JPS59102876A - セラミツクスと金属との接合方法 - Google Patents
セラミツクスと金属との接合方法Info
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- JPS59102876A JPS59102876A JP20769482A JP20769482A JPS59102876A JP S59102876 A JPS59102876 A JP S59102876A JP 20769482 A JP20769482 A JP 20769482A JP 20769482 A JP20769482 A JP 20769482A JP S59102876 A JPS59102876 A JP S59102876A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は蓋化硅素など非酸化物セラミックスと金属と
をろう付けによシ接合する方法に関する。
をろう付けによシ接合する方法に関する。
セラミックスは金属に比べて、耐熱性、耐食性。
硬質性、伝熱性、篩温強夏、低比重などすぐれた特性を
そなえるため、その特性を生かす応用の開発が進められ
ている。窒化硅素セラミックスを自動車用エンジンおよ
びそのターボチャージャなどに使用しようとする開発は
その一例であるが、このようにセラミックスを構造材料
として利用する例は機能材料として使用する例に比べて
まだ少い。
そなえるため、その特性を生かす応用の開発が進められ
ている。窒化硅素セラミックスを自動車用エンジンおよ
びそのターボチャージャなどに使用しようとする開発は
その一例であるが、このようにセラミックスを構造材料
として利用する例は機能材料として使用する例に比べて
まだ少い。
ところで、このようにセラミックスを構造材料として使
用する場合にはしばしば鋼材など金属部材との接合が必
要になる。
用する場合にはしばしば鋼材など金属部材との接合が必
要になる。
従来よシセラミックス部材と金属部材との結合について
は、ボルト、ナツトによる機械的結合がよく用いられて
いるが、この結合手段は硬脆性であるセラミックス部材
を破損しやすい。また、アルミナなどの酸化物セラミッ
クスについてはろう材による接合もおこなわれているが
、筆記酸化物セラミックスと分子構造が大きく異なる一
非酸化物セラミックスについては、酸化物セラミックス
と同程度に強固にろう接することができない。また、一
般に非酸化物セラミックスは酸化物セラミックスに比べ
て熱膨張係数が小きいため、これを金属部拐と直接接合
すると、加熱冷却の熱サイクルが加わった場合、接合部
に熱応力が蓄積し、熱疲労破壊を起す危険があるので、
構造材料として信頼性に欠けるという問題点がある。
は、ボルト、ナツトによる機械的結合がよく用いられて
いるが、この結合手段は硬脆性であるセラミックス部材
を破損しやすい。また、アルミナなどの酸化物セラミッ
クスについてはろう材による接合もおこなわれているが
、筆記酸化物セラミックスと分子構造が大きく異なる一
非酸化物セラミックスについては、酸化物セラミックス
と同程度に強固にろう接することができない。また、一
般に非酸化物セラミックスは酸化物セラミックスに比べ
て熱膨張係数が小きいため、これを金属部拐と直接接合
すると、加熱冷却の熱サイクルが加わった場合、接合部
に熱応力が蓄積し、熱疲労破壊を起す危険があるので、
構造材料として信頼性に欠けるという問題点がある。
〔発明の目的〕
この発明は非酸化物セラミックス部相と金属部＋４とを
ろう付けによシ強固に接合し、たとえ接合部に熱サイク
ルが加わっても熱疲労破壊を起さないようにすることに
ある。
ろう付けによシ強固に接合し、たとえ接合部に熱サイク
ルが加わっても熱疲労破壊を起さないようにすることに
ある。
非酸化物セラミックス部材と金属部材との接合面に酸化
物セラミックス層を形成し、この酸化物セラミックス層
上に金属層を形成して、上記非酸化物セラミックス部材
と金属部材を接合する方法である。特に酸化物セラミッ
クス層および金属層は結合する非酸化物セラミックス部
材と金属部材との中間の熱膨張係数を有する材料で形成
するとよく、また、“酸化物セラミックス層の形成につ
いては非酸化物セラミックス部材を成形するとき同時に
形成してもよいし、非酸化物セラミックス成形後に形成
してもよい。
物セラミックス層を形成し、この酸化物セラミックス層
上に金属層を形成して、上記非酸化物セラミックス部材
と金属部材を接合する方法である。特に酸化物セラミッ
クス層および金属層は結合する非酸化物セラミックス部
