JPH0687675A - 金属及びセラミックス積層体の製造方法 - Google Patents

金属及びセラミックス積層体の製造方法

Info

Publication number
JPH0687675A
JPH0687675A JP8420492A JP8420492A JPH0687675A JP H0687675 A JPH0687675 A JP H0687675A JP 8420492 A JP8420492 A JP 8420492A JP 8420492 A JP8420492 A JP 8420492A JP H0687675 A JPH0687675 A JP H0687675A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal
ceramic
laminated
temperature
sintered
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.)
Pending
Application number
JP8420492A
Other languages
English (en)
Inventor
Tamako Hiyatsupo
珠子 百歩
Manabu Tamura
学 田村
Tsutomu Fujiwara
力 藤原
Satoshi Nagata
佐登司 永田
Shinichiro Kiyofuji
晋一郎 清藤
Masayuki Shinno
正之 新野
Kazumichi Shioda
一路 塩田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Aerospace Laboratory of Japan
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
National Research Institute for Metals
JFE Engineering Corp
Original Assignee
National Aerospace Laboratory of Japan
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
National Research Institute for Metals
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Aerospace Laboratory of Japan, Mitsubishi Heavy Industries Ltd, National Research Institute for Metals, NKK Corp, Nippon Kokan Ltd filed Critical National Aerospace Laboratory of Japan
Priority to JP8420492A priority Critical patent/JPH0687675A/ja
Publication of JPH0687675A publication Critical patent/JPH0687675A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Laminated Bodies (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】他部材に接合する際に十分な接合強度を得るこ
とができる金属及びセラミックス積層体の製造方法を提
供することを目的とする。 【構成】一方の表面側に形成されたセラミックス又はセ
ラミックスを主体とする第1の層2と、他の表面側に形
成された金属又は金属を主体とする第2の層3と、これ
らの間に介装される1又は2以上の金属及びセラミック
スの混合層4とを有し、他の部材に接合されるべき金属
及びセラミックス積層体を製造する方法であって、前記
各層に対応する成形体を組成が連続的に変化するように
積層して積層成形体1を形成する工程と、この積層成形
体1を焼結させる工程と、これにより生成された積層体
13に対し、前記他の部材に接合させる温度又はその近
傍の温度で積層体13を治具14,15に挟むことによ
り矯正プレスを施す工程とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、熱応力緩和のための
傾斜機能材料として用いられる金属及びセラミックス積
層体の製造方法に関する。傾斜機能材料は、宇宙航空機
の外壁など表面が極めて高温となる用途に用いられる。
【0002】
【従来の技術】ロケット及び航空機の外壁材、エンジン
部材等、耐熱性及び放熱性を兼備していることが要求さ
れる用途へ適用される材料として、所謂傾斜機能材料が
注目されている。傾斜機能材料は、耐熱性が良好なセラ
ミックスと放熱性が良好な金属とを積層することで、高
耐熱性及び高放熱性を維持した材料をいい、このよう傾
斜機能材料の製造方法として、セラミックス、金属、こ
れらの混合体からなる成形体を作成し、これら成形体を
組成が連続的に変化するように積層し、この積層成形体
を焼結して、金属及びセラミックス積層体を製造する方
法が提案されている(特開平2−160550)。この
方法によれば、各層間の歪みが小さく、また各層間に発
生する熱応力を極めて小さくすることができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
傾斜機能材料としての金属及びセラミックス積層体は、
通常、冷却構造パネルにろう付け接合される。しかし、
上述のように製造された金属及びセラミックス積層体に
は焼結工程において、若干の反りの発生を避け得ず、特
に積層体が大型化すると、積層体の反りに起因して十分
な接合強度が得られないという問題点が生じる。
【0004】この発明はかかる事情に鑑みてなされたも
のであって、他部材に接合する際に十分な接合強度を得
ることができる金属及びセラミックス積層体の製造方法
