JPS5895669A - セラミツクスと金属との接合方法 - 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、空気中においても実施可能なセラミックスと
金属と０１１合方法に閤するものである。

セラミックスと金属とＯＩＩ会は両者の熱膨張係数が相
違しすぎるとか七う建ツクスＯぬれ性が真くなｉなどの
ことから種々の接合方法が提案されているが、そのうち
空気中で接合するにはａ電線金属とセラミックス相互の
中間的な熱膨張係数のガラスによって行うか、あるーは
相手金属を接合材として使用すゐガラスＯ熱膨張係数に
近いものに限定する仁とによって行っていた。他方、ガ
ラス以外ＯＳ合材を使用する場合には、真空中または還
元雰囲気下で加熱処理しなければならず、処理が容重で
ないなどの問題があった。

しかも、これら従来のいずれの方法によってもセラミッ
クス／金属間の接合強度は、十分でなかった。ために、
四ツカーアームなどのように応力が付加されるためａｍ
が必要とされる部位セラミックスを接合するＫＦｉ、従
来法は適当でなかつた。そこで、空気中などの酸化雰囲
気下でも七う電ツタスと金属との接合処理が可能であっ
て、十分１ａ合強度が得られる接合方法が望１れてい良
。

本発明は上記要望に鑑みてなされたもので、空気中でも
高強直の接合体を得ることができるセラミックスと金属
とａｍ合方法を提供することｔ目的とする。

本尭明社セラ電ツクスの表面にチタン酸鋼および／また
はチタン酸銅Ｏ一部を他の金属で置換した固ａｍチタン
酸銅の被膜を形成し、ついで該複膜上に銅粉末を塗布し
た後、該セラミックスの処ｆｉ１１面に、予め銅−珪素
−アルミニウム系ろう材層を形成させ友金属表面を重ね
て加熱することｔ４Ｉ黴とするセラミックスと金属と０
ＪＩＩ−合方法である。

本発明Ｋをいて用いられるセラミックスとしては、接合
すべき相手金属との熱膨張率において顕著な差がない非
酸化物系セラミックス１７’を社酸化物系セラミックス
が使用できる。非酸化物系セラミックスとしては、例え
ば窒化珪素（８１ｉＮ４）、炭化理系ｔｓｔｃ）　　な
どが挙げられ、酸化物系セラミックスとしてれアルミナ
などが挙けられる。セラミックスは通常の方法において
焼結し九焼結体が使用でき、その形状等によって限定さ
れない。

セラ之ツクス表面に着膜として形成されるチタン酸鋼は
、セラミックスに対するねれ性の良好な性質を示すもの
で、鋼−珪素−アＡ／　ｉ　＝りム系ろう材と結合しや
すいもので参る。

このチタン酸鋼（ＣｕｓＴｉＯａ　）はＣｕ雪Ｏ＠Ｃｕ
Ｏ・Ｔ１０１　として表わされるように１価と２価の鋼
イオンと４価のチタンイオンよりなる化合物であって、
２価の銅イオンは同価のＭｇ、Ｂｅなどのアルカリ土類
金属（良だしカルシワ五を除く）に一部置換が可能でＴ
ｏｐ％筐た４＠のチタンイオンは同価のＺｒによって一
部置き換えることができる。このように置換固溶させた
チタン酸鋼酸鋼を用い良場合と同様な接合方法を行なっ
てこれを速、乾性ｏ＊ｗａｍ媒例えはエタノールま九紘
水に分散させた懸濁液としてセラミックス表面に塗布し
、乾燥後、これら化合物の融点より紘高い温度で加熱す
ることによって被膜として形成される。チタン酸鋼など
は、セラミックスな−しは金属の表面に極〈薄く（１は
らに）塗布するだけで表面を拡散して覆ってしまうので
、微量で良く、爵融後社それ自体相当に高強度及び高硬
度の特性を有する。

チタン酸鋼などの被膜上に塗布される銅粉末社、チタン
酸鋼等から高温で解離する鋼と固溶して連続的な金属相
を形成し、さらにろう材中の金属成分と反応性の高い性
質を有するものでＴｏ９、非常に粗粒度だとろう材との
反応性が急くなり、逆に細かすぎると空気中において疎
化され鳥いため、適度の粒鼠のものを使用する。

