
り効果的に緩和することができる。また、第５図は中間
部材３のさらに別の実施例を示す斜視図で、一定間隔毎
にで箱型状の凹凸をずらして設けた形状のものを示す。

本発明に用いられるセラミック部材としては窒化珪素、
炭化珪素、サイアロン、ジルコニア、ムライト、アルミ
ナ、ベリリア等が使用でき、また金属部材としては、炭
素鋼、ステンレス鋼、球状黒鉛鋳鉄、ニッケル・クロム
・モリブデン鋼、クロム・モリブデン鋼、アルミニウム
・クロム・モリブデン鋼、マルエージング鋼、析出硬化
型合金等が使用できる。また、金属部材としてはその一
部あるいは全部に析出硬化処理、窒化処理または高周波
焼入れ処理等の硬化処理が行なわれていると好適であ
る。さらに、中間部材としてはステンレス鋼あるいはT
i,Ni,W,Nb,Ci,Ta及びその合金等が使用できる。

また、各部材間の接合方法としてろう付け、拡散接合、
溶融接合などによる接合あるいはこれらの組合せによる
接合を用いることができる。

以下、具体的な実施結果を示す。

（実施例１）第６図に示す先端部が直径２０mmφの外径を有する窒化
珪素からなるセラミック部材１の先端部外周を、厚さ２
mmのTi製中間部材３を介して炭素鋼(S45C)からなる金属
部材２にて囲繞して嵌合し、銀ろうによるろう付により
接合した。中間部材３の形状は第２図に示すように、厚
み0.2mmのTi板７により円筒板５における軸方向ピッチ
ｔで放射状に円筒板６に取付けてなる管状のハニカム構
造体〔嵌合幅（第６図ｌ₃）は３０mm〕をスポット溶接
により作製し、その内面および外面を厚さ0.2mmのTi製
の円筒板５および円筒板６にてろう付けして構成した。

このように構成したセラミックス・金属結合体におい
て、ピッチｔをすべて２mmとした場合（本発明(1)）
と、嵌合端４側の６mmのピッチｔを３mmとし、それ以外
のピッチｔを２mmとした場合（本発明(2)）と、嵌合端
４側の１２mmのピッチｔを４mmとし、それ以外のピッチ
ｔを２mmとした場合（本発明(3)）と、ハニカム構造で
はなく厚さ２mmのTi板で中間部材を構成した場合（比較
例）を準備し、第６図においてｌ₁＝７０mm、ｌ₂＝４０
mmとなるように準備した結合体を曲げ試験装置に組み付
け、セラミック部材１に対し荷重Ｐを鉛直方向にかける
ことにより各結合体の曲げ強度試験を実施した。結果を
第７図に示す。なお、第７図に示す曲げ強度は、比較例
の曲げ強度を基準として示している。

第７図から明らかなように、本発明の結合体、特に嵌合
端に向って低剛性とした結合体は、比較例に比し高い曲
げ強度を有することがわかる。

［発明の効果］以上説明した通り、本発明のセラミックス・金属結合体
は、金属部材に設けた凹部にセラミック部材をハニカム
構造を形成する中間部材を介して嵌合しているため、接
合面積を大きくでき、高い接合強度を有するとともに、
接合時のセラミック部材と金属部材との熱膨張差による
残留応力を除去でき、界面の剥離やセラミック部材の割
れを防止することができる。従って、ガスタービン静翼
接合部、ガスタービン燃焼器などのセラミックスと金属
とからなる結合体に好適に利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の結合体の一実施例を示す断面図、第２
図(a)は中間部材の一例を概略的に示す説明図で、第２
図(b)は第２図(a)のＡ−Ａ断面図である。３図(a)〜(c)
および第４図(a)〜(c)は中間部材の他の例を示す部分断
面図、第５図は中間部材のさらに別の例を示す斜視図、
第６図は結合体を曲げ強度試験に適用した例を示す概略
図、第７図は結合体の曲げ強度試験結果を示すグラフで
ある。１……セラミックス、２……金属、３……中間部材、４
……嵌合端、５……円筒板、６……円筒板、７……金属
薄板、８……嵌合底。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属部材に設けた凹部にセラミック部材を
中間部材を介して嵌合したセラミックス・金属結合体で
あって、該中間部材がハニカム構造であることを特徴と
するセラミックス・金属結合体。
【請求項２】該中間部材の剛性を嵌合端に向って低くす
る請求項１記載のセラミックス・金属結合体。