JPS59137378A - セラミツク又はサ−メツトと金属の接合方法 - Google Patents
セラミツク又はサ−メツトと金属の接合方法Info
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- JPS59137378A JPS59137378A JP870383A JP870383A JPS59137378A JP S59137378 A JPS59137378 A JP S59137378A JP 870383 A JP870383 A JP 870383A JP 870383 A JP870383 A JP 870383A JP S59137378 A JPS59137378 A JP S59137378A
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- Japan
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- metal
- ceramic
- cermet
- bonding
- joining
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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】
本発明（はセラミック又はザーメットと金属とを熱応力
を緩和して接合する方法に関するものである。
を緩和して接合する方法に関するものである。
士ラミックと金属の接合力法としては、従来、（１）接
着剤法、（２）高融点金属法、（３）溶射法、（４）酸
化物法などがある。これら接合法の概要に１：、次の通
りである。
着剤法、（２）高融点金属法、（３）溶射法、（４）酸
化物法などがある。これら接合法の概要に１：、次の通
りである。
（１）接着剤法は、王に壱機接着剤を使用し、セラミッ
クと金属の面接合を行なう方法である。
クと金属の面接合を行なう方法である。
（２）高融点金属法（ｉ 、 Ｍｏ、 Ｍｏ −Ｍｎ等
の高融点金属の微粉末をセラミック上で焼結してコーテ
ィング１、Ｎｉ メッキを施しに後、ろう例で金属と
接合する方法である。
の高融点金属の微粉末をセラミック上で焼結してコーテ
ィング１、Ｎｉ メッキを施しに後、ろう例で金属と
接合する方法である。
（３）溶射法は金属表面に下盛り層として、金属、ザー
メット等を溶射した。後、セラミック微粉末を溶射コー
ティングする方法である。
メット等を溶射した。後、セラミック微粉末を溶射コー
ティングする方法である。
（４）酸化物法は、セラミックと金属間に酸化銅等の金
属酸化物をインゲート材として挿入し、高温に加熱して
接合する方法である。
属酸化物をインゲート材として挿入し、高温に加熱して
接合する方法である。
これらの内、（１）の接着剤法をＶ；（＋ ＜、他の３
種の接合法マ′は、セラミック、金属の両方を高温に加
熱するために、冷却時に熱膨張係数差により熱応力が発
生し、こｈ−に起因するセラミックのクラック、接合面
の剥離等の欠陥が問題となっていた。そこで、この熱応
力を緩和する目的で、各種の構造の継手が提案さｆｌ、
ていたが、そね−ぞ力２以下のような欠点を有する。
種の接合法マ′は、セラミック、金属の両方を高温に加
熱するために、冷却時に熱膨張係数差により熱応力が発
生し、こｈ−に起因するセラミックのクラック、接合面
の剥離等の欠陥が問題となっていた。そこで、この熱応
力を緩和する目的で、各種の構造の継手が提案さｆｌ、
ていたが、そね−ぞ力２以下のような欠点を有する。
（１）熱膨張係数がセラミックに近いコバール。
シュメツ） 、 Ｎｂ、 Ｔａ、 等の金属材料と
接合する方法では、材料の種類が限定され、またこわ−
ら材料Ｕ製造可能な寸法に限りがあると共に高価である
為に大型構造物には適しない。
接合する方法では、材料の種類が限定され、またこわ−
ら材料Ｕ製造可能な寸法に限りがあると共に高価である
為に大型構造物には適しない。
（２） 熱膨張係数がセラミック側よシ順次大きくな
っていく物を数枚積層し、接合する方法では、工程が複
雑になるど共て、余分な中間層を緩衝材として積層せね
ばならない。
っていく物を数枚積層し、接合する方法では、工程が複
雑になるど共て、余分な中間層を緩衝材として積層せね
ばならない。
（３） 熱応力が衝撃的にかかるのを防止するために
、接合後、数１０時間以」二かけて常温才で徐冷する方
