JPS59137379A - 複合焼結セラミクスと金属との接着方法 - Google Patents
複合焼結セラミクスと金属との接着方法Info
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- JPS59137379A JPS59137379A JP1033883A JP1033883A JPS59137379A JP S59137379 A JPS59137379 A JP S59137379A JP 1033883 A JP1033883 A JP 1033883A JP 1033883 A JP1033883 A JP 1033883A JP S59137379 A JPS59137379 A JP S59137379A
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- composite sintered
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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】
本発明は複合焼結セラミクスと金属との接着方法に関す
る。
る。
セラミクスは耐熱性や耐酸化性に優れているので、耐熱
部材や機械用構造材料として注目されている。しかし、
その実際的応用に際しての難点は、■セラミクスが概し
てもろいだめに材料としての信頼性が金属材料と比較し
て小さいこと及び■高強度である反面、こわれやすく硬
いため、一般にその加工性が極めて想いことである。こ
の二つの欠点を克服しなければセラミクスの広範な実用
化は難しいとされている。これに対して、乱強度かつ耐
熱性に優れた繊維をセラミクスに分散複合させることに
より、セラミクスのもろさを改良しようとする考えがあ
る。この中でも、特に繊維状炭化ケイ系結晶(一般に炭
化ケイ素ウィスカーと呼はれる)を複合化させた複合セ
ラミクスは、高い強度を持つのめならず、含まれる炭化
ケイ素ウィスカーの働きによりもろさが減じられ、強度
の信頼性かもとの母相セラミクスのみに比して向上する
ことが本発明者らにより見い出された。更に、この複合
セラミクスは都合の良いことに、含まれる炭化ケイ素ウ
ィスカーにより電気伝導性を帯び、そのために放電加工
法による極めて複雑な加工も可能であることが判明した
。このことから、との炭化ケイ素つィスカー複合セラミ
クヌは各方面から今後の応+41が期待されておし、本
出願人は斯かるセラミクスにつき既に特許出願中である
。しかし、当該複合セラミクスも実用的段階において、
機械部品等への応用に際しては、何らかの形で他の金属
材料とともに機能を果たすものである1混り、金属材料
と強固に接着でき、しかも[!?j便な接層法が開発さ
れる必要がるる。
部材や機械用構造材料として注目されている。しかし、
その実際的応用に際しての難点は、■セラミクスが概し
てもろいだめに材料としての信頼性が金属材料と比較し
て小さいこと及び■高強度である反面、こわれやすく硬
いため、一般にその加工性が極めて想いことである。こ
の二つの欠点を克服しなければセラミクスの広範な実用
化は難しいとされている。これに対して、乱強度かつ耐
熱性に優れた繊維をセラミクスに分散複合させることに
より、セラミクスのもろさを改良しようとする考えがあ
る。この中でも、特に繊維状炭化ケイ系結晶(一般に炭
化ケイ素ウィスカーと呼はれる)を複合化させた複合セ
ラミクスは、高い強度を持つのめならず、含まれる炭化
ケイ素ウィスカーの働きによりもろさが減じられ、強度
の信頼性かもとの母相セラミクスのみに比して向上する
ことが本発明者らにより見い出された。更に、この複合
セラミクスは都合の良いことに、含まれる炭化ケイ素ウ
ィスカーにより電気伝導性を帯び、そのために放電加工
法による極めて複雑な加工も可能であることが判明した
。このことから、との炭化ケイ素つィスカー複合セラミ
クヌは各方面から今後の応+41が期待されておし、本
出願人は斯かるセラミクスにつき既に特許出願中である
。しかし、当該複合セラミクスも実用的段階において、
機械部品等への応用に際しては、何らかの形で他の金属
材料とともに機能を果たすものである1混り、金属材料
と強固に接着でき、しかも[!?j便な接層法が開発さ
