JPH06321647A - セラミックスとニッケルとの接合方法 - Google Patents
セラミックスとニッケルとの接合方法Info
- Publication number
- JPH06321647A JPH06321647A JP13277693A JP13277693A JPH06321647A JP H06321647 A JPH06321647 A JP H06321647A JP 13277693 A JP13277693 A JP 13277693A JP 13277693 A JP13277693 A JP 13277693A JP H06321647 A JPH06321647 A JP H06321647A
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- Japan
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- nickel
- ceramics
- joining
- filler metal
- brazing filler
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 セラミックスとニッケルとの接合面積率を高
め、安定した高接合強度で接合する。 【構成】 窒化珪素セミックス１とニッケル４とを、ア
ルミニウム３を含有させたＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材２
を用いて真空雰囲気中で加熱して接合する。ろう材中の
ＡｌはＮｉと反応し易い元素であり、ろう材中に溶け出
したＮｉがＡｌと結合し、その分だけＮｉと反応するＴ
ｉの量が減るので、セラミックスと反応するＴｉが相対
的に多くなり、窒化珪素セラミックスの界面に、ＴｉＮ
及びＴｉ5Ｓｉ3の反応層が充分形成される。
め、安定した高接合強度で接合する。 【構成】 窒化珪素セミックス１とニッケル４とを、ア
ルミニウム３を含有させたＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材２
を用いて真空雰囲気中で加熱して接合する。ろう材中の
ＡｌはＮｉと反応し易い元素であり、ろう材中に溶け出
したＮｉがＡｌと結合し、その分だけＮｉと反応するＴ
ｉの量が減るので、セラミックスと反応するＴｉが相対
的に多くなり、窒化珪素セラミックスの界面に、ＴｉＮ
及びＴｉ5Ｓｉ3の反応層が充分形成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックスとニッケ
ルとを接合する方法に関するものである。
ルとを接合する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、セラミックス等の粉末成形体と金
属とを接合するには、先ず、セラミックスの表面をＭo
−Ｍn法（テレフケン法）で金属化し、その後にニッケ
ル（Ｎi）鍍金を施し、必要に応じて応力緩衝のための
中間材を用い、銀（Ａg）ろう等で金属にろう接するよ
うにしている。上記のメタライズ法では、接合が２工程
となるので、メタライズなしに接合するため、Ａｇ−Ｃ
ｕ−Ｔｉ系、Ｃｕ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｔｉ系、Ａｇ−Ｃｕ−
Ｔｉ−Ｉｎ系等の活性金属を含ませたろう材を使用し
て、セラミックスと直接反応させて接合するようにして
いる。Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材では、活性金属である
Ｔｉの含有量は、通常１〜２ｗｔ％としている。
属とを接合するには、先ず、セラミックスの表面をＭo
−Ｍn法（テレフケン法）で金属化し、その後にニッケ
ル（Ｎi）鍍金を施し、必要に応じて応力緩衝のための
中間材を用い、銀（Ａg）ろう等で金属にろう接するよ
うにしている。上記のメタライズ法では、接合が２工程
となるので、メタライズなしに接合するため、Ａｇ−Ｃ
ｕ−Ｔｉ系、Ｃｕ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｔｉ系、Ａｇ−Ｃｕ−
Ｔｉ−Ｉｎ系等の活性金属を含ませたろう材を使用し
て、セラミックスと直接反応させて接合するようにして
いる。Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材では、活性金属である
