JPH1135380A - Method for bonding ceramic and metal - Google Patents

Method for bonding ceramic and metal

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JPH1135380A
JPH1135380A JP19278197A JP19278197A JPH1135380A JP H1135380 A JPH1135380 A JP H1135380A JP 19278197 A JP19278197 A JP 19278197A JP 19278197 A JP19278197 A JP 19278197A JP H1135380 A JPH1135380 A JP H1135380A
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JP
Japan
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metal
joining
bonding
ceramic
ceramics
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JP19278197A
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Japanese (ja)
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Zenichi Mochizuki
月 善 一 望
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Shibaura Machine Co Ltd
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Toshiba Machine Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bonding method giving high bonding strength of a ceramic and a metallic material, having a wide application range regardless of the kind of metal and ensuring easy bonding operation. SOLUTION: A metal and a ceramic having 5-20% porosity in at least the surface layer of the bonding face are placed opposite to each other as a pair of bodies 1, 2 to be bonded and a layer 3 of a bonding metal having a lower m.p. than the metal to be bonded is held between the bodies 1, 2. They are heated in vacuum and held at the melting temp. of the bonding metal for a prescribed time to allow the bonding metal to penetrate into the pores 4 in the ceramics and the bodies 1, 2 to be bonded are bonded by the anchoring effect of the penetrated metal.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックスと金
属の接合方法に係り、特に、接着剤、ろう材を用いずに
セラミックスと金属を高い強度で接合し得るセラミック
スと金属の接合方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for joining ceramics and metal, and more particularly, to a method for joining ceramics and metal with high strength without using an adhesive or brazing material.

【0002】[0002]

【従来の技術】高硬度、耐摩耗性、耐食性、耐熱性など
に優れている特質を利用して、セラミックスの用途は拡
大している。これに伴い、セラミックスと金属とを接合
する技術の重要性が大きくなっている。
2. Description of the Related Art The use of ceramics has been expanding by utilizing the characteristics of being excellent in high hardness, wear resistance, corrosion resistance, heat resistance and the like. Along with this, the importance of technology for joining ceramics and metal has increased.

【0003】従来、セラミックスと金属との接合方法に
は、簡単な方法として有機系接着剤を用いたり、無機系
接着剤を用いる接合方法がある。
Conventionally, as a simple method of joining ceramics and metal, there is a joining method using an organic adhesive or an inorganic adhesive.

【0004】セラミックスの接合に使われる有機系接着
剤には、エポキシ系、ポリウレタン系などの接着強度の
大きい接着剤がある。有機系接着剤は、安価で接着操作
が簡単であるが耐熱性がなく、接合部が200℃以上の
高温になると、接着強度が0.01kgf/cm2以下
になり、耐熱性の要求される部材の接着には適さない。
As an organic adhesive used for joining ceramics, there is an adhesive having a high adhesive strength such as an epoxy adhesive or a polyurethane adhesive. Organic adhesives are inexpensive and easy to bond, but do not have heat resistance. When the temperature of the joint becomes 200 ° C. or more, the adhesive strength becomes 0.01 kgf / cm 2 or less, and heat resistance is required. Not suitable for bonding members.

【0005】これに対して、無機系接着剤には耐火セメ
ントのように、650℃くらいまで加熱できるものもあ
るが、接着強度が低く、また、気密性が悪い欠点があ
る。
[0005] On the other hand, some inorganic adhesives, such as refractory cement, can be heated to about 650 ° C, but have the disadvantages of low adhesive strength and poor airtightness.

【0006】このほか接着剤による接合方法以外で、セ
ラミックスと金属との接合に使用される従来の接合方法
には、活性金属法、フリット法が知られている。
In addition to the bonding method using an adhesive, other conventional bonding methods used for bonding ceramics and metal include an active metal method and a frit method.

【0007】活性金属法は、Ti、Zrなどの活性金属
を入れたろう材を用いる接合方法である。この活性金属
法は、ろう材がぬれるようにTi、Zr、TiH2を混
合したろう材をセラミックスと金属の間に介在させて真
空中や不活性ガス中でろう付けを行う。この活性金属法
は、接合操作が比較的簡単な接合方法である。
[0007] The active metal method is a joining method using a brazing material containing an active metal such as Ti or Zr. In this active metal method, brazing is performed in a vacuum or an inert gas by interposing a brazing material mixed with Ti, Zr, and TiH 2 between the ceramic and the metal so that the brazing material is wetted. This active metal method is a joining method whose joining operation is relatively simple.