れる必要がるる。
従来よりセラミクスと金属とを接テaする方法としては
、例えはテレフンケン法、活性金属法、水素化合物法、
硫化銅法、金属酸化物法、わ)未圧縮法、ホットプレス
法、ソルダガラス法等の各他方法が開発されている。こ
れ等従来の接着方法はいずれもセラミクスと金属との間
に第三成分を存在せしめて接着する方法である。なんと
なればセラミクスと金属とr−tその熱膨張係数が著し
く異なるため必ず中間層が必要と考えられていたからで
ある。しかしながら、これら従来公知の各種方法に於い
ては、必ず真空中又は還元雰囲気中で該中間層の酸化を
防ぎながら加熱することが必要である。
、例えはテレフンケン法、活性金属法、水素化合物法、
硫化銅法、金属酸化物法、わ)未圧縮法、ホットプレス
法、ソルダガラス法等の各他方法が開発されている。こ
れ等従来の接着方法はいずれもセラミクスと金属との間
に第三成分を存在せしめて接着する方法である。なんと
なればセラミクスと金属とr−tその熱膨張係数が著し
く異なるため必ず中間層が必要と考えられていたからで
ある。しかしながら、これら従来公知の各種方法に於い
ては、必ず真空中又は還元雰囲気中で該中間層の酸化を
防ぎながら加熱することが必要である。
従って従来の方法に於いては、中間層を形成せしめるだ
めに粘づく各種の煩雑な操作が必要となるばかりでなく
、加熱雰囲気をli、1整するため余分な且つ複雑な工
程や操作が必要となる。しかも得られる接指物の接着強
度についても必ずしも満足できるものではない。
めに粘づく各種の煩雑な操作が必要となるばかりでなく
、加熱雰囲気をli、1整するため余分な且つ複雑な工
程や操作が必要となる。しかも得られる接指物の接着強
度についても必ずしも満足できるものではない。
本発明者はこの点にかんがみ、当該係合セラミクスと金
属との接着方法について鋭意OF究を行うことにより、
従来法の煩雑な操作を必要としない、当該複合セラミク
スの特性を巧みに利用した高強度の接着方法を発明する
に至った。即ち本発明は、I族、■族又はlV族元素の
酸化物、窒化物又は炭化物を母相とし、セラミクス中に
全重量に対して5〜50%の範囲内でa雌状炭化ケイ素
結晶を分散含有する複合焼結セラミクスと金属とを接着
する方法であって、該複合焼結セラミクス表面に電気メ
ツキ法により金属皮膜を析出せしめ、次いで該金属皮膜
上に目的とする金属を接着させることを特徴とする複合
焼結セラミクスと金属との接着方法に係る。
属との接着方法について鋭意OF究を行うことにより、
従来法の煩雑な操作を必要としない、当該複合セラミク
スの特性を巧みに利用した高強度の接着方法を発明する
に至った。即ち本発明は、I族、■族又はlV族元素の
酸化物、窒化物又は炭化物を母相とし、セラミクス中に
全重量に対して5〜50%の範囲内でa雌状炭化ケイ素
結晶を分散含有する複合焼結セラミクスと金属とを接着
する方法であって、該複合焼結セラミクス表面に電気メ
ツキ法により金属皮膜を析出せしめ、次いで該金属皮膜
上に目的とする金属を接着させることを特徴とする複合
焼結セラミクスと金属との接着方法に係る。
本発明に訃ける複合焼結セラミクスは、■族、■族又は
■族元素の酸化物、輩化物又は炭化物を母相とし、セラ
ミクス中に全重量に対して5〜50%の範囲内で炭化ケ
イ素ウィスカーを分散含有するものである。
■族元素の酸化物、輩化物又は炭化物を母相とし、セラ
ミクス中に全重量に対して5〜50%の範囲内で炭化ケ
イ素ウィスカーを分散含有するものである。
本発明において用いられる繊維状炭化ケイ素(SiO)
結晶の長さや太さについては特に限定されないが、長さ
が通常10〜500μm1好寸しくけ50〜500μm
程度、太さが通常0.1〜10μm1好ましくは0.5
〜3μm程度のものを使用するのがよい。長さが101
1m より極端に短かくなると、粒状SiOを加えて成
形した場合と同様に、放電加工が可能な程度に′直気伝
1性を高める1ζめには多量の添加が必較となり、セラ
ミクス本来の特性が損われる傾向が生ずる。繊維状SI
Cの太さが0.1μη2より極端に細くなると、成形中
に繊維が破断して、粒状81Cを使用する場合と同様の
結果となる傾向が生ずる。一方太さが10μmより極端
に太くなると、繊維の剛性が高くなるため、焼結による
緻密化が困難となる傾向が生ずる。セラミクス中に分散