法では、多大な時間を要し、効率的でない。
、接合後、数１０時間以」二かけて常温才で徐冷する方
法では、多大な時間を要し、効率的でない。
本発明は、このような欠点を排除すべくなさｉｌだもの
で、セラミックと金属を簡１更に、かつ強固に、しかも
熱応力を緩和し、クラック及び接合面の剥離を防Ｉトす
る接合法を提供するものであり、またセラミックの代り
にサーメット（セラミック粉末と全縮粉末との混合物の
焼結体）をも使用できる接合法を提供するものである。
で、セラミックと金属を簡１更に、かつ強固に、しかも
熱応力を緩和し、クラック及び接合面の剥離を防Ｉトす
る接合法を提供するものであり、またセラミックの代り
にサーメット（セラミック粉末と全縮粉末との混合物の
焼結体）をも使用できる接合法を提供するものである。
すなわち本発明ｄ、−セラミック又はサーメットと金属
を接合するにあたり、あらかじめセラミック又はサーメ
ットと金属の少くともいす、ｌ′Ｌか一方の接合面側に
スリット又は穴を入Ｊｑ、、熱応力を緩和するような継
手構造にしてセラミックと金属を接合することを特徴と
する十ラミック又はサーメットと金属の接合法に関する
ものである。
を接合するにあたり、あらかじめセラミック又はサーメ
ットと金属の少くともいす、ｌ′Ｌか一方の接合面側に
スリット又は穴を入Ｊｑ、、熱応力を緩和するような継
手構造にしてセラミックと金属を接合することを特徴と
する十ラミック又はサーメットと金属の接合法に関する
ものである。
なお、サーメットｌ／、：Ｉ：熱膨張係数等の諸物性が
セラミックに近いもので、例えばΔｃ２ｏ３． ＴｉＣ
。
セラミックに近いもので、例えばΔｃ２ｏ３． ＴｉＣ
。
ＴｉＮ、 ＳｉＣ，Ｓｊ＋Ｎ４． ＷＣ等のセラミック
粉末と、Ｎｉ、 Ｃｒ、 Ｆｅ、 Ｃｏ、 Ｍｏ 等の
金属粉末を混合し、焼結したものが使用きれる。
粉末と、Ｎｉ、 Ｃｒ、 Ｆｅ、 Ｃｏ、 Ｍｏ 等の
金属粉末を混合し、焼結したものが使用きれる。
本発明方法によれば、金属材料がセラミック又はサーメ
ットと高品質に接合でき、・捷だ従来は不可能であつブ
と大型サイズの物も接合することができ、さらに中間に
多くの緩衝利を積層する必要もないために、ｌ［程が簡
略化さね−、コスト的にも安価となる等の効果を奏する
ことができる０ 本発明方法は、抄紙機、射出成形機、防弾鋼板等に適用
するととができる。
ットと高品質に接合でき、・捷だ従来は不可能であつブ
と大型サイズの物も接合することができ、さらに中間に
多くの緩衝利を積層する必要もないために、ｌ［程が簡
略化さね−、コスト的にも安価となる等の効果を奏する
ことができる０ 本発明方法は、抄紙機、射出成形機、防弾鋼板等に適用
するととができる。
第１図は本発明方法の一実施態様例を説明するだめの図
で、（ａ）〜（Ｃ）姓ＪＳ断面図、（ｄ、）、（ｅ）は
金属又（ｒＪセラミック又はサーメットの接合面側の平
面図である。
で、（ａ）〜（Ｃ）姓ＪＳ断面図、（ｄ、）、（ｅ）は
金属又（ｒＪセラミック又はサーメットの接合面側の平
面図である。
第１図において、セラミック又ｄザーメット１と金属２
を接合するに当／でシ、あらかじめ接合面にスリット３
を（ａ）のように金属側に、又は（ｂ）のようにセラミ
ック又はサーメット側に、又は（ｃ）のように金属とセ
ラミック又はサーメットの両側に入れておく。このよう
にした後、セラミック又はサーメットと金属とをインザ
ート材４を介して組合わせ、前記し／と通常の各種接合
法にて接合を行なう。なお、スリットを入力、る方向と
しては（ａ）、 （ｂ）、 （Ｃ）のように一方向
のみとしてもよいし、ｃｄ）のように直交する２方向と
してもよい。壕だ（ｅ）のようにスリットではなく、穴
５（貫通孔ではない）を金属側のみ、セラミック又はサ
ーメット側のみ、あるいは金属とセラミック又ｄ：ザー
メットの両側にあけてもよい。
を接合するに当／でシ、あらかじめ接合面にスリット３
を（ａ）のように金属側に、又は（ｂ）のようにセラミ
ック又はサーメット側に、又は（ｃ）のように金属とセ
ラミック又はサーメットの両側に入れておく。このよう
にした後、セラミック又はサーメットと金属とをインザ
ート材４を介して組合わせ、前記し／と通常の各種接合
法にて接合を行なう。なお、スリットを入力、る方向と
しては（ａ）、 （ｂ）、 （Ｃ）のように一方向
のみとしてもよいし、ｃｄ）のように直交する２方向と
してもよい。壕だ（ｅ）のようにスリットではなく、穴
５（貫通孔ではない）を金属側のみ、セラミック又はサ