【0008】フリット法は、接合面の間に入れたガラス
粉末を溶融してセラミックスと金属を接合する方法であ
る。このフリット法は、酸化物セラミックス、非酸化物
セラミックスと適用範囲が広い接合方法である。
[0008] The frit method is a method of melting glass powder put between bonding surfaces to bond ceramics and metal. This frit method is a bonding method that has a wide range of application to oxide ceramics and non-oxide ceramics.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、セラミ
ックスの製造技術、加工技術の進歩によって、過酷な条
件で使われる機械材料として金属に代わってセラミック
スが適用される領域が拡がっており、従来の有機系接着
剤や無機系接着剤によって得られる接着強度、耐熱性で
は要求に答えられなくなっている。
However, due to advances in ceramic manufacturing and processing techniques, the area in which ceramics can be used in place of metals as mechanical materials used under harsh conditions has been expanding. The demands cannot be met with the adhesive strength and heat resistance obtained with adhesives and inorganic adhesives.

【0010】従来の活性金属法によりセラミックスと金
属を接合する場合、、Ti、Zr等の活性金属が高価な
うえに、微妙な接合条件の違いが接合品質に大きく影響
するという難点がある。
When a ceramic and a metal are joined by the conventional active metal method, there is a problem that an active metal such as Ti or Zr is expensive and that a delicate difference in joining conditions greatly affects the joining quality.

【0011】従来のフリット法は、高温に加熱してガラ
ス粉末を溶融するために、セラミックスと接合すべき金
属がCu合金などの低融点金属の接合には適用できない
欠点があった。
The conventional frit method has a drawback that the metal to be bonded to ceramics cannot be applied to bonding of a low melting point metal such as a Cu alloy because the glass powder is melted by heating to a high temperature.

【0012】そこで、本発明の目的は、前記従来技術の
有する問題点を解消し、セラミックスと金属材料との高
い接合強度を得られるとともに、金属の種類を問わず広
い適用範囲を有し、しかも、接合操作も簡易に行えるよ
うにしたセラミックスと金属の接合方法を提供すること
にある。
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, obtain a high bonding strength between ceramics and a metal material, and have a wide application range regardless of the type of metal. It is another object of the present invention to provide a method of joining ceramics and metal, which can easily perform a joining operation.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明による接合方法は、セラミックスからなる
一方の被接合体と、金属からなる他方の被接合体とを接
合する方法であって、少なくとも接合面表層の気孔率を
5〜20%有するセラミックスと金属の被接合体対の接
合面の間に被接合金属より低融点の金属材料からなる接
合金属の層を挟み、前記接合金属層を挟持した被接合体
対を真空中で加熱し、前記接合金属が溶融する温度を所
定時間保持しセラミックス中の気孔に前記接合金属を浸
透させることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, a joining method according to the present invention is a method of joining one of a ceramic body and another metal body. A bonding metal layer made of a metal material having a melting point lower than that of the metal to be bonded is sandwiched between bonding surfaces of a pair of a ceramic and a metal having a porosity of at least 5 to 20% in a surface layer of the bonding surface; The bonding object pair holding the layer is heated in a vacuum, the temperature at which the bonding metal is melted is maintained for a predetermined time, and the bonding metal penetrates into pores in the ceramic.

【0014】本発明による接合方法は、セラミックス中
に存在する気孔を利用し、この気孔に接合金属層の金属
を浸透させ、浸透した金属のアンカー効果によって、セ
ラミックスの被接合体と金属の被接合体とを接合する。
この接合方法により接合した場合、接合部の耐熱性を得
られ、被接合金属が低融点であれば、被接合金属に合わ
せてより低融点の接合金属を用いることができ、金属の
種類も限定されずに広い適用範囲を有する。また、接合
に活性金属を用いる活性金属法に較べて、アルミニウ
ム、銅およびこれらの合金を接合金属層に利用できるた
め、低コストである。
The bonding method according to the present invention utilizes pores present in ceramics, infiltrates the metal of the bonding metal layer into the pores, and uses the anchor effect of the permeated metal to effect bonding between the ceramic body and the metal. Joins the body.
When joined by this joining method, the heat resistance of the joint is obtained, and if the metal to be joined has a low melting point, a joining metal having a lower melting point can be used according to the metal to be joined, and the type of metal is also limited. Without having a wide range of application. Further, as compared with the active metal method using an active metal for bonding, aluminum, copper and their alloys can be used for the bonding metal layer, so that the cost is low.