含有せしめられる繊維状SiO結晶の量としては、全重
量に対して5〜50%とするのがよい。SiO繊維の量
が5%未満の場合には、焼結体の電気伝導性が十分に改
善されず、一方、50%を上回る場合にはセラミクスの
緻密化が低下する1頃向にある。繊維状810結晶の添
加量は、全N前の10〜40%とすることがより好まし
い。
結晶の長さや太さについては特に限定されないが、長さ
が通常10〜500μm1好寸しくけ50〜500μm
程度、太さが通常0.1〜10μm1好ましくは0.5
〜3μm程度のものを使用するのがよい。長さが101
1m より極端に短かくなると、粒状SiOを加えて成
形した場合と同様に、放電加工が可能な程度に′直気伝
1性を高める1ζめには多量の添加が必較となり、セラ
ミクス本来の特性が損われる傾向が生ずる。繊維状SI
Cの太さが0.1μη2より極端に細くなると、成形中
に繊維が破断して、粒状81Cを使用する場合と同様の
結果となる傾向が生ずる。一方太さが10μmより極端
に太くなると、繊維の剛性が高くなるため、焼結による
緻密化が困難となる傾向が生ずる。セラミクス中に分散
含有せしめられる繊維状SiO結晶の量としては、全重
量に対して5〜50%とするのがよい。SiO繊維の量
が5%未満の場合には、焼結体の電気伝導性が十分に改
善されず、一方、50%を上回る場合にはセラミクスの
緻密化が低下する1頃向にある。繊維状810結晶の添
加量は、全N前の10〜40%とすることがより好まし
い。
本発明において母相として用いられるのは■族、ill
族又はIV族元累の酸化物、窒化物又はj欠化物である
。■族、111族又はIV族元素の酸化物、蟹化物又は
炭化物としては公知のものを広く使用できる。
族又はIV族元累の酸化物、窒化物又はj欠化物である
。■族、111族又はIV族元素の酸化物、蟹化物又は
炭化物としては公知のものを広く使用できる。
酸化物としては例えばアルミナ、ジルコニア、マグネシ
ア、Fe2O8カどのフェライト、酸化ウラン、酸化ト
リウム等の弔−酸化物の他、M、gA1204、N i
F e ON i Cr Oa、Mg F e204
等(1)各ti スピネル4 ) 型化合物、ペロブスカイト楢造のLaCrO3、La5
rOr08、S r Z r 08@ 0)複合酸化物
を、窒化物としては例えば窒化ケイ素、窒化アルミ、窒
化ホウ素等を、炭化物としては例えは炭化ケイ素、1〃
化ホウ素、炭化チタン等をそれぞれ挙げることができる
。本発明ではこれらをt昆合して使用してもよい。
ア、Fe2O8カどのフェライト、酸化ウラン、酸化ト
リウム等の弔−酸化物の他、M、gA1204、N i
F e ON i Cr Oa、Mg F e204
等(1)各ti スピネル4 ) 型化合物、ペロブスカイト楢造のLaCrO3、La5
rOr08、S r Z r 08@ 0)複合酸化物
を、窒化物としては例えば窒化ケイ素、窒化アルミ、窒
化ホウ素等を、炭化物としては例えは炭化ケイ素、1〃
化ホウ素、炭化チタン等をそれぞれ挙げることができる
。本発明ではこれらをt昆合して使用してもよい。
本発明のSiO複合複合酸化物セラミクス久の様に製造
される。酸化物、窒化物又は炭化物粉末に所定量の繊維
状SiU結晶を添加混合し、均一に分散させた後、混合
物重量の01〜2%程度の粘結剤を加え、成形及び乾燥
後、焼結して、所望の複合セラミクスを得る。粘結剤と
しては好ましくはポリビニルアルコール、アクリルII
IJI 、セルローヌ、アルギン酸ソーダ等の水、ア
ルコール或いはその曲の有機溶剤溶液が(・p川される
。酸化物、窒化物又は炭化物、SiO及び粘結剤からな
るペーストは射出面形、押出し7代形等により所定形状
に球形され、得られた成形体Q」1、加熱又はl威圧「
に予備乾燥され、次いで600’”C以下に加熱して粘
結剤を除去されス〕。次いで乾燥した成形体を加圧下又
は非加圧下1300〜1800°C程度の温度で’f”
;E、結するのがよい。尚、必要1fC応じ、A420
8に列して夕刊のMgOの添加等の焼結助剤の併用を妨
けない・ 本発明において、電気メツキ法により上記複合焼結セラ
ミクス上に析出させる舎屈皮j模のd@は特に制限され
ず、広く公知のものが使用でき、例えば銅、銀、ニッケ
ル、クロム等の単一金属種のミ7Thラ−,J’、g
銅(Ou −Z n )、青g1(Cu−8n)、鉛−
