JPH0761872A - セラミックス−金属接合体及びその製造方法 - Google Patents
セラミックス−金属接合体及びその製造方法Info
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- JPH0761872A JPH0761872A JP20636393A JP20636393A JPH0761872A JP H0761872 A JPH0761872 A JP H0761872A JP 20636393 A JP20636393 A JP 20636393A JP 20636393 A JP20636393 A JP 20636393A JP H0761872 A JPH0761872 A JP H0761872A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 急激な熱ショックや機械的な衝撃によって
も、クラックや破壊を起こすことのない、各種構造部材
として有用な、高強度、高信頼性、セラミックス−金属
接合体を提供する。 【構成】 セラミックスとして、Ｓｉ3 Ｎ4 ：ＳｉＣ微
粒子＝７０〜９０：３０〜１０（体積比）及びＴｉＣ及
び／又はＴｉＮ微粒子０．１〜１体積％のＳｉ3Ｎ4 −
ＳｉＣ−ＴｉＣ，ＴｉＮ粒子分散複合セラミックスを用
い、接合界面に熱処理により窒化物，炭化物，酸化物の
混合相を生成させて、インサート材を介して金属と接合
する。 【効果】 耐摩耗性、耐食性、耐久性、摺動性に優れる
上に、高強度かつ高靭性の粒子分散複合セラミックスを
用い、かつ、この粒子分散複合セラミックスの被接合面
を熱処理して接合性を高めることにより、著しく高強度
で信頼性に優れたセラミックス−金属接合体が提供され
る。
も、クラックや破壊を起こすことのない、各種構造部材
として有用な、高強度、高信頼性、セラミックス−金属
接合体を提供する。 【構成】 セラミックスとして、Ｓｉ3 Ｎ4 ：ＳｉＣ微
粒子＝７０〜９０：３０〜１０（体積比）及びＴｉＣ及
び／又はＴｉＮ微粒子０．１〜１体積％のＳｉ3Ｎ4 −
ＳｉＣ−ＴｉＣ，ＴｉＮ粒子分散複合セラミックスを用
い、接合界面に熱処理により窒化物，炭化物，酸化物の
混合相を生成させて、インサート材を介して金属と接合
する。 【効果】 耐摩耗性、耐食性、耐久性、摺動性に優れる
上に、高強度かつ高靭性の粒子分散複合セラミックスを
用い、かつ、この粒子分散複合セラミックスの被接合面
を熱処理して接合性を高めることにより、著しく高強度
で信頼性に優れたセラミックス−金属接合体が提供され
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はセラミックス−金属接合
体及びその製造方法に係り、特に、軽量で、耐久性、耐
摩耗性、強度等に優れ、機械や自動車等の構造部材とし
て有用な高性能セラミックス−金属接合体及びその製造
方法に関する。
体及びその製造方法に係り、特に、軽量で、耐久性、耐
摩耗性、強度等に優れ、機械や自動車等の構造部材とし
て有用な高性能セラミックス−金属接合体及びその製造
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】機械や自動車等の構造部材としては、耐
久性、耐摩耗性、強度等の特性に優れると共に、軽量な
材料が要求されており、このような要求特性を満たすも
のとして、高性能なセラミックス材料と金属材料との接
合部材が提案されている。
久性、耐摩耗性、強度等の特性に優れると共に、軽量な
材料が要求されており、このような要求特性を満たすも
のとして、高性能なセラミックス材料と金属材料との接
合部材が提案されている。
【０００３】セラミックス−金属接合体の製造技術の研
究における歴史は長く、従来、多くの研究がなされてい
る。例えば、接合に用いるロウ材や、セラミックスと金
属との間に介在させるインサート材の選定についての研
究がなされている。
究における歴史は長く、従来、多くの研究がなされてい
る。例えば、接合に用いるロウ材や、セラミックスと金
属との間に介在させるインサート材の選定についての研
究がなされている。
【０００４】現在、ロウ材としては、セラミックス及び
金属の界面のヌレ性を良くすることができるＡｇ−Ｃｕ
系のロウ材が主に用いられている。また、Ａｇ−Ｃｕ系