ーメット側のみ、あるいは金属とセラミック又ｄ：ザー
メットの両側にあけてもよい。
スリット、穴の設ｒｓ方←１、接合材の大小により、そ
の数を変化させるが、小物部品では１スリット、１穴で
よく、部品寸法に従ってその数を増やす、ｔた、スリッ
トの深さ１幅、ピッチ。
の数を変化させるが、小物部品では１スリット、１穴で
よく、部品寸法に従ってその数を増やす、ｔた、スリッ
トの深さ１幅、ピッチ。
穴の深さ、径、ピッチはその部品に少″求さｉｌる機能
（継手強度１部材剛性強度等）に従って任意に変化させ
る。更に、穴の形状は、丸穴、角穴等適宜の形状で設け
ねはよい。
（継手強度１部材剛性強度等）に従って任意に変化させ
る。更に、穴の形状は、丸穴、角穴等適宜の形状で設け
ねはよい。
セラミック又ｄ−ザーメットと金属の熱膨張係−りの相
違で、接合後の冷却過程１”、 １１！７縮量に差が生
じ、その接合面には大きな応力が発生する。
違で、接合後の冷却過程１”、 １１！７縮量に差が生
じ、その接合面には大きな応力が発生する。
この応力は下式で算出さハ、大きな応力値となり、１ｊ
ｌＪの少い十ラミック又はサーメットに度々割わを発生
させたシ、接合面の剥離を招く。
ｌＪの少い十ラミック又はサーメットに度々割わを発生
させたシ、接合面の剥離を招く。
ｐ／（＋：ｃ−ｗ弓ｂ、８） ＋ ｒｅ。−Ｔ＝ Ｐ、
／（ｔ、ｎ−ｗ−Ｅ詣−ａ、−ＴＰ：熱応力、し。：セ
ラミック又はサーメットの厚さ、Ｗ：セラミック又ケ」
サーメット及び金属の板幅、Ｅ、：十うミック又に１．
ザーメットのヤング率、α。：セラミック又はザーメッ
トの熱膨張係数、ｔｍ：金属の厚ａ、Ｅ、ｎ：金属のヤ
ンク゛率、 ｃｌｍ ’金属の熱膨張係数、Ｔ：接合
温度 その際、第１図（ａ、）のように、金属２の接合面にス
リット３が設けられていると、その柱状突起部２′ が
冷却過程で第２図に示すように十分塑性変形し、接合面
での上記の発生応力を大きく緩和すると共にバイメタル
効果も減少セーしめ、セラミック又はザーメット１の割
れや接合面の剥離を防止する。〔すなわぢ、金属２の方
が熱膨張係数が太きいため、収縮量が多く、第２図のよ
うな変形挙動があられｉｌ、る（剛性の小さい柱状突起
部２′ が選択的に塑性変形する）のである。このよう
な柱状突起部２′ がない従来の郡なる重ね合せでは、
このような作用効果を期待することはできない。〕 スリットは塑性変形能の大きい金属側に設けることが最
も有効であるが、セラミック又はザーメットも高温に於
いて若干の塑性変形能を翁していることから、第１図（
ｂ）のようにセラミック又はツーメット側にスリットを
゛設けても有効なことは言うまでもない。ｔだ、第１図
（Ｃ）のように両者に対向してスリット加工したものも
効果的である。更に、第１図（ｄ）、 （ｅ）につい
ても同様の作用効果を示す。
／（ｔ、ｎ−ｗ−Ｅ詣−ａ、−ＴＰ：熱応力、し。：セ
ラミック又はサーメットの厚さ、Ｗ：セラミック又ケ」
サーメット及び金属の板幅、Ｅ、：十うミック又に１．
ザーメットのヤング率、α。：セラミック又はザーメッ
トの熱膨張係数、ｔｍ：金属の厚ａ、Ｅ、ｎ：金属のヤ
ンク゛率、 ｃｌｍ ’金属の熱膨張係数、Ｔ：接合
温度 その際、第１図（ａ、）のように、金属２の接合面にス
リット３が設けられていると、その柱状突起部２′ が
冷却過程で第２図に示すように十分塑性変形し、接合面
での上記の発生応力を大きく緩和すると共にバイメタル
効果も減少セーしめ、セラミック又はザーメット１の割
れや接合面の剥離を防止する。〔すなわぢ、金属２の方
が熱膨張係数が太きいため、収縮量が多く、第２図のよ
うな変形挙動があられｉｌ、る（剛性の小さい柱状突起
部２′ が選択的に塑性変形する）のである。このよう
な柱状突起部２′ がない従来の郡なる重ね合せでは、
このような作用効果を期待することはできない。〕 スリットは塑性変形能の大きい金属側に設けることが最
も有効であるが、セラミック又はザーメットも高温に於
いて若干の塑性変形能を翁していることから、第１図（
ｂ）のようにセラミック又はツーメット側にスリットを
゛設けても有効なことは言うまでもない。ｔだ、第１図
（Ｃ）のように両者に対向してスリット加工したものも
効果的である。更に、第１図（ｄ）、 （ｅ）につい
ても同様の作用効果を示す。
実施例１
十ラミックとして９９φＭ、２ ｏｓ 、 厚さ１０
咽、太き’Ａ： １００ ｍｔｎ Ｘ ５０ ＋ｎ＋ｎ
の物１を用い、金属として炭素鋼で、厚さＩＤｍｍ、大