Ｔｉの含有量は、通常１〜２ｗｔ％としている。
【０００３】特開昭５９−２３２６９２号公報には、セ
ラミックスと金属とを接合するろう材として、Ｔｉ含有
量を３〜８０ｗｔ％としたＴｉ−Ａｇ−Ｃｕ系ろう材が
記載されている。
ラミックスと金属とを接合するろう材として、Ｔｉ含有
量を３〜８０ｗｔ％としたＴｉ−Ａｇ−Ｃｕ系ろう材が
記載されている。
【０００４】セラミックスと金属を加熱接合する場合、
両者の熱膨張差により、冷却過程で接合部付近に残留応
力が働き、接合体の接合強度の低下やセラミックスに割
れが発生する。この残留応力を低減するため、両者の間
にＭｏ，Ｗ，コバール合金等の低熱膨張金属を挿入して
接合したり、ニッケル、銅、アルミニウム等の軟質金属
板をセラミックスと金属間に介在させて接合するように
している。これらの軟質金属の中で、Ｃｕは耐力が低い
ため、応力が掛かる接合体に使用するとＣｕの部分が変
形してしまう。Ａｌも同様であり、また融点が低いため
高温中で使用する接合体には使用できない。Ｎｉは耐力
があり、耐酸化性、耐熱性の面で優れた特性を持ってい
るので、セラミックスと金属の接合用の緩衝材として適
している。
両者の熱膨張差により、冷却過程で接合部付近に残留応
力が働き、接合体の接合強度の低下やセラミックスに割
れが発生する。この残留応力を低減するため、両者の間
にＭｏ，Ｗ，コバール合金等の低熱膨張金属を挿入して
接合したり、ニッケル、銅、アルミニウム等の軟質金属
板をセラミックスと金属間に介在させて接合するように
している。これらの軟質金属の中で、Ｃｕは耐力が低い
ため、応力が掛かる接合体に使用するとＣｕの部分が変
形してしまう。Ａｌも同様であり、また融点が低いため
高温中で使用する接合体には使用できない。Ｎｉは耐力
があり、耐酸化性、耐熱性の面で優れた特性を持ってい
るので、セラミックスと金属の接合用の緩衝材として適
している。
【０００５】セラミックスと金属又はセラミックス同士
の接合には、通常Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材（Ｔｉ含有
量：１〜２ｗｔ％）が用いられる。このろう材を用い、
Ｎｉ板の緩衝材を使用してセラミックスと金属とを接合
した場合、充分な接合が行われない。その理由は、次の
ように推定される。Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材を用いた
セラミックスとＮｉとの接合は、図４に示すように、窒
化珪素セラミックス１の界面Ｘに、ＴｉＮ及びＴｉ5Ｓ
ｉ3の反応層が生成され、この層の形成により接合が行
われるものと考えられる。一方、Ｎｉ４との界面Ｙから
はＮｉがろう材中に溶解し、優先的にＴｉと反応し、Ｎ
ｉ−Ｔｉ系合金を形成する。このため、窒化珪素セラミ
ックス１の界面ＸではＴｉが不足し、ＴｉＮ及びＴｉ5
Ｓｉ3が一部の界面にしか形成されなくなり、充分な接
合が得られなくなる。この接合体の接合部の接着性の試
験を超音波探傷で行い、接合面積率（＝正常接合面積／
接合部全面積×１００％）で評価した。また断面組織の
観察を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で行い、元素分布測
定を電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）で行っ
た。
の接合には、通常Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材（Ｔｉ含有
量：１〜２ｗｔ％）が用いられる。このろう材を用い、
Ｎｉ板の緩衝材を使用してセラミックスと金属とを接合
した場合、充分な接合が行われない。その理由は、次の
ように推定される。Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材を用いた
セラミックスとＮｉとの接合は、図４に示すように、窒
化珪素セラミックス１の界面Ｘに、ＴｉＮ及びＴｉ5Ｓ
ｉ3の反応層が生成され、この層の形成により接合が行
われるものと考えられる。一方、Ｎｉ４との界面Ｙから
はＮｉがろう材中に溶解し、優先的にＴｉと反応し、Ｎ
ｉ−Ｔｉ系合金を形成する。このため、窒化珪素セラミ
ックス１の界面ＸではＴｉが不足し、ＴｉＮ及びＴｉ5
Ｓｉ3が一部の界面にしか形成されなくなり、充分な接
合が得られなくなる。この接合体の接合部の接着性の試