スズ等の各種合金を使用できる。これらはセラミクスに
接着されるべき金属の秤類や、当該金属−金属及膜間の
接ifl法により適宜選ぶとよい。
される。酸化物、窒化物又は炭化物粉末に所定量の繊維
状SiU結晶を添加混合し、均一に分散させた後、混合
物重量の01〜2%程度の粘結剤を加え、成形及び乾燥
後、焼結して、所望の複合セラミクスを得る。粘結剤と
しては好ましくはポリビニルアルコール、アクリルII
IJI 、セルローヌ、アルギン酸ソーダ等の水、ア
ルコール或いはその曲の有機溶剤溶液が(・p川される
。酸化物、窒化物又は炭化物、SiO及び粘結剤からな
るペーストは射出面形、押出し7代形等により所定形状
に球形され、得られた成形体Q」1、加熱又はl威圧「
に予備乾燥され、次いで600’”C以下に加熱して粘
結剤を除去されス〕。次いで乾燥した成形体を加圧下又
は非加圧下1300〜1800°C程度の温度で’f”
;E、結するのがよい。尚、必要1fC応じ、A420
8に列して夕刊のMgOの添加等の焼結助剤の併用を妨
けない・ 本発明において、電気メツキ法により上記複合焼結セラ
ミクス上に析出させる舎屈皮j模のd@は特に制限され
ず、広く公知のものが使用でき、例えば銅、銀、ニッケ
ル、クロム等の単一金属種のミ7Thラ−,J’、g
銅(Ou −Z n )、青g1(Cu−8n)、鉛−
スズ等の各種合金を使用できる。これらはセラミクスに
接着されるべき金属の秤類や、当該金属−金属及膜間の
接ifl法により適宜選ぶとよい。
被接前金11・4月も特に限定するものではなく、例え
ば普通の鉄からニッケル、クロム等を含む超硬合金捷で
の各4111のものを広く使用でき、例えばステンレス
flF”+ sインコネル等を挙げることができる。
ば普通の鉄からニッケル、クロム等を含む超硬合金捷で
の各4111のものを広く使用でき、例えばステンレス
flF”+ sインコネル等を挙げることができる。
金属皮膜−全1μi間の接着法も特に限定するものでな
く、例えば銀ロウ法、ハンダ付け、アーク溶接等が利用
できる。
く、例えば銀ロウ法、ハンダ付け、アーク溶接等が利用
できる。
本発明における1ブ合セツミクスと金属との接着は次の
ようにKjわれる。即ち複合セラミクスの接着すべき面
を・、】rA当なる有1ヂψm剤で洗浄し、表面の汚れ
を取り去る。これを適当な濃度をもった、目的とする金
1萬イオン金含む21 rIj(メッキ液中に浸漬し、
通′畠の条f1でメッキ操作をイ1い、メッキ皮膜を析
出セしめる。皮1模の厚さは特に限定するもので&:I
:ないが、より強固な接着強度を得るには、l O77
772以上の厚さが菫ましい。しかし、金1萬メッキ皮
膜が厚すぎ、また析出金属の粒子形態が粗すぎると、複
合セラミクスと金属皮膜とのはく離が起るという不都合
な結果になる。従って電気メッキの条件として、緻密な
、適当な厚みのメッキ膜が得られる条件を選ぶのが好ま
しい。電解メッキ終了後、洗浄、乾燥を行い、次に、目
的とする被接着金属と複合セラミクスとを、銀ロウ、ハ
ンダ、アーク溶接等の従来公知の適当な接着法を用いて
接着すればよい。なお、電解メッキ後、複合セラミクス
を、還元雰囲気中で加熱処理することにより、メッキ皮
膜と当該複合セラミクスとの密着度を高めることもメッ
キ金属の樋頻によっては可能であるが、必ずしも必要と
するものではない。
ようにKjわれる。即ち複合セラミクスの接着すべき面
を・、】rA当なる有1ヂψm剤で洗浄し、表面の汚れ
を取り去る。これを適当な濃度をもった、目的とする金
1萬イオン金含む21 rIj(メッキ液中に浸漬し、
通′畠の条f1でメッキ操作をイ1い、メッキ皮膜を析
出セしめる。皮1模の厚さは特に限定するもので&:I
:ないが、より強固な接着強度を得るには、l O77
772以上の厚さが菫ましい。しかし、金1萬メッキ皮
膜が厚すぎ、また析出金属の粒子形態が粗すぎると、複
合セラミクスと金属皮膜とのはく離が起るという不都合
な結果になる。従って電気メッキの条件として、緻密な
、適当な厚みのメッキ膜が得られる条件を選ぶのが好ま
しい。電解メッキ終了後、洗浄、乾燥を行い、次に、目
的とする被接着金属と複合セラミクスとを、銀ロウ、ハ
ンダ、アーク溶接等の従来公知の適当な接着法を用いて
接着すればよい。なお、電解メッキ後、複合セラミクス