ロウ材にセラミックスに対して活性なＴｉを添加したロ
ウ材も多く用いられている。
金属の界面のヌレ性を良くすることができるＡｇ−Ｃｕ
系のロウ材が主に用いられている。また、Ａｇ−Ｃｕ系
ロウ材にセラミックスに対して活性なＴｉを添加したロ
ウ材も多く用いられている。
【０００５】一方、インサート材は、セラミックスと金
属との間にはさみ込んで両者の熱膨張率の差を緩和する
ものである。即ち、セラミックスは接合時の加熱によ
り、セラミックスと金属との熱膨張率の差に起因する熱
応力を受けて割れが発生するため、この熱応力の緩和の
ために、各種のインサート材を１層又は２層に介在させ
ている。例えば、特開昭６０−９６５８４号公報に開示
されるセラミックスと金属の接合方法においては、セラ
ミックスとしてＳｉ3 Ｎ4 ，ＳｉＣを用い、金属とセラ
ミックスの接合時の熱膨張差による割れを防止するため
にインサート材を用いている。
属との間にはさみ込んで両者の熱膨張率の差を緩和する
ものである。即ち、セラミックスは接合時の加熱によ
り、セラミックスと金属との熱膨張率の差に起因する熱
応力を受けて割れが発生するため、この熱応力の緩和の
ために、各種のインサート材を１層又は２層に介在させ
ている。例えば、特開昭６０−９６５８４号公報に開示
されるセラミックスと金属の接合方法においては、セラ
ミックスとしてＳｉ3 Ｎ4 ，ＳｉＣを用い、金属とセラ
ミックスの接合時の熱膨張差による割れを防止するため
にインサート材を用いている。
【０００６】従来、このインサート材としては、Ｎｉ，
Ｃｕ，Ｍｏ，Ｎｂが用いられている。
Ｃｕ，Ｍｏ，Ｎｂが用いられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来においては、セラ
ミックスとしてモノリシックなセラミックス（例えばＳ
ｉ3 Ｎ4 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ムライト，ＳｉＣ）を用いてい
るため、熱応力に対する靭性が不足し、接合強度の大き
なセラミックス−金属接合体は得られなかった。
ミックスとしてモノリシックなセラミックス（例えばＳ
ｉ3 Ｎ4 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ムライト，ＳｉＣ）を用いてい
るため、熱応力に対する靭性が不足し、接合強度の大き
なセラミックス−金属接合体は得られなかった。
【０００８】また、従来のセラミックス材料では、構造
部材としての耐摩耗性、耐久性、耐食性、摺動性等の要
求特性を十分に満たすことができなかった。
部材としての耐摩耗性、耐久性、耐食性、摺動性等の要
求特性を十分に満たすことができなかった。
【０００９】一方、接合時の熱応力の緩和のためには、
前述の如く、セラミックスと金属との間に各種のインサ
ート材を１層又は２層に介在させることが行なわれてい
るが、十分な効果は得られていない。接合強度をより一
層高めるために、セラミックスの表面をメタライズした
り、溶射するなどの方法も採用されている。
前述の如く、セラミックスと金属との間に各種のインサ
ート材を１層又は２層に介在させることが行なわれてい
るが、十分な効果は得られていない。接合強度をより一
層高めるために、セラミックスの表面をメタライズした
り、溶射するなどの方法も採用されている。
【００１０】しかしながら、メタライズや溶射法を採用
したものでも、高温における接着強度が低く、かつ、腐
食に対しても弱いという欠点がある。特に、溶射法で
は、セラミックスと溶射面との界面の接合強度が低く、
また、その溶射表面が多孔質となるため、ロウ材との均
密な接合は不可能である。
したものでも、高温における接着強度が低く、かつ、腐
食に対しても弱いという欠点がある。特に、溶射法で
は、セラミックスと溶射面との界面の接合強度が低く、
また、その溶射表面が多孔質となるため、ロウ材との均
密な接合は不可能である。
【００１１】本発明は上記従来の問題点を解決し、急激
な熱ショックや機械的な衝撃によっても、クラックや破
壊を起こすことのない、各種構造部材として有用な、高
強度、高信頼性、セラミックス−金属接合体を提供する
ことを目的とする。
な熱ショックや機械的な衝撃によっても、クラックや破
壊を起こすことのない、各種構造部材として有用な、高