験を超音波探傷で行い、接合面積率（＝正常接合面積／
接合部全面積×１００％）で評価した。また断面組織の
観察を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で行い、元素分布測
定を電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）で行っ
た。
【０００６】上記の接合体の窒化珪素セラミックスとニ
ッケル板との接合部には、周縁に剥離部が存在し、その
接合面積率は、平均約６０％であり、この接合部の４点
曲げ強度は、平均６０ＭＰａである。この接合体の接合
部を、マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）で行ったＴｉ
元素の分布状態を示す模式図である図５に示すように、
Ｔｉ元素はろう材中にまばらに分布している。また、Ｎ
ｉ元素の分布状態を示す模式図である図６に示すよう
に、Ｎｉ元素はＴｉ元素と同様な分布でろう材中に拡散
している。このことから、ろう在中のＴｉがろう材中に
溶融してきたＮｉと優先的に結合してＮｉ−Ｔｉ系合金
を形成してしまい、窒化珪素セラミックス１の界面Ｘで
はＴｉが不足し、ＴｉＮ及びＴｉ5Ｓｉ3の反応層が一部
の界面にしか形成されなくなったことがわかる。
ッケル板との接合部には、周縁に剥離部が存在し、その
接合面積率は、平均約６０％であり、この接合部の４点
曲げ強度は、平均６０ＭＰａである。この接合体の接合
部を、マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）で行ったＴｉ
元素の分布状態を示す模式図である図５に示すように、
Ｔｉ元素はろう材中にまばらに分布している。また、Ｎ
ｉ元素の分布状態を示す模式図である図６に示すよう
に、Ｎｉ元素はＴｉ元素と同様な分布でろう材中に拡散
している。このことから、ろう在中のＴｉがろう材中に
溶融してきたＮｉと優先的に結合してＮｉ−Ｔｉ系合金
を形成してしまい、窒化珪素セラミックス１の界面Ｘで
はＴｉが不足し、ＴｉＮ及びＴｉ5Ｓｉ3の反応層が一部
の界面にしか形成されなくなったことがわかる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、ニッケ
ルはセラミックスと金属の接合に使用する緩衝材として
優れた特性を有するが、セラミックスとの接合面積率が
低く、その接合強度が低くバラツキも大きなものとな
る。本発明は、セラミックスとニッケルとの接合面積率
を高め、安定した高接合強度で接合できるセラミックス
とニッケルとの接合方法を提供することを目的とするも
のである。
ルはセラミックスと金属の接合に使用する緩衝材として
優れた特性を有するが、セラミックスとの接合面積率が
低く、その接合強度が低くバラツキも大きなものとな
る。本発明は、セラミックスとニッケルとの接合面積率
を高め、安定した高接合強度で接合できるセラミックス
とニッケルとの接合方法を提供することを目的とするも
のである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、窒化珪素セミ
ックスとニッケル又はニッケルを多量に含む合金とを、
アルミニウムを含有させたＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材を
用いて真空雰囲気中で加熱して接合するセラミックスと
ニッケルとの接合方法である。
ックスとニッケル又はニッケルを多量に含む合金とを、
アルミニウムを含有させたＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材を
用いて真空雰囲気中で加熱して接合するセラミックスと
ニッケルとの接合方法である。
【０００９】
【作用】ろう材中のＡｌはＮｉと反応し易い元素であ
り、ろう材中に溶け出したＮｉがＡｌと結合し、その分
だけＮｉと反応するＴｉの量が減るので、セラミックス
と反応するＴｉの量が相対的に多くなり、窒化珪素セラ
ミックスの界面に、ＴｉＮ及びＴｉ5Ｓｉ3の反応層が充
分形成される。
り、ろう材中に溶け出したＮｉがＡｌと結合し、その分
だけＮｉと反応するＴｉの量が減るので、セラミックス
と反応するＴｉの量が相対的に多くなり、窒化珪素セラ
ミックスの界面に、ＴｉＮ及びＴｉ5Ｓｉ3の反応層が充
分形成される。
【００１０】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第１実施例は、図１に示すように、円筒状の窒化珪素セ
