JPS59169986A - セラミツクスと金属の接合方法 - Google Patents
セラミツクスと金属の接合方法Info
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- JPS59169986A JPS59169986A JP4188783A JP4188783A JPS59169986A JP S59169986 A JPS59169986 A JP S59169986A JP 4188783 A JP4188783 A JP 4188783A JP 4188783 A JP4188783 A JP 4188783A JP S59169986 A JPS59169986 A JP S59169986A
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- joining
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- ceramics
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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スと金属との接合方法に関するもの
でらる。
でらる。
（発明の技術的背景及びその問題点）
セラミックス全種々の分野の材料に採用する」烏合、異
独材料の金属と接合して採用することが望せしい。その
方がセラミックスを単卯で採用するよシも一強度等の血
ではるかに用途が拡大されるからでわる。セラミックス
と金属との嵌合方法には従来ペシ々のものがめった。即
ち機緘的接合によるもの、１本無機接着剤によるもの、
ろう付けによるもの晴の方法であるか、いずれも継手の
強度、気密性等（Ｃ問題があった。これら従来の方法の
問題点“０１つとしてセラミックスと接合すべき金属及
びろう材との開に熱膨張率に大きな差が存し、接合後の
冷却時期において熱応力のために破壊が生じやすいこと
があけられる。さらにこの熱膨張率の差による問題は一
接合時の加熱による場合だけではなく、セラミックスと
金属の接合体を加熱下において使用する場合にも生ずる
。例えば、セラミックスをエンジンのシリンダーライナ
ー内面に接合して使用する場合、セラミックスとライナ
ーの間に存在する温度差に基づく熱応力が問題となる。
独材料の金属と接合して採用することが望せしい。その
方がセラミックスを単卯で採用するよシも一強度等の血
ではるかに用途が拡大されるからでわる。セラミックス
と金属との嵌合方法には従来ペシ々のものがめった。即
ち機緘的接合によるもの、１本無機接着剤によるもの、
ろう付けによるもの晴の方法であるか、いずれも継手の
強度、気密性等（Ｃ問題があった。これら従来の方法の
問題点“０１つとしてセラミックスと接合すべき金属及
びろう材との開に熱膨張率に大きな差が存し、接合後の
冷却時期において熱応力のために破壊が生じやすいこと
があけられる。さらにこの熱膨張率の差による問題は一
接合時の加熱による場合だけではなく、セラミックスと
金属の接合体を加熱下において使用する場合にも生ずる
。例えば、セラミックスをエンジンのシリンダーライナ
ー内面に接合して使用する場合、セラミックスとライナ
ーの間に存在する温度差に基づく熱応力が問題となる。
尚、セラミックスと金属の熱膨張率の１ｙｌｌ ｈ−以
下に掲げておく。
下に掲げておく。
ｋ１２０３セラミックス： ７．８Ｘ１０−’ Ｋ−
’Ｓｉ３Ｎ４セラミックス： ３．２Ｘ１０−’に一
’ＳｉＣセラミックス ： ４．８ＸｌＯ−６に刊Ｚ