材と金属部材との中間の熱膨張係数を有する材料で形成
するとよく、また、“酸化物セラミックス層の形成につ
いては非酸化物セラミックス部材を成形するとき同時に
形成してもよいし、非酸化物セラミックス成形後に形成
してもよい。
以下、非酸化物セラミックスの一例として鼠化硅素につ
いて説明する。
いて説明する。
第１図はブロック状の墾化硅素部材（１）とブロック状
の鋼部材（２）との接合部構造を示す図であシ、窒化硅
素部材（１）はその接合面に形成されて一体化した任意
厚さのアルミナ層（３）およびこのアルミナ層（３）上
に形成された金属層（４）を介し鋼部材（２）にろう付
けされている。（５）はそのろう材層でおる。
の鋼部材（２）との接合部構造を示す図であシ、窒化硅
素部材（１）はその接合面に形成されて一体化した任意
厚さのアルミナ層（３）およびこのアルミナ層（３）上
に形成された金属層（４）を介し鋼部材（２）にろう付
けされている。（５）はそのろう材層でおる。
上記両部材の接合は、まず第２Ａ図に示すように窒化硅
素部材（１）上にアルミナ層（３）を形成する。
素部材（１）上にアルミナ層（３）を形成する。
このアルミナ７ｍ （３１の形成は窒化硅素部材（１）
を成形するとき同時に成形し、焼結して一体化する。こ
のアルミナ７１ （３）はメタライズをおこなうだめの
もので、たとえばモリブデン粉末にマンガンを加えたモ
リブデンペーストを上記アルミナ層（３）上に数１０μ
ｍの厚さに塗布し、水素雰囲気中で１３００−１６００
°Ｃに加熱して％２Ｂ図に示すように金属層（４）とす
る。この金楓層（４）はろう仮性をよくするためにさら
にその上にニッケルめっきを施すとよい。
を成形するとき同時に成形し、焼結して一体化する。こ
のアルミナ７１ （３）はメタライズをおこなうだめの
もので、たとえばモリブデン粉末にマンガンを加えたモ
リブデンペーストを上記アルミナ層（３）上に数１０μ
ｍの厚さに塗布し、水素雰囲気中で１３００−１６００
°Ｃに加熱して％２Ｂ図に示すように金属層（４）とす
る。この金楓層（４）はろう仮性をよくするためにさら
にその上にニッケルめっきを施すとよい。
つぎに第２０図に示すように上記アルミナＮ（３）およ
び金属層（４）を形成した窒化硅素部材（１）をたとえ
ば銀ろうの如きろ５ Ｕ’ （５） ？介して鋼部材（
２）上に対置し、水素炉中で加熱（銀ろうの場合約９０
０ ’Ｏに加熱）してろう付けする。
び金属層（４）を形成した窒化硅素部材（１）をたとえ
ば銀ろうの如きろ５ Ｕ’ （５） ？介して鋼部材（
２）上に対置し、水素炉中で加熱（銀ろうの場合約９０
０ ’Ｏに加熱）してろう付けする。
上述のように望化硅素部拐（１）上に酸化物セラミック
スでるるアルミナ層（３）を形成し、このアルミナノ＃
１（３）上に金属Ｍ （４１を形成すると、窒化硅素部
材（１）を鋼部材（２）に強固にろう付けすることがで
きる。
スでるるアルミナ層（３）を形成し、このアルミナノ＃
１（３）上に金属Ｍ （４１を形成すると、窒化硅素部
材（１）を鋼部材（２）に強固にろう付けすることがで
きる。
すなわち、これは金属と非酸化物セラミックスは一般に
強く接合することはできないが、ぽ化物セラミックスと
は強く接合するととを利用しておυ、窒化硅素部材（１
）とアルミナ層（３）は成形後の焼成によシ強固に一体
化し、このアルミナ層（３）が金属層（４）を介して鋼
部材（２）に強く接合できることによシ、窒化硅素部材
（１）と鋼部材（２）を強固に接合したものである。ま
た、上記のようにアルミナ層（３）およびモリブデンか
らなるメタライズ層を介して両部材（１１（２）を接合
すると、窒化硅素Ｏ熱膨張係数が３×１０−’／’０、
鋼の熱膨張係数が１０ Ｘ １０−’／“Ｃであるのに
対し、中間に介挿したアルミナ層（３）およびメタライ
ズ層はそれぞれ熱膨張係数が８ Ｘ １０ ’／’０゜
５Ｘ１０１０であって両部材（１） （２）の中間の熱
Ｊ１ｅ張係数であることから、加熱冷却の熱サイクルを
受けても、発生する熱応力を緩和し、熱疲労破壊を＞ｆ
ｆｉしにくいものとすることができる。
強く接合することはできないが、ぽ化物セラミックスと
は強く接合するととを利用しておυ、窒化硅素部材（１
）とアルミナ層（３）は成形後の焼成によシ強固に一体
化し、このアルミナ層（３）が金属層（４）を介して鋼
部材（２）に強く接合できることによシ、窒化硅素部材
（１）と鋼部材（２）を強固に接合したものである。ま
た、上記のようにアルミナ層（３）およびモリブデンか
らなるメタライズ層を介して両部材（１１（２）を接合
すると、窒化硅素Ｏ熱膨張係数が３×１０−’／’０、
