JPS59221661A - セラミツクス接合部の欠陥検査法 - Google Patents

セラミツクス接合部の欠陥検査法

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JPS59221661A
JPS59221661A JP58096599A JP9659983A JPS59221661A JP S59221661 A JPS59221661 A JP S59221661A JP 58096599 A JP58096599 A JP 58096599A JP 9659983 A JP9659983 A JP 9659983A JP S59221661 A JPS59221661 A JP S59221661A
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ceramic
thermal stress
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ceramic sintered
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俊一郎 田中
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    • GPHYSICS
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明はセラミックス接合部の欠陥検査法に関する。
[発明の技術的背景とその問題点] セラミックス製品は高温領域における高強度、高耐蝕性
および軽量である等の利点を有しており、近年のセラミ
ックス製品技術の発展に伴い各分野において金属製品と
置き換えることが研究されている。
しかして、このようなセラミックス製品は、セラミック
ス粉末を注型、圧縮成型あるいは射出成型した後焼結さ
れるが、大型製品については複数の成形体を焼結時に接
合することにより、所定の形状に成型することも行われ
ている。
また電子機器部品や封着部品等においては、セラミック
ス焼結体と金属部材とを接合させて製造されるものが多
い。
このようなセラミックス製品においては、接合条件や接
合操作が不適切であった場合には、接合部界面に接合不
良によるボイド、介在物、不整等の欠陥が生じることが
ある。
一般に、セラミックスは金属に比較して脆性が゛ 大き
く、特に異質の素材を接合させた接合部では、微細な欠
陥も破壊の原因となり得るため、セラミックス製品の接
合部の欠陥を非破壊的に検出する検査方法の確立が望ま
れている。
金属製品の溶接部または接合部に対しては、このような
非破壊検査方法として超音波パルス法(以下LIT法と
略す)、アコースティックエミッション法(以下AE法
と略す)等が用いられている。
しかしながら、このような金属製品に用いられている方
法をそのままセラミックス製品の接合部の検査に適用す
ることは、セラミックスと金属との脆性等の性質や形状
が違うため困難な場合が多い。
すなわち金属製品の接合部にお(プる検査対象とする亀
裂寸法は、通常匝のオーダー、介在物にあっては1オー
ダー低い程度で充分であるのに対して、セラミックス製
品の接合部の場合には検査対象となる亀裂寸法はこれよ
り微細な範囲Qものまで対象とする必要があり、また対
象となるセラミックス製品の接合部は平面または曲面等
単純形状の他に複雑な接合面をもつ一体成形品もある。
このような複雑接合面の場合、UT法では超音波の入反
射特性が複雑となって欠陥の検出は回向となり、UT法
適用は困難となる。また、このように複雑接合面になる
と機械的に応力を印加することも困難であり、機械的応
力印加によるAE法の適用も困難となる。
[発明の目的] 本発明は以上の点を考慮してなされたもので、セラミッ
クス焼結体の接合部またはセラミックス焼結体と金属部
材の接合部に115ける欠陥の検出が可能な検査方法を
提供することを目的とする。
[発明の概要] すなわち本発明のセラミックス接合部の欠陥検査法は、
セラミックス焼結体の接合部またはセラミックス焼結体
と金属部材との接合部を局部的に加熱して該接合部に熱
応力を印加する第1の工程と、前記加熱工程における前
記接合部からの弾性波放出を検出する第2の工程とを具
備することを特徴としている。
本発明に83ける接合部の局部的加熱は、例えば次のよ
うな手段により行なわれる。
すなわちセラミックス焼結体どうしの接合部の場合には
、例えばレーザビームやレンズ、反射鏡専の光学系によ
り紋った熱線を接合部に照射して走査するか、あるいは
鎖部に金属板を当接し、もしくは金B面を、形成して誘
導加熱によりこれらの金属板もしくは金属面を急速加熱
することにより行なわれる。またセラミックス焼結体と
金属部材との接合部の場合には、レーザビーム等の照射
やあるいは金属部月例から例えば誘導加熱により加熱し
て金属部材を加熱することににり行なわれる。
さらに導電セラミックスの場合や接合部に導電性の接合