ｒＯ２セラミックス： ９Ｘ１０−６Ｋ −１Ｆｅ
金ｈＡ 二
１２Ｘｌ υ−６に一１Ａｌ 合金 ：
２３Ｘ１０ ” Ｋ□ＩＣｕ 合金 ：
１７Ｘ１０ ’ Ｌ＜−’（発明の目的） 本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、セラ
ミックスと金属との熱膨張率に大きな差がめるにもかか
わらす一両渚の強固な接合全維持できる接合方法を提供
することを目的とする。
’Ｓｉ３Ｎ４セラミックス： ３．２Ｘ１０−’に一
’ＳｉＣセラミックス ： ４．８ＸｌＯ−６に刊Ｚ
ｒＯ２セラミックス： ９Ｘ１０−６Ｋ −１Ｆｅ
金ｈＡ 二
１２Ｘｌ υ−６に一１Ａｌ 合金 ：
２３Ｘ１０ ” Ｋ□ＩＣｕ 合金 ：
１７Ｘ１０ ’ Ｌ＜−’（発明の目的） 本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、セラ
ミックスと金属との熱膨張率に大きな差がめるにもかか
わらす一両渚の強固な接合全維持できる接合方法を提供
することを目的とする。
（発明の概要）
本発明のセラミックスと金属の接合方法はセラミックス
の接合面に化学蒸着又は物理蒸着によって金居裕膜を形
成した後、この金属化ルかと前記接合金属の接合面の開
６形状記憶合金の粉体、もしくは形状記憶台金粉体と金
属粉体との混合体、もしくは金属をコーティングした形
状記１、しく合金粉体音挿入し、刊゛捜の中における加
熱圧縮成形により。
の接合面に化学蒸着又は物理蒸着によって金居裕膜を形
成した後、この金属化ルかと前記接合金属の接合面の開
６形状記憶合金の粉体、もしくは形状記憶台金粉体と金
属粉体との混合体、もしくは金属をコーティングした形
状記１、しく合金粉体音挿入し、刊゛捜の中における加
熱圧縮成形により。
圧着して接合を行うことを特徴とするものであって、接
合面の間に形状６己憶合金を有することに工り熱膨張率
の差によって生ずる熱応力か吸収でさ一強固な接合を維
持でさるものである。
合面の間に形状６己憶合金を有することに工り熱膨張率
の差によって生ずる熱応力か吸収でさ一強固な接合を維
持でさるものである。
本発明の原理は、形状記憶合金が加熱圧縮後の冷却過程
中にマルテンサイト疼−悪をし、熱膨張率の差に基づく
熱応力音吸収するとともに、−たん変態全終了した後は
形状記憶合金は変縛点以下の温度において軟かく外注係
数が非常に小さくて変形性に富むという性質により、使
用時のセラミックスと金属との間の温度差に基つく熱応
力が形状記憶合金に吸収され、かつ破壊が生じない様に
したものである。形状記憶合金の変態点は形状記憶合金
の成分を調整す５ることにより高瀧域に設定できる。形
状記憶合金には−Ｎ ｉ −Ｔ ｉ合金、Ｃｕ−Ａｌ−
Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａ４合金−Ｃｕ−８ｐ合金、Ｃ
ｕ−Ｚｎ−８ｉ合金−Ａｇ−Ｃｄ合金−等種々のものが
あり各々本発明に使用できる。
中にマルテンサイト疼−悪をし、熱膨張率の差に基づく
熱応力音吸収するとともに、−たん変態全終了した後は
形状記憶合金は変縛点以下の温度において軟かく外注係
数が非常に小さくて変形性に富むという性質により、使
用時のセラミックスと金属との間の温度差に基つく熱応
力が形状記憶合金に吸収され、かつ破壊が生じない様に
したものである。形状記憶合金の変態点は形状記憶合金
の成分を調整す５ることにより高瀧域に設定できる。形
状記憶合金には−Ｎ ｉ −Ｔ ｉ合金、Ｃｕ−Ａｌ−
Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａ４合金−Ｃｕ−８ｐ合金、Ｃ