鋼の熱膨張係数が１０ Ｘ １０−’／“Ｃであるのに
対し、中間に介挿したアルミナ層（３）およびメタライ
ズ層はそれぞれ熱膨張係数が８ Ｘ １０ ’／’０゜
５Ｘ１０１０であって両部材（１） （２）の中間の熱
Ｊ１ｅ張係数であることから、加熱冷却の熱サイクルを
受けても、発生する熱応力を緩和し、熱疲労破壊を＞ｆ
ｆｉしにくいものとすることができる。
を窒化硅素部材成形時に同時に形成しだが、このアルミ
ナ層は窒（２硅素部材を常温成形したのち、この成形さ
れた窒化硅素部材上に形成して、常温焼結、加圧焼結、
ホットプレス、 ＨＩＰ （ｈｏｔ １ｓｏｓｔａｔ爵
ｐｒｅｓＳｉｎｙ ）などの方法により焼結して形成し
てもよい。
ナ層は窒（２硅素部材を常温成形したのち、この成形さ
れた窒化硅素部材上に形成して、常温焼結、加圧焼結、
ホットプレス、 ＨＩＰ （ｈｏｔ １ｓｏｓｔａｔ爵
ｐｒｅｓＳｉｎｙ ）などの方法により焼結して形成し
てもよい。
まだ、上記実施例では、窒化硅素部材（１）とアルミナ
層（３）を焼結して一体化したのちにメタライズによシ
金属）＊ ｔ４）を形成する方法について述べたが、こ
の金属層はアルミナ層を焼結する前にたとえばモリブデ
ンペーストを塗布して、アルミナ層の焼結まだは窒化硅
素部材とアルミナ層を焼結するとき同時に形成してもよ
い。
層（３）を焼結して一体化したのちにメタライズによシ
金属）＊ ｔ４）を形成する方法について述べたが、こ
の金属層はアルミナ層を焼結する前にたとえばモリブデ
ンペーストを塗布して、アルミナ層の焼結まだは窒化硅
素部材とアルミナ層を焼結するとき同時に形成してもよ
い。
また、窒化硅素部材上のアルミナ１＠の代りにペヘリャ
など池の酸化物セラミックスで形成してもよい。
など池の酸化物セラミックスで形成してもよい。
なお、上記実施例は窒、化硅素部材（１）と鋼部材（２
）との接合について述べだが、これら接合部材は他の非
酸化物セラミックスおよび金属′ヤもよい。
）との接合について述べだが、これら接合部材は他の非
酸化物セラミックスおよび金属′ヤもよい。
非酸化物セラミックス部材と金属部材とを酸化物セラミ
ック層および金属層を介してろう付けによシ接合すると
、非酸化物セラミックス部材と酸化物セラミックス層は
焼結によセ強く接合し、また、金属層は酸化物セラミッ
クス層に強く結合させることができるので、従来強固に
接合することができなかった非酸化物セラミックス部材
と金属部材との接合を強く接合することができ、有用な
構造材料にすることができる。まだ、非酸化物セラミッ
クス部材と金属部材との間に中間の熱膨張係数を有する
酸化物セラミックスと金属を介挿すると、接合部に熱サ
イクルが加わっても、発生する熱応力を緩和し破損しに
くいものとすることができる。
ック層および金属層を介してろう付けによシ接合すると
、非酸化物セラミックス部材と酸化物セラミックス層は
焼結によセ強く接合し、また、金属層は酸化物セラミッ
クス層に強く結合させることができるので、従来強固に
接合することができなかった非酸化物セラミックス部材
と金属部材との接合を強く接合することができ、有用な
構造材料にすることができる。まだ、非酸化物セラミッ
クス部材と金属部材との間に中間の熱膨張係数を有する
酸化物セラミックスと金属を介挿すると、接合部に熱サ
イクルが加わっても、発生する熱応力を緩和し破損しに
くいものとすることができる。
第１図はこの発明の一実施例を説明するための側面図、
第２図（５）図〜（０図はそれぞれこの発明の接合方法
を説明するだめの一実施例図である。 （１）：窒化硅素部材 （２）：鋼部材（３）
：アルミナ層 （４）：金属ノー（５）：ろ
う材 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 （ほか１名） 策１図 策２０ ＜７４＋ ＜（３＋ （Ｑ） 手 続 補 正 書（自発） 昭和 悼１［）、、ｉ４８ 特許庁長官殿 １、事件の表示 昭和５７年持物願第２０７６９４号 ２、発明の名称 セラミックスと金属との接合方法 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 （３０７）東京芝浦電気株式会社 ４、代理人 〒１００ 東京都千代田区内室町１−１−６ 明細書全文１ ６、補正の内容 訂正明細書 １、発明の名称 セラミックスと金属との接合方法 ２、特許請求の範囲 （１）非酸化物セラミックス部材の金属部材との接合面
に酸化物セラミックス層を形成する方法と、上記酸化物
セラミックス層上に金属層を形成する方法と、上記酸化
物セラミックス層および金属層を介して上記非酸化物セ