【0015】セラミックスの気孔率は、5〜20%であ
るとともに、前記接合金属層の厚さは、セラミックスの
平均気孔径の2〜5倍であることが、十分な接合強度を
得るためには好ましい。
The porosity of the ceramic is 5 to 20%, and the thickness of the bonding metal layer is 2 to 5 times the average pore diameter of the ceramic. preferable.

【0016】また、前記接合金属層としては、Au、A
g、Al、Cu、これらの合金等の高展伸性金属材料の
箔を被接合体の接合面の間に挟んで用いるようにしても
よく、また、前記接合金属層としては、金属の被接合体
の接合面に蒸着または溶着された金属皮膜を利用しても
よい。
The bonding metal layer may be made of Au, A
g, Al, Cu, or a foil of a highly malleable metal material such as an alloy thereof may be sandwiched between the joining surfaces of the joined objects, and the joining metal layer may be formed of a metal. A metal film deposited or welded on the joining surface of the joined body may be used.

【0017】さらに、本発明による接合方法では、気孔
率が前記の範囲から外れたセラミックスであっても、そ
のセラミックスの被接合体の接合面にセラミックスの微
粉末をプラズマ溶射し、前記セラミックスの被接合体の
接合面表層の気孔径、気孔率を調整する前処理を予め行
うようにしてもよい。これによれば、本発明の接合方法
を適用可能なセラミックスの範囲を拡大することができ
る。
Further, in the bonding method according to the present invention, even if the porosity of the ceramic is out of the above range, the ceramic fine powder is plasma-sprayed on the bonding surface of the ceramic body to be bonded, and the ceramic is coated. A pretreatment for adjusting the pore diameter and the porosity of the surface layer of the joint surface of the joined body may be performed in advance. According to this, the range of ceramics to which the joining method of the present invention can be applied can be expanded.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明によるセラミックス
と金属の接合方法の一実施形態について、添付の図面を
参照して説明する。図1において、1は金属材料からな
る被接合体、2はセラミックスからなる被接合体を示
す。一方の被接合体1の金属材料の適用範囲としては、
鋼材、銅およびその合金、タングステン、モリブデンお
よびその合金、チタンおよびその合金などをはじめとし
て、どのような鉄鋼材料、あるいは非鉄金属材料であっ
てもよい。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the method for joining ceramics and metal according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an object to be joined made of a metal material, and 2 denotes an object to be joined made of ceramics. The applicable range of the metal material of the one joined body 1 is as follows.
Any steel or non-ferrous metal material may be used, including steel, copper and its alloys, tungsten, molybdenum and its alloys, titanium and its alloys, and the like.

【0019】他方の被接合体2のセラミックスの適用範
囲についても、アルミナセラミックス、ジルコニアセラ
ミックスなどの酸化物系のセラミックスや、窒化珪素セ
ラミックスなどの窒化物系セラミックスをはじめとし
て、どのような種類のセラミックスであってもよい。
Regarding the applicable range of the ceramics of the other body 2, any type of ceramics including oxide ceramics such as alumina ceramics and zirconia ceramics and nitride ceramics such as silicon nitride ceramics can be used. It may be.

【0020】セラミックスの種類は問わないが、十分な
接合強度を得るためには、気孔率が5〜20%であるこ
とが好ましい。この気孔率については、当初からその範
囲にあるようにセラミックスを成形することはもちろ
ん、本来の気孔率が5〜20%の範囲外にあるセラミッ
クスであっても、接合するに際して、プラズマ溶射によ
り当該セラミックスの微粉末を溶射することにより、接
合面2aの表層部における気孔率を5〜20%の範囲に
調整するようにしてもよい。また、後述するように、気
孔の大きさ、すなわち、平均気孔径も接合強度と関係し
てくる。この平均気孔径も溶射法により、接合面2aの
表層部について調整するようにしてもよい。
Although the type of ceramics is not limited, the porosity is preferably 5 to 20% in order to obtain sufficient bonding strength. Regarding the porosity, it is possible to form the ceramic so as to be within the range from the beginning, and even if the original porosity is out of the range of 5 to 20%, the ceramic is sprayed at the time of joining. By spraying ceramic fine powder, the porosity of the surface layer of the joint surface 2a may be adjusted to a range of 5 to 20%. Further, as described later, the size of the pores, that is, the average pore diameter is also related to the bonding strength. This average pore diameter may also be adjusted for the surface layer of the joint surface 2a by a thermal spraying method.