を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段及び作用】この発明は、上
記課題を解決するために、一方の表面側に形成されたセ
ラミックス又はセラミックスを主体とする第1の層と、
他の表面側に形成された金属又は金属を主体とする第2
の層と、これらの間に介装される1又は2以上の金属及
びセラミックスの混合層とを有し、他の部材に接合され
るべき金属及びセラミックス積層体の製造方法であっ
て、前記各層に対応する成形体を組成が連続的に変化す
るように積層して積層成形体を形成する工程と、この積
層成形体を焼結させる工程と、これにより生成された焼
結体に対し、前記他の部材に接合させる温度又はその近
傍の温度で矯正プレスを施す工程とを具備することを特
徴とする金属及びセラミックス積層体の製造方法を提供
する。
【0006】本願発明者らは、上述の特開平2−160
550に開示された方法によって製造された金属及びセ
ラミックス積層体を冷却構造パネルに十分な接合強度で
接合する方法について検討を重ねた結果、接合温度で積
層体を矯正プレスすればよいこと見出した。このように
矯正プレスを行うことにより積層体の反りが軽減され、
積層体を十分な強度で冷却構造パネルに接合することが
できる。
【0007】
【実施例】以下、この発明の実施例について具体的に説
明する。
【0008】まず、積層体を構成する各層に対応する成
形体を作製する。成形はドクターブレード法で行うこと
が好適である。これら成形体は、金属、セラミックス又
はこれらの混合体と、バインダーなどの添加剤とで構成
されており、夫々異なる組成を有している。そして、こ
れら成形体を組成が連続するように積層して積層成形体
を作製する。この場合に、積層成形体を焼結したときの
収縮率を制御するために、粉末の粒度及び添加剤の配合
量を調節することが好ましい。
【0009】次に、この積層成形体を焼結させる。この
焼結に際しては通常融点の低い金属を考慮して、金属が
溶融せずしかもセラミックスが焼結可能な温度を選択す
る。この場合に、積層成形体の両側の層が、夫々その組
成の適正焼結温度になるように焼結温度を設定して行う
ことが好ましい。これは金属とセラミックスとで適正焼
結温度が著しく異なる場合に有効である。また、この焼
結処理は積層成形体を加圧しながら行うことが好まし
い。
【0010】この焼結工程の一例を図1に示す。焼成炉
10内には台部材12が設けられ、この台部材12上に
積層成形体1が載置される。積層成形体1の上方には加
圧部材11が設けられ、積層成形体1は台部材12と加
圧部材11との間に挟まれた状態で加圧部材11によっ
て加圧される。そして、積層成形体1はこのように加圧
された状態で焼成される。
【0011】この場合に、積層成形体1は、例えば、最
上層2がジルコニア、アルミナ等のセラミックスまたは
セラミックスリッチの金属との混合体で形成され、最下
層3がニッケル、鉄等の金属または金属リッチのセラミ
ックスとの混合体で形成され、これらの間の層4は最上
層2と最下層3との間の組成を有している。
【0012】この場合に、通常は金属のほうが焼結温度
が低いので、最上層側の温度が最下層側の温度よりも低
くなるように焼成温度をセットすることが好ましい。こ
れは最下層3に接している台部材12内に例えば冷却媒
体を通流させることにより達成することができる。な
お、この焼結工程は、金属の酸化防止の観点から真空
下、又は還元雰囲気中で行われる。
【0013】この焼結工程の後、焼結体には反り等が生
じているので矯正プレスに供される。この矯正プレス
は、平坦な表面を有する一対の治具の間に焼結後の積層
体を介在させて積層体に荷重を負荷することにより行わ
れる。この際に積層体の温度を、その後に積層体が接合
されるべき部材、例えば冷却構造パネルへの接合温度又
はその近傍温度になるようにセットする。少なくとも接
合温度付近で積層体が平坦になっていれば良好な接合状
態で接合されると考えられるからである。
【0014】このように各工程を経て、反りが矯正され
た金属及びセラミックス積層体が製造される。なお、矯
正プレスにより平坦になった積層体は、金属とセラミッ
クスとの熱膨張率の差に起因して若干反りが生じるが、
これは焼結体の反りより程度が小さく、しかもモデル計
算により算出可能なものである。
【0015】次に、この発明の具体的な実施例について
説明する。ここでは、セラミックスとしてジルコニア
(ZrO2 )を用い、金属としてニッケル(Ni)を用
いた場合について説明する。ZrO2 原料としては、東
ソー株式会社製Y2 3 部分安定化ZrO2 粉末TZ−
3Y、及び品川白煉瓦株式会社製安定化ZrO2 ファイ
バーY7Zを用い、またNi原料としては、インコリミ
テッド製Ni粉末INCOType123 を用いた。なお、Z
rO2 原料としては部分安定化ZrO2 を主体とし、収
縮調整用としてZrO2 ファイバーを用いた。
【0016】ここでセラミックスとしてZrO2 を選択
した理由は、セラミックス材料の中では熱膨張率がAl
2 3 の数分の1程度と比較的低く、耐熱性が大きいこ
と、及び熱膨張率が大きく金属材料との間の熱応力緩和
機能がより効果的に発揮できると考えられることによ
る。また、部分安定化ZrO2 を主体としたのは、熱衝
撃を受けた際に、正方晶から単斜晶への応力誘起変態の
際に生ずる微細な亀裂によって熱衝撃が緩和されるから
である。
【0017】一方、金属としてNiを用いた理由はZr
2 との熱膨脹率の相対的バランスから熱応力を小さく
することができると予想されること、及び融点が比較的
高く、かつ純金属なので積層体の製造中に相変化が少な
いと考えられるためである。
【0018】このような原料を用いて、(1)ZrO2
65%−Ni35%、(2)ZrO2 60%−Ni40
%、(3)ZrO2 40%−Ni60%、(4)ZrO
2 20%−Ni80%(いずれも体積%)の成形体(グ
リーンシート)を製造した。グリーンシートの製造はド