ラミックス部材に金属部材をろう付けする方法とを具備
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
。 （２）非酸化物セラミック細材を成形するとき同時に酸
化物セラミックス層を形成することを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載のセラミックスと金属との接合方法
。 （３）非酸化物セラミックス部材成形後に酸化物セラミ
ックス層を形成することを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のセラミックスと金属との接合方法。 （４）酸化物セラミックス層および金属層は非酸化物セ
ラミックス部材と金属部材との中間の熱膨張係数を有す
る部材からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項
ないし第３項のいずれか記載のセラミックスと金属との
接合方法。 ３、発明の詳細な説明 〔発明の技術分野〕 この発明は蟹化珪素など非酸化物セラミックスと金ハと
をろう付けにより接合する方法に関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 セラミックスは金属に比べて、耐熱性、耐食性、硬質性
、伝熱性、亮温強度、低比重などすぐれた特許をそなえ
るため、その特性を生かす応用の開発が進められている
。望化珪素セラミックスを自動車用エンジンおよびその
ターボチャージャなどに使用しようとする開発けその一
例であるが、このようにセラミックスを構造材料として
利用する例は機能材料として使用する例に比べてまだ少
い。 ところで、このようにセラミックスを構造材料として使
用する場合には、しばしば鋼材など金属部材との接合が
必要になる。 従来よりセラミックス部材と金属部材との結合について
は、ボルト、ナツトによる機械的結合がよく用いられて
いるが、この結合手段は硬脆性であるセラミックス部材
を破損しやすい。また、アルミナなどの酸化物セラミッ
クスについては、ろう材による接合もおこなわれている
が、上記酸化物セラミックスと分子構造が大きく異なる
非酸化物セラミックスについては、酸化物セラミックス
と同程度に強固にろう接することができない。また、一
般に非酸化物セラミックスは酸化物セラミックスに比べ
て熱膨張係数が小さいため、これを金属部材と直接接合
すると、加熱冷却の熱サイクルが加わった場合、接合部
に熱応力が蓄積し、熱疲労破壊を起す危険があるので、
構造材料として信頼性に欠けるという問題点がある。 〔発明の目的〕 この発明は非酸化物セラミックス部材と金゛属部材とを
ろう付けにより強固に接合し、たとえ接合部に熱サイク
ルが加わって、も熱疲労破壊を起さないようにすること
にある。 〔発明の概要〕 非酸化物セラミックス部材と金属部材との接合面に酸化
物セラミックス層を形成し、この酸化物セラミックス層
上に金属層を形成して、上記非酸化物セラミックス部材
と金属部材を接合する方法である。特に酸化物セラミッ
クス層および金属層は結合する非酸化物セラミックス部
材止金属部材との中間の熱膨張係数を有する材料で形成
するとよく、また、酸化物セラミックス層の形成につい
ては非酸化物セラミックス部材を成形するとき同時に形
成してもよいし、非酸化物セラミックス成形後に形成し
てもよい。 〔発明の実施例〕 以下、非酸化物セラミックスの一例として窒化珪素につ
いて説明する。 第１図はブロック状の窒化珪素部材（１）とブロック状
の鋼部材（２）との接ｑ部構造を示す図であり、窒化珪
素部材（１）はその接合面に形成されて一体化した任意
厚さのアルミナ層（３）およびこのアルミナ層（３）上
に形成された金属層（４）を介し鋼部材（２）にろう付
けされている。（５）はそのろう材層である。 上記両部材の接合は、まず第２Ａ図に示すように窒化珪
素部材（１）上にアルミナ層（３）を形成する。 このアルミナ層（３）は窒化珪素部材（１）を成形する
とき同時に成形し、焼結して一体化したものである。 このアルミナ層（３）はメタライズをおこなうためのも
ので、このアルミナ層（３）上には、たとえばモリブデ
ン粉末にマンガンを加えたモリブデンペーストを数１０
Ｒｎの厚さに塗布し、水素雰囲気中で１３００〜１６０
０°Ｃに加熱して、第２Ｂ図に示す金属層（４）とする
゛。この金緘層（４）はろう液性をよくするために、ざ
らにその上にニッケルめっきを施すとよい。 つぎに、第２Ｃ図に示すように上記アルミナ層（３）お
よび金属層（４）を形成した窒化珪素部材（１）をたと