媒体を用いた場合には直接誘導加熱することもできる。
なお、レーザビーム等により特定の方向から加熱する場
合には後述するように走査位置に対応した弾性波放出(
AE)を検出することができるので、欠陥位置の推定が
可能となる利点がある。
さらに本発明において、検出対象としている破壊の芽と
なる亀裂の進展は最初の昇温過程における引張応力によ
り生じ、かつ亀裂の進展は圧縮応力よりも引張応力によ
り生じ易いから、良好な検出感度を得ることができる。
本発明にa3ける加熱は急速に行なうことが好ましく、
熱応力を衝撃的に印加することにより、ざらにAEの発
生を促進させることができるしかして本発明におい°C
は、AE発生数(N)J3よび単位時間当たりのAE発
生数(dN/dt)を測定対象とし、その結果から亀裂
進展が推定される。しかしながらNは測定時間等にも関
係するため、絶対的な指ではなく、これに対して(dN
/dt)は亀裂進展を特徴づりる欠陥の形状、大きさ等
に関係するパラメータとなるので、これを用いて接合部
の良否を判定できる。
なお、一般に金属部材はセラミックス焼結体に比べて線
膨張係数が犬ぎいため、この場合にはセラミックス焼結
体と金属部材との接合部では特に大きい熱応力が印加さ
れ、またセラミックス焼結体どうしの接合部の場合でも
、セラミックス焼結体は金属等に比べ熱伝導率が小さい
ため、局部的加熱により大きい熱応力を印加づることが
できる。
なお、レーザビームや光学系で絞った熱線を使用する場
合には、接合部のさらに一部のみを加熱することができ
るから、接合部をレーザビームや熱線で走査しつつAE
検出を行なうことにより、どの領域でAEが発生したか
を判断することができる。このようにどの領域に欠陥が
あるのかを検出できれば、どの領域が機械的に弱いかの
判断をすることができ、さらには製造工程へのフィード
バックが可能となる。
なおAE検出は、通常行なわれるように直接または導波
路を介してセラミックス焼結体に装着したAEセンサを
用いて行なうことができる。
異種セラミックス焼結体間の接合部や、メタライズ層を
有するセラミックス焼結体と金属部材との接合部の場合
は、ヤング率等のパラメーター値が基体のセラミックス
焼結体と接合されたセラミックス焼結体および金属部材
とで異なるが、この場合でも接合部の微少剥離または崩
壊によると考えられるAE発生が明瞭に認められ、この
AEの発生状況からセラミックス焼結体と同様の手法に
より接合部の欠陥を検出することが可能である。
[発明の実施例] 以下本発明の実施例についC説明する。
実施例1 内径100關、外径1201m、高さ150部の円筒状
Si 3N+の仮焼体の端面を突き合わせて1750℃
で2時間焼結して接合さUだ。
次にこの試料を第2図にブL1ツク図で示す非破壊検査
装置にセットし、AEを測定した。
第1図に示すAE表装置は、熱応力印加装置1どして炭
酸ガスレーザ(東京芝浦電気株式会社製LAC−554
(商品名)、定格出力3kW、ビーム直径40關、スポ
ット直径0.5ii)を用い、この炭酸ガスレーザの照
射窓と接合部が対向するよう試料2を配置する。この試
料2は3isN4からなる導波路3にシリコーン油膜等
を介して装着され、この導波路3の端部に配置されたA
Eセンサ4により/’lが検出される。このAEセンサ
4からの信号は増幅器5、検波器6を経てAE信号処理
装置7に至りA1三信号として記録される。
この実施例において増幅器5は、プリアンプ(’10 
dB)5a 、フィルタ(b Okl+7. Aイバス
フィルタ)5b1メインアンプ(50dB)5cからな
り、AEセンサ4からの信号はプリアンプ5a、フィル
タ5b1メインアンプ5Cを経て検波器6にに入力され
る。
また実施例1においてA E (8月処理装置7は、デ
ィスクリミネータ(しきい値0.5V)7a 。
AEカウンタ7b、記録計70からなり、検波器6を経
て入力された信号はディスクリミネータ7aでノイズが
除去され、事象パルスに変換され、AEカウンタ7bを
経て記録計70に時間の関数として記録される。この記
録からA2発生率(dN/dt)を求める。
5個の試料2について試料を回転させることにより△T
〜500にとなるよう接合部をレーザビームで走査した
。その測定結果をNr 1表に示す。
(以下余白) 表中計測位置1〜8は試料を内周面方向に8等分した領
域を示している。また、へE発生数は走査時間内に発生
したAEの総数、dN/dtは連続的にAEが発生した
ときに着目して求めた値である。
第1表から明らかなように、試料NO,14からはAE
が検出されず亀裂等の内部欠陥、表面近傍の欠陥等のな
いことがill定される。試料N002.3.5からは
AEが検出され、従って試料N O。
2.3.5のA E検出部には内部欠陥の存在すること
が推定される。
実施例2 101mX30龍X 50 i+mの3i 3N<焼結
体を1300℃で10時間加熱して酸化処理した後、1
078℃でその片面に厚さ0.2關の銅箔を接合させ、
さらに850℃のN2雰囲気中でAgろうを用いてこの