【0021】金属の被接合体1、セラミックスの被接合
体2の接合面1a、2aの間で、厚さのごく薄い金属の
箔または、蒸着あるいは溶射によって形成した金属皮膜
からなる接合金属層3を挟んでおき、この状態のまま真
空炉に入れて加熱する。高い接合強度を得るためには、
接合金属層3の厚さtは、セラミックスの気孔4の大き
さと関係してくるが、これについては後述する。
A bonding metal layer 3 made of a very thin metal foil or a metal film formed by vapor deposition or thermal spraying between the bonding surfaces 1a and 2a of the metal bonding target 1 and the ceramic bonding target 2 , And put in a vacuum furnace and heat it in this state. To obtain high bonding strength,
The thickness t of the bonding metal layer 3 is related to the size of the pores 4 of the ceramic, which will be described later.

【0022】接合金属層3として用いる金属箔として
は、Alおよびその合金、Cuおよびその合金、Agお
よびその合金、Auおよびその合金といった展伸性の高
い金属材料の箔が用いられる。そして、金属箔は被接合
体1、2の接合面1a、2aで挟んでから加圧される。
As the metal foil used as the joining metal layer 3, a foil of a highly malleable metal material such as Al and its alloy, Cu and its alloy, Ag and its alloy, Au and its alloy is used. Then, the metal foil is pressed after being sandwiched between the joining surfaces 1a and 2a of the joined objects 1 and 2.

【0023】真空炉での加熱は、接合金属層3の金属が
溶ける温度(融点近傍)まで加熱し、この温度が所定時
間保持される。加熱温度は、接合金属層3の金属の種類
に応じて変わってくる。また、接合金属層3の金属は、
被接合体1の金属よりも低い融点の金属である。したが
って、被接合体1の材質が融点の低い金属の場合は、接
合金属層3には、融点の低いアルミニウムを用いるよう
にすればよい。
In the heating in the vacuum furnace, heating is performed to a temperature at which the metal of the bonding metal layer 3 melts (near the melting point), and this temperature is maintained for a predetermined time. The heating temperature changes according to the type of metal of the bonding metal layer 3. The metal of the bonding metal layer 3 is
It is a metal having a lower melting point than the metal of the body 1 to be joined. Therefore, when the material of the body 1 to be bonded is a metal having a low melting point, the bonding metal layer 3 may be formed of aluminum having a low melting point.

【0024】その後、被接合体1、2を真空炉内で冷却
し、金属の被接合体1とセラミックスの被接合体2の接
合が終了する。
Thereafter, the objects 1 and 2 are cooled in a vacuum furnace, and the joining of the metal object 1 and the ceramic object 2 is completed.

【0025】次に、図2は、被接合体1、2の接合状態
を模式的に表した図である。接合金属層3の金属は、真
空炉で加熱される間に、セラミックスの被接合体2の接
合面2aから内部に浸透して気孔4に入り込み、また、
被接合体1とは金属同士で溶着し合う。これにより、被
接合体1、2は接合金属層3を介して接合される。
Next, FIG. 2 is a view schematically showing the joined state of the objects 1 and 2 to be joined. The metal of the bonding metal layer 3 penetrates into the pores 4 from the bonding surface 2 a of the ceramic body 2 while being heated in the vacuum furnace, and enters the pores 4.
The metal is welded to the article 1 to be joined. As a result, the objects 1 and 2 are joined via the joining metal layer 3.