を、還元雰囲気中で加熱処理することにより、メッキ皮
膜と当該複合セラミクスとの密着度を高めることもメッ
キ金属の樋頻によっては可能であるが、必ずしも必要と
するものではない。
このように本発明によれば、複合セラミクスと金属との
接着を容易に行うことができる。この方法は、他のセラ
ミクスのメタライズ法と異なり、試料を高温に加熱する
ことなく金属皮膜を得ることができ、壕だガラス質の中
間層を用いないため、高い強度の接51i性が得られる
ばかりでなく、耐熱性の高い接着が可能である。
接着を容易に行うことができる。この方法は、他のセラ
ミクスのメタライズ法と異なり、試料を高温に加熱する
ことなく金属皮膜を得ることができ、壕だガラス質の中
間層を用いないため、高い強度の接51i性が得られる
ばかりでなく、耐熱性の高い接着が可能である。
以下実施例によりさらに詳しく説明する。
実施例1
複合セラミクスとして、炭化ケイ素ウィスカーを全重量
の30%含む窒化ケイ素焼結体を使用し、脱脂、洗浄後
、電解メッキ液に浸漬し、電気メッキを行う。電解液と
して、水1eに2007の硫酸銅を溶かしたものを用い
た。電解メッキ条件は電流密度1(Jmk/am で
あり、対極として銅を用いた。約2時間メッキを行い、
厚さ約5971iZの銅メツキ皮膜を表面に析出せしめ
た。この銅皮膜面と被接着材である銅板とを、ハンダ付
けにより接着した。接着面を中心として、曲げ強度を測
定したところ、600kp/am2の強度を示しだ。
の30%含む窒化ケイ素焼結体を使用し、脱脂、洗浄後
、電解メッキ液に浸漬し、電気メッキを行う。電解液と
して、水1eに2007の硫酸銅を溶かしたものを用い
た。電解メッキ条件は電流密度1(Jmk/am で
あり、対極として銅を用いた。約2時間メッキを行い、
厚さ約5971iZの銅メツキ皮膜を表面に析出せしめ
た。この銅皮膜面と被接着材である銅板とを、ハンダ付
けにより接着した。接着面を中心として、曲げ強度を測
定したところ、600kp/am2の強度を示しだ。
実施例2
複合セラミクスとして、炭化ケイ素ウィスカーを全重量
の40%含むアルミナ焼結付を使用し、実施例1と同様
にして、銅板と接着せしめた。接着面を中心として曲げ
強度を測定したところ、570 kf/Cmの強度を示
した。
の40%含むアルミナ焼結付を使用し、実施例1と同様
にして、銅板と接着せしめた。接着面を中心として曲げ
強度を測定したところ、570 kf/Cmの強度を示
した。
タ4力缶例3
複合セラミクスとして、全重量に対して80%の炭化ケ
イ素ウィスカーを含むサイアロン(Eli8N4: A
β20B =1:1)を使用し、実施例1と同様に、)
阜さ約10077771の銅メッキ膜を当該複合セラミ
クス上に析出させた。そののち、650°Cにて当該複
合セラミクスを鉄板と根ロウ倣合を行った。接着面を中
心として曲げ強度を測定したところ、平均強度は110
0 kli’10m、(±100kg/Cm2のバラツ
キ)を示した。、。
イ素ウィスカーを含むサイアロン(Eli8N4: A
β20B =1:1)を使用し、実施例1と同様に、)
阜さ約10077771の銅メッキ膜を当該複合セラミ
クス上に析出させた。そののち、650°Cにて当該複
合セラミクスを鉄板と根ロウ倣合を行った。接着面を中
心として曲げ強度を測定したところ、平均強度は110
0 kli’10m、(±100kg/Cm2のバラツ
キ)を示した。、。
(以上)
Claims (1)
- ■ ■族、■族又は■族元素の酸化物、蟹化物又は炭化
物を母相とし、セラミクス中に全重敵に対して5〜50
%の範囲内で繊維状炭化ケイ素結晶を分散含有する複合
焼結セラミクスと金属とを接着する方法であって、該複
合焼結セラミクス表面に電気メツキ法により金属皮膜を
析出せしめ、次いで該金属皮膜上に目的とする金1mを
接着させることを特徴とする複合焼結セラミクスと金属
との接着方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1033883A JPS59137379A (ja) | 1983-01-24 | 1983-01-24 | 複合焼結セラミクスと金属との接着方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1033883A JPS59137379A (ja) | 1983-01-24 | 1983-01-24 | 複合焼結セラミクスと金属との接着方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59137379A true JPS59137379A (ja) | 1984-08-07 |