強度、高信頼性、セラミックス−金属接合体を提供する
ことを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１のセラミックス
−金属接合体は、セラミックスと金属とをインサート材
を介して接合してなるセラミックス−金属接合体におい
て、該セラミックスが、Ｓｉ3 Ｎ4 をマトリックス相と
し、ＳｉＣ微粒子とＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒子とが
分散した粒子分散複合セラミックスであって、Ｓｉ3 Ｎ
4 とＳｉＣ微粒子とをＳｉ3 Ｎ4 ：ＳｉＣ微粒子＝７０
〜９０：３０〜１０（体積比）の割合で含み、かつ、Ｔ
ｉＣ及び／又はＴｉＮをＳｉ3 Ｎ4 及びＳｉＣ微粒子の
合計に対して０．１〜１体積％含み、該セラミックスの
接合界面は熱処理により窒化物と炭化物と酸化物との混
合相となっていることを特徴とする。
−金属接合体は、セラミックスと金属とをインサート材
を介して接合してなるセラミックス−金属接合体におい
て、該セラミックスが、Ｓｉ3 Ｎ4 をマトリックス相と
し、ＳｉＣ微粒子とＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒子とが
分散した粒子分散複合セラミックスであって、Ｓｉ3 Ｎ
4 とＳｉＣ微粒子とをＳｉ3 Ｎ4 ：ＳｉＣ微粒子＝７０
〜９０：３０〜１０（体積比）の割合で含み、かつ、Ｔ
ｉＣ及び／又はＴｉＮをＳｉ3 Ｎ4 及びＳｉＣ微粒子の
合計に対して０．１〜１体積％含み、該セラミックスの
接合界面は熱処理により窒化物と炭化物と酸化物との混
合相となっていることを特徴とする。
【００１３】請求項２のセラミックス−金属接合体の製
造方法は、請求項１に記載のセラミックス−金属接合体
を製造する方法であって、前記セラミックスの被接合面
を酸化雰囲気中で熱処理して窒化物と炭化物と酸化物と
の混合相を生成させた後、該セラミックスをロウ材及び
インサート材を介して金属と積層し、８５０〜１２００
℃で真空又は不活性雰囲気中にて焼成することを特徴と
する。
造方法は、請求項１に記載のセラミックス−金属接合体
を製造する方法であって、前記セラミックスの被接合面
を酸化雰囲気中で熱処理して窒化物と炭化物と酸化物と
の混合相を生成させた後、該セラミックスをロウ材及び
インサート材を介して金属と積層し、８５０〜１２００
℃で真空又は不活性雰囲気中にて焼成することを特徴と
する。
【００１４】即ち、セラミックスと金属との接合では、
セラミックスの破壊が最大のネックとなっていたが、従
来のセラミックス材料では、接合時の熱応力に十分に耐
えうるものは少なかった。本発明者らは、高耐久性、高
靭性の新規セラミックス材料を開発し、これをセラミッ
クス−金属接合体のセラミックス材料を用いることによ
り、本発明を完成させた。
セラミックスの破壊が最大のネックとなっていたが、従
来のセラミックス材料では、接合時の熱応力に十分に耐
えうるものは少なかった。本発明者らは、高耐久性、高
靭性の新規セラミックス材料を開発し、これをセラミッ
クス−金属接合体のセラミックス材料を用いることによ
り、本発明を完成させた。
【００１５】以下に本発明を詳細に説明する。
【００１６】まず、本発明で用いられる粒子分散複合セ
ラミックスについて説明する。
ラミックスについて説明する。
【００１７】本発明に係る粒子分散複合セラミックス
は、Ｓｉ3 Ｎ4 マトリックス相に第２成分としてＳｉＣ
微粒子が、第３成分としてＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒
子が、それぞれ、下記の割合で分散してなるものであ
る。なお、ＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒子の割合は、Ｓ
ｉ3 Ｎ4 とＳｉＣ微粒子との合計に対する割合である。
は、Ｓｉ3 Ｎ4 マトリックス相に第２成分としてＳｉＣ
微粒子が、第３成分としてＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒
子が、それぞれ、下記の割合で分散してなるものであ
る。なお、ＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒子の割合は、Ｓ