ｕ−Ｚｎ−８ｉ合金−Ａｇ−Ｃｄ合金−等種々のものが
あり各々本発明に使用できる。
セラミックス側の接合面に金属被□膜金設けることもで
きるが、この場合には粉体の形状記憶合金を圧縮成形す
るときに一形状記憶合金との圧着性をよくするフラ毒≦
モ忌１竺しまた、形状記憶合金粉体と金属粉体との混合
体？使用すること、もしくは形状記憶合金粉体に金属膜
のコーティング層を設けることもでき、これらの場合に
はセラミックスラミックス上に金属被膜を形成する手段
である化学蒸着は、抜脱金属全析出する化学反応忙おこ
している気相中にセラミックスをさらしてセラミックス
表面に破膜金属を蒸着させるものである。又、物理蒸着
は、例えばスハツタリング蒸着と呼ばれる方法であり−
Ａｒ気体等の雰囲気中におい−Ｃ−グロー放電ヲ起し
てＡｒをイオン化し、このＡｒイオンが陽極に配されて
いる被膜金属材料に衝突することにより扱膜金り、Ｈ原
子を放出させてセラミックス表面に蒸尤系せるものであ
る。ノし状記憶合金粉体に金属＄膜をコーチインクする
場合も前記と同様（（化学蒸着もしくは物理赦着（′こ
より行わｎる。セラミックス上の仮説金属、形状ｄ己憶
合金粉体と混合体を成す金Ａハ、粉体、形秋記・１．は
合金粉体上の金属コーティング板間は必すしも接合金属
と同一金属でめる必要はな（・か、形状凸し憶合輩と圧
着性の良いものが８聾しい。
きるが、この場合には粉体の形状記憶合金を圧縮成形す
るときに一形状記憶合金との圧着性をよくするフラ毒≦
モ忌１竺しまた、形状記憶合金粉体と金属粉体との混合
体？使用すること、もしくは形状記憶合金粉体に金属膜
のコーティング層を設けることもでき、これらの場合に
はセラミックスラミックス上に金属被膜を形成する手段
である化学蒸着は、抜脱金属全析出する化学反応忙おこ
している気相中にセラミックスをさらしてセラミックス
表面に破膜金属を蒸着させるものである。又、物理蒸着
は、例えばスハツタリング蒸着と呼ばれる方法であり−
Ａｒ気体等の雰囲気中におい−Ｃ−グロー放電ヲ起し
てＡｒをイオン化し、このＡｒイオンが陽極に配されて
いる被膜金属材料に衝突することにより扱膜金り、Ｈ原
子を放出させてセラミックス表面に蒸尤系せるものであ
る。ノし状記憶合金粉体に金属＄膜をコーチインクする
場合も前記と同様（（化学蒸着もしくは物理赦着（′こ
より行わｎる。セラミックス上の仮説金属、形状ｄ己憶
合金粉体と混合体を成す金Ａハ、粉体、形秋記・１．は
合金粉体上の金属コーティング板間は必すしも接合金属
と同一金属でめる必要はな（・か、形状凸し憶合輩と圧
着性の良いものが８聾しい。
仰望の中にオＪける匣柘、力、及び温度は形状記１：は
合金の打順、及び形状ｉ已・臆合金例体とイ昆合体をな
す金属粉体の杉、類−形常’ｔｌｒＬ Ｖｖ曾金ｙＪ体
上の金属コーテイング膜の梠！類によって変ってくるが
一一般に圧綿力１０〜６０ ｋｇ／詣２、温反２５０〜
１０００−Ｃの範囲である。
合金の打順、及び形状ｉ已・臆合金例体とイ昆合体をな
す金属粉体の杉、類−形常’ｔｌｒＬ Ｖｖ曾金ｙＪ体
上の金属コーテイング膜の梠！類によって変ってくるが
一一般に圧綿力１０〜６０ ｋｇ／詣２、温反２５０〜
１０００−Ｃの範囲である。
押型によシ加熱圧綿さｎたゼ。合体は、その後形状記憶
合金に形状記憶効果を発現させるため一所定の温度に保
持した後冷却する操作を行う。この冷却堝程中に形状記
憶合金はマルテンサイト的に変態し、この変態によりセ
ラミックスと接合金属との間の熱膨張率の差に基つく熱
応力かえ友和されると同時に形状記憶合金自体に形状記
１フｉ効果が発現され、以後の熱応力に対して良好な吸
収効果をもたらすことができる。前記形汰詑俤効果を発
現させるための所定保持温度とは一形状記憶合金の４中
