JPS5836985A - 接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、窒化けい素質セラミックスと、窒化けい素質
セラミック大、酸化物系セラずツクス。

金属のうちから選ばれる相手材とを接合するのに適した
接合部−に関する。

近年、資源が豊富で優れ九耐熱性や耐食性などをもつセ
ラミックスに対する関心が非常に高まつてきておシ、原
子力用材料、宇宙航空用材料、燃焼機関（ガソリンエン
ジン、ガスタービンエンジン）層材料、工具用材料、化
学耐食用材料等々の広い分野にわ九って開発が続けられ
ている。この場合、部品（製品）の全体を同一のセラミ
ックス材料で構成することも当然あるが、複雑形状部品
や部品の各部分で要求特性が異なる場合などには、セラ
ミックス同士あるいはセラミックスとセラミックス以外
の材料との間で接合を行なうことも必要になってくる。

一方、セラミックスには酸化物系と非酸化物系があり、
それぞれに一長一短を有しているが、最近は窒化物や炭
化物などの弗酸化物系セラミックスに対してより関心が
寄せられている。

例えば、窒化けい素質セラミックス同士を接合させるに
際し、当＃接合部分を高パワー密度熱源により加熱し九
場合には、窒素成分の蒸発が生ずるため、溶融接合する
ことはできない。それゆえ、接合部分に８１粉末を介在
させて窒化雰囲気中で加熱することによる接合部分の反
応焼結を利用して接合する方法や、接合部分に窒化けい
素質セラミックス粉末と焼結助剤とを介在させてホット
プレスする方法などが考えられている。しかしながら、
接合強度が不十分であったり、複雑な形状のものの接合
の場合にホットプレスが困離であったりするなどの問題
を有していた。

を念、窒化けい素質セラ２ツクスと金属とを接合させる
場合には、機械的な方法として、ボルト。

圧入、焼ばめ、鋳ぐるみ等の手段を利用したり、化学的
な方法として、接着剤を使用したりするなどの方法が考
えられてい九が、機械的な接合部分では接合部に亀裂を
生じたり、接合強度が十分でなかったりするなどの問題
を有していた。

本発明は、上述し九従来の問題点く着目してなされ九も
ので、十分な接合強度をもち、複雑形状部品に対する接
合も容易であり、機械的カ加工を施したりまた接着剤を
使用したりすることなく窒化けい素質セラミックスと相
手材とを接合することができる方法を提供することを目
的としている。

本発明は、窒化けい素質セラミックスと、窒化ｌけい素
質セラミックス、酸化物系セラミックス。

金属のうちから選ばれる相手材とを接合するに際し、前
記窒化けい素質セラミックスと前記相手材との間に酸化
物を介在させ、高ノ（ワー密度熱源からの熱を前記酸化
物に当てることによυ当咳酸化物を溶融させ、溶融した
酸化−と窒化けい素質セラミックスおよび相手材との反
応により接合させることを特徴としている。

窒化けい素質セラミックスとしては、Ｓ１粉末を窒化雰
囲気中で加熱し、窒化反応と焼結を同時に行表わせる反
応焼結法によるもの中、窒化けい素粉末に焼結助剤を加
えた成形体を常圧下、窒素雰囲気加圧下、１軸加圧下等
の条件下で一緒させる方法（雰囲気焼結法、、ホットプ
レス法等）によるものなどがある。すなわち、焼結助剤
を用いなイＳｉ、Ｎ４（７）ホか、ｍｍ助剤に！ツ’ｔ
”、Ｓｔ、Ｎ、　−ＭｇＯ系ｅ　Ｓｉ、Ｎ４．−　Ａｚ
、ｏｓ系ｅ　８’ｌＮ４−　ＹＩＯｍ系その他のＳｉ　
Ｎ　−酸化物系のものなどが適用される。

４ また、相手材としての窒化けい素質セラミックスについ
ても、上記した窒化けい素質セラミックスの中から適宜
選択することかで龜、この場合、窒化けい素質セラミッ
クス同士の接合において両者が必らずしも同−成分系で
ある必要はない。相手材としての酸化物系造うミックス
には、従来既知の種々のものがあり、μｍ０３　＊　８
１０１　ｓ　ＭｇＯ＊ＺｒＯ＠　ｅ　Ｂｏｏ等を始め、
二元系のムライト（ＡＡ、Ｏ。

−ｓｔｏ、　＞　＊スビネｖ　（ＡＬ、０．−ＭｇＯ）
その他三元系以上の種々のものが適用で龜る。−さらに
、相手材としての金属には、鉄系および非鉄系のものの
中から選んで適用することができ、例えば、Ｆｅあるい
はＦ・基合金、ＮｌあるいはＮ１基合金、ＣＯあるいは
（０基合金その他の金属ｔたは合金を適宜使用すること
がで暑る。

