JPS59207886A - 多孔質セラミツク部材表面の金属化処理方法 - 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】 本発明は多孔質セラミック部材表面の金属化処理方法に
係り、特にセラミック部材同志あるいはセラミック部材
と金属部材とを接合する場合の前処理方法として使用す
るに好適な方法に関するものである。

近年炭化珪素、窒化珪紫、サイアロン、酸化アルミニウ
ム、酸化ジルコニウムなどのセラミック部材は、高温に
おける機械的強度が優れていることや、耐熱性あるいは
耐熱衝撃性に優れているところから大きな注目を集め、
カスタービンの部品、ジ−セ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の研兜四発
が進めら力、ている。

而してセラミックスの内でも多孔質のセラミック部材は
断熱性、吸音性などの点において優れた特性を有すると
ころから広い範囲の応用が期待されている。

ところで通常、セラミックス部材を用いて構造部材を製
作するには、製造工程においてセラミックス部材同志あ
るいはセラミック部材と金属部材とを確実に接着させる
ことがしばしば必要となる。

一般に接着が行われる条件としては接着材によって被接
着物がぬれ、接着材と被接着材とが良好に結合すること
が必要である。しかるに、通常、セラミックスは、反応
性が低く、特に金属との濡れ性が悪いところから、ろう
接等の接着法を用いるとろう材のセラミック部材接合予
定表面への接着強度が低下し、これがために部材同志の
結合強度も低くなるという問題があった。

これを解決する方法としてセラミック部材の接合予定面
にＣＶＤ（化学的蒸着法）、ＰＶＤ（物理的蒸着法）、
溶射などにより金属被覆全形成することが提案されてい
る。しかるにＣＶＤあるいはＰＶＤ法によって形成され
る膜は薄いものでありセラミック部材の接合前処理法と
しては不十分々ものである。また溶射法は部材の表面に
溶融状態の粉末物質を吹き付けるようにしたものである
が、多孔質セラミック部材の孔の内部までは十分には埋
めきれないという問題がある。更にまた、多孔質セラミ
ック部材の接合予定面に金属％　ＩＪプデンの粉末を付
着した後雰囲気下で高温で加熱し、多孔質セラミック部
材の接合予定面に金属被覆を形成するようにした方法も
提案されている。しかるにこのような粉末全付着してｍ
着させるには非常に１Ａｆｆｉ（１６００°Ｃ以上）で
雰囲気下（水蒸気気流中）での処理を要す上に溶着後の
表面が極めて凹凸が多くなシ、甘だ溶けた粉末が不均一
にセラミック部材の孔に染み込んだシして、均一で厚い
成金形成さぜることは難しい。

不発明の目的は上記従来技術の問題点全解消し、セラミ
ック部材の表面に均一で成豚の大きい金属被覆を強固に
密着・形成することができ、これによりセラミック部材
の高強度の接合をも可能とする、セラミック部材表面の
金属化処理方法を提供することにある。

この目的を達成するために本発明は次全要旨とするもの
である。

即ち第１の発明は、多孔質セラミック部材の表面に、ス
パッタリング法又はイオンブレーティング法により金属
の薄膜を形成する工程と、この薄膜が形成された表面に
金属の粉末を付着させる工程と、この粉末が付着された
表面にさらに金属箔ｋｍ着する工程と、しかる後、前記
金属粉末をその融点よりも高い温度に加熱し該金属箔を
前記多孔質セラミック部材の表面に溶着させる工程と、
分有する多孔質セラミック部材表面の金属化処理方法で
ある。

また第２の発明は、多孔質セラミック部材の表面に、ス
パックリング法又はイオンブレーティング法に」、り金
属の１ｉＩ１．ｆｌｌｉｉ　”；ｒ：形成する工程と、
この薄膜か形成された表面に金属の粉末全付着させると
共にさらにこの粉末をその融点よりも高い温度に加熱し
て全域粉末を多孔質てラミック部材の表面に溶着させる
工程と、この金属粉末が溶着された表面にさらに金属箔
全添着する工程と、しかる後、前記多孔質セラミック部
材の表面に溶着された金属粉末をその融点よりも高い温
度に加熱して再度溶融することにより該金属消音前記多
孔質セラミック部材の表面に溶着させる工程と、上宿す
る多孔質セラミック部材表面の金属化処理方法である。

即ち本発明は、多孔質セラミック部材の接合予定面に強
固な金属被覆全形成し、しかもこの金属被覆が均一で且
つ十分な厚さを有することも可能であり、これにより多
孔質セラミック部材の強固な接合を実現するようにした
ものである。

本発明において、セラミック部材の種類は特に限定され
るものではなく、酸化物、窒化物、炭化物、ホウ化物あ
るいはこれらを複合したものなどにも適用可能である。

例えば酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化珪素
、炭化珪素、ホウ化ランタン、ホフ化ジルコニウム、あ
るいはサイアロンなとかあけられる。