きさ１００ｍｍＸ ５０調で幅方向に１咽幅、深さ３間
のスリットを５ｍｍピッチ１′入れた物を用い、前記し
た酸化銅法で打合？Ｊ：ｌ Ｉ皮１３００℃で接合を行
なった。
咽、太き’Ａ： １００ ｍｔｎ Ｘ ５０ ＋ｎ＋ｎ
の物１を用い、金属として炭素鋼で、厚さＩＤｍｍ、大
きさ１００ｍｍＸ ５０調で幅方向に１咽幅、深さ３間
のスリットを５ｍｍピッチ１′入れた物を用い、前記し
た酸化銅法で打合？Ｊ：ｌ Ｉ皮１３００℃で接合を行
なった。
常温丑で冷却後、セラミック表面及び断面に肉眼及び浸
透探傷で検査した結果クラック、剥離等の欠陥の発生け
なく、また接合強度を定性的にｆｉｉｌｊ定するチゼル
試験（接合させた試料を万力にはさみ、接合界面にタガ
ネを当て、該タガネに・・ンマーで衝撃的な力を加え、
接合界面が剥離するか否かを調べる試験）においても強
固な接合が行なわねていることが判明した。
透探傷で検査した結果クラック、剥離等の欠陥の発生け
なく、また接合強度を定性的にｆｉｉｌｊ定するチゼル
試験（接合させた試料を万力にはさみ、接合界面にタガ
ネを当て、該タガネに・・ンマーで衝撃的な力を加え、
接合界面が剥離するか否かを調べる試験）においても強
固な接合が行なわねていることが判明した。
実施例２
セラミックとして９２４ Ａｂｆ）３． 厚さ１０膿
。
。
大きさ１００＋ｎｍＸ５０ｍｍで、幅方向に２問幅。
深さ３嘘のスリットをピッチ２個で入れた物を用い、金
属と（７てステンレス鋼で、厚さ２０咽。
属と（７てステンレス鋼で、厚さ２０咽。
大きさ１００＋＋＋ｍＸ５０胴の物を用い、酸化銅法で
接合温度１３００℃で接合を行なった。
接合温度１３００℃で接合を行なった。
常温捷で冷却後、セラミック表面、及び断面に肉眼及び
浸透探傷で検査をしたところ、クラック、剥離等の欠陥
の発生υなく、チゼル試験においても強固な接合が行な
われていることが判明した。
浸透探傷で検査をしたところ、クラック、剥離等の欠陥
の発生υなく、チゼル試験においても強固な接合が行な
われていることが判明した。
実施例３
セラミックとして９２係Δｇ、２０３．厚さ５咽。
大きさ１００ｍｍＸ５０＋ａ＋で幅方向に２個幅、深さ
２咽のスリットを５酵ピツチで入れた物を用い、金属と
して炭素鋼で、厚さ１０・’１１１１ 、大きさ１０（
］ｍＸ５０酬で幅方向に２ ｍｍ幅、深さ３喘のスリッ
トを５論ピツチで入れた物を用い、酸化銅法で接合温度
１３００℃で接合を行なった。
２咽のスリットを５酵ピツチで入れた物を用い、金属と
して炭素鋼で、厚さ１０・’１１１１ 、大きさ１０（
］ｍＸ５０酬で幅方向に２ ｍｍ幅、深さ３喘のスリッ
トを５論ピツチで入れた物を用い、酸化銅法で接合温度
１３００℃で接合を行なった。
常温捷で冷却後、セラミック表面、及び断面に肉眼及び
浸透探傷で検査の結果、クラック。
浸透探傷で検査の結果、クラック。
剥離等の欠陥の発生はなく、チゼル試験においても強固
な接合が行なノつノ１−ていることが判明した。
な接合が行なノつノ１−ていることが判明した。
第１図（ａ）〜（ｅ）は本発明方法の一実施態様例を示
す説明図、第２図ｄ：第１図（ａ）の方法で接合を行っ
た場合のセラミックと金属の接合状態を１１．１式的に
示した図である。 復代理人 内 １） 明 復代理人 萩 原 亮 −
す説明図、第２図ｄ：第１図（ａ）の方法で接合を行っ
た場合のセラミックと金属の接合状態を１１．１式的に
示した図である。 復代理人 内 １） 明 復代理人 萩 原 亮 −
Claims (1)
- セラミック又はザーメットと金属を接合するにあたり、
予めセラミック又はザーメットと金属の少くとも一方の
接合面側にスリット又は穴を設けた熱応力を緩和するよ
うな継手構造にして接合することを特徴とするセラミッ
ク又はザーメットと金属の接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP870383A JPS59137378A (ja) | 1983-01-24 | 1983-01-24 | セラミツク又はサ−メツトと金属の接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP870383A JPS59137378A (ja) | 1983-01-24 | 1983-01-24 | セラミツク又はサ−メツトと金属の接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59137378A true JPS59137378A (ja) | 1984-08-07 |
