JPS5895671A - 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、セラミックスと金属との接合方法に関するも
のである。

セラミックスと金属とをろう付けする場合、材質の違い
によるろう材とセラ５ツクスのぬれ性、なじみ性が悪い
丸め、従来十分な接合強度を有する接合体が得られなか
り九。

従来のセラミックスと金属とのろう付けに関する技術と
して紘、４１会４５５−５７５４１号（構成要素の高温
組立てを行う方法、発明者：ボール・ピカール）Ｋ一部
触れられているように。

ＮａＦ等のハロゲン化物の雰囲気中でろう材（銀ろう）
を用いてろう付けを行うことによシ被接合面の清浄化を
はかりながらろう材で接合するというものかあり九、ζ
Ｏ場合被接合面の清浄化が十分性われるが、ぬれ性の改
嵐が十分とは言えず満足な接着強度が得難いという欠点
があり九。

ま九一般にはこの種のものとして、Ｍｏ　ｈ　Ｗ　−な
とを中間層にするテレ７ングン法などの封着技術が実用
化されている。このものも封着勢の気密性を上がる上で
社有効な手段と考えられるが、ＩＩ合強度という面では
十分なものと社いい難かり九・ 本発−は、ろう材とセラ５ツクスとのぬれ性を改善し、
良好な接合強度を得るセラミックスと金属との綴金方法
を提供することを目的とする。

本発明のセラミックスと金属とＯ接合方法は、セラミッ
クスの被接合ｍＫチタン酸銅ま九はアル建ン酸銅の被膜
を形成し良後、該セラミックスＯ被膜画に金属の被接合
面をろう付けすることを特徴とする。

本発明方法において使用されるセラミックスとしては、
接合すべ暑相手金属との熱膨張率の顕著な差がない非酸
化物系セラミックスを九は酸化物系セラミックスが使用
できる。

このようなものとして、窒化珪素（８ｉ＠Ｎｉ）、炭化
珪素（８ｉＣ）、アルミナ、ジルコニアなどを挙けるこ
とができる。セラミックスは通常の方法において焼結し
丸焼錯体が使用でき、その形状尋によって限定されない
、なお、非酸化物系セラミックスの場合には、被接合面
を予めｔｏｏｏ℃以上０１Ｌ＆で空気中にて酸化処理を
施す必要があるが、酸化物系セラミックスの場合にはこ
の操作は必ずしも必要としない。

相手金属は、使用するセラミックスに類似しえ熱１１張
率を有し、使用するろう材とのなじみ性が棗く、ろう付
は時の作業温度に応じて選択されるので１例えとステン
レス、鋳鉄、白金、パラジウムなどが挙げられる。

チタン酸鋼またはアルミン酸鋼は、セラミックスとのぬ
れ性が良い仁とと、その中に含まれる銅化合物とろう材
の銀、鋼などとの反応性が高い化合物であって、セラミ
ックスとろう材の外画のぬれ性を大幅に改曽する丸めに
最適なものである。このチタン酸鋼またはアルミン酸鋼
のセラミックスの被接合面への表面処理は次のようにし
て行う。

セラミックスの被接合面に予め用意し九チタン酸銅のス
ラリーを塗布し、乾燥螢チタン酸銅Ｏ融点ｔｏｓｏ℃よ
り線高い温度例えば１１００℃で１０分間以上加熱し、
チタン酸鋼を溶融させ被接合面の全滅にわたって被膜を
形成させる。

この処理は、アルミン酸鋼を用いる場合も同様である。

えだし、この場合にはアルミン酸鋼のクス表面に極〈薄
＜（１ばらに）塗布するだけで表面を拡散して覆ってし
まうので微量で爽い・このように表面処理しえセラミッ
クスをろう材を用いて金属とろう付けする。このろう材
は、接合すべき相手金属によって選択されるもので。

例えば銀ろう、鋼ろう、真鍮ろうおよび金ろうなどが使
用できる。ｔた。必要ならろう付は時に７ラツクスを用
いてもよい。このフラックスは、使用するろう材によっ
て選択される。ろう付は条件は、使用するろう材によっ
て異なるが、例えば銀ろう、銅ろうの場合は後述する実
施例のような条件で行う。

このように表面処理し九セラミックスと金属とをろう付
けすることによって、良好な接合強度を有する接合体を
得る仁とができる。

以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する
。

実施例１ セラミックガスタービンロータおよびセラミックターボ
四−ターのシャフトの接合を想定し九窒化珪素（Ｓｉｍ
Ｎ４）とインコネル７１１５参・（Ｎ１゜Ｃｒペースの
ステンレス）との接合を試み丸。

図のように常圧焼結窒化珪素製で径１ｓ−の丸棒１の先
端部を、長さ１５箇にわたって径１０■となるように加
工して柱状の被接金部２管形威した。１にお、この際の
画粗度社１〜ｔ５ｐであった。この丸棒１を’Ｌ２００
℃でＳＯ分間空気中で加熱しえ０次にこの普接舎部１の
表面全域にわ九つてペースト状チタン酸鋼を塗布し、乾
燥後１１００℃で空気中にて１０分間加熱した。

