JPS59227783A - セラミツクスとアルミニウム合金との接合体 - 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】 本発明はセラミックスとアルミニウム合金との接合体に
関する。

セラミックスは、一般に耐熱性、耐摩耗性、絶縁性、高
温時における機械的強度等の各特性において優れている
ため、構造材料として汎用されているが、脆性、耐機械
的衝撃性、熱伝導性及び加工性において劣って故に、後
者の諸性質が要求される部分には金属と接合した複合構
造体の形で用いられる。対象となる製品が内燃機関のピ
ストンヘッド、ロッカーアーム又はＩＣ基板である場合
には、接合する金属の種類が限定されるが、就中アルニ
ウム１ｍが、その軽量性、良熱伝導性及び易加工性の点
から、接合金属として好適である。

しかしながら、アルミニウムとセラミックスのメタライ
ズ部分との接合技術は未だ確立されておらず、従来から
知られているアルミニウムーセラミックス接合方法とし
ては、嵌合、ボルト締め、鋳造等機械的接合方法に限ら
れ、いずれも長時間に亘り加熱冷却を繰り返すうちに接
合部分がゆるんでくることが少なくなかった。

本発明は、上記の難点を克服するためにアルミニウムと
セラミックスを強固に接合せんとして鋭意検討の結果得
られたもので、その要旨とするところはセラミックス基
体の表面に形成された金属面とアルミニウム合金とを融
着させてなるセラミックスとアルミニウム合金との接合
体に存する。

本発明接合体に使用するセラミックス基体としては、ア
ルミナ焼結体、マイカ焼結体、ジルコニア焼結体、窒化
珪素焼結体、炭化珪素焼結体及びベタライト焼結体等あ
らゆる公知の酸化物セラミックス、窒化物セラミックス
及び炭化物セラミックスが可能である。

本発明接合体において金属面と融着させるアルミニウム
合金は、Ａｌ８０重量％以上と残部ｓｉ。

Ｃｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｓｎ及び
Ｃｒから選ばれる一Ｍ以上とからなる合金が好適である
。

本発明接合体の金属面は、公知の厚膜印刷又は蒸着によ
って生成されるが、これらの手段のみではその厚みが接
合体の形状、大きさ、使用セラミックス、製造価格等の
影響により制限される場合には、これらの手段の後にＡ
１メッキ、Ｎｉメッキ、Ｃｕメッキ、Ｚｎメッキ等化学
メッキ処理を施すか又は金属板を積層固着するのが望ま
しく、化学メッキ処理の後更にその上に金属板を積層固
着するのも良い。

厚膜印刷に用いるペーストとしては、例えば従来から知
られているＭ　ｏ　−Ｍ　ｎ系及びＭ　ｏ　−Ｗ系の他
に発明者等が先に出願した発明「セラミックｊの接合方
法」　（特願昭５８−９０５２号）に記載のＺｒ−Ｔｉ
−Ａｇ−Ｃｕ系が挙げられる。

金属板を積層固着することは、融着時の熱衝撃に耐え難
いセラミックスに対する熱衝撃の緩和やアルミニウム合
金の熱膨張とセラミックスのそれとの差によって生じる
応力の緩和に有効である。

いずれにしても上記金属面のうちアルミニウム合金との
融着に直接関与する部分がＡＩ、Ｃｕ。

Ｚｎ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｓｉ等アルミニウム合金に固溶する
金属を主体としていることが必要である。

以下実施例を示す。

実施例１ モリブデン８０重量％、マンガン１５重量％及びシリカ
５重量％からなる配合物１００重量部にエチルセルロー
ス３重部及びブチルカルピトール表に示す条件で焼成し
放冷後、２００番のダイヤモンド砥石を用いて平面研削
しアセトン洗浄することによって大きさ５Ｘ５Ｘ５ｍの
第１表に示すジルコニア焼結体又はアルミナ焼結体から
なるセラミックス基体を製作した。これらのセラミック
ス基体に上記印刷用ペーストを厚膜印刷し水素雰囲気中
温度１５００　”Ｃで焼き付けた後、厚み２μｍのＮｉ
メッキを施すことによってセラミックス基体の表面に金
属面を形成し、第１図に示す融着装置を用いて次の手順
でアルミニウム合金を融着した。第１図は本発明接合体
の製造工程における融着段階の実施をする装置の一例を
示す要部断面図である。第１図において１は融着装置、
２はセラミックス基体、３はセラミックス基体２０表面
に形成された金属面、４はセラミックス基体２を固定す
るアルミナ磁器製箱、５は溶融アルミニウム合金、６は
溶融アルミニウム合金５を溜めるアルミナ磁器製合金溜
め、７は溶融アルミニウム合金５を金属面３の上に流し
込むために合金溜め６の底部中央に設けられた２ｆｌΦ
の細孔、８は細孔７を通して溶融アルミニウム合金５を
押し出すためのピストンである。

