JPS59184777A - セラミツク部材と金属部材との接合方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明はセラミック部材と金属部材との接合方法に係シ
、特に発熱反応する接合用粉末ケ用いた上記接合方法に
関する。

〔従来技術〕

近年高温高強度構造材料として窒化珪素、炭化珪素、サ
イアロン等の非酸化物セラミックス、あるいは酸化アル
ミニウム、酸化ジルコニウム等、いわゆるニューセラミ
ックスが急速にクローズアップされ、多くの研究や開発
がなされている。これらのセラミックスの用途は、ガス
タービンのグレードや燃焼器、ディーゼルエンジンのシ
リンダやピストン、その他高温用機械部品として数多く
ある。

しかして周知の如くセラミックは脆性材料であり、上記
のニューセラミックスといえども金属材料に比べれば亀
裂の伝播が速く破断しやすいという基本的な欠点を有し
ている。

このような問題点を解消すべく、セラミック部材と金属
部材とを複合した素材の開発・利用が種々の分野で推進
されているが、よシ接合強度が高くしかも接合作業が答
易な接合方法の開発が期待されている。

従来、接合強度の高いセラミックと金属との接合力法と
してろう付方法がある。しかるに従来のろう付方法によ
って接合されたものは、セラミック部材と金属部材との
少なくともろう付予定部近傍部分を全体的に加熱する必
要があるところから接合部に残留応力が負荷され、これ
がために破壊が生じやすいという問題がある。また加熱
装置等の設備が必要であシ、このため大型部品の接合等
に対して多くの不都合があった。

〔発明の目的〕 本発明の目的は上記従来技術の問題点を解消し、接合強
度が極めて高いと共に、特別な加熱装置等の設備投資の
必要もなく部品の形状にも制約されにくい工業的に極め
て有利な接合方法全提供することにある。

〔発明の構成〕

この目的を達成するために本発明は、金属粉末と金属酸
化物の粉末の混合粉末からなり該金属粉末と金属酸化物
の粉末とは発熱反応するものであると共に、発熱反応後
に金属ろうを生じさせる接合用粉末を用いる接合方法で
あって、金属部材とセラミック部材との間に該接合用粉
末を介在させた後、接合用粉末の反応を開始し、この反
応によって溶融状態の金属ろうを生じさせて接合するこ
と全特徴とする、セラミック部材と金属部材との接合方
法、を要旨とするものである。

即ち本発明は、接合用粉末として、発熱反応すると共に
、反応によシ金属ろうを生じさせる組成のものを用い、
この反応熱で溶融した状態の金属ろう金生じさせて接合
するようにしたものである。

上記反応は一般的に次式で示される。

ｘＡ＋Ｂｙ０３→ＡｘＯｚ＋ｙＢ＋△Ｈ−−−−−−−
−−−−−（１）（１）式において、Ａは金属、Ｂ７０
ｚは金属酸化物であシ、ＡｘＯｚは反応で生じた金属酸
化物、Ｂは反応で生じた金属である。しかしてこの金属
Ｂが最終的にろう材となるようにＢ７０ｚを選択する。

また△Ｈは反応熱であシ、この反応熱によって生成した
ろう材を溶かすのである。

上記金属粉末Ａとしては、単一種類の金属であっても良
いし、異なる種類の金属粉末の混合物であっても良い。

また、複数棟類の粉末を混合し、反応速度を調節すると
共にろう材の組成全調整するために発熱反応に寄与しな
い金属粉末を同時に添加しておいても良い。

金属酸化物ＢｙＯｚとしては前述の如く、還元されて生
ずる金属Ｂがろう材の主要成分となるものが採用される
。このＢ７ｏｚは単一種類の金属酸化物であっても良い
が、通常ろう材は合金材であるところから、異なる金属
酸化物咬たは複酸化物を混合したものとするのが好まし
い。

上記（１）式の反応の具体例を次に示す。なお各式にお
いてチは重量％であり、ＭａＯｂは金属酸化物である。

２０．５％Ｍｇ　＋　７９．５％Ａｇ２゜→１３．８％
ＭｇＯ＋７４．２％Ａｇ＋１２．０％Ｍｇ＋△Ｈ・・・
（２）２４．９％Ｍｇ＋５２．３％ＮｉＯ＋２２８％Ｍ
ｎＯ→４１．１％ＭｇＯ＋５８．９％ＮｉＭｎ＋△Ｈ・
・・・・・・・・・・・・・・・・（３）５％Ｔｉ＋５
．６％Ｍｇ＋８５％Ｃｕ２Ｏ＋９．４％　５ｎ０２→２
６．３％Ｃｕ５ｎ＋７２．７％ＭａＯｂ＋△Ｈ−＝−＝
＝−−−−−＜４）本発明においては上記（２）〜（４
）式に示される以外にも各棟の組成の接合用粉末が採用
できる。なおこの組成を決定するに際しては、反応によ
って生じる酸化物ＭａＯｂが接合強度を低下させないよ
う決定するのが好ましい。またこの酸化物ＡｘＯｚがフ
ラックス作用を有するものとなるように組成を選択すれ
ば一層有利である。このようなフラックス作用を有する
ものとしては例えばＬｉ　０２　、Ｂ２０３Ｎａ２Ｂ４
０７等又はそれらの複合酸化物などが誉けられる。