クターブレード法を用いて行った。すなわち、原料粉
末、バインダー、可塑剤、分散剤、溶媒等からなスラリ
ーを、ドクターブレード装置を用いて成形フィルム上に
一定の厚さで供給し、これを乾燥させてグリーンシート
とした。
【0019】このようにして製造された各組成のグリー
ンシートを組成が連続的に変化するように、すなわち、
上記(1)〜(4)の順になるように積層して積層成形
体を作製した。
【0020】次に、この積層成形体の脱脂を行った。脱
脂はバインダーの分解温度である450℃よりも若干高
い500℃で行った。なお、昇温速度は10℃/min と
し、炉内圧を5kg/cm2 とした。
【0021】脱脂後、積層成形体を焼結させた。焼結処
理はNiの酸化を防止するため、還元雰囲気(Ar+1
0%H2 )で行い、焼結温度はNiの融点である145
0℃よりもやや低い温度を選択し1400℃とした。こ
れにより60×60mmで厚さ約2.4mmの焼結体が
得られた。
【0022】なお、この各層の厚さは熱応力が最小にな
るように計算で求めた値に近似させるように定めた。こ
の組成及び厚さは、高温側のZrO2 表面の温度が16
00K、低温側のNi裏面の温度が800Kという高温
度落差環境下で、実際に熱応力緩和機能を発揮させるこ
とを目的として熱応力が最小となるよう、熱応力解析を
用いて設計された。
【0023】このようにして焼結体を2つ作製し(試料
1及び試料2とする)これらの反りを測定した。反りの
測定は、焼結体表面の幅方向をタッチロープで走査する
ことによって行った(使用装置:MITSUTOYO 製 表面形
状測定装置)。なお、測定はNiリッチ側で行った。そ
の結果、いずれの焼結体にも反りが見られ、試料1につ
いては図2の(a)に示すように、焼結体全体がNiリ
ッチ側を凸にして反っており、試料2では図2の(b)
に示すように、焼結体の両端部でNiリッチ側を凸にし
て反り、中央部では凹にして反っていることが確認され
た。凹凸の最大量は試料1で1.95mm、試料2で
0.69mmであった。
【0024】これら2つの焼結体(積層体)について矯
正プレスを行った。矯正プレスは、図3に示すような圧
縮試験治具14及び15に積層体13を挟むことによっ
て行った。その際にクロスヘッドの制御はストローク制
御で行い、ストローク速度を0.05mm/min とし、最
大荷重は50kgとした。また、矯正プレス温度は冷却構
造パネルとの接合温度である1100℃で行った。な
お、矯正プレスの際の炉内雰囲気は、Ar+10%H2
とした。
【0025】矯正プレス後の試料1及び2について、矯
正プレス前と同じ位置で同様にして反りを測定した。そ
の結果を図4に示す。試料1については図4の(a)に
示すように、反り量が最大0.81mmと反りが50%
以上軽減されていることが確認された。また、試料2に
ついては図4の(b)に示すように、反り量の最大値が
0.70mmとあまり変化していないが、プレス前の湾
曲が矯正されていることが確認された。この矯正プレス
後の冷却による反りは、ZrO2 とNiとの熱膨張差に
起因することが数値解析により確認された。なお、冷却
による積層体の反りは接合時に矯正温度近傍まで加熱さ
れることにより消滅し、再び平坦になると推測される。
また、このような矯正プレスによって積層体の層の剥離
は確認されなかった。
【0026】このように矯正プレスされて製造された積
層体を用いて、図5に示すような冷却パネルを作製し
た。まず、冷却構造パネル26の両側にろう材27によ
りマニホールド28を接合した。次いで積層体を44×
44mmに加工し、その下面にろう材23によりNi板
24を接合した。そしてNi板24をろう材25により
冷却構造パネル26に接合した。最後に、積層体21の
上面にZrO2 層22を溶射により形成し、冷却パネル
とした。試料1及び2とも積層体を十分な強度で接合す
ることができ、図5に示す冷却パネルが維持された。こ
の結果から、矯正プレスの有効性が確認された。
【0027】
【発明の効果】この発明によれば、他部材に接合する際
に十分な接合強度を得ることができる金属及びセラミッ
クス積層体の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明における焼結工程の一例を示す図。
【図2】焼結体の反りの状態を示す図。
【図3】矯正プレスの実施状態を説明する図。
【図4】矯正プレスされて得られた積層体の反りの状態
を示す図。
【図5】この発明に係る積層体を用いた冷却パネルを示
す側面図。
【符号の説明】
1;積層成形体、2,3,4;成形体、10;焼成炉、
11;加圧部材、12;台部材、13,21;積層体、
14,15;圧縮試験治具、22;ZrO2 層、23,
25,27;ろう材、24;Ni板、26;冷却構造パ
ネル、28;マニホールド。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 百歩 珠子 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 田村 学 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 藤原 力 愛知県名古屋市港区大江町10番地 三菱重 工業株式会社名古屋航空宇宙システム製作 所内 (72)発明者 永田 佐登司 愛知県名古屋市港区大江町10番地 三菱重 工業株式会社名古屋航空宇宙システム製作 所内 (72)発明者 清藤 晋一郎 愛知県名古屋市港区大江町10番地 三菱重 工業株式会社名古屋航空宇宙システム製作 所内 (72)発明者 新野 正之 宮城県角田市君萱字小金沢1番地 科学技 術庁航空宇宙技術研究所角田支所内 (72)発明者 塩田 一路 東京都目黒区中目黒2丁目3番12号 科学 技術庁金属材料技術研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一方の表面側に形成されたセラミックス
    又はセラミックスを主体とする第1の層と、他の表面側