一方、径１ｓ■のインコネル７１３の丸棒５の先端部に
穴径１　（１５ｍの穴４を穿設し、ホウ酸系の７ラツク
スを内周面にそって塗布後、市販のステンレス鋼用銀ろ
う（Ａｇ−Ｃｏ−Ｎｉ−Ｍｎ系）の粒状物を穴４の中に
入れ先後、該電化珪素製丸棒１の先端部２を挿入し、丸
棒１と丸棒３の両端から圧力をかけつつ約９００℃でア
ルゴン雰囲気中で加熱し九。

得られ死線合体の接合強度を測定するために。

ねじりトルクによる破壊強度を常温で測定し九。

その画定値ｎ−１０の平均値を第１表に示す。

比較−例１′ 実施例１と同じものを用い１表面の酸化処理及びチタン
鍛鋼による表面処理を行わずに銀ろうによる接合を行っ
た。その際得られたねじ〕トルクによる破壊強度値を同
じく、第１表に示す。

第１ＩＩ！　　窒化珪素とインコネルの接合強度１Ｉ１
１１１Ｉ！から１本発明によりたものの優位性は明らか
である。

実施例２ 実施例１と同じ形態で、常圧焼結炭化珪素（ｓｉｃ）　
とインコネル７１３との銅ろうによるろう付けを試みえ
。

炭化珪素をｔｓｓｏｃで３０分間表面を酸化処理し、そ
の後、実施例１と同様にチタン鍛鋼による表面処理ｌ＄
１００ｔｌ：で行った。

ろう付は社氷晶石系の７ラツクスを用い、粒状の純銅を
用いてｔ１５０ｃでアルゴン雰囲気中で行り九、ろう付
は部のねじりトルクによる破壊試験の結果をｎ５ｘ１０
の平均値で第２表に示す。

比較例２ 実施例２と同じ接金対象物を用いて同様な銅ろうＫよる
接金管、チタン鍛鋼による処理を行わずに行りた。ねじ
如トルタ試験による破壊試験の結果をｎｍ１０の平均値
で第２表に示す。

第２表　炭化珪素とインコネルの接合強度第２表から１
本発明により九ものの優位性は明らかである。

実施例３ セラミックス製のパッドをロッカーアームに接合するこ
とを想定して、１５Ｘ１５Ｘ２０■の窒化珪素及びアル
さす製の角柱セラミックスと。

１５ＸＩＳＸ２０−の鋳鉄との接合を試み九。

実施例１と同様にチタン鍛鋼による表面処理をセラミッ
クスの１ｓｘ　１’ｌ；ｊ；’Ｗｉｒに施し、ホウ酸系
の７ラツクスを用い、ムｇ−Ｃｕ−Ｚｎ系Ｏ＃Ｉろうで
接合した。

せん断力による破壊テストを行ったところ第３表に載げ
るような値を得た（ｎ＝１０の算術平均値）。

比較例３ 実施例３と同じ実験をアルミナを用い、アルミナの表面
処理を施さずにろう付けを行った。

せん断力による破壊テストの結果を第３表に示す− 縞３Ｉ！から、本発明によったものの優位性は明らかで
ある。

以上述べたように本発明方法によれば、セラミックスと
並属とをろう付けする場合に、ろう材の主成分となじみ
易い銅系の化曾物を用いてセラミックスの被接合面を１
１ｍ処理するので。

セラミックスとろう材の界面のぬれ性を大幅に改善し、
セラミックスと金属のような異質の材料を容易にしかも
高い信頼性でろう付けによる接合ができ、接金力の高い
接合体を得ることができる。

を九、本発明方法によ珈セランツクスのろう付けが金属
同志のろう付けと同じように行うことかで龜、従来ヒの
種の接金に用いられて１１丸焼きばめ方法に比べて機械
加工も高精度％賛求されないようにな抄、しかも焼きば
ねのようにセラミックスに対し強−せん断応力がか＼ら
な（なり九ので、安価に接合できる。

さらに１本発明方法によれば、自動車のエンジン部品碌
どの７ＩＩａい強度、高い信頼性を有する部品を容易な
手段でしかも安価に供することができる。

【図面の簡単な説明】

図は、接合対象物を本発明方法を用いて接合する状態を
示す一部切欠きし大正面図。 図中、 １−窒化珪素層丸棒 ２−窒化珪素展九棒の被接合部 Ｓ−φ・ステンレス展丸棒 ４−・ステンレス製九棒の被接合部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　セラミックスＯ被接合面にチタン酸銅ま九紘
   アルミン酸銅の被膜を形成し九後、腋セラ建ツクスＯ被
   膜１ｉＩＫ金属の被接合面をろう付けすることを特徴と
   するセラミックスと金属との接合方法。