の金属化処理方法では前述した様に、多孔質セラミック
部材の表面に均質で膜厚の人きい金属被覆？形成するこ
とは困難であったが、本発明によれば多孔質セラミック
部材について漬均質かつ膜厚の大きい金属被覆を形成す
ることが可能である。

本発明に２いては、このような多孔質セラミック部材の
表面に、スパッタリング法又はイオンプレー　ティング
法を用いて金属（合金を含む）の薄膜を形成する。この
金属（合金を含む）としてはセラミック部材及び上記金
属粉末とのなじみの良いものを用いる様にする。

なお、スパッタリング又はイオンブレーティングを行う
に際しては予めセラミック部材表面全清浄化処理してお
くのが好ましい。この清浄化処理の手段としては、スパ
ッタリングエツチング又はグロー放電方法を利用するの
が良く、例えばスパッタリング装置、イオンブレーティ
ング装置中に２いて蒸着時とは逆の電圧全印加すれば良
い。

本発明において用いられる金属粉末としては、セラミッ
ク部材とのル１１染みのよいものが好適であシ、更にセ
ラミック部材との熱膨張率の差が小さく濡れ性が良いも
のが好適である。このようなものとしては従来ろう材と
して広く知られているものが好適である。例えばセラミ
ック部材が膨化珪素質のものである場合には金属粉末は
ＣＵ粉末、Ｓｉ粉末、Ｂ粉末などの他Ｎ１−Ｐ系、Ｇｅ
系、Ｃｕ−ＭＯ系等Ｔｉ−Ｚｒ系、Ｔｉ　−Ｚｒ−Ｂｅ
系、Ｔｉ　−Ｚｒ−Ｇｅ系、ＴｊＺｒ　　Ｎｂ系、Ｔｉ
−Ｃｕ系、Ｔｉ−Ｃｕ−Ｂａ系、Ｔ　ｊ−Ｃｒ　−Ｖ系
、Ｔｉ　−Ｃｒ−Ａｕ　−Ｎｉ−Ｔａ系、Ａｕ−Ｎｉ−
Ｍｏ系等の合金粉末などが好適であり、セラミック部材
が酸化アルミニウム質のものである場合にはＳｉ、　Ｔ
ｉ　、　Ｚｒ、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｂｅ、　Ｃｕ、Ｍｎ
、Ｃｏなどの金属粉末の他、Ｎｉ系、Ｃｕ系、Ｍｏ−Ｍ
ｎ系、Ａｇ系、Ａｇ−Ｃｕ系、Ｃｏ−Ｔｉ系、Ｍｎ−Ｔ
ｉ系、Ｃｕ−Ｔｉ系、Ｆｅ−Ｍｎ系等の合金粉末などが
好適であり、酸化ジルコニウム質のものである場合には
Ｂｅ、　Ｓｉ、Ｔｉ、　Ｚｒ、　Ｎｂ、　Ｔａ、Ｗなど
の金属粉末の他、Ｚｒ系、’ｒｔ系、又はＰｔ、Ａｕ等
の貴金属系等の合金粉末が好適である。更に壕だセラミ
ック部材が窒化珪素である場合には、Ｓｔ、Ｂ、Ｃｏ、
　Ｚｒ、　Ｇｅなどの金属粉末の他Ｚｒ系、Ｃｏ系、Ｓ
ｉ系等の合金粉末が好適である。

これらの粉末をセラミック部材の接合予定面に付着させ
る手段としては、粉末全溶剤に懸濁させこの懸濁液を接
合予定面に塗布した後溶剤全蒸発させるようにしてもよ
く、あるいは粉末を接合予定面にふりかけた９、吹き付
けるようにしてもよい。

金属の箔としては特に限定されるものではなく、各種の
金属あるいは合金の箔が採用される。

しかして金属の粉末を加熱して溶融させる際の温度は、
粉末金属の融点よシも高く且つセラミック部材の溶融点
よシも低い温度が採用される。またこの加熱手段として
は各種の加熱手段が採用可能であｐ、例えば加熱炉を用
いてもよいが、レーザを照射するようにすると迅速且つ
手軽に加熱が行われると共に、接合予定面及びその近傍
部分のみを加熱することができるので好ましい。

このように゛して薄膜が′形成されたセラミック部層は
、セラミック部材同志るるいは金属部材と容易に接合さ
れる。なお接合されるセラミック部材は、互いに同一種
類のものであってもよく、異なるＲＡＭのものであって
もよい。また金属部材は合金部材でおってもよいのは勿
論である。

本発明によって金属化処理されたセラミック部材全接合
する手段としては、ろう付、溶接、など各種の方法が採
用可能であって、その他にもホットプレスによる反応接
着、無機質、有機質など各種の接着材による接着方法な
ども利用可能である。