ｉ3 Ｎ4 とＳｉＣ微粒子との合計に対する割合である。
【００１８】Ｓｉ3 Ｎ4 ：ＳｉＣ微粒子＝７０〜９０：
３０〜１０（体積比） ＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒子＝０．１〜１体積％ ここで、Ｓｉ3 Ｎ4 の体積比が７０未満では複合材とし
ての特性が得られず、また、強度が著しく低下する。９
０を超えると相対的に第２，３成分の割合が低減し、第
２，３成分粒子を複合化させることによる本発明の効果
が十分に得られない。ＳｉＣ微粒子の複合化により、靭
性や強度、耐摩耗性の向上が図れるが、このＳｉＣ微粒
子の体積比が１０未満では、この改善効果が十分に得ら
れず、３０を超えると焼結性が悪くなる。従って、Ｓｉ
3 Ｎ4 ：ＳｉＣ微粒子＝７０〜９０：３０〜１０（体積
比）とする。
３０〜１０（体積比） ＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒子＝０．１〜１体積％ ここで、Ｓｉ3 Ｎ4 の体積比が７０未満では複合材とし
ての特性が得られず、また、強度が著しく低下する。９
０を超えると相対的に第２，３成分の割合が低減し、第
２，３成分粒子を複合化させることによる本発明の効果
が十分に得られない。ＳｉＣ微粒子の複合化により、靭
性や強度、耐摩耗性の向上が図れるが、このＳｉＣ微粒
子の体積比が１０未満では、この改善効果が十分に得ら
れず、３０を超えると焼結性が悪くなる。従って、Ｓｉ
3 Ｎ4 ：ＳｉＣ微粒子＝７０〜９０：３０〜１０（体積
比）とする。
【００１９】ＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒子は、ＳｉＣ
微粒子の複合化による特性向上効果を更に高め、より一
層の高靭性化を図る作用を奏し、その割合がＳｉ3 Ｎ4
とＳｉＣ微粒子の合計に対して０．１体積％未満では、
この作用が十分に得られず、１体積％を超えると焼結性
に問題を生じる。従って、ＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒
子の割合は０．１〜１体積％とする。
微粒子の複合化による特性向上効果を更に高め、より一
層の高靭性化を図る作用を奏し、その割合がＳｉ3 Ｎ4
とＳｉＣ微粒子の合計に対して０．１体積％未満では、
この作用が十分に得られず、１体積％を超えると焼結性
に問題を生じる。従って、ＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒
子の割合は０．１〜１体積％とする。
【００２０】本発明において、Ｓｉ3 Ｎ4 マトリックス
相中に分散している各微粒子は、それぞれ下記粒径範囲
のナノ粒子であることが好ましい。
相中に分散している各微粒子は、それぞれ下記粒径範囲
のナノ粒子であることが好ましい。
【００２１】ＳｉＣ微粒子の粒径：５０〜５００ｎｍ ＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒子の粒径：５０〜７００ｎ
ｍ このような粒子分散複合セラミックスは例えば次のよう
にして製造される。即ち、まず、粒径０．０５〜０．５
μｍ程度のＳｉ3 Ｎ4 粉末と、上記粒径範囲のＳｉＣ微
粒子とＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒子とをボールミル等
により５〜１０時間程度連続的に均一分散混合する。こ
の混合に当り、分散性を良くするために、有機系の分散
剤を用いることができる。
ｍ このような粒子分散複合セラミックスは例えば次のよう
にして製造される。即ち、まず、粒径０．０５〜０．５
μｍ程度のＳｉ3 Ｎ4 粉末と、上記粒径範囲のＳｉＣ微
粒子とＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒子とをボールミル等
により５〜１０時間程度連続的に均一分散混合する。こ
の混合に当り、分散性を良くするために、有機系の分散
剤を用いることができる。
【００２２】得られた混合原料を、ホットプレス法、常
圧焼結、ＨＩＰ等により焼結して、高密度粒子分散複合
セラミックスを得ることができる。
圧焼結、ＨＩＰ等により焼結して、高密度粒子分散複合