本発明において、接合されるセラミック部材としては何
ら限定されるものではないが、反応熱を蓄熱しやすいと
ころから熱伝導率の低いものが好適である。捷だ多孔質
、緻密質のいずれでも良いが、少なくとも接合予定面が
多孔質のものであると、投錨効果が発揮されて接合強度
が高いと共に、この多孔質部が接合後に応力緩衝層とし
て作用し熱的、機械的な応力に対する抵抗性が旨い。１
だこのように少なくとも接合予定面が多孔質であると、
接合時に溶融した金属、酸化物などが気孔中に浸み込む
ようになって不要な酸化物が接合部外に排出されると共
にセラミックと金属との接合間隔が小さくなり接合強度
が高められる。なおセラミック部材の接合予定面を予め
メタライズ処理しておけば、ろう材とのなじみが良くな
９接合強度が高められる。

接合される金属部材も何ら限定されるものでは、　　な
く、各れの金属、合金部材が接合可能である。

しかして金属部材はその才ま接合に供し得るが、予めそ
の表面を多孔質化しておいても良い。このように多孔質
化しておけば、上記と同様に、応力緩衝効果、接合面の
間隔を小さくする効果などが奏される。

しかして本発明は上述の如きセラミック部材と金属部材
との間に接合用粉末を介在させて、ｔａき、この接合用
粉末の発熱反応を開始するのであるが、この反応を開始
する方法としては高周波誘導加熱手段などによシ加熱し
ても良く、あるいは、組成によっては、加圧、着火、衝
撃、摩擦、超音波などの方法を用いても良い。反応の開
始は一部分から始めてもよく、接合面全体で一度に始め
ても良い。

また本発明においては、生じたろう材が反応熱により溶
融しているときに、−ヒラミック部旧と金属部材と金押
し付けて一層接合強度を高めることも可能である。

まだ、接合中に、外部から加熱を行っても良い。

〔発明の実施例〕

気孔率４ｏ％のジルコニア質のセラミック部材と炭素、
鋼材（Ｃ０，２％）とを本発明方法に従って接合した。

即ち、Ｔｉ５％、Ｍｇ５．６％、Ｃｕ２０８５％、５ｎ
Ｏ２９，４％なる組成の接合用粉末’ｋ　１１’／ＣＴ
ｄ及び銀の粉末０．１５１／Ｃｌｄの割合で混合したも
のを両者の間隙に展開した。

次いで高周波誘導コイルを用いてこの接合面を同時に加
熱すると共に、油圧シリンダを用いて２０１＜ｙ／ｍの
圧力でセラミック部材と金属部材とを押し付けた。

この状態を５分間保持した後、加圧を解除した。

その結果セラミック部材と鋼材とは１強固に接合してい
ることが認められた。

〔発明の効果〕

以上の通り本発明によれば部材全体を加熱することなく
接合できるので、残留応力が小さいと共に、部材への熱
的影響が小さい。本発明による局部加熱は、セラミック
スが断熱性に富むことから、金鵬粉末の反応熱が極めて
効果的に接合に利用されることとなる。さらに本発明方
法によれば、高価な加熱装置が不要であり、設備投資の
問題が解消され、しかも取扱いも容易であシ、接合部位
の補イ（≦等も現場で行うことが可能であり、工業的に
極めて有利でおる。

代理人　　鵜　沼　辰　之 （ほか１名）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　金属粉末と金属酸化物の粉末の混合粉末から
   なシ該金属粉末と金属酸化物の粉末とは発熱反応するも
   のであると共に、発熱反応後に金属ろうを生じさせる接
   合用粉末を用いる接合方法であって、金属部材とセラミ
   ック部材との間に該接合用粉末を介在させた後、接合用
   粉末の反応を開始し、この反応によって溶融状態の金属
   ろうを生じさせて接合することを特徴とする、セラミッ
   ク部材と金属部材との接合方法。
2. （２）金属粉末と金属酸化物の粉末とは、発熱反応後に
   、フラックス作用を有する金属酸化物を生じさせるもの
   である特許請求の範囲第１項記載の接合方法。
3. （３）　　ろう材が溶けている間に金属部材とセラミッ
   ク部材とを互いに押し付けることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項または第２項記載の接合方法。
4. （４）接合すべきセラミック部材の表面が、多孔質処理
   及び／又は金属化処理されてい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１項に記載の
   接合方法。