類によって変ってくるが、およそ５５０〜９００゛Ｃで
ある。この所定温度保持の操作は、加熱圧給時の温度と
一致するならば省略してもぜ）わない。
合金に形状記憶効果を発現させるため一所定の温度に保
持した後冷却する操作を行う。この冷却堝程中に形状記
憶合金はマルテンサイト的に変態し、この変態によりセ
ラミックスと接合金属との間の熱膨張率の差に基つく熱
応力かえ友和されると同時に形状記憶合金自体に形状記
１フｉ効果が発現され、以後の熱応力に対して良好な吸
収効果をもたらすことができる。前記形汰詑俤効果を発
現させるための所定保持温度とは一形状記憶合金の４中
類によって変ってくるが、およそ５５０〜９００゛Ｃで
ある。この所定温度保持の操作は、加熱圧給時の温度と
一致するならば省略してもぜ）わない。
」し汰６に憶合金粉と金稍粉とを混合して使用するノ易
合は、前記熱応力の吸収が有効にな烙れるためには一形
状酊シ憶合金は少くとも１０ｗｔチ以上の′１ｉ１１が
８才しい。
合は、前記熱応力の吸収が有効にな烙れるためには一形
状酊シ憶合金は少くとも１０ｗｔチ以上の′１ｉ１１が
８才しい。
（発明の実施例）
・本発明の第１妻施例を図１において説明する。
不実施例において、セラミックスｌはＡＪ！’２０．＋
を主成分とするアルミナセラミックスである。又−接合
金属２は金属銅である。使用されるプレ状記憶合金３ｆ
ｌ；１Ｎｊ−Ｔｉ合金（４６ｗｔ％Ｔｉ）であり、金属
銅粉４の中に２． Ｏｗ ｔ％存在している。被膜金属
５は、金属銅で一級膜の厚さはおよそ４０μｍである。
を主成分とするアルミナセラミックスである。又−接合
金属２は金属銅である。使用されるプレ状記憶合金３ｆ
ｌ；１Ｎｊ−Ｔｉ合金（４６ｗｔ％Ｔｉ）であり、金属
銅粉４の中に２． Ｏｗ ｔ％存在している。被膜金属
５は、金属銅で一級膜の厚さはおよそ４０μｍである。
被膜の形成方法は物理蒸着によった。具体的に（は、ス
パッタリング蒸ンａ法により一阪極に配した金属＠にＡ
ｒイオンを衝突させてアルミナセラミックス上に金籾銅
を析出させたものでりる。
パッタリング蒸ンａ法により一阪極に配した金属＠にＡ
ｒイオンを衝突させてアルミナセラミックス上に金籾銅
を析出させたものでりる。
次に押型による圧縮成形は、Ｎｉ−Ｔｉ合金のｌＯ〜６
０μｍ微粒子から成る粉体と金ｊ％銅の１〜１０μｍ似
粒子わ・ら成る粉体との混合体ケー水累／Ａ、囲気下に
て、ヒータ６によジ温度６００℃に加湿し圧縮力３０
ｋ＋７／ｎ、ｙ”にて１５分間保持した後、冷却した。
０μｍ微粒子から成る粉体と金ｊ％銅の１〜１０μｍ似
粒子わ・ら成る粉体との混合体ケー水累／Ａ、囲気下に
て、ヒータ６によジ温度６００℃に加湿し圧縮力３０
ｋ＋７／ｎ、ｙ”にて１５分間保持した後、冷却した。
この加熱圧ゐ（でより形状吉１１急合金粉体と金属知Ｊ
粉体との混合体の厚さはおよそ５００μｍとなった。
粉体との混合体の厚さはおよそ５００μｍとなった。
本実施例で（１形状記憶合金としてＮｉ−Ｔｉ合金？用
いているので一形状記憶効果全発現さぜるための所定温
度は押型による加熱圧靴１時の温度と一致しており一形
状Ｖ己憶効果を発現させるための所定温度にする特別の
操作は必要としないっこの第１実施例により接合された
セラミックスと金属の接合体はセラミックスと金属とを
ろう材で接合したものよりはるかに接合状態か艮＜ ＋
Ｒ＝：１れ等の接合面の破壊は全く見られなかった。
いているので一形状記憶効果全発現さぜるための所定温
度は押型による加熱圧靴１時の温度と一致しており一形
状Ｖ己憶効果を発現させるための所定温度にする特別の
操作は必要としないっこの第１実施例により接合された
セラミックスと金属の接合体はセラミックスと金属とを
