JPS59207885A - 金属部材にセラミツク部材を接合する方法 - 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〕 本発明は金属部制にセラミック部材を接合する方法に係
り、特に厚みの小さいセラミック部材全金属部材に接合
するに好適な方法に関するものである。

〔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の用途はガスタービ
ンのロータやグレード、燃焼器内筒、ディーゼルエンジ
ンのシリンダやピストンクラウン、その他高温用機械部
品として数多くあるが、いずれも形状や寸法精度の要求
がきびしく、始めから一体のものとして成形製作するこ
とは困難であることが多い。このため（Ｃ部分的な製品
同志全接合させて複雑方形状のものに仕上げる必要かあ
り、セラミックスと金属と全強固に接合させる方法の開
発が望まれている。

また板状セラミック全金属部材の表面に貼着し、金属部
材の残置、靭性等の判性と、セラミックの耐熱・註、耐
摩耗性、＃Ｉ蝕注等を組み合わせた複合材料も着々と用
途を拡大しつつ必や、その用途上さらに敷１汀するため
に板状セラミックを金属部材に容易に接合できる方法の
一発が期待てれている。

このような接合残置の高い接合方法の１つとしてろう付
方法がある。しかるに従来のろう付方法によって接合す
ると、ろう付の際の加熱により、接合後の部材に残留熱
応力が生じ、これがために接合部の破壊が生じる虞れが
ある。特に大型の部品にセラミックスの薄板を貼付けて
断熱性、耐摩耗性など全高めようとする場合には、この
ような問題点が顕在化しやすい。

〔発明の目的〕

本発明の目的は上記従来技術の間亀点を解消し、接合強
度が高いと共に、残留応力の小さい接合を可能とする、
金属部材にセラミック部材を接合する方法を提供するこ
とにある。

〔発明の概要〕

この目的全達成するために、本発明は、金属部材にセラ
ミック部材全接合する方法において、該金属部材とセラ
ミック部材との間に、該金属部材及びセラミック部材の
双方よりも融点の低いインサート金属を介在させておき
、鉄心を有する高周波誘導加熱コイルを用いてセラミッ
ク部材の表側から交番する磁界全付与し、該インサート
金属を高周波誘導加熱して溶融させると共に、該高周波
誘導加熱コイルの鉄心全セラミック部材に押し付けて、
該金属部材とセラミック部材とを接合することを特徴と
する、金属部材にセラミック部材を接合する方法、を要
旨とするものである。

第１図は本発明の実施例に係る接合方法を示す断面図で
あって、セラミック部材１と金属部材３とを接合する方
法舎示している。：ケお第２図は後述のコイル本体５の
形状を示す斜視図である。本発明は、図示の如くセラミ
ック部材１と金属部材３との間にインサート金属２を介
在させておき、び金属部材３の表面を選択的に高周波誘
導加熱することによりインサート金廣１２舌・溶融させ
ると共に、コイル４の鉄心６’ｔセラミック部材１に押
し付けてセラミック部材１と金属部材３とを強固に接合
する方法である。第１図及び第２図において、５は高周
波誘導加熱コイル４全構成するコイル本体であり、この
渦巻型のコイル本体５の中心孔に鉄心６が挿入されてい
る。５Ａはコ・イル本体５のリード端子である。

本発明においては、セラミック部材の表側から変番する
磁界全付与してインサート金属全誘導加熱するようにし
ているので、セラミック部材としては厚みの小さいもの
、例えば第１図に示す板状のものなどが好適である。又
、第３図に示す如く、タイル状のセラミック部材１など
を次々に接合するに好適である。なお、本発、明におい
てセラミック部材の材質は特に限定されるものではない
が、電気抵抗が高く絶縁体に近いものが好筐しい。

才だ本発明において、セラミック部材の接合予定面に予
め金属の薄膜をコーティングするメタライズ処理等の金
属化処理１１〜でおくと、金属部材との接合強度が高め
られる。このような金属化処理の方法としては、メッキ
法、Ｍ、ｏ　　Ｍｎｓ末法、溶射法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ
法等すでに公知の各種の手段が採用可能である。贅たセ
ラミック部材の接合予定面を予め多孔′Ｊｌ、４化して
おくと、インサート金属との々じみがよくなると共に、
投錨効果が十分に発揮され、接合強度が高めら扛る。−
また、この多孔質部分が熱応力を緩衝する応力緩衝層と
して作用する。セラミック部材の接合予定面を多孔質化
する方法としては表面の一部を酸で溶解する方法、同質
のセラミック粉末’（＋−茨面に焼結する方法やレーザ
ビ一ムを照射するなど桶々の手段が採用可能である。

本発明において金属部材としては各種の金属あるいは合
金部材が接合可能である。この金属部材の材質は何ら限
定されるものではない。なお金属部材の接合予定面を予
め清浄化しておけばインサー）・金属との接合強度が高
められる。さらにまた金属部材の接合予定面を、セラミ
ック部材の接合予定面と同様に、多孔質化しておけば、
インサーで好ましい。