【0026】[0026]

【実施例】次に、本発明による金属とセラミックスの接
合方法の具体的な実施例を挙げ、特に、セラミックスの
気孔率と接合強度との関係およびセラミックスの気孔の
大きさと接合金属層の厚さとの関係について、説明す
る。 第1実施例 被接合体1を鋼材(JIS S20C)、被接合体2を
アルミナセラミックスとして、接合金属層3にアルミニ
ウム箔を用いた。このアルミニウム箔を被接合体1、2
の接合面1a、2aの間に挟んで加圧し、真空炉に入れ
て670℃で約10分間保持した。この実施例の場合、
表1に示すように、気孔率、気孔4の大きさ、アルミニ
ウム箔の厚さのそれぞれ異なる20種類のサンプルにつ
いて接合し、その接合強度を万能試験機で試験した。
EXAMPLES Next, specific examples of the method of joining a metal and a ceramic according to the present invention will be described. In particular, the relationship between the porosity of the ceramic and the joining strength, the size of the pores of the ceramic and the thickness of the joining metal layer will be described. Will be described. First Example The object 1 was steel (JIS S20C), the object 2 was alumina ceramics, and the joining metal layer 3 was aluminum foil. This aluminum foil is bonded to the objects 1 and 2
And pressurized between the joining surfaces 1a and 2a, and placed in a vacuum furnace and maintained at 670 ° C. for about 10 minutes. In this example,
As shown in Table 1, 20 kinds of samples having different porosity, the size of the pores 4, and the thickness of the aluminum foil were respectively bonded, and the bonding strength was tested with a universal testing machine.

【0027】[0027]

【表1】 この表1からわかるように、セラミックスの気孔率が1
%、3%のサンプル1、2は他のサンプルに較べて接合
強度が著しく劣っている。気孔率が低くすぎると接合金
属層3の金属が被接合体2に浸透しようにも金属の入り
込む余地がないため、接合強度が低下すると考えられ
る。他方、気孔率が25%、30%のサンプル19、2
0も接合強度が低いことがわかる。これは、セラミック
スに浸透する金属量は増加するけれども、浸透する金属
によって、逆に、セラミックス自体の強度が低下するた
めと考えられる。
[Table 1] As can be seen from Table 1, the porosity of the ceramic is 1
% And 3%, samples 1 and 2 have significantly inferior bonding strength as compared with the other samples. If the porosity is too low, there is no room for the metal in the bonding metal layer 3 to penetrate into the body 2 to be bonded, so that the bonding strength is considered to decrease. On the other hand, samples 19, 2 having porosity of 25% and 30%
It can be seen that the bonding strength is also low at 0. This is thought to be because although the amount of metal that permeates the ceramic increases, the strength of the ceramic itself decreases due to the permeating metal.

【0028】したがって、十分な接合強度を得るための
セラミックスの気孔率は、5〜20%である。
Therefore, the porosity of the ceramic for obtaining a sufficient bonding strength is 5 to 20%.

【0029】この気孔率の範囲は、必要条件であって、
この範囲にあっても、サンプル10のように、接合強度
の低いものがある。そこで、次に、接合強度と気孔の大
きさおよび接合金属層の厚さとの関係について説明す
る。
This porosity range is a necessary condition,
Even in this range, there are samples such as sample 10 having low bonding strength. Therefore, next, the relationship between the bonding strength, the size of the pores, and the thickness of the bonding metal layer will be described.

【0030】[0030]

【表2】 表2は、表1のサンプルのうち、気孔率が10%、15
%のサンプルについて、接合強度を昇順に並べたもので
ある。この表2は接合金属層の金属がろう材として好適
に働くためには、気孔径dと接合金属層の厚さtには相
関的な関係があることを示している。10%、15%の
サンプルについて共通して、気孔径dに対して接合金属
層の厚さtが厚すぎると接合強度が低くなる傾向が見て
取れる。また、接合金属層の厚さtが薄すぎてもだめで
あり、機械部品として十分な接合強度を得るためには、
接合金属層の厚さtは平均気孔径dの2〜5倍程度あれ
ば良い。
[Table 2] Table 2 shows that among the samples of Table 1, the porosity was 10%, 15%.
%, The joining strength is arranged in ascending order. Table 2 shows that there is a correlation between the pore diameter d and the thickness t of the bonding metal layer in order for the metal of the bonding metal layer to function suitably as a brazing material. It can be seen that the joint strength tends to decrease when the thickness t of the joining metal layer is too large with respect to the pore diameter d, common to the 10% and 15% samples. Also, it is useless if the thickness t of the joining metal layer is too thin. In order to obtain sufficient joining strength as a mechanical part,
The thickness t of the joining metal layer may be about 2 to 5 times the average pore diameter d.

