JPH0729858B2 - セラミツクスと金属との接合方法 - Google Patents
セラミツクスと金属との接合方法Info
- Publication number
- JPH0729858B2 JPH0729858B2 JP60101236A JP10123685A JPH0729858B2 JP H0729858 B2 JPH0729858 B2 JP H0729858B2 JP 60101236 A JP60101236 A JP 60101236A JP 10123685 A JP10123685 A JP 10123685A JP H0729858 B2 JPH0729858 B2 JP H0729858B2
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- Japan
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- metal
- joining
- ceramics
- alloy
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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ス部品、特に耐熱性を必要とする機
械部品及び電子部品等の接合に利用できるセラミックス
と金属との接合方法に関する。
械部品及び電子部品等の接合に利用できるセラミックス
と金属との接合方法に関する。
本出願人が先に提案している特願昭58−209036号の公開
公報（特開昭60−103081号公報）に記載のようにセラミ
ックスと金属との接合に用いるインサート材としてAlあ
るいはAl合金が用いられている。
公報（特開昭60−103081号公報）に記載のようにセラミ
ックスと金属との接合に用いるインサート材としてAlあ
るいはAl合金が用いられている。
一方、Alをインサート材としない接合法、例えば特開昭
59−83984号公報に開示された接合法では、850℃付近で
セラミックスと金属とをろう付けしている。
59−83984号公報に開示された接合法では、850℃付近で
セラミックスと金属とをろう付けしている。
しかし、上記従来技術において、Alをインサート材とし
て用いる方法により製作されたものはAlが低融点金属で
あるため、接合部の耐熱性即ち耐熱温度はAlが溶融温度
以下でしかなかった。
て用いる方法により製作されたものはAlが低融点金属で
あるため、接合部の耐熱性即ち耐熱温度はAlが溶融温度
以下でしかなかった。
又、Alをインサート材としない方法では、接合温度から
室温までの温度落差は大きく、セラミックスと金属との
熱膨張差に起因して発生する熱応力は大きくなり、接合
強度は低い。又、耐熱性については、少なくとも使用し
ている銀ろう（BAg−８）の固相線（780℃）より低いと
判断される。
室温までの温度落差は大きく、セラミックスと金属との
熱膨張差に起因して発生する熱応力は大きくなり、接合
強度は低い。又、耐熱性については、少なくとも使用し
ている銀ろう（BAg−８）の固相線（780℃）より低いと
判断される。
本発明の目的は、接合部の耐熱性が高いセラミックスと
金属との接合方法を提供することにある。
金属との接合方法を提供することにある。
上記目的は、セラミックスと金属との接合面間にインサ
ート材を介在させて加熱すると共に加圧してセラミック
スと金属とを接合する方法において、前記インサート材
はTi,Hf,Ta及びNbのいずれかの金属の両側にAl又はAl合
金を配置した積層構造からなるものを用いることにより
達成される。
ート材を介在させて加熱すると共に加圧してセラミック
スと金属とを接合する方法において、前記インサート材
はTi,Hf,Ta及びNbのいずれかの金属の両側にAl又はAl合
金を配置した積層構造からなるものを用いることにより
達成される。
Ti,Hf,Ta及びNbのいずれかの金属の両側にAl又はAl合金
を配置した層状のインサート材を、セラミックスと金属
との間に配置して加熱，加圧することにより、Al又はAl
合金は、被接合材であるセラミックス及び金属と反応す
るとともにインサート材の中央に配置した金属とも反応
して合金化し、接合部にはAlは残存しなくなる。Alとイ
ンサート材の中央に配置した金属との合金相はAlより融
点が高いため、接合部の耐熱性が向上する。また、Alの
溶融温度より低い温度においてAl又はAl合金は接してい
る部材と反応するため、接合温度はAlの溶融温度以下で
よい。したがって被接合部材間に発生する熱応力は低く
抑えることができる。
を配置した層状のインサート材を、セラミックスと金属
との間に配置して加熱，加圧することにより、Al又はAl
合金は、被接合材であるセラミックス及び金属と反応す
るとともにインサート材の中央に配置した金属とも反応
して合金化し、接合部にはAlは残存しなくなる。Alとイ
ンサート材の中央に配置した金属との合金相はAlより融
点が高いため、接合部の耐熱性が向上する。また、Alの
溶融温度より低い温度においてAl又はAl合金は接してい
る部材と反応するため、接合温度はAlの溶融温度以下で
よい。したがって被接合部材間に発生する熱応力は低く
抑えることができる。
本発明の第１実施例として炭化ケイ素（SiC）と鋼との
接合例を第１図を用いて説明する。
接合例を第１図を用いて説明する。
第１図に示すように、Cr−Mo鋼１とSiC2の間にAlを心材