JPS6227035B2 JPS6227035B2 (ja) | 1987-06-11 |
Family
ID=11747404
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1033883A Granted JPS59137379A (ja) | 1983-01-24 | 1983-01-24 | 複合焼結セラミクスと金属との接着方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59137379A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4624404A (en) * | 1983-12-19 | 1986-11-25 | Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha | Method for bonding ceramics and metals |
JPS6281265A (ja) * | 1985-10-04 | 1987-04-14 | Nippon Carbon Co Ltd | 摺動部材 |
JPH0446067A (ja) * | 1990-06-12 | 1992-02-17 | Agency Of Ind Science & Technol | セラミックス体と金属体との接合体 |
US6486542B1 (en) * | 1998-07-28 | 2002-11-26 | Ngk Insulators, Ltd | Semiconductor-supporting devices, processes for the production of the same, joined bodies and processes for the production of the same |
CN116375474A (zh) * | 2023-03-30 | 2023-07-04 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种焊接型碳化硼复合陶瓷及其制备方法与应用 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS56169186A (en) * | 1980-02-13 | 1981-12-25 | United Technologies Corp | Silicon carbide fiber reinforced ceramic composite material |
-
1983
- 1983-01-24 JP JP1033883A patent/JPS59137379A/ja active Granted
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CN116375474A (zh) * | 2023-03-30 | 2023-07-04 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种焊接型碳化硼复合陶瓷及其制备方法与应用 |
CN116375474B (zh) * | 2023-03-30 | 2024-04-12 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种焊接型碳化硼复合陶瓷及其制备方法与应用 |
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Publication number | Publication date |
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JPS6227035B2 (ja) | 1987-06-11 |
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