面に2011+1X30詐×50顛のCr−MO鋼(S
CM−4351−1)を接合させて試料とした。
次にこの試料を第1図に示したAE測定装置の熱応力印
加装置1を誘導加熱@置に代えてAEを測定した。試料
をこの誘導加熱装置の誘導コイル内に位置するようにし
、3個の試料についてCr−MO鋼を1分間で500℃
まで昇温させAEを測定した。その測定結果を第2表に
示す。AE発生数はこの1分間内に発生したAEの総数
、dN/dtは連続的にAEが発生したときに着目して
求めた値である。
第2表から明らかなように、試料N011および試料N
o、3からはAEが検出されず、亀裂等の内部欠陥、表
面近傍の欠陥等のないことが推定される。また試料No
、2からはAEが検出され、従って試料N002には内
部欠陥の存在することが推定される。
このAE発生と亀裂存在との対応なMi認するために試
料N081ないし試料N013の3i 3Ns部分を2
龍厚に裁断し、この切断面を目視および光学顕微鏡で観
察した。
この結果、八Eが発生した試料のみに亀裂が存在し、A
Eが発生しなかった試料の接合面には亀裂が存在しない
ことが認められた。
実施例3 第2図に示すように、回転軸8aの接合部に円錐状の凸
部を形成した直径20龍の3i 3N4製ターボチヤー
ジヤロータ8と一端にこの凸部に嵌合する四部を形成し
た同径の円柱状SCM製シャフト9とを実施例2ど同一
方法ににり各部材の突部と凹部とを突き合わせて接合し
、金属シャフト付き一体型セラミックスターボチレージ
ャーロータを製造しC試料とした。
次にこの試料を第1図に示したAE測定装置の熱応力印
加装置1を150Wのタングステンランプに代えてAE
を測定した。試料はこのタングステンランプから201
mはなして配置し、タングステンランプに9Aの電流を
通電して試料を昇温させAEを測定した。その測定結果
を第3図に示す。
同図において、初めの1分間におけるスケールオーバー
は接合部における層間剥離によるものであり、この実施
例からも接合部の欠陥検出にAE検出が有効であること
がわかる。
以上水した本発明の実施例では、AE発生のみを検出対
象としたが、例えば潜在亀裂の形状推定等の必要に応じ
、第4図に示すように、AEi幅ソータ10、波形記録
器11、周波数分析器12を接続してAEの振幅分布、
AE波形その周波数分析を行なうこともできる。基本桶
或は第2図に示す実施例と同様とし、プリアンプ5aか
らの出力をΔF振幅ソータ’l0A3よび波形記録器1
1に入力する。さらに波形記録器11からの出力は周波
数分析器12に入力される。
以上のJ−うに構成される測定系により、先に示したA
E測測定らのAE振幅分布、AE波形その周波数分析を
行なうことによりセラミックスどうしまたは金属との接
合部の良否の判定の参考に供することができる。
[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば2、セラミックス接
合部に熱応力を用いてAEの発生を測定することにより
、最終セラミックス接合体における良否を判定すること
ができるので、セラミックス製品の製品歩留りが向上し
、かつ欠陥品を除去することにより生産性を向上させる
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の詳細な説明ターるためのブロック図、
第2図は本発明の一実施例に用いたターボテ1r−ジ1
フーロータシ1フフトのW1面図、第3図はそのAE発
生状態を示すグラフ、第4図は本発明の他の実施例を説
明づ゛るためのブ【コック図である。 1・・・・・・・・・・・・熱応力印加装置2・・・・
・・・・・・・・試 料 4・・・・・・・・・・・・A E tンサ代理人弁理
士   須 山 佐 − 第1図 第2図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)セラミックス焼結体の接合部またはセラミックス
    焼結体と金属部材との接合部を局部的に加熱して該接合
    部に熱応力を印加する第1の工程と、前記加熱工程にお
    ける前記接合部からの弾性波放出を検出する第2の工程
    とを具備づることを特徴とする接合部のセラミックス接
    合部の欠陥検査法。
  2. (2)第1の工程において、セラミックス焼結体の接合
    部にレーザビームまたは赤外線、熱線を照射し該照射部
    を局部的に加熱して熱応力を印加する特許請求の範囲第
    1項記載のセラミックス接合部の欠陥検査法。
  3. (3)第1の工程において、セラミックス焼結体と金属
    部材との接合部に金属部材の誘導加熱により熱応力を印
    加する特許請求の範囲第1項記載のセラミックス接合部
    の欠陥検査法。
JP58096599A 1983-05-31 1983-05-31 セラミツクス接合部の欠陥検査法 Granted JPS59221661A (ja)

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