セラミックスを得ることができる。
【００２３】このような粒子分散複合セラミックスを用
いて接合体を製造するに当り、セラミックスとロウ材と
のヌレ性を良くし、より強固な接合体とするために、セ
ラミックスの被接合面を酸化雰囲気中（空気中）で熱処
理して、セラミックス中に酸素を拡散させて、接合界面
のセラミックス中のＮ及び／又はＣの一部をＯに置換
し、接合界面に、窒化物、炭化物、酸化物の３相混合層
を生成させる。
いて接合体を製造するに当り、セラミックスとロウ材と
のヌレ性を良くし、より強固な接合体とするために、セ
ラミックスの被接合面を酸化雰囲気中（空気中）で熱処
理して、セラミックス中に酸素を拡散させて、接合界面
のセラミックス中のＮ及び／又はＣの一部をＯに置換
し、接合界面に、窒化物、炭化物、酸化物の３相混合層
を生成させる。
【００２４】この混合相の生成のための熱処理は１００
０〜１２００℃で３０分〜１時間の条件で行なうことが
でき、これにより、セラミックスの接合界面に、窒化
物，炭化物，酸化物の混合相を生成させることができ
る。なお、この混合相中の酸化物の割合は２０〜４０重
量％、概ね３０重量％程度とすることにより、最良の接
合強度を得ることができる。
０〜１２００℃で３０分〜１時間の条件で行なうことが
でき、これにより、セラミックスの接合界面に、窒化
物，炭化物，酸化物の混合相を生成させることができ
る。なお、この混合相中の酸化物の割合は２０〜４０重
量％、概ね３０重量％程度とすることにより、最良の接
合強度を得ることができる。
【００２５】本発明においては、このようにして熱処理
により接合界面に窒化物，炭化物，酸化物混合相を生成
させた粒子分散複合セラミックスを用いてロウ材、イン
サート材及びロウ材を介在させて金属との接合を行な
う。
により接合界面に窒化物，炭化物，酸化物混合相を生成
させた粒子分散複合セラミックスを用いてロウ材、イン
サート材及びロウ材を介在させて金属との接合を行な
う。
【００２６】ロウ材としては、市販のＡｇ系ロウ材を用
いることができ、Ａｇ−Ｃｕ系、又はＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ
系のものを用いることができる。通常の場合、セラミッ
クス側のロウ材にはＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ロウ材を、ま
た、金属側のロウ材にはＡｇ−Ｃｕ系ロウ材を用いるの
が好ましい。このロウ材の厚さはセラミックス側，金属
側共に１００μｍ以下、特に７０〜１００μｍとするこ
とにより良好な接合強度が得られる。
いることができ、Ａｇ−Ｃｕ系、又はＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ
系のものを用いることができる。通常の場合、セラミッ
クス側のロウ材にはＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ロウ材を、ま
た、金属側のロウ材にはＡｇ−Ｃｕ系ロウ材を用いるの
が好ましい。このロウ材の厚さはセラミックス側，金属
側共に１００μｍ以下、特に７０〜１００μｍとするこ
とにより良好な接合強度が得られる。
【００２７】インサート材としては、安価なＣｕ又はＣ
ｕ合金を用いるのが好ましい。Ｃｕ及びＣｕ合金は展性
にも富み、熱応力を吸収する効果も大きく、本発明に好
適であるが、Ｃｕ又はＣｕ合金以外のインサート材を用
いることもできることは言うまでもない。
ｕ合金を用いるのが好ましい。Ｃｕ及びＣｕ合金は展性
にも富み、熱応力を吸収する効果も大きく、本発明に好
適であるが、Ｃｕ又はＣｕ合金以外のインサート材を用
いることもできることは言うまでもない。
【００２８】このインサート材の厚さは、厚すぎても、
薄すぎても、熱応力の緩和や接合の強化の面で十分な効
果は得られない。通常の場合、接合するセラミックスの
厚さが１〜５ｍｍであれば、インサート材の厚さは０．
１〜０．５ｍｍとするのが好適であり、特に、厚さ０．
３ｍｍ程度とするのが好ましい。
薄すぎても、熱応力の緩和や接合の強化の面で十分な効
果は得られない。通常の場合、接合するセラミックスの
厚さが１〜５ｍｍであれば、インサート材の厚さは０．
１〜０．５ｍｍとするのが好適であり、特に、厚さ０．
３ｍｍ程度とするのが好ましい。