ろう材で接合したものよりはるかに接合状態か艮＜ ＋
Ｒ＝：１れ等の接合面の破壊は全く見られなかった。
これは本実施例のＮｉ−Ｔｉ合金が１．前、記加熱圧縮
佼の冷却過程でマルテンサイト的に忽こ態し一熱尾・カ
ケ吸収したことによると考えられる。
佼の冷却過程でマルテンサイト的に忽こ態し一熱尾・カ
ケ吸収したことによると考えられる。
以」−の第１妻施例は形状記憶合金粉体と金属粉体との
混合体全使用した場合であるが一以−〒ＵＣ−Ａ５ｔす
）Ｊする第２夾廁１５’ＩＪは形状記す、は合金粉体の
゛適υυに金属膜をコーティングした粉体全便用したも
のであり一第２図にオ６いて説明する。この第２に施例
において形状記憶合金粉体３ ｒま第一ゾく施しＩ」と
同じ（Ｎｉ−Ｔｉ合金（４６ｗｔ％Ｔｉ）であり、その
筐わりに金属銅４が被覆されている。具体的には第３図
に示すスパッタリング蒸着装置によすＮ】−Ｔ】合金の
脣わりに約Ｊ５μｍの金〃４σｌＡｉ ａ：、 ｆｉＡ
８を・つけた。即ち、第３図に示すようにス・（ツク
リング熱堝装置１１内において、ターゲット１２側に超
Ｑ”Ｎ３ Ｉｌｌ：金属粉体３に被膜すべき金属１［；
１を配し、２−：蒲’ＩＵＩケＣ超塑１〈４．金属粉体
３ケタ１こ持する粉末ｍ’ａ １３を配し−この粉末槽
１３は開ロ部全ターゲ、ット１２側に向は内部に粉体攪
拌手段を櫓するものでろる。
混合体全使用した場合であるが一以−〒ＵＣ−Ａ５ｔす
）Ｊする第２夾廁１５’ＩＪは形状記す、は合金粉体の
゛適υυに金属膜をコーティングした粉体全便用したも
のであり一第２図にオ６いて説明する。この第２に施例
において形状記憶合金粉体３ ｒま第一ゾく施しＩ」と
同じ（Ｎｉ−Ｔｉ合金（４６ｗｔ％Ｔｉ）であり、その
筐わりに金属銅４が被覆されている。具体的には第３図
に示すスパッタリング蒸着装置によすＮ】−Ｔ】合金の
脣わりに約Ｊ５μｍの金〃４σｌＡｉ ａ：、 ｆｉＡ
８を・つけた。即ち、第３図に示すようにス・（ツク
リング熱堝装置１１内において、ターゲット１２側に超
Ｑ”Ｎ３ Ｉｌｌ：金属粉体３に被膜すべき金属１［；
１を配し、２−：蒲’ＩＵＩケＣ超塑１〈４．金属粉体
３ケタ１こ持する粉末ｍ’ａ １３を配し−この粉末槽
１３は開ロ部全ターゲ、ット１２側に向は内部に粉体攪
拌手段を櫓するものでろる。
これにより、ターゲット１２側の金属銅から飛散した銅
原子又は分子を超塑性合金粉体全体（ｌ（均一に添加で
きるものである。
原子又は分子を超塑性合金粉体全体（ｌ（均一に添加で
きるものである。
以下、セラミックス１上に金（バ銅合被瞼する条件及び
加熱圧縮の条件は前記第１丈旋イ／すと１ｂ１−とした
。
加熱圧縮の条件は前記第１丈旋イ／すと１ｂ１−とした
。
この第２夾施例により接合されたセラミックスと金属の
接合体についても娼ｌ火側４９１Ｊの接合体と同様に接
合面の破壊は全くみられなかった。
接合体についても娼ｌ火側４９１Ｊの接合体と同様に接
合面の破壊は全くみられなかった。
（冗明の効果）
本発明のセラミックスと金属の接合部ｆｃよれば。
セラミックスと金属との熱膨張率に大きな差があるにも
かかわらず、両者の強固な接合を維持できるものである
。
かかわらず、両者の強固な接合を維持できるものである
。
第１図は本発明の第一゛実施例に係る接合部の縦断面図
２第２図（ｄ第二実施例に係る接合部の縦断面図−第３
図は第２図の超塑性合金粉体に金属銅被膜全形成するた
めのスパッタリング蒸着装置の縦断面図である。 １・・・アルミナセラミックス、２・・金属ｉＭ −３
・・形状ｍｌｌ金合金Ｎｊ−Ｔｉ）、４・・金属銅粉体
、５・・金呪銅被膜２６・・・ヒーター、７・押型−８
・・・金属銅破膜−ｌ】・・スパッタリング蒸着装置、