窒化けい素質セラミックスと相手材との閑に介在させる
酸化物として社、例えば、ムｔ、ｏ、　；　Ｍｇ０ｓＹ
、０．　ｔ　ＢａＯ、Ｃ＠ｏ、　、　Ｚｒ０１　ｔ　８
１０１　ｅ　ＴＩＯ，ｅ　Ｃｒｙ。

Ｆ・、ｏ、　、　８ｎＯ等々のものがあり、これら酸化
物０１種または２種以上上適宜選択して混合物あるいは
化合物の形で使用する。この場合、酸化物金粉末として
介在させるほか、繊維状や薄片（薄板）１状として介在
させることも可能である。

接合に際して前記酸化物を溶融させるには高ノ（ワー密
度熱源を使用するのが良い。これは、全般的に溶融点の
高い上記酸化物を短時間のうちに溶融し、かつ窒化けい
素質セラミックスに上記熱源からの熱が照射されてＮ、
の蒸発が生ずるのを防ぐ丸めである。このような高）（
ワー密度熱源としては、パワー密度が１０４〜１０’Ｗ
／２１程度以上のアーク、プラズマジェット、電子ビー
ム、レーザビームなどを使用することがより望ましい。

実施例　１ 幅１０■、長さ３０　ｍ　、厚さ５■の８’ｌＮ４反応
焼結体１．２（添付−参照）を用意し、一方の反応焼結
体１に深さｄ　Ｗ　４　ｍ　、幅Ｗ−１，５箇の開先１
ｓ３ｆ、加工して突き合わせ九。次いで、上記開先δ１
、　内に表１に示す種々の酸化物４の粉末を詰めて介在
すせた状−でプラズマジェットにより上記酸化物４を溶
融し、溶融した酸化物とＳ’ｌＮ４反応焼結体１．２と
を反応させて接合し九。このときのプ０ラズマ溶接の条
件は、出力４　Ｑ　ｋｗ　、溶接速度１５０画／　ｍ　
ｉ　ｎでおこなった。次いで、溶接後の曲げ強度ｔ−４
点曲げ試験法はより測定した。仁の試験において、上部
荷重点間距離を１ｏ■、下部支接点間距離を３０鴫とし
た。この結果を同じく表ＩＶＣ示す。

表１に示すように、本発明によるものでは、接合部を含
む４点曲げ試験による強度が母材強度にさはど劣らない
値となっており、非常に良好な結果を得ることができた
。これに対して、比較のために、開先６内に非酸化物系
のＳ　ｉ　、Ｎ、粉末およびＳｉＣ粉末１１Ｃ詰めて介
在させた状態でプラズマジェットによる加熱を行なった
が、接合させることはできなかった。また、８１．Ｎ４
反応焼結体１，２に開先を設けず、酸化物を介在させる
ことなく両者の突き合わせ部分にプラズマジェットを照
射したが、接合させることはできなかつ之。

実施例　２ 焼結助剤として紅、０．およびｙ、ｏ、　を使用し、ホ
ットプレス法により焼結した一幅１０畷、長盲３０■、
厚さ５■のＳ　ｉ　、Ｎ４焼結体を二個用意し、一方の
焼結体に添付図に示すように前記実施例１の場合と同じ
寸法の開先を加工して両者を突き合わせ、この開先内に
表２に示す酸化物の薄片を詰めた状態でレーザビームを
照射し、このレーザビームにより上記酸化物を溶融して
両焼給体ｔ−接合し念。このときのレーザビーム溶接の
条件は、ＣＯ，レーザで出力が２　ｋｗ　、アシストガ
スおよびシールドガスともＨ・ガス、溶接速度１００　
ｅｔａ／ｍｉｎでレーザフォーカスを焼結体表面とした
。

表　　　　２ 表２に示すように、二個のｓｉ、Ｎ４加圧焼結体の接合
を良好に行なう仁とができ、接合ＩＩＩｔ−含む４点曲
げ強度もかなり高い値が得られ念。

実施例　３ 幅１０　ｗｍ　、長さ３０　ｍ　、厚１５ｍｏ８１．Ｎ
４反応焼結体と、これと同一寸法でかつ表３に示す成分
の相手材とを用意し、相手材に添付図および実施例１の
場合と同じ寸法の開先を加工して突き合わせ、次いで、
この開先内に同じく表３に示す酸化物を詰め、この状態
で前記実施例１と同じ条件でプラズマジェットを照射し
て前記酸化物を溶融して接合し、この接合部を含めた４
点曲げ強度を測定した。この結果を°同じく表３に示す
。