【００２９】接合される金属としては、炭素鋼やクロム
合金鋼が挙げられるが、これらに限定されるものではな
い。
合金鋼が挙げられるが、これらに限定されるものではな
い。
【００３０】本発明における好適な接合手順は次の通り
である。 金属の被接合面に厚さ７０〜１００μｍのＡｇ−Ｃ
ｕ系ロウ材を置く。 次にインサート材として厚さ０．３ｍｍのＣｕ板を
置く。 このＣｕ板上に更に厚さ７０〜１００μｍのＡｇ−
Ｃｕ−Ｔｉ系ロウ材を置く。 最上部にセラミックスを前記熱処理面を下にして置
き、真空炉中で加熱する。接合温度は８５０〜１２００
℃，加圧力は０．１〜１ｋｇ／ｃｍ2 ，接合時間は３０
分〜６０分，接合雰囲気は約１０-4Ｔｏｒｒとするのが
好ましい。 これにより、接合部は全面に亘って巣のない良好な接合
体が得られる。
である。 金属の被接合面に厚さ７０〜１００μｍのＡｇ−Ｃ
ｕ系ロウ材を置く。 次にインサート材として厚さ０．３ｍｍのＣｕ板を
置く。 このＣｕ板上に更に厚さ７０〜１００μｍのＡｇ−
Ｃｕ−Ｔｉ系ロウ材を置く。 最上部にセラミックスを前記熱処理面を下にして置
き、真空炉中で加熱する。接合温度は８５０〜１２００
℃，加圧力は０．１〜１ｋｇ／ｃｍ2 ，接合時間は３０
分〜６０分，接合雰囲気は約１０-4Ｔｏｒｒとするのが
好ましい。 これにより、接合部は全面に亘って巣のない良好な接合
体が得られる。
【００３１】
【作用】本発明者らは、従来のモノリシックなＳｉ3 Ｎ
4 とは全く特性の異なる粒子分散複合セラミックスを開
発した。この材料はＳｉ3 Ｎ4 −ＳｉＣ−ＴｉＣ及び／
又はＴｉＮの３成分（又は４成分）系であり、高強度、
高靭性で耐食性、耐摩耗性、摺動特性に優れている。
4 とは全く特性の異なる粒子分散複合セラミックスを開
発した。この材料はＳｉ3 Ｎ4 −ＳｉＣ−ＴｉＣ及び／
又はＴｉＮの３成分（又は４成分）系であり、高強度、
高靭性で耐食性、耐摩耗性、摺動特性に優れている。
【００３２】本発明においては、セラミックスのマトリ
ックス相として、Ｓｉ3 Ｎ4 を用い、これに靭性や強
度、耐摩耗性を付与するため、ＳｉＣ微粒子を第２成分
として分散させた。更に、この第２成分の複合特性を高
めるために、第３成分としてのＴｉＣ及び／又はＴｉＮ
微粒子を分散させ、目的を十分に満足する粒子分散複合
セラミックスを開発した。
ックス相として、Ｓｉ3 Ｎ4 を用い、これに靭性や強
度、耐摩耗性を付与するため、ＳｉＣ微粒子を第２成分
として分散させた。更に、この第２成分の複合特性を高
めるために、第３成分としてのＴｉＣ及び／又はＴｉＮ
微粒子を分散させ、目的を十分に満足する粒子分散複合
セラミックスを開発した。
【００３３】本発明に係る粒子分散複合セラミックスに
おいては、Ｓｉ3 Ｎ4 マトリックス相の中に第２，第３
成分の微粒子が分散して、内部応力を誘起した状態にな
っているため極めて強度、靭性が高い材料となってい
る。
おいては、Ｓｉ3 Ｎ4 マトリックス相の中に第２，第３
成分の微粒子が分散して、内部応力を誘起した状態にな
っているため極めて強度、靭性が高い材料となってい
る。
【００３４】しかして、本発明に係る粒子分散複合セラ
ミックスは、従来のＳｉ3 Ｎ4 単味材料やＳｉ3 Ｎ4 −
ＳｉＣの２成分系の材料にくらべて強度特性が優れてい
るため、接合材料の素材として極めて優れたものとなっ
ている。
ミックスは、従来のＳｉ3 Ｎ4 単味材料やＳｉ3 Ｎ4 −
ＳｉＣの２成分系の材料にくらべて強度特性が優れてい
るため、接合材料の素材として極めて優れたものとなっ
ている。
【００３５】ところで、金属とセラミックスを接合する
に当り、金属とセラミックスの両方に相性の良い接合用
ロウ材を用いるが、この場合、特にセラミックスとロウ
材との接合強度が重要な因子となる。即ち、セラミック
スはロウ材に対するヌレ性が悪く、このため接合力が十
分でない。
に当り、金属とセラミックスの両方に相性の良い接合用
ロウ材を用いるが、この場合、特にセラミックスとロウ
材との接合強度が重要な因子となる。即ち、セラミック
スはロウ材に対するヌレ性が悪く、このため接合力が十
分でない。
【００３６】本発明では、このセラミックスとロウ材と
の接合をより強固なものとするために、セラミックスの
接合界面に熱処理を施し、部分的に酸化物を生じさせ、
接合界面に窒化物，炭化物，酸化物の３相を混在させ