    に形成された金属又は金属を主体とする第2の層と、こ
    れらの間に介装される1又は2以上の金属及びセラミッ
    クスの混合層とを有し、他の部材に接合されるべき金属
    及びセラミックス積層体の製造方法であって、前記各層
    に対応する成形体を組成が連続的に変化するように積層
    して積層成形体を形成する工程と、この積層成形体を焼
    結させる工程と、これにより生成された焼結体に対し、
    前記他の部材に接合させる温度又はその近傍の温度で矯
    正プレスを施す工程とを具備することを特徴とする金属
    及びセラミックス積層体の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記セラミックスはジルコニアであり、
    前記金属はニッケルであることを特徴とする請求項1に
    記載の金属及びセラミックス積層体の製造方法。
JP8420492A 1992-04-06 1992-04-06 金属及びセラミックス積層体の製造方法 Pending JPH0687675A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8420492A JPH0687675A (ja) 1992-04-06 1992-04-06 金属及びセラミックス積層体の製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8420492A JPH0687675A (ja) 1992-04-06 1992-04-06 金属及びセラミックス積層体の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0687675A true JPH0687675A (ja) 1994-03-29

Family

ID=13823957

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP8420492A Pending JPH0687675A (ja) 1992-04-06 1992-04-06 金属及びセラミックス積層体の製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0687675A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004507623A (ja) * 2000-08-29 2004-03-11 リキッドメタル テクノロジーズ 金属母体内に不安定酸化ジルコニウム粒子のある組成物を含む製品と、その製造法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004507623A (ja) * 2000-08-29 2004-03-11 リキッドメタル テクノロジーズ 金属母体内に不安定酸化ジルコニウム粒子のある組成物を含む製品と、その製造法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5350637A (en) Microlaminated composites and method
CA2616475A1 (en) Method of forming cmc component
EP0595075A2 (en) Microlaminated composites and method for preparing them
Nagano et al. Fabrication of zirconia-alumina functionally gradient material by superplastic diffusion bonding
EP0012995B1 (en) Process for producing abradable metal/ceramic seal structures, particularly for application on turbine engine surfaces, and seal structures produced according to the process
JPH0687675A (ja) 金属及びセラミックス積層体の製造方法
JPS5835954B2 (ja) 金属−セラミック多層摩耗性複合体を金属質基質に結着する方法
WO2022054684A1 (ja) セラミック板及びその製造方法、板ばね、セッター、並びにセラミック焼結体の製造方法
JP2803111B2 (ja) セラミックスの接合方法
JPH06298574A (ja) セラミック接合体及びその接合方法
JP2012082095A (ja) 複数のセラミックス部材を相互に接合する方法
JPH059393B2 (ja)
JP2568332B2 (ja) 少なくとも一部が金属間化合物からなる複合材の製造方法
JP2553865B2 (ja) 金属−セラミック積層接合体の製造方法
JP3035230B2 (ja) 積層セラミックスの製造方法
JPH02296778A (ja) セラミック超電導体の製法
Pope et al. Laminated object manufacturing of Si3N4 with enhanced properties
JP4119042B2 (ja) フラットディスプレイパネル熱処理用平板とその製造方法
JPS63179733A (ja) セラミツクスと金属の接合構造体およびその製造方法
JPS6357734A (ja) 繊維強化金属およびその製造法
JPH04295064A (ja) Al2 O3 /TiC複合材料の接合方法
JPH01313371A (ja) 金属母材とセラミックスとの中間緩衝構造体および接合方法
JPH01157469A (ja) 酸化物超電導材料の接合方法
JP2024522054A (ja) 平面状構造体の製造方法及び装置
JPH02160550A (ja) 金属及びセラミックス積層体の製造方法