ラミックス（Ｓi3Ｎ4）１とニッケル（Ｎｉ）４を接合
する場合である。セラミックス１（φ１０ｍｍ，Ｌ２０
ｍｍ）側にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材２（Ａｇ：６３ｗ
ｔ％，Ｃｕ：３５．２５ｗｔ％，Ｔｉ：１．７５ｗｔ
％）を厚さ５０μｍで介在させ、ニッケル４（φ１０ｍ
ｍ，Ｌ２０ｍｍ）側にＡｌ箔３（φ１０ｍｍ，厚さ２μ
ｍ）を介在させ、真空雰囲気中で８１０℃に加熱して１
０分間保持した。Ａｌ箔３は加熱により溶融し、ろう材
中にＡｌを含有したのと同様に作用する。この接合体の
接合部の強度は、四点曲げ試験強度で１６０ＭＰa程度
であり、Ａｌ箔３を使用しない場合に比べて１００ＭＰ
ａ強度が向上した。
第１実施例は、図１に示すように、円筒状の窒化珪素セ
ラミックス（Ｓi3Ｎ4）１とニッケル（Ｎｉ）４を接合
する場合である。セラミックス１（φ１０ｍｍ，Ｌ２０
ｍｍ）側にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材２（Ａｇ：６３ｗ
ｔ％，Ｃｕ：３５．２５ｗｔ％，Ｔｉ：１．７５ｗｔ
％）を厚さ５０μｍで介在させ、ニッケル４（φ１０ｍ
ｍ，Ｌ２０ｍｍ）側にＡｌ箔３（φ１０ｍｍ，厚さ２μ
ｍ）を介在させ、真空雰囲気中で８１０℃に加熱して１
０分間保持した。Ａｌ箔３は加熱により溶融し、ろう材
中にＡｌを含有したのと同様に作用する。この接合体の
接合部の強度は、四点曲げ試験強度で１６０ＭＰa程度
であり、Ａｌ箔３を使用しない場合に比べて１００ＭＰ
ａ強度が向上した。
【００１１】第２実施例を図２に示す。第１実施例と
は、試料の各材料は同一とし、大きさを変えたものであ
る。セラミックス１（φ３０ｍｍ，厚さ１．５ｍｍ）側
にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材２を介在させ、ニッケル４
（φ３０ｍｍ，Ｌ１５ｍｍ）側にＡｌ箔３（φ３０ｍ
ｍ，厚さ２μｍ）を介在させ、第１実施例と同様の方法
で接合した。
は、試料の各材料は同一とし、大きさを変えたものであ
る。セラミックス１（φ３０ｍｍ，厚さ１．５ｍｍ）側
にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材２を介在させ、ニッケル４
（φ３０ｍｍ，Ｌ１５ｍｍ）側にＡｌ箔３（φ３０ｍ
ｍ，厚さ２μｍ）を介在させ、第１実施例と同様の方法
で接合した。
【００１２】この接合体の接合部を、超音波探傷装置を
用いて接合面積率を求めたところ、ほぼ１００％であ
り、確実に接合していることが確認できた。また、この
接合部の断面をマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）でＴ
ｉ元素の面分析を行った。その結果を図３に模式図で示
す。窒化珪素セラミックス１の界面ＸにＴｉが濃厚に分
布しており、窒化珪素セラミックス１の界面にＴｉＮ及
びＴｉ5Ｓｉ3層が充分形成されていことがわかる。Ａｌ
がＮｉと反応し易い元素であることを考えると、ろう材
中に溶け出したＮｉがＡｌと結合し、その分だけＮｉと
反応するＴｉの量が減るので、セラミックスと反応する
Ｔｉの量がが相対的に多くなったものと思われる。
用いて接合面積率を求めたところ、ほぼ１００％であ
り、確実に接合していることが確認できた。また、この
接合部の断面をマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）でＴ
ｉ元素の面分析を行った。その結果を図３に模式図で示
す。窒化珪素セラミックス１の界面ＸにＴｉが濃厚に分
布しており、窒化珪素セラミックス１の界面にＴｉＮ及
びＴｉ5Ｓｉ3層が充分形成されていことがわかる。Ａｌ
がＮｉと反応し易い元素であることを考えると、ろう材
中に溶け出したＮｉがＡｌと結合し、その分だけＮｉと
反応するＴｉの量が減るので、セラミックスと反応する
Ｔｉの量がが相対的に多くなったものと思われる。
【００１３】通常のＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材中にＡｌ
を添加したろう材を用いても良いが、Ａｌ箔を用いると
含有量の制御が容易となり、接合時の加熱で溶融して実
質的にろう材中にＡｌを含有させたのと同じとなる。Ｎ
ｉの代りに、ニッケルを多量に含み低熱膨張合金である