【0031】第2実施例 被接合体1をTi合金(Ti−4Al−6V)、被接合
体2を窒化珪素セラミックスとして、接合金属層3に2
0μmの厚さの金箔を用いた。この金箔を被接合体1、
2の接合面1a、2aの間に挟んで加圧し、真空炉に入
れて1060℃で約15分間保持した。
SECOND EXAMPLE The bonding object 1 is made of a Ti alloy (Ti-4Al-6V) and the bonding object 2 is made of silicon nitride ceramics.
A gold foil having a thickness of 0 μm was used. This gold foil is bonded to the object 1
2 was pressed between the joining surfaces 1a and 2a, and was placed in a vacuum furnace and maintained at 1060 ° C. for about 15 minutes.

【0032】この第2実施例の場合、窒化珪素セラミッ
クスの気孔率は5%であり、平均気孔径dは5μmであ
る。使用した金箔の厚さは、平均気孔径dの4倍であ
る。接合強度は、6kgf/mm2と、かなり高い価が
得られた。
In the case of the second embodiment, the porosity of the silicon nitride ceramic is 5%, and the average pore diameter d is 5 μm. The thickness of the used gold foil is four times the average pore diameter d. The joining strength was as high as 6 kgf / mm 2 .

【0033】第3実施例 被接合体1を鋼材(JIS SCM440)、被接合体
2をジルコニアセラミックスとして、接合金属層3に2
0μmの厚さのアルミニウム箔を用いた。
THIRD EXAMPLE The article 1 to be joined is made of steel (JIS SCM440) and the article 2 is made of zirconia ceramics.
An aluminum foil having a thickness of 0 μm was used.

【0034】この第3実施例では、被接合体2のジルコ
ニアセラミックスは気孔率1%以下のものを用いた。そ
して、この低い気孔率のジルコニアセラミックスの接合
面2aに100μmの厚さに、プラズマ溶射によってジ
ルコニアセラミックスの微粉末を溶射し、ジルコニアセ
ラミックスの表層部の気孔率を10%で、平均気孔径d
を10μmに調整する前処理を施した。
In the third embodiment, the zirconia ceramic of the article 2 to be bonded has a porosity of 1% or less. Then, a fine powder of zirconia ceramics is sprayed onto the joining surface 2a of the porosity zirconia ceramic to a thickness of 100 μm by plasma spraying, the porosity of the surface layer portion of the zirconia ceramic is 10%, and the average porosity d.
Was adjusted to 10 μm.

【0035】このような被接合体1、2の接合面1a、
2aの間にアルミニウム箔を挟んで加圧し、真空炉に入
れて670℃で約10分間保持した。この第3実施例の
場合、前処理によりジルコニアセラミックスの接合面2
aの表層の気孔率を高めたが、冷却後、接合強度を測定
したところ、4.5kgf/mm2と良い結果が得られ
た。
The joining surfaces 1a of the objects 1 and 2
The aluminum foil was sandwiched between 2a and pressurized, placed in a vacuum furnace and maintained at 670 ° C. for about 10 minutes. In the case of the third embodiment, the bonding surface 2 of zirconia ceramics is
Although the porosity of the surface layer of a was increased, the joint strength was measured after cooling, and a good result of 4.5 kgf / mm 2 was obtained.

【0036】第4実施例 被接合体1を鋼材(JIS S20C)、被接合体2を
気孔率10%のジルコニアセラミックスとして接合し
た。接合金属層3としては5μmの厚さのアルミニウム
の皮膜を被接合体1の接合面1aに蒸着法により形成し
た。このアルミニウム皮膜を介して被接合体1、2の接
合面1a、2aを突き合わせたまま、被接合体1、2を
真空炉に入れて650℃で約10分間保持した。
Fourth Embodiment A bonded article 1 was bonded as a steel material (JIS S20C), and a bonded article 2 was bonded as a zirconia ceramic having a porosity of 10%. As the joining metal layer 3, a 5 μm-thick aluminum film was formed on the joining surface 1 a of the article 1 by vapor deposition. With the joining surfaces 1a and 2a of the joined bodies 1 and 2 facing each other through the aluminum film, the joined bodies 1 and 2 were placed in a vacuum furnace and held at 650 ° C. for about 10 minutes.