としAl−Si合金を両表皮材とする三層のAl−Siクラッド
材（15μｍ厚さ）３を２枚、そのAl−Siクラッド材の間
に配置したTi箔（60μｍ）４からなる積層構造のインサ
ート材５を挿入し、接合温度610℃，接合圧力1kg/mm2,
接合時間30min,真空中（10-4Torr）の条件で拡散接合し
た。この場合、610℃の加熱により、SiCとAl,AlとTi及
びAlとFeとが反応し、結果的にCr−Mo鋼１とSiC2とは接
合する。ここで、Alは、Ti及びFeと合金化するため、接
合部には残存せず、Al4C3,Ti3Al,TiAl3,Ti9Al23,Fe2A
l5、などの化合物に変化している。これらの化合物の融
点はAlの融点よりもはるかに高い。したがって、接合部
の耐熱性は向上する。従来の方法では接合部の耐熱性は
300℃までであるのに対し、本実施例では600℃まで室温
と同等の接合強度を示した。
としAl−Si合金を両表皮材とする三層のAl−Siクラッド
材（15μｍ厚さ）３を２枚、そのAl−Siクラッド材の間
に配置したTi箔（60μｍ）４からなる積層構造のインサ
ート材５を挿入し、接合温度610℃，接合圧力1kg/mm2,
接合時間30min,真空中（10-4Torr）の条件で拡散接合し
た。この場合、610℃の加熱により、SiCとAl,AlとTi及
びAlとFeとが反応し、結果的にCr−Mo鋼１とSiC2とは接
合する。ここで、Alは、Ti及びFeと合金化するため、接
合部には残存せず、Al4C3,Ti3Al,TiAl3,Ti9Al23,Fe2A
l5、などの化合物に変化している。これらの化合物の融
点はAlの融点よりもはるかに高い。したがって、接合部
の耐熱性は向上する。従来の方法では接合部の耐熱性は
300℃までであるのに対し、本実施例では600℃まで室温
と同等の接合強度を示した。
本発明の第２実施例としてSi3N4と鋼との接合に超硬合
金を用いた場合について第２図を用いて説明する。
金を用いた場合について第２図を用いて説明する。
予めCr−Mo鋼１に超硬合金（WC−Co合金）６を拡散接合
（接合温度1030℃，接合圧力1.5kg/mm2,接合時間30mi
n）したものとSi3N47との間に、第２図に示すように２
枚のAl−Siクラッド材（15μｍ厚さ）８とTi箔（60μ
ｍ）９からなる積層構造のインサート材10を挿入し、接
合温度610℃，接合圧力1kg/mm2,接合時間30minの条件で
真空中（10-4Torr）で拡散接合した。この場合、接合部
のAlは、Si3N4,Ti及び超硬合金と反応するが、特にTiと
の反応は顕著で、AlのほとんどはAlとTiの化合物（Al3T
i,Ti9Al23など）となる。そして接合部はSi3N47とAl−S
iクラッド材８との反応層,Al−Siクラッド材とTi箔９と
の化合物層,Ti箔9,Al−Siクラッド材８とTi箔９の化合
物層,Al−Siクラッド材８と超硬合金６との反応層から
なり、結果的にSi3N47と鋼１とは超硬合金６及び前記反
応層，化合物層を介して接合される。そして、前記反応
層，化合物層の融点はAlの融点よりも高く、耐熱性は向
上する。本発明では超硬合金を挿入した理由は、第１実
施例に示したようなAlとFeとの化合物層の形成をなくす
ため及びセラミックスと金属との熱膨張差を小さくし熱
応力の発生を緩和するためである。AlとFeとの化合物は
TiとAlとの化合物に比べて脆弱であるから、高い接合強
度を得るためには、AlとFeとの化合物は形成させない方
が良い。又、セラミックスと金属との熱膨張差が大きい
ほど、発生する熱応力は大きくなるため、熱応力緩和の
点からも、超硬合金をセラミックスと金属との間に挿入
した方が良い。
（接合温度1030℃，接合圧力1.5kg/mm2,接合時間30mi
n）したものとSi3N47との間に、第２図に示すように２
枚のAl−Siクラッド材（15μｍ厚さ）８とTi箔（60μ
ｍ）９からなる積層構造のインサート材10を挿入し、接
合温度610℃，接合圧力1kg/mm2,接合時間30minの条件で
真空中（10-4Torr）で拡散接合した。この場合、接合部
のAlは、Si3N4,Ti及び超硬合金と反応するが、特にTiと
の反応は顕著で、AlのほとんどはAlとTiの化合物（Al3T
i,Ti9Al23など）となる。そして接合部はSi3N47とAl−S
iクラッド材８との反応層,Al−Siクラッド材とTi箔９と
の化合物層,Ti箔9,Al−Siクラッド材８とTi箔９の化合
物層,Al−Siクラッド材８と超硬合金６との反応層から
なり、結果的にSi3N47と鋼１とは超硬合金６及び前記反
応層，化合物層を介して接合される。そして、前記反応
層，化合物層の融点はAlの融点よりも高く、耐熱性は向
上する。本発明では超硬合金を挿入した理由は、第１実
施例に示したようなAlとFeとの化合物層の形成をなくす
ため及びセラミックスと金属との熱膨張差を小さくし熱
応力の発生を緩和するためである。AlとFeとの化合物は
TiとAlとの化合物に比べて脆弱であるから、高い接合強
度を得るためには、AlとFeとの化合物は形成させない方
が良い。又、セラミックスと金属との熱膨張差が大きい
ほど、発生する熱応力は大きくなるため、熱応力緩和の
点からも、超硬合金をセラミックスと金属との間に挿入
した方が良い。
第３図に、従来のAlをインサート材とした接合法（曲線
１）と本発明による接合法（曲線２）との高温曲げ試験
結果を示す。従来は、耐熱性300℃までであったのに対