る。一方で、ロウ材として、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系のもの
を用いた場合、ロウ材中のＴｉ成分は酸素との親和性が
強く、このためロウ材中に酸素が拡散し、従来にはない
強力な接合強度が得られる。
の接合をより強固なものとするために、セラミックスの
接合界面に熱処理を施し、部分的に酸化物を生じさせ、
接合界面に窒化物，炭化物，酸化物の３相を混在させ
る。一方で、ロウ材として、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系のもの
を用いた場合、ロウ材中のＴｉ成分は酸素との親和性が
強く、このためロウ材中に酸素が拡散し、従来にはない
強力な接合強度が得られる。
【００３７】従来のモノリシックな材料では靭性が低
く、熱処理による接合効果は十分ではないが、本発明に
係る粒子分散複合セラミックスによれば、従来からある
安価なロウ材とインサート材を用いて、高い接合強度を
有するセラミックス−金属接合体を得ることができる。
く、熱処理による接合効果は十分ではないが、本発明に
係る粒子分散複合セラミックスによれば、従来からある
安価なロウ材とインサート材を用いて、高い接合強度を
有するセラミックス−金属接合体を得ることができる。
【００３８】
【実施例】以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をよ
り具体的に説明する。
り具体的に説明する。
【００３９】なお、以下の実施例及び比較例において用
いた材料は次の通りである。
いた材料は次の通りである。
【００４０】 Ｓｉ3 Ｎ4 （宇部興産社製）：平均粒径０．３μｍ ＳｉＣ（イビデン社製）：平均粒径３００ｎｍ ＴｉＣ（日本新金属社製）：平均粒径２００ｎｍ ＴｉＮ（日本新金属社製）：平均粒径２００ｎｍ 実施例１，２，比較例１，２ まず、表１に示す割合でＳｉ3 Ｎ4 とＳｉＣとＴｉＣ又
はＴｉＮとをボールミルにより約１０時間混合した後
（ただし、比較例２ではＳｉ3 Ｎ4 のみを用いた。）、
１７００℃で２時間ホットプレス焼結した。なお、得ら
れた焼結体の物性は表１に示す通りであった。得られた
セラミックス焼結体の被接合面を１２００℃で３０分
間、大気圧下で電気炉内にて熱処理し、酸化物を約３０
重量％含む窒化物、炭化物、酸化物混合相を生成させた
（ただし、比較例１ではこの熱処理を行なわなかっ
た。）。
はＴｉＮとをボールミルにより約１０時間混合した後
（ただし、比較例２ではＳｉ3 Ｎ4 のみを用いた。）、
１７００℃で２時間ホットプレス焼結した。なお、得ら
れた焼結体の物性は表１に示す通りであった。得られた
セラミックス焼結体の被接合面を１２００℃で３０分
間、大気圧下で電気炉内にて熱処理し、酸化物を約３０
重量％含む窒化物、炭化物、酸化物混合相を生成させた
（ただし、比較例１ではこの熱処理を行なわなかっ
た。）。
【００４１】このようにして得られたセラミックス焼結
体（厚さ２ｍｍ，直径３０ｍｍの円板）を肉厚２ｍｍ、
高さ３０ｍｍ、直径３０ｍｍの中空円筒形状の炭素鋼
（Ｓ４５Ｃ）に接合した。
体（厚さ２ｍｍ，直径３０ｍｍの円板）を肉厚２ｍｍ、
高さ３０ｍｍ、直径３０ｍｍの中空円筒形状の炭素鋼
（Ｓ４５Ｃ）に接合した。
【００４２】ロウ材としてはセラミックス側にＡｇ−Ｃ
ｕ−Ｔｉ系ロウ材、金属側にＡｇ−Ｃｕ系ロウ材（共に
厚さ７０μｍ，田中貴金属社製）を用い、インサート材
としては厚さ０．３ｍｍのＣｕ板を用いて、前記〜
の手順に従って接合した。電気炉は１０-4Ｔｏｒｒの真
空雰囲気で加熱し、温度８７０℃，時間３０分，加圧力
０．１ｋｇ／ｃｍ2 で接合を行なった。
ｕ−Ｔｉ系ロウ材、金属側にＡｇ−Ｃｕ系ロウ材（共に
厚さ７０μｍ，田中貴金属社製）を用い、インサート材
としては厚さ０．３ｍｍのＣｕ板を用いて、前記〜
の手順に従って接合した。電気炉は１０-4Ｔｏｒｒの真
空雰囲気で加熱し、温度８７０℃，時間３０分，加圧力
０．１ｋｇ／ｃｍ2 で接合を行なった。
【００４３】各セラミックス−金属接合体について、接
合強度等を調べ結果を表１に示した。
合強度等を調べ結果を表１に示した。
【００４４】表１より明らかなように、本発明に係る粒
子分散複合セラミックスは高靭性、高硬度かつ高強度で