接合すべき相手金属は、セラミックスと熱膨張率の顕著
な差がないものなら接合目的に広しじて種々のものを使
用できるが、望１しくに鋳鉄、アルミニウム合金が適す
る。

この金属表面に層として形成される鋼−珪素−アルミニ
９ム系ろう材は、予め真空中または還元雰囲気下で金属
に溶融装着されて、空気中などの酸化雰囲気下でも金属
とセラミックスとの接合を可能にせしめる４０である。

ろう材中の組成分中、銅および珪素は、セラミックス処
１１１ｍ！面の金属と連続的な金属層を形成し、またア
ル２ニクムは珪素とともにアルで二ワムシリケードガラ
ス會生じて化学結合を形成するもので、これらの作用を
考慮し九とき重量で銅５０〜ａｏｌ、珪３１２０〜４０
１７＃ｔ　、＝ｆ；ＦＡ　２〜１０９Ｇノ組成は合理的
である。

このように表面にチタン酸鋼、銅粉末を有するセラミッ
クスと、上記組成のろう材を表面に有する金属とは、酸
化雰囲気下（１次は真空中、還元雰囲気下でもよいが）
において、両者の躯理被秦會面を重ねて通常１１００℃
以上で１０分間位加熱処理してろう付けを行うと、チタ
ン酸銅が解離して生じる銅などとろう材中の各組成分と
が結合して、良好な接合強度を有する接合体を得ること
ができる。

以下、実施例を挙けて本発明をさらに説明する。

実施例１ 図はセラ（ツク製のパッドを組込んだ自動車エンジン部
品のロッカーアームを示したものである０図において、
１はセラミックパッド、２はロッカーアーム本体で参る
。ロッカーアーム本体２は金属展で、鋳鉄やＡＡ＊金が
用いられている。セラばツクパッド１のセラミックス材
料としては、ムＬ意偽＊　８ｔｓＮ４　ｅ　ＳｉＣのよ
うな高硬度材料である。上記５種のセフォックス被接合
表面に空気中で粉末状のチタン酸鋼をエタノールに分散
させた懸濁液を塗布し、１１００℃で１０分間加熱して
チタン酸銅被膜を形成した。冷却後被膜上にＣｕ粉末を
散布した。別に、前記２糧類の金属表面に５０〜８０１
１　Ｃｕ−２０〜４０１Ｓｉ−２〜１０悌ムを系ろう材
を真空中又は還元雰囲気下で予め接着させておき、この
表面とＣｕ散布チタン酸銅被膜を有するセラミックス表
Ｗｉを重ねて、空気中で１１５０℃、１０分間加熱を行
えに１図中３に示す接着層が形成されて強固な結合が得
られる。

得られたロッカーアームのロッカーアーム本体と、パッ
ド間のせん断試験を行ったところ、いずれも荷重２トン
の負荷をかけてもパッドは剥れなかった。

実施例２ 実施例１においてチタン酸鋼０２％の銅の一部をマグネ
シウムに置換した置換置＃ｌｌ型チタン酸銅を水に分散
させた懸濁ａｔ−塗布し、予備乾燥後１０５０℃１０分
間の加熱を行って置換固溶型チタン酸銅被膜を形成させ
ても実施例１と閂様な効果を得た。

本発明は、上述したようにセラミックスと金属とを空気
中などの酸化雰囲気下でも接合可能としたので、従来、
真空中または還元雰囲気下でしか、所望のセラミックス
／金属の接合体を得らなかつた接合処理の不便さを排除
でき、しかも従来法に比べて高装置のセラミックス／金
属０＊合体を得ることができ、工業的に好適な方法であ
る。

【図面の簡単な説明】

図は本発明方法によって得た接合体の一例を示す正面図
である。 図中、 １・−・セラ建ツクパッド ２・−・ロッカーアーム本体 ５−・接着層 （ほか１名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　セラミックスの表面にチタン酸銅および／１
   良はチタン酸銅〇一部を他の金属で置換し九ａＳ屋チタ
   ン酸銅Ｏ被膜會形成し、ついで該被膜上に銅粉末を塗布
   した後％練上うミックスの処理表面に、予め銅−珪素一
   アルミニ９ム系ろう材層を形成させた金属表面を重ねて
   加熱すること′を特徴とするセラミックスと金属との接
   合方法。 （＝）セラミックスが炭化珪素もしくは窒化珪素などの
   非酸化物系セラミックスま九はアルミナなどの酸化物系
   セラミックスである特許請求の範囲第１項記載の方法。 （３）　　金属が鋳鉄また祉アルミニ９ム合金である譬
   許請求の範１ｍ１ｉ１１１項記載の方法。