表　　　　３ 表３に示すように％　Ｓｉ、Ｎ、反応焼結体と酸化物系
セラミックスの接合ｔ−夷好に行なうことができ、接合
部を含む４点曲げ強度も良好な値であった。

実施例　４ 幅１０■、長さ３０ｍ＋、厚さ５　ｖｍ　ＯＳ　ｉ　Ｂ
Ｎ４反応焼結体と、これと同一寸法でかつ添付図に示す
深さｄ　＝４　ｍｍ　、幅Ｗ＝　０．５　ｖｍｆ）開先
６を設け７’ｊ　５ＵＳ４１０ステンレス鋼とを突き合
わせ、次いでこの開先内に表４に示す酸化物を粉末状態
で詰めあるいは薄片として介在させ、この状態で前記実
施例１と同じ条件でプラズマジェットを照射して前記酸
化物を溶融して接合し、この接合部を含めた４点曲げ強
度を測定した。この結果を同じく表４に表　　　　４ 表４に示すように、本発明による場合には曲げ強度が母
材強度と同程度のすぐれた結果を得ることができた。こ
れに対して、開先内に非酸化物系の８１．Ｎ４粉末およ
びＴｉＢ、粉末を詰め九場合および酸化物を介在させな
い場合には実質的に接合させることはできなかつ友。

実施例　５ 焼結助剤としてＡｊ、Ｏ，およびｙ、ｏ、　ｔ−使用し
、ホットプレス法により焼結した幅１０■、長さ３０■
、厚さ５　ｗ　ＯＳ　１１Ｎ４焼結体と、同寸法のＣ。

−２０％Ｎｉ−２０＊Ｃｒ−４％Ｗ−ｔ５１Ｍｏ−４Ｓ
Ｎｂ−４％Ｆ・耐熱合金とを用意し、耐熱合金側に添付
図および実施例１の場合と同じ寸法の開先を設けて両者
を突き合わせ、この開先内に表５に示す酸化物の粉末を
詰めた状態で電子ビームを照射し、この電子ビームによ
り上記酸化物を溶融して両者を接合した。このときの電
子ビーム溶接の条件は、加速電圧１２０にマ、溶接速度
２０■／ｍｉ　ｎでフォーカス位置を試料表面とした。

表　　　　５ 表５に示すように、８１．Ｎ、加圧焼結体とＣｏ系耐熱
合金との接合を曳好に行なうことができ、接合部を含む
４点曲げ強度もかなり高い値が得られた。

以上説明してきたように、本発明によれば、窒化けい素
質セラミックスを他のセラミックスおよび金属からなる
相手材と接合するに際し、前記窒化けい素質セラミック
スと前記相手材との間に酸化物を介在させ、高パワー密
度熱源からの熱を前記酸化物に尚てることによって当鋏
酸化物を溶融させ、溶融した酸化物と前記窒化けい素質
セラミックスおよび相手材とを反応させるようにしたか
ら、機械的な手段たとえばボルトや化学的な手段たとえ
ば接着剤によることなく窒化けい素質セラミックスと相
手材との接合を良好に行なうことができ、複雑形状部品
の接合も容易に可能であるなどの非常にすぐれた効果を
有する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例において窒化けい素質セラミッ
クスと相手材とを突き合わせた状態の説明図である。 特許出願人　　大同特殊鋼株式会社 手続補正書（自発） 昭和５６年９月２８日 特許庁長富　島出春樹殿 １、事件の表示 昭和６６年　特許　願第１８１４７３号２°発＠０４称
　接合方法 ３、　補正をする者 事件との関係　特許出願人 （１ｏ　　所愛知県名古鳳市南区鳳崎町字繰出６６番摺
氏　名銘称）（８７１）大同特殊鋼株式会社代表者　　
武　　１）　喜　　三 ４、代理人 ６、　補正により増加する発明の数 ７、補正の対象 １、明細書第６頁第１行を次の通り補正する。 ［状として介在させたり、溶射、蒸着、化学的気相析出
などを用いて接合面に介在させたりすることも可能であ
る。」 ２、同第１４頁第１２．１３行間に下記を加入する。 「実施例　６ 幅１０　ｖｍ　、長さ３０露、厚さ５■のＳ　ｉ　、Ｎ
。 反応焼結体の端面に、プラズマ溶射によって表６に示す
酸化物音０．４〜０．６−の厚さにコーティングし、相
手材として同じＳｔ、Ｎ４反応焼結体。 同じ寸法のＺｒＯ，焼結体、ＳＵＢ　４１０を突き合わ
せ、実施例２と同じ条件でレーザビーム溶接を行なった
。 表　　　　６

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）窒化けい素質セラミックスと、窒化けい素質セフ
   ォックス、酸化物系セラミックスｔ　金１４　。 うちから選ばれる相手材とを接合するに際し、前記窒化
   けい素質セラミックスと前記相手材との間に酸化物を介
   在させ、高パワー密度熱源からの熱を前記酸化物に当て
   ることにより当該酸化物を溶融させ、溶融した酸化物と
   窒化けい素質セラミックスおよび相手材との反応により
   １ｍ合させることを特徴とする接合方法。