【0037】この第4実施例の場合、冷却後、接合強度
を測定したところ、3.0kgf/mm2という結果を
得た。
In the case of the fourth embodiment, after cooling, when the bonding strength was measured to give the result that 3.0 kgf / mm 2.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、セラミックスと金属材料とを高い接合強度、
耐熱性をもって接合することができ、金属の種類を問わ
ず広い適用範囲を有し、しかも、接合操作も簡易に低コ
ストで行うことができる。
As is clear from the above description, according to the present invention, high bonding strength between ceramics and a metal material is achieved.
It can be joined with heat resistance, has a wide range of application irrespective of the kind of metal, and can be easily and inexpensively joined.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明によるセラミックスと金属の接合方法の
一実施形態の説明図。
FIG. 1 is an explanatory view of one embodiment of a method for bonding a ceramic and a metal according to the present invention.

【図2】セラミックスと金属との接合状態を模式的に示
す図。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a bonding state between a ceramic and a metal.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 被接合体(セラミックス) 1a 接合面 2 被接合体(金属) 2a 接合面 3 接合金属層 4 気孔 d 気孔径 t 接合金属層厚 Reference Signs List 1 bonded object (ceramic) 1a bonded surface 2 bonded object (metal) 2a bonding surface 3 bonding metal layer 4 pore d pore diameter t bonding metal layer thickness

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】セラミックスからなる一方の被接合体と、
金属からなる他方の被接合体とを接合する方法であっ
て、 少なくとも接合面表層の気孔率を5〜20%有するセラ
ミックスと金属の被接合体対の接合面の間に被接合金属
より低融点の金属材料からなる接合金属の層を挟み、 前記接合金属層を挟持した被接合体対を真空中で加熱
し、 前記接合金属が溶融する温度を所定時間保持しセラミッ
クス中の気孔に前記接合金属を浸透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。
1. An object to be joined comprising ceramics,
A method for joining another metal object to be joined, wherein the melting point is lower than that of the metal to be joined between at least the joining surfaces of the ceramic and metal object pairs having a porosity of 5 to 20% in the surface layer of the joining surface. The joining metal layer sandwiching the joining metal layer is heated in a vacuum, and the temperature at which the joining metal is melted is held for a predetermined time, and the joining metal is inserted into the pores of the ceramic. A method of joining ceramics and metal, characterized by infiltrating a ceramic.
【請求項2】前記接合金属層の厚さは、セラミックスの
平均気孔径の2〜5倍であることを特徴とする請求項1
に記載のセラミックスと金属の接合方法。
2. The bonding metal layer according to claim 1, wherein the thickness of the bonding metal layer is 2 to 5 times the average pore diameter of the ceramic.
3. The method for joining ceramics and metal according to 1.
【請求項3】前記接合金属層は、高展伸性金属材料の箔
からなることを特徴とする請求項1または2に記載のセ
ラミックスと金属の接合方法。
3. The method according to claim 1, wherein the joining metal layer is made of a foil of a highly malleable metal material.
【請求項4】前記接合金属層は、金属の被接合体の接合
面に蒸着または溶着された金属皮膜からなることを特徴
とする請求項1または2に記載のセラミックスと金属の
接合方法。
4. The method according to claim 1, wherein the joining metal layer is formed of a metal film deposited or deposited on a joining surface of a metal member to be joined.
【請求項5】前記セラミックスの被接合体の接合面にセ
ラミックスの微粉末をプラズマ溶射し、前記セラミック
スの被接合体の接合面表層の気孔径、気孔率を調整する
前処理を行うことを特徴とする請求項1、2、3または
4のいずれかの項に記載のセラミックスと金属の接合方
法。
5. A pre-treatment for plasma-spraying a ceramic fine powder on a bonding surface of the ceramic body to be bonded and adjusting a pore diameter and a porosity of a surface layer of a bonding surface of the ceramic body to be bonded. The method for joining ceramics and metal according to any one of claims 1, 2, 3, and 4.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1737034A1 (en) * 2004-04-05 2006-12-27 Mitsubishi Materials Corporation Al/AlN JOINT MATERIAL, BASE PLATE FOR POWER MODULE, POWER MODULE AND PROCESS FOR PRODUCING Al/AlN JOINT MATERIAL

Cited By (3)

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EP1737034A4 (en) * 2004-04-05 2010-11-03 Mitsubishi Materials Corp Al/AlN JOINT MATERIAL, BASE PLATE FOR POWER MODULE, POWER MODULE AND PROCESS FOR PRODUCING Al/AlN JOINT MATERIAL
US8164909B2 (en) 2004-04-05 2012-04-24 Mitsubishi Materials Corporation Al/AlN joint material, base plate for power module, power module, and manufacturing method of Al/AlN joint material

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