し、本発明の方法により接合した接合部材の耐熱性は60
0℃以上であった。
１）と本発明による接合法（曲線２）との高温曲げ試験
結果を示す。従来は、耐熱性300℃までであったのに対
し、本発明の方法により接合した接合部材の耐熱性は60
0℃以上であった。
上記各実施例ではAlより融点の高い金属としてTiを選ん
だが、Hf,TaあるいはNbを用いた場合も、Tiと同様、良
好な結果が得られた。これらを選んだ理由は、いずれも
活性な金属であり、かつ、熱膨張係数が小さいため、接
合性が良好で、かつ、熱応力が緩和できるからである。
だが、Hf,TaあるいはNbを用いた場合も、Tiと同様、良
好な結果が得られた。これらを選んだ理由は、いずれも
活性な金属であり、かつ、熱膨張係数が小さいため、接
合性が良好で、かつ、熱応力が緩和できるからである。
本発明によれば次のような効果がある。
（１）AlとTi,Hf,Ta及びNbのいずれかの金属とを反応さ
せ、Alを合金化するため、Alの融点以上に耐熱性を向上
できる。
せ、Alを合金化するため、Alの融点以上に耐熱性を向上
できる。
（２）Alをインサート材としているため、接合温度が60
0℃程度と低い。その結果として、セラミックスと金属
との熱膨張差に起因して発生する熱応力は比較的小さ
く、顕著な接合強度の低下なしに、耐熱性を向上させる
ことができる。
0℃程度と低い。その結果として、セラミックスと金属
との熱膨張差に起因して発生する熱応力は比較的小さ
く、顕著な接合強度の低下なしに、耐熱性を向上させる
ことができる。
第１図〜第３図は本発明接合方法の説明図で、第１図は
Cr−Mo鋼とSiCとを接合する実施例、第２図はCr−Mo鋼
と超硬合金とを接合する他の実施例、第３図は従来法と
本発明接合方法の温度と曲げ強度との関係を示す。 １……Cr−Mo鋼、２……SiC、3,8……クラッド材、4,9
……Ti箔、5,10……インサート材、６……超硬合金、７
……Si3N4。
Cr−Mo鋼とSiCとを接合する実施例、第２図はCr−Mo鋼
と超硬合金とを接合する他の実施例、第３図は従来法と
本発明接合方法の温度と曲げ強度との関係を示す。 １……Cr−Mo鋼、２……SiC、3,8……クラッド材、4,9
……Ti箔、5,10……インサート材、６……超硬合金、７
……Si3N4。
Claims (3)
- 【請求項１】セラミックスと金属との接合面間にインサ
ート材を介在させて加熱すると共に加圧してセラミック
スと金属とを接合する方法において、前記インサート材
はTi,Hf,Ta及びNbのいずれかの金属の両側にAl又はAl合
金を配置した積層構造からなるものを用いることを特徴
とするセラミックスと金属との接合方法。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、前記セラ
ミックスと接合する金属は接合面にあらかじめ超硬合金
を接合したものであることを特徴とするセラミックスと
金属との接合方法。 - 【請求項３】特許請求の範囲第１項において、前記Al合
金は、Al合金の両側を、Al−Si合金ではさんだ三層構造
のものであり、Al−Si合金の融点以上の温度に加熱した
ことを特徴とするセラミックスと金属との接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60101236A JPH0729858B2 (ja) | 1985-05-15 | 1985-05-15 | セラミツクスと金属との接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60101236A JPH0729858B2 (ja) | 1985-05-15 | 1985-05-15 | セラミツクスと金属との接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61261277A JPS61261277A (ja) | 1986-11-19 |
| JPH0729858B2 true JPH0729858B2 (ja) | 1995-04-05 |
Family
ID=14295263
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60101236A Expired - Lifetime JPH0729858B2 (ja) | 1985-05-15 | 1985-05-15 | セラミツクスと金属との接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0729858B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60103081A (ja) * | 1983-11-09 | 1985-06-07 | 株式会社日立製作所 | 炭化ケイ素と金属との接合方法 |
| JPH0788262B2 (ja) * | 1985-04-01 | 1995-09-27 | 株式会社日立製作所 | 窒化ケイ素と金属との接合方法 |
-
1985
- 1985-05-15 JP JP60101236A patent/JPH0729858B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61261277A (ja) | 1986-11-19 |
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