金属部材の接合予定面を多孔質化する方法としく、ある
いは金属部材の結晶粒界及びその近傍に沿って存在する
物質？選択的に溶出きせる処理を行ってもよい。

捷た本発明において、インサート金属としては接合され
る金属部材及びセラミック部材よりも融点の低いもので
あれば採用可能であり、例えばろう材などが好適である
。

なおインサート金属とし、でろう材全採用する場合には
、ろう材中にＢ、Ｃ，ｐなどのろう材の融点を降下させ
る元紫奮含せせておけばろう接作業に際して金属゛６シ
材の接合予定面が溶は定ろう材に浴かし込まれるように
ｉｐ、接合部のろう材の融点が向上するようになる効果
も期待出来る。

関周波誇導加熱コイル４としては第１図及び第２図に示
される以外にも各種の形状のものが採用可能でおる。で
たコイル４の大きさ、形状を変えることにより、加熱範
囲、形状をり：えることもできる。な２高周波誘導加熱
させるに際し、肩周波の周波数は特に限定烙れるもので
はな（３００Ｈｚ〜５００　Ｉ（Ｈｚなど広い範囲の周
波数が使える。

またこの周波数を変えることによタニＩイルに」：る　
　。

加熱深さを任意に変更１〜ることかできる。

本孔リド１において高周波誘導加熱コイルの鉄心をセラ
ミック部材に押し付ける機構Ｕ、台柱のものが一採用で
き、例えば電気油圧゛サーボ式のものなどが採用される
。

しかしてコイルの鉄心を強く押し伺けることにより、セ
ラミソ、り部材と金属部材とがさらに均一に密着すると
共に、溶けたろう材の一部が接合面から外部に押＋−，
Ｌｔ’、されたり、セラミック部材の気孔中に押し込で
れたジしてろう］〆金属の量が減少すると共に確実に接
合し、接合強度が飛躍的に向上する。−！た接合の信頼
性も一段と高められる。

なおコイルはセラミック部材の表側を順次移動させて、
セラミック部材と金属部材と全全面的に接合しても良く
、捷７’ｊｌ又は２箇所以上をスポット的に接合させて
も良い。セお本発明においては鉄心により磁束が集中さ
れるのでこのようなスポット的な接合は伶めて迅速に行
なえる。

〔発明の実施例〕

直径４００詣のＣｒ−Ｍｏ鋳鋼製のピストンクラウン形
状品（円筒状）の上面に本発明方法によって８０１角タ
イル状の予じめメタライズ処理をしたセラミック部材（
多孔質酸化ジルコニウム系セラミックス（気孔率２５％
）、厚さ５　Ｍｒｒ　）　ｆ貼付けた。即ちインサート
金属として金ろう（Ａｕ　：　３５１１ｔ％、Ｃｕ：６
２ｕｔ％、Ｎｉ：３ｕｔ％）を用い第１図に示す如き形
状の高周波誘導加熱用コイルを用い、２００ＫＨｚの陥
周波を用いこのインサート金属を溶かした。また同時に
２０に９７ｃｉｔの圧力で鉄心をセラミック部材に押し
付けた。高周波誘導加熱コイルの大きさはｉｏｏｉｍ、
ｙである。鉄心の大きさはセラミック部材との接触側で
７０關ダである。その結果ピストンクラウンにセラミッ
ク部材全強固に貼付けることができた。

〔発明の効果〕

以上の通り本発明によればセラミック部材に金属部材に
強固に接合することができ、接合の信頼性も極めて高い
。捷た、加熱部分が小さいので残留応力も少ない。さら
に金属部材とセラミック部材とを全体として加熱する必
要がなく、接合作業も容易かつ迅速である。甘だタイル
状のセラミックスを次々に貼９つけるのに最適であシ、
又スポット接合に使用することもでき、セラミックス部
材と金枦部材との予備的な接合に使用することもできる
。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第３図はそれぞれ本発明の実施例方法を示す
部材及びコイルの断面図、第２図はコイル本体の斜ネ几
図である。 １・・・セラミック部材、２・・・インザート金属、３
・・・金か４部羽、４・・・高周波誘導加熱コイル、６
・・・Ｃ１−心。 代理人　　鵜　沼　辰　之 （ほか１名）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　金属部材にセラミック部材を接合する方法に
   おいて、該金属部材とセラミック部材との間に、該金属
   部材及びセラミック部材の双方よりも融点の低いインサ
   ート金属全介在させておき、鉄心を有する高周波誘導加
   熱コイルを用いてセラミック部材の表側から交番する磁
   界全付与し、該インサート金属＋ａ周波誘導加熱して溶
   融させると共に、該高周波誘導加熱コイルの鉄心をセラ
   ミック部材に押し付けて、該金属部材とセラミック部材
   とを接合することを特徴とする、金属部材にセラミック
   部材を接合する方法。
2. （２）　　インサート金属として、溶融時に金属部材の
   表面が溶かし込まれる組成のものを用いることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の方法。
3. （３）　　金属部材とセラミック部材とは、それぞれの
   接合予定面が予め多孔質化されていることと特徴とする
   特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の方法。
4. （４）　　セラミック部材の接合予定面は予めメタライ
   ズ処理されてめ−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項に記載の方法。