えば銀ろうの如きろう材（５）を介して鋼部材（２）上
に対置し、水素炉中で加熱（銀ろうの場合的９００°Ｃ
に加熱）してろう付けする。 上述のように窒化珪素部材（１）上に酸化物セラミック
スであるアルミナ層（３）を形成し、このアルミナＪＰ
４（３）上に金属層（４）を形成すると、窒化珪素部材
（１）を鋼部材（２）に強固にろう付けすることができ
る。 すなわち、これは金属と非酸化物セラミックスとは一般
に強く接合することはできないが、酸化物セラミックス
とは強く接合することを利用しており、窒化珪素部材（
１）とアルミナ層１３１は成形後の焼成により強固に一
体化し、このアルミナ層（３）が全１ヤ層（４）を介し
て鋼部材（２）に強く接合できることにより、窒化珪素
部材ｔｘｔと鋼部材（２）を強固に接合したものである
。また、上記のようにアルミナ層（３）およびモリブデ
ンからなるメタライズ層を介して両部材ｆ１）（２３を
接合すると、窒化珪素の熱膨張係数が３Ｘ１（）−６／
’０、鋼の熱膨張係数がｌ０ＸＩＯ’／°Ｃであるのに
対し、中間に介挿したアルミナ層（３）訃よびメタライ
ズ層はそれぞれ熱膨張係数が８×１０−６／’０ 、５
Ｘ １０−６／’Ｏであって、両部材＋ＩＪ（２）の
Ｉ：１１ｒｌＪＪの熱膨張係数であることから、加熱冷
却の熱ザイクルを受けても、発生する熱応力を緩和し、
熱疲労破壊を起しにくいものとすることができる。 つぎに他の実施例について述べる。 上記実施例では、窒化珪素部材ｆｌＪとアルミナ層（３
）を窒化珪素部材成形時に同時に形成したが、このアル
ミナ層は窒化珪素部材を常温成形したのち、この成形さ
れた窒化珪素部材上に形成して、常温焼結、加圧焼結、
ホットプレス、ＨＩＰ（ｈｏｔ １ｓｏｓ−ｔａｔｉｃ
ｐｒｅｓｓｉｎｇ）などの方法により焼結して形成し
てもよい。 また、上記実施例では、窒化珪素部材（１７とアルミナ
層（３）を焼結して一体化したのちにメタライズにより
金属層（４）を形成する方法について述べだが、この金
属はアルミナ層を焼結する前にたとえばモリブデンペー
ストを塗布して、アルミナ層の焼結または窒化珪素部材
とア′ルミナ層を焼結するとき同時に形成してもよい。 また、窒化珪素部材上のアルミナ層の代りにペベリャな
ど他の酸化物セラミックスで形成してもよい。 なお、上記実施例は窒化珪素部材（１）と鋼部材（２）
との接合について述べたが、これら接合部材は他の非酸
化物セラミックスおよび金属でもよい。 〔発明の効果〕 非酸化物セラミックス部材と金属部材とを酸化物セラミ
ックス層および金属層を介してろう付けにより接合する
と、非酸化物セラミックス部材と酸化物セラミックス層
は焼結により強く接合し、また、金属層は酸化物セラミ
ックス層に強く結合させることができるので、従来強固
に接合するととができなかった非酸化物セラミックス部
材と金属部材との接合を強く接合することができ、有用
な構造材料にすることができる。また、非酸化物セラミ
ックス、部材と金属部材との間に中間の熱膨張係数を有
する酸化物セラミックスと金属を介挿すると、接合部に
熱サイクルが加わっても、発生する熱応力を緩和し破損
しにくいものとすることができる。 ４、図面の簡単な説明 第１図はこの発明の一実施例を説明するだめの側面図、
第２図（Ａ）図〜（０図はそれぞれこの発明の接合方法
を説明するための一実施例図である。 （ＩＪ ：屋化珪素部材 ｆ２Ｊ ： ｍ 部
材（３）：アルミナ層 （４）：金 属 層（
５）：ろ う 材 代理人 弁理士 則 近 憲 佑
第２図（５）図〜（０図はそれぞれこの発明の接合方法
を説明するだめの一実施例図である。 （１）：窒化硅素部材 （２）：鋼部材（３）
：アルミナ層 （４）：金属ノー（５）：ろ
う材 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 （ほか１名） 策１図 策２０ ＜７４＋ ＜（３＋ （Ｑ） 手 続 補 正 書（自発） 昭和 悼１［）、、ｉ４８ 特許庁長官殿 １、事件の表示 昭和５７年持物願第２０７６９４号 ２、発明の名称 セラミックスと金属との接合方法 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 （３０７）東京芝浦電気株式会社 ４、代理人 〒１００ 東京都千代田区内室町１−１−６ 明細書全文１ ６、補正の内容 訂正明細書 １、発明の名称 セラミックスと金属との接合方法 ２、特許請求の範囲 （１）非酸化物セラミックス部材の金属部材との接合面
に酸化物セラミックス層を形成する方法と、上記酸化物
セラミックス層上に金属層を形成する方法と、上記酸化