以下実施例について説明するが、本発明はその要旨を越
えない限ｐ下記の実施例に限定されるものではない。

実施例１ 気孔率２５％の市販の酸化アルミニウム棒（ｇｚ６１５
１ｍＸ３０ｍ＋１）の接合予定表面を本発明方法に従っ
て処理した。まず酸化アルミニウム棒の端面をスパッタ
リングエツチング処理した後、スパッタリングし、Ｃａ
の薄膜を蒸着させた。このときの条件全表１に示す。

表　　１ 次いで３００メツンユアンダーのニッケルろう（Ｎ１−
ｐ　）の粉末をエチレングリコールにといて懸濁液を作
製し、この溜１濁液を酸化ジルコニウム板のスパッタリ
ング処理した表面に塗布した。・、塗布量は１ｍ当Ｄ０
．３ｙである。塗布した後エチレングリコールを蒸発さ
せ、次いでアルゴン雰囲気中でレーザを照射し１０００
’Ｃにこの粉末全加熱し酸化アルミニウム棒の表面に粉
末を溶着させた。

次いでニッケルろうの粉末が溶着された表面に０、２　
Ｍ　（Ｄ、Ｈサノ：ッヶルの薄板をのせ、アルゴン雰囲
気中で１１００’Ｃになる様に炉中で１ｏ分間保持する
ことでこの薄板を酸化アルミニウム棒の端面に溶着させ
た。ニッケルの薄板が溶着された酸化アルミニウム棒全
室温まで冷却し、その端面全観察したところ、極めて均
一な厚膜が酸化アルミニウムａ　ｋ、５ＵＳ３０４のス
テンレス鋼の棒と突き合せ摩″ｉＡ溶接したところ極め
て良好な溶接を行うことができた。

実施例２ 実施例１と同様の酸化アルミニウム棒の端面に実姉例Ｊ
と同様圧してニッケルろうの粉末全塗布しエチレングリ
コールを蒸発させた後さらに０．２ｍｍｔｏニッケルの
薄板金のせ、次いでアルゴン雰囲気中においてレーザを
照射して１４００℃に加熱しニッケルろう粉末を溶融さ
せてニッケルの薄板を酸化アルミニウム棒の端面に溶着
させた。この金属化処理された酸化アルミニウム棒を実
施例１と同様Ｋ　Ｓ　Ｕ　Ｓ　３０４のステンレス鋼の
棒と摩擦溶接したところ極めて良好な溶接全行うことが
できた。

比較例 実施例１．２と同様の酸化アルミニウムの表面に銅を２
μｍμｍ真空上た。次いでニッケルろうを用いてｌ　！
Ａｒｓ厚さのニッケル板をこの酸化ジルコニウム板の表
面にろう付した。この酸化ジルコニウム板ＱｓＵＳ３０
４のステンレス鋼材と摩擦溶接しようとしたが、ニッケ
ル板が酸化ジルコニウム板から剥離してしまい摩擦溶接
を行うことができなかった。

以上のように本発明によればセラミック部材の表面に均
一で膜厚の大きい金属被覆を形成することができる。ま
たこの金属被覆を形成するに際し、スパッタリング又は
イオンブレーティングで金属層を蒸着させるようにして
いるので、気孔の奥深いところまで金属層を蒸着させる
ことができ、金属被覆のセラミックスへの付着強度が極
めて高い。

またこのように優れた特性の金属被覆を形成することに
より、セラミック部材を強固に接合することも可能とさ
れる。

代理人　鵜　沼　辰　之 （ほか１名）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　多孔質セラミック部材の表面に、スパッタリ
   ング法又はイオンブレーティング法により金属の薄膜を
   形成する工程と、 この薄膜が形成された表面に金属の粉末を付着させる工
   程と、 この粉末が付着された表面にさらに金属箔を添着する工
   程と、 しかる後、前記金属粉末をその融点よシも高い温度に加
   熱し該金属箔を前記多孔質セラミック部材の表面に溶着
   させる工程と、 を有する多孔質セラミック部材表面の金属化処理方法。
2. （２）　　多孔質セラミック部材の表面は予め清浄化処
   理されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の方法。
3. （３）　　レーザを照射することにょシ前記金属粉末を
   加熱することを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第
   ２項記載の方法。
4. （４）　　多孔質セラミック部材の表面に、スパッタリ
   ング法又はイオンブレーティング法により金属の薄膜を
   形成する工程と、 この薄膜が形成された表面に金属の粉末全付着させると
   共にさらにこの粉末をその融点よりも高い温度に加熱し
   て金属粉末を多孔質セラミック部材の表面に溶着させる
   工程と、 この金属粉末が溶着された表面にさらに金属箔を添着す
   る工程と、 しかる後、前記多孔質セラミック部材の表面に溶着され
   た金属粉末をその融点よシも高い温度に加熱して再度溶
   融することにより核金属箔を前記多孔質セラミック部材
   の表面に溶着させる工程と、を有する多孔質セラミック
   部材表面の金属化処理方法。