コバ−ル（Ｎi 29％，Ｃo 17％，Ｍn，Ｓi，Ｍg，Ｚr，
Ｃ，Ａl，Ｔi全て１％以下、残部Ｆe）との接合におい
ても、同様に強固に接合する。
を添加したろう材を用いても良いが、Ａｌ箔を用いると
含有量の制御が容易となり、接合時の加熱で溶融して実
質的にろう材中にＡｌを含有させたのと同じとなる。Ｎ
ｉの代りに、ニッケルを多量に含み低熱膨張合金である
コバ−ル（Ｎi 29％，Ｃo 17％，Ｍn，Ｓi，Ｍg，Ｚr，
Ｃ，Ａl，Ｔi全て１％以下、残部Ｆe）との接合におい
ても、同様に強固に接合する。
【００１４】
【発明の効果】本発明は、セラミックスとニッケル又は
ニッケルを多量に含む合金とを接合するのに、セラミッ
クスとニッケルとの接合面積率を高め、安定した高接合
強度で接合することができる。
ニッケルを多量に含む合金とを接合するのに、セラミッ
クスとニッケルとの接合面積率を高め、安定した高接合
強度で接合することができる。
【図１】本発明方法の第１実施例の説明図。
【図２】本発明方法の第２実施例の説明図。
【図３】実施例の接合部の面分析のＴｉ分布を示す模式
図。
図。
【図４】接合部における反応層の説明図。
【図５】従来方法による接合部の面分析のＴｉ分布を示
す模式図。
す模式図。
【図６】従来方法による接合部の面分析のＮｉ分布を示
す模式図。
す模式図。
１ 窒化珪素セラミックス ２ Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系
ろう材 ３ Ａｌ箔 ４ ニッケル
ろう材 ３ Ａｌ箔 ４ ニッケル
Claims (1)
- 【請求項１】 窒化珪素セミックスとニッケル又はニッ
ケルを多量に含む合金とを、アルミニウムを含有させた
Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材を用いて真空雰囲気中で加熱
して接合することを特徴とするセラミックスとニッケル
との接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13277693A JPH06321647A (ja) | 1993-05-10 | 1993-05-10 | セラミックスとニッケルとの接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13277693A JPH06321647A (ja) | 1993-05-10 | 1993-05-10 | セラミックスとニッケルとの接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06321647A true JPH06321647A (ja) | 1994-11-22 |
Family
ID=15089288
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13277693A Pending JPH06321647A (ja) | 1993-05-10 | 1993-05-10 | セラミックスとニッケルとの接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06321647A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102151981A (zh) * | 2011-04-28 | 2011-08-17 | 哈尔滨工业大学 | 一种采用Al箔作中间层实现TiAl基合金连接的方法 |
| CN113909608A (zh) * | 2021-11-08 | 2022-01-11 | 浙江亚通焊材有限公司 | 一种钎焊连接AlN陶瓷与Cu的方法 |
-
1993
- 1993-05-10 JP JP13277693A patent/JPH06321647A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102151981A (zh) * | 2011-04-28 | 2011-08-17 | 哈尔滨工业大学 | 一种采用Al箔作中间层实现TiAl基合金连接的方法 |
| CN113909608A (zh) * | 2021-11-08 | 2022-01-11 | 浙江亚通焊材有限公司 | 一种钎焊连接AlN陶瓷与Cu的方法 |
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