物セラミックス層および金属層を介して上記非酸化物セ
ラミックス部材に金属部材をろう付けする方法とを具備
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
。 （２）非酸化物セラミック細材を成形するとき同時に酸
化物セラミックス層を形成することを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載のセラミックスと金属との接合方法
。 （３）非酸化物セラミックス部材成形後に酸化物セラミ
ックス層を形成することを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のセラミックスと金属との接合方法。 （４）酸化物セラミックス層および金属層は非酸化物セ
ラミックス部材と金属部材との中間の熱膨張係数を有す
る部材からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項
ないし第３項のいずれか記載のセラミックスと金属との
接合方法。 ３、発明の詳細な説明 〔発明の技術分野〕 この発明は蟹化珪素など非酸化物セラミックスと金ハと
をろう付けにより接合する方法に関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 セラミックスは金属に比べて、耐熱性、耐食性、硬質性
、伝熱性、亮温強度、低比重などすぐれた特許をそなえ
るため、その特性を生かす応用の開発が進められている
。望化珪素セラミックスを自動車用エンジンおよびその
ターボチャージャなどに使用しようとする開発けその一
例であるが、このようにセラミックスを構造材料として
利用する例は機能材料として使用する例に比べてまだ少
い。 ところで、このようにセラミックスを構造材料として使
用する場合には、しばしば鋼材など金属部材との接合が
必要になる。 従来よりセラミックス部材と金属部材との結合について
は、ボルト、ナツトによる機械的結合がよく用いられて
いるが、この結合手段は硬脆性であるセラミックス部材
を破損しやすい。また、アルミナなどの酸化物セラミッ
クスについては、ろう材による接合もおこなわれている
が、上記酸化物セラミックスと分子構造が大きく異なる
非酸化物セラミックスについては、酸化物セラミックス
と同程度に強固にろう接することができない。また、一
般に非酸化物セラミックスは酸化物セラミックスに比べ
て熱膨張係数が小さいため、これを金属部材と直接接合
すると、加熱冷却の熱サイクルが加わった場合、接合部
に熱応力が蓄積し、熱疲労破壊を起す危険があるので、
構造材料として信頼性に欠けるという問題点がある。 〔発明の目的〕 この発明は非酸化物セラミックス部材と金゛属部材とを
ろう付けにより強固に接合し、たとえ接合部に熱サイク
ルが加わって、も熱疲労破壊を起さないようにすること
にある。 〔発明の概要〕 非酸化物セラミックス部材と金属部材との接合面に酸化
物セラミックス層を形成し、この酸化物セラミックス層
上に金属層を形成して、上記非酸化物セラミックス部材
と金属部材を接合する方法である。特に酸化物セラミッ
クス層および金属層は結合する非酸化物セラミックス部
材止金属部材との中間の熱膨張係数を有する材料で形成
するとよく、また、酸化物セラミックス層の形成につい
ては非酸化物セラミックス部材を成形するとき同時に形
成してもよいし、非酸化物セラミックス成形後に形成し
てもよい。 〔発明の実施例〕 以下、非酸化物セラミックスの一例として窒化珪素につ
いて説明する。 第１図はブロック状の窒化珪素部材（１）とブロック状
の鋼部材（２）との接ｑ部構造を示す図であり、窒化珪
素部材（１）はその接合面に形成されて一体化した任意
厚さのアルミナ層（３）およびこのアルミナ層（３）上
に形成された金属層（４）を介し鋼部材（２）にろう付
けされている。（５）はそのろう材層である。 上記両部材の接合は、まず第２Ａ図に示すように窒化珪
素部材（１）上にアルミナ層（３）を形成する。 このアルミナ層（３）は窒化珪素部材（１）を成形する
とき同時に成形し、焼結して一体化したものである。 このアルミナ層（３）はメタライズをおこなうためのも
ので、このアルミナ層（３）上には、たとえばモリブデ
ン粉末にマンガンを加えたモリブデンペーストを数１０
Ｒｎの厚さに塗布し、水素雰囲気中で１３００〜１６０
０°Ｃに加熱して、第２Ｂ図に示す金属層（４）とする
゛。この金緘層（４）はろう液性をよくするために、ざ
らにその上にニッケルめっきを施すとよい。 つぎに、第２Ｃ図に示すように上記アルミナ層（３）お