Family
ID=11700293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP870383A Pending JPS59137378A (ja) | 1983-01-24 | 1983-01-24 | セラミツク又はサ−メツトと金属の接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59137378A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60200870A (ja) * | 1984-03-23 | 1985-10-11 | 株式会社東芝 | セラミツクス−金属接合体 |
| US4729504A (en) * | 1985-06-01 | 1988-03-08 | Mizuo Edamura | Method of bonding ceramics and metal, or bonding similar ceramics among themselves; or bonding dissimilar ceramics |
| JPS63135943U (ja) * | 1987-02-27 | 1988-09-07 | ||
| US4981761A (en) * | 1988-06-03 | 1991-01-01 | Hitachi, Ltd. | Ceramic and metal bonded composite |
| EP0472191A2 (de) * | 1990-08-21 | 1992-02-26 | VAW Aluminium AG | Keramisches Formteil und Verfahren zu seiner Herstellung |
| JP2004158440A (ja) * | 2002-10-04 | 2004-06-03 | Nexans | 金属−セラミック高温超伝導体合成物及びセラミック高温超伝導体合成物の金属への接合プロセス |
| JP2005187315A (ja) * | 2003-10-17 | 2005-07-14 | Eads Space Transportation Gmbh | セラミック表面をろう付けする方法 |
| US8329283B2 (en) * | 2007-11-09 | 2012-12-11 | Ibiden Co., Ltd. | Carbon-based composite material and producing method thereof |
| WO2018029060A1 (de) * | 2016-08-09 | 2018-02-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum fügen von werkstoffen und werkstoffverbund |
-
1983
- 1983-01-24 JP JP870383A patent/JPS59137378A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH0328392B2 (ja) * | 1984-03-23 | 1991-04-18 | Tokyo Shibaura Electric Co | |
| US4729504A (en) * | 1985-06-01 | 1988-03-08 | Mizuo Edamura | Method of bonding ceramics and metal, or bonding similar ceramics among themselves; or bonding dissimilar ceramics |
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| CN109562472A (zh) * | 2016-08-09 | 2019-04-02 | 西门子股份公司 | 用于将材料接合的方法和材料复合结构 |
| CN109562472B (zh) * | 2016-08-09 | 2022-02-08 | 西门子股份公司 | 用于将材料接合的方法和材料复合结构 |
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