セラミックス基体２及びＪＩＳ規格ＡＣ４Ａのアルミニ
ウム合金をそれぞれアルミナ磁器製箱４及び合金溜め６
に入れ、融着装置１の内部に固定した後、アルゴン雰囲
気にて温度７５０℃まで昇温し、上記アルミニウム合金
が溶融してなる溶融アルミニウム合金５をピストン８か
ら加わる圧力により細孔７を通して金属面３上に流し込
み融着させることによってセラミックスとアルミニウム
合金との接合体１及び２を得た。放冷後、接合部の剪断
強度を測定した結果を第２表に示す。

第　　　１　　　表 第　　　２　　　表 実施例２ 焼成後に第３表に示す組成となるように混合した粉末を
加圧成形することを除く外は実施例１で製作したセラミ
ックス基体と同一条件で窒化珪素焼結体、炭化珪素焼結
体、マイカ焼結体又はペタライト焼結体からなるセラミ
ックス基体を製作し　・た。これらのセラミックス基体
を温度２００℃に設定した真空蒸着機に装填し、内部を
１ＱＴｏｒｒに減圧した後、アルミニウムを電子ビーム
によって５μｍの厚さに蒸着することによって表面に金
属面を形成し、第１図に示す晶弧着装置を用いて男久着
雰囲気が第４表に示す雰囲気である外は実施例１と同じ
手順でセラミックスとアルミニウム合金との接合体３〜
８を得た。放冷後、接合部の剪断強度を測定した結果を
第４表に示す。

第　　　３　　　表 第　　　４　　　表 実施例３ 実施例１又は実施例２で製作したジルコニア焼結体、ア
ルミナ焼結体又は窒化珪素焼結体と同一条件で製作した
焼結体からなるセラミックス基体の表面に銅を５μｍの
厚さに蒸着した後Ｎｉメッキを施すこと又はジルコニウ
ム、クロム及び銅ヲそれぞれ順に０．２μｍ、０．２μ
ｍ及び３μｍの厚さに蒸着した後共晶銀ロウにて厚さ１
■の銅板をロウ付することによって金属面を形成し、融
着雰囲気が第５表に示す雰囲気である外は実施例１と同
じ手順でセラミックスとアルミニウム合金との接合体９
〜１３を得た。放冷後、接合部の剪断強度を測定した結
果を第５表に示す。

第　　５　　　表 以上の様に本発明接合体はアルミニウム合金とセラミッ
クスとが強固に接合したものであるので、内燃機関、電
子部品等多くの分野において接合部品として利用するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のセラミックスとアルミニウム合金との
接合体の製造方法としての一実施例に用いる融着装置を
示す断面図である。 ２・・・・・・セラミックス基体、３・・・・・・金属
面、５・・・・・・熔融アルミニウム合金

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１セラミックス基体の表面に形成された金属面とア
   ルミニウム合金とを融着させてなるセラミックスとアル
   ミニウム合金との接合体。 （２）　　セラミックス基体がアルミナ焼結体、マイカ
   焼結体、ジルコニア焼結体、窒化珪素焼結体、炭化珪素
   焼結体又はペタライト焼結体である特許請求の範囲第１
   項記載のセラミックスとアルミニウム合金との接合体。 （３）　　金属面がスクリーン印刷された厚膜、蒸着膜
   、スクリーン印刷された厚膜若しくは蒸着膜の上に化学
   メッキ処理を施したもの又は前四者のうちいずれかの上
   に更に金属板を積層固着したものである特許請求の範囲
   第１項記載のセラミックスとアルミニウム合金との接合
   体。 （４）　　蒸着膜がアルミニウム又は銅からなる特許請
   求の範囲第３項記載のセラミックスとアルミニウム合金
   との接合体。 （５）化学メッキがニッケルメッキ、銅メッキ、金メッ
   キ又は銀メッキである特許請求の範囲第３項記載のセラ
   ミックスとアルミニウム合金との接合体。 （６）金属板が金合金、銀合金又は銅合金からなる厚さ
   ０．５ｍｍ以上の板である特許請求の範囲第３項記載の
   セラミックスとアルミニウム合金との接合体。