あり、このような粒子分散複合セラミックスを用いた本
発明の接合体については、次のことが明らかである。即
ち、比較例２と実施例１，２との比較により、本発明の
セラミックス−金属接合体は接合強度が非常に大きく、
優れた接合体であることが明らかである。また、比較例
１と実施例１，２との比較により、熱処理により接合強
度が向上することが明らかである。
子分散複合セラミックスは高靭性、高硬度かつ高強度で
あり、このような粒子分散複合セラミックスを用いた本
発明の接合体については、次のことが明らかである。即
ち、比較例２と実施例１，２との比較により、本発明の
セラミックス−金属接合体は接合強度が非常に大きく、
優れた接合体であることが明らかである。また、比較例
１と実施例１，２との比較により、熱処理により接合強
度が向上することが明らかである。
【００４５】
【表１】
【００４６】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明のセラミック
ス−金属接合体及びその製造方法によれば、耐摩耗性、
耐食性、耐久性、摺動性に優れる上に、高強度かつ高靭
性の粒子分散複合セラミックスを用い、かつ、この粒子
分散複合セラミックスの被接合面を熱処理して接合性を
高めることにより、著しく高強度で信頼性に優れたセラ
ミックス−金属接合体が提供される。
ス−金属接合体及びその製造方法によれば、耐摩耗性、
耐食性、耐久性、摺動性に優れる上に、高強度かつ高靭
性の粒子分散複合セラミックスを用い、かつ、この粒子
分散複合セラミックスの被接合面を熱処理して接合性を
高めることにより、著しく高強度で信頼性に優れたセラ
ミックス−金属接合体が提供される。
Claims (2)
- 【請求項１】 セラミックスと金属とをインサート材を
介して接合してなるセラミックス−金属接合体におい
て、 該セラミックスが、Ｓｉ3 Ｎ4 をマトリックス相とし、
ＳｉＣ微粒子とＴｉＣ及び／又はＴｉＮ微粒子とが分散
した粒子分散複合セラミックスであって、Ｓｉ3 Ｎ4 と
ＳｉＣ微粒子とをＳｉ3 Ｎ4 ：ＳｉＣ微粒子＝７０〜９
０：３０〜１０（体積比）の割合で含み、かつ、ＴｉＣ
及び／又はＴｉＮをＳｉ3 Ｎ4 及びＳｉＣ微粒子の合計
に対して０．１〜１体積％含み、 該セラミックスの接合界面は熱処理により窒化物と炭化
物と酸化物との混合相となっていることを特徴とするセ
ラミックス−金属接合体。 - 【請求項２】 請求項１に記載のセラミックス−金属接
合体を製造する方法であって、 前記セラミックスの被接合面を酸化雰囲気中で熱処理し
て窒化物と炭化物と酸化物との混合相を生成させた後、
該セラミックスをロウ材及びインサート材を介して金属
と積層し、８５０〜１２００℃で真空又は不活性雰囲気
中にて焼成することを特徴とするセラミックス−金属接
合体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20636393A JPH0761872A (ja) | 1993-08-20 | 1993-08-20 | セラミックス−金属接合体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20636393A JPH0761872A (ja) | 1993-08-20 | 1993-08-20 | セラミックス−金属接合体及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0761872A true JPH0761872A (ja) | 1995-03-07 |
Family
ID=16522088
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20636393A Withdrawn JPH0761872A (ja) | 1993-08-20 | 1993-08-20 | セラミックス−金属接合体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0761872A (ja) |
-
1993
- 1993-08-20 JP JP20636393A patent/JPH0761872A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20001031 |