１２・・ターゲット、１３・・・粉末槽。 代理人 鵜 沼 辰 之 （ほか２名） 第１図 第２図 ■
２第２図（ｄ第二実施例に係る接合部の縦断面図−第３
図は第２図の超塑性合金粉体に金属銅被膜全形成するた
めのスパッタリング蒸着装置の縦断面図である。 １・・・アルミナセラミックス、２・・金属ｉＭ −３
・・形状ｍｌｌ金合金Ｎｊ−Ｔｉ）、４・・金属銅粉体
、５・・金呪銅被膜２６・・・ヒーター、７・押型−８
・・・金属銅破膜−ｌ】・・スパッタリング蒸着装置、
１２・・ターゲット、１３・・・粉末槽。 代理人 鵜 沼 辰 之 （ほか２名） 第１図 第２図 ■
Claims (4)
- （１） セラミックスとこれに接合すべき接合金属と
の接合方法において、セラミックス側の接合面に化学蒸
着又は物理蒸着によって金属被膜を形成した後、この金
属被膜と前記接合金属側の接合面の間に形状記憶合金全
挿入し、押型の中における加熱圧縮成形によシ形状記憶
合金層を形成圧后して接合を行うことを特徴とするセラ
ミックスと金属の接合方法。 - （２） 特許請求の範囲第１項において、゛形状記憶
合金の粉体を他の金属粉体との混合体として挿入し接合
を行うセラミックスと金属の接合方法。 - （３）％許藷求の範囲第２項において、形状記憶合金粉
体が混合体中に１０ｗｔ％以上含１れるセラミックスと
金属の接合方法。 - （４）特許請求の範囲第１項において、挿入される形状
記憶合金粉体が一粉体懺面に金属被膜を有するセラミッ
クスと金属の接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4188783A JPS59169986A (ja) | 1983-03-14 | 1983-03-14 | セラミツクスと金属の接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4188783A JPS59169986A (ja) | 1983-03-14 | 1983-03-14 | セラミツクスと金属の接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59169986A true JPS59169986A (ja) | 1984-09-26 |
Family
ID=12620785
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4188783A Pending JPS59169986A (ja) | 1983-03-14 | 1983-03-14 | セラミツクスと金属の接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59169986A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04317475A (ja) * | 1990-10-05 | 1992-11-09 | Mercedes Benz Ag | 熱膨張係数が異なった材料から成る部品のろう付け方法 |
-
1983
- 1983-03-14 JP JP4188783A patent/JPS59169986A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04317475A (ja) * | 1990-10-05 | 1992-11-09 | Mercedes Benz Ag | 熱膨張係数が異なった材料から成る部品のろう付け方法 |
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