JPH0649622B2 - セラミックスと金属の接合方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はセラミックスと金属を接合する方法に関する。

（従来の技術） いわゆるファインセラミックスは、耐熱性、耐摩耗性等
の優れた機械的性質のほか、電磁気的性質、光学的機
能、生体適合性など種々の優れた性質を備えており、す
でに多くの分野で使用されている。しかしながら、セラ
ミックスの欠点である脆い、延性に乏しい、加工性が劣
る、大型・複雑形状のものが得にくい等の性質は克服さ
れておらず、セラミックスの使用分野は狭められている
のが実情である。

これらの欠点を補い、セラミックスの利用範囲を広げる
解決策のひとつして、セラミックスと金属の接合による
複合化がある。この接合法には、接着剤やろう材の接着
力を用いる中間材法、セラミックスと金属を直接反応さ
せる直接的接合法、およびボルト、焼ばめ等の機械的結
合方法があるが、主流は中間材法である。

この中間材法としては、有機接着剤法、無機接着剤、軟
金属を用いる圧着法、低融点金属ろうを挿入して加熱溶
融／冷却凝固させる、ろう付法などがあり、中でもろう
付法が最も多く使用されている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、上記ろう付法は、基材とろう材との濡れ性が
接合の良否を左右する。しかし、一般にセラミックス表
面における液体金属の濡れ性は悪いため、種々の方法で
これを良好にする工夫がなされている。この中で最も代
表的な手法はセラミックス表面を予め金属化（メタライ
ズ）しておく方法と、Ｔｉなどの活性金属をろう材に予
め添加して濡れ性を改善する活性金属法である。

しかし、このろう付に用いるろう材は、融点が800℃以
下のものが多く、被接合物であるセラミックスの使用可
能温度に比較して低い温度領域にある。

一般高融点タイプの活性金属を含むろう材としては特開
昭61-283491号公報や特開昭61-283492号に示されるよう
に、Cu-Ti-Pd系、Ag-Cu-Ti-Pd系等のろう材があるが、
これらのろう材は一般のろう材に比較して耐熱性は優れ
る反面、コストがかさむという欠点がある。

各種接着剤法は安価で簡便に接合できるが、耐熱性、耐
候性に劣り、接合強度も低い。また、軟金属を用いた圧
着法は、接合強度が低く、接合プロセスが複雑でコスト
が高いという欠点がある。

本発明は安価、簡便で、かつ充分な接合強度と耐熱性を
有する接合部が得られ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している。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明のセラミックスと金属の接合方法は、セラミック
ス部材と金属部材とを接合する方法において、前記金属
部材として前記セラミックス部材の構成元素と共晶化合
物を生成する純金属またはこれを成分とする合金を使用
し、この金属部材と前記セラミックス部材とを接触さ
せ、接合部を共晶温度以上に加熱して該部を溶融接合さ
せることを特徴とするものである。

（作用） 上述のように本発明の接合機構はセラミックスと金属の
共晶融体を利用するものであるところから、接合する両
者を接触させ、共晶温度以上に加熱した後、冷却するの
みで接合作業は完了する。これにより、大幅な作業工数
の減少とコスト減少が可能となる。さらに適用する共晶
を適宜選択することにより、1000℃以上で使用可能な接
合部が得られる。

（実施例） 次に、図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明にかかる接合方法を説明するためのもの
で、図において符号１はセラミックス角棒、２は金属角
棒であり、各々の片端を接合部３によって突合せ接合し
た状態を示す。

金属角棒２としては、第１表に示すように、セラミック
ス角棒１の構成元素と共晶化合物を生成する純金属、あ
るいはこれらを成分とする合金から成るものが使用され
ている。

セラミックス角棒１と、金属角棒２との接合は第２図に
示す通り、セラミックス製円筒４中に金属角棒２および
セラミックス角棒１を挿入し、これらを垂直に立て、加
熱して行った。加熱はアルゴン雰囲気中で行い、共晶温
度＋50℃を目標に３時間保持後、炉冷した。

接合した試験片をJIS-R-1601にもとづく４点曲げ試験に
供し、曲げ強さを求めた。その結果を第１表の実施例１
〜２０に示す。

第２表は同様な試験片を用い、従来の各種接合法により
得られた比較例を示す。

以上の表から明らかなように、共晶を利用した接合継手
は従来方法によるものに比べて大きな強度を示してい
る。また、継手部の断面を観察したところ、生成した共
晶には、空洞や気泡は見られず、均一な接合部を形成し
ていた。特に、シリコン系セラミックスと、Ｎｉ、Ｆ
ｅ、Ｃｏまたはそれらの合金との組合わせの場合には、
1000℃まで優れた耐熱性を有している。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明よれば、セラミックスと金
属の構成元素よりなる共晶を利用することにより、接合
部を接触させて加熱するだけで高強度な継手が得られ
る。この接続方法は従来のセラミックスと金属の接合法
に比較して大幅な工数の短縮になると共にコストの削減
にも寄与し、しかも優れた耐熱性を有する継手を提供す
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる接合法を説明する概略図、第２
図は本発明方法における加熱工程を説明する縦断面図で
ある。 １……セラミックス ２……金属 ３……接合部 ４……円筒

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミックス部材と金属部材とを接合する
   方法において、 前記金属部材として前記セラミックス部材の構成元素と
   共晶化合物を生成する純金属またはこれを成分とする合
   金を使用し、この金属部材と前記セラミックス部材とを
   接触させ、接触部を共晶温度以上に加熱して該部を溶融
   接合させることを特徴とするセラミックスと金属の接合
   方法。
2. 【請求項２】セラミックス部材としてシリコン系セラミ
   ックスを使用し、金属部材としてＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏまた
   はこれらの合金を使用することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載のセラミックスと金属の接合方法。