よび金属層（４）を形成した窒化珪素部材（１）をたと
えば銀ろうの如きろう材（５）を介して鋼部材（２）上
に対置し、水素炉中で加熱（銀ろうの場合的９００°Ｃ
に加熱）してろう付けする。 上述のように窒化珪素部材（１）上に酸化物セラミック
スであるアルミナ層（３）を形成し、このアルミナＪＰ
４（３）上に金属層（４）を形成すると、窒化珪素部材
（１）を鋼部材（２）に強固にろう付けすることができ
る。 すなわち、これは金属と非酸化物セラミックスとは一般
に強く接合することはできないが、酸化物セラミックス
とは強く接合することを利用しており、窒化珪素部材（
１）とアルミナ層１３１は成形後の焼成により強固に一
体化し、このアルミナ層（３）が全１ヤ層（４）を介し
て鋼部材（２）に強く接合できることにより、窒化珪素
部材ｔｘｔと鋼部材（２）を強固に接合したものである
。また、上記のようにアルミナ層（３）およびモリブデ
ンからなるメタライズ層を介して両部材ｆ１）（２３を
接合すると、窒化珪素の熱膨張係数が３Ｘ１（）−６／
’０、鋼の熱膨張係数がｌ０ＸＩＯ’／°Ｃであるのに
対し、中間に介挿したアルミナ層（３）訃よびメタライ
ズ層はそれぞれ熱膨張係数が８×１０−６／’０ 、５
Ｘ １０−６／’Ｏであって、両部材＋ＩＪ（２）の
Ｉ：１１ｒｌＪＪの熱膨張係数であることから、加熱冷
却の熱ザイクルを受けても、発生する熱応力を緩和し、
熱疲労破壊を起しにくいものとすることができる。 つぎに他の実施例について述べる。 上記実施例では、窒化珪素部材ｆｌＪとアルミナ層（３
）を窒化珪素部材成形時に同時に形成したが、このアル
ミナ層は窒化珪素部材を常温成形したのち、この成形さ
れた窒化珪素部材上に形成して、常温焼結、加圧焼結、
ホットプレス、ＨＩＰ（ｈｏｔ １ｓｏｓ−ｔａｔｉｃ
ｐｒｅｓｓｉｎｇ）などの方法により焼結して形成し
てもよい。 また、上記実施例では、窒化珪素部材（１７とアルミナ
層（３）を焼結して一体化したのちにメタライズにより
金属層（４）を形成する方法について述べだが、この金
属はアルミナ層を焼結する前にたとえばモリブデンペー
ストを塗布して、アルミナ層の焼結または窒化珪素部材
とア′ルミナ層を焼結するとき同時に形成してもよい。 また、窒化珪素部材上のアルミナ層の代りにペベリャな
ど他の酸化物セラミックスで形成してもよい。 なお、上記実施例は窒化珪素部材（１）と鋼部材（２）
との接合について述べたが、これら接合部材は他の非酸
化物セラミックスおよび金属でもよい。 〔発明の効果〕 非酸化物セラミックス部材と金属部材とを酸化物セラミ
ックス層および金属層を介してろう付けにより接合する
と、非酸化物セラミックス部材と酸化物セラミックス層
は焼結により強く接合し、また、金属層は酸化物セラミ
ックス層に強く結合させることができるので、従来強固
に接合するととができなかった非酸化物セラミックス部
材と金属部材との接合を強く接合することができ、有用
な構造材料にすることができる。また、非酸化物セラミ
ックス、部材と金属部材との間に中間の熱膨張係数を有
する酸化物セラミックスと金属を介挿すると、接合部に
熱サイクルが加わっても、発生する熱応力を緩和し破損
しにくいものとすることができる。 ４、図面の簡単な説明 第１図はこの発明の一実施例を説明するだめの側面図、
第２図（Ａ）図〜（０図はそれぞれこの発明の接合方法
を説明するための一実施例図である。 （ＩＪ ：屋化珪素部材 ｆ２Ｊ ： ｍ 部
材（３）：アルミナ層 （４）：金 属 層（
５）：ろ う 材 代理人 弁理士 則 近 憲 佑
Claims (4)
- （１）非酸化物セラミックス部材の金属部材との接合面
に酸化物セラミックス層を形成する方法と、上記酸化物
セラミックス層上に金属層を形成する方法と、上記酸化
物セラミックス層および金属層を介して上記非酸化物セ
ラミックス部材に金属部材をろう付けする方法とを具備
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
。 - （２）非酸化物セラミック部材を成形するとき同時に酸
化物セラミックス層を形成することを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載のセラミックスと金属との接合方法
。 - （３）非酸化物セラミックス部材成形後に酸化物セラミ
ックス層を形成することを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のセラミックスと金属との接合方法。 - （４）酸化物セラミックスノーおよび金属層は非酸化物
セラミックス部材と金属部材との中間の熱膨張係数を有
する部材からなることを特徴とする特許請求の範囲第１
項ないし第３項のいづれか記載のセラミックスと金属と
の接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20769482A JPS59102876A (ja) | 1982-11-29 | 1982-11-29 | セラミツクスと金属との接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20769482A JPS59102876A (ja) | 1982-11-29 | 1982-11-29 | セラミツクスと金属との接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59102876A true JPS59102876A (ja) | 1984-06-14 |
| JPH0240631B2 JPH0240631B2 (ja) | 1990-09-12 |
Family
ID=16544021
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20769482A Granted JPS59102876A (ja) | 1982-11-29 | 1982-11-29 | セラミツクスと金属との接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59102876A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6178205U (ja) * | 1984-10-29 | 1986-05-26 | ||
| JPS61275512A (ja) * | 1985-05-30 | 1986-12-05 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | エンジン用部品及びその製造方法 |
| US5534103A (en) * | 1993-10-15 | 1996-07-09 | Japan As Represented By Director General Of Agency Of Industrial Science And Technology | Method for bonding of a ceramic body and a metallic body |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53102310A (en) * | 1977-02-18 | 1978-09-06 | Tokyo Shibaura Electric Co | Heat conducting base plates |
-
1982
- 1982-11-29 JP JP20769482A patent/JPS59102876A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53102310A (en) * | 1977-02-18 | 1978-09-06 | Tokyo Shibaura Electric Co | Heat conducting base plates |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6178205U (ja) * | 1984-10-29 | 1986-05-26 | ||
| JPS61275512A (ja) * | 1985-05-30 | 1986-12-05 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | エンジン用部品及びその製造方法 |
| US5534103A (en) * | 1993-10-15 | 1996-07-09 | Japan As Represented By Director General Of Agency Of Industrial Science And Technology | Method for bonding of a ceramic body and a metallic body |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0240631B2 (ja) | 1990-09-12 |
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