JPS60155577A - セラミツクと金属の接合軸体 - 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】 この発明は、セラミック軸と金属軸の接合軸体に関する
。

従来、セラミックと金属の軸接合に当り、問題となるの
は両者の膨張差によってセラミック側に生ずる応力歪で
ある。いかに接合面が強力に接着されていても、外部か
らの負荷応力によりセラミック側の破壊する場合が多く
、それも接合面よシ若干離れたセラミック部分でアリ、
これは主として冷却時に金属側（ろう材を含）の大きな
収縮により、金属とセラミック端面表面に集中して大き
い応力が働らき、これがセラミックス側においてはせん
断力となって破壊するのである。

これらの改善策として熱応力緩和７ｔｌＬを作るため、
ＫＯＶＡＲ，Ｗ、Ｍｏ等の低膨張の金属材料を介在させ
るか、あるいは海綿状多孔金属を使用することが提案さ
れてはいる。又、セラミック側よ多金属側に順に膨張係
数を変化させる層を設定する手段も理想案の一つとして
提案されているが実用的ではない。

この発明は、上記の問題点を改良するものであって、上
記セラミックと金属の＠接合において高信頼性があって
高生産性の構造体を実用的に得ようとするものである。

すなわちセラミックと金属の接合界面の周囲、特に応力
の発生するセラミックの端面近傍周囲にＴｉ　ｙ　Ｚｒ
　ｅ　Ａｇ　ｖ　Ｃｕ　、　ＫＯＶＡＲのような弾性率
の小さい金属よりなる管を嵌合してなるものである。

更に詳細に述べると、金属と接合されたセラミックは、
接合された後の冷却時に、金属の収縮に伴ない、接合面
に沿って水平方向と垂直方向に引張され、残留応力とし
てセラミックに歪を与える。

この時、接合端面のセラミック部分にせん断応力が働ら
き、その応力がセラミックの許容応力を超えると破壊す
ることとなる。これを防ぐため、この発明では、フリー
なセラミック側から更に残留応力が働く方向と同方向に
応力を加える。具体的には金属リングの嵌合によシせん
断力を減する方向に力を加えるのである。

管の金属材料としてＴ　ｉ　、　Ｚｒ　、　Ａｇ　、　
Ｃｕ　、　ＫＯＶＡＫ等の弾性率の小さいものとした理
由は、管の圧縮応力を強いものと接合面での破壊はなく
なるが、管の端面においてセラミックに割裂が生じ使用
できなくなるからである。これは単に金属管をセラミッ
クに焼嵌めした場合に生ずるものと同様である。

これを図に示す実施例によシ説明すると、第１図に示す
ものは、接合部分の概略を示し、（１）はセラミック、
（２）は金属であシ、その接合面は、中間材（５）を介
して両面よシ金属ろう材（４）（４）によシ形成される
。（３）は弾性率の小さい金属よシなる管であシ、接合
部分を少なくともセラミック側は５ｍ以上被覆して嵌合
されることが後述するように必要である。

ここでいうセラミックは窒化ケイ素、炭化ケイ素、サイ
ヤロン等の５．ＯＸ　１０−６以下の低膨張セラミック
であるが、この範囲に限定されるものではない。金属は
、炭素鋼、ステンレス鋼％Ｎｉ合金、Ｆｅ合金、Ｃｒ合
金等の軸材として用いられる高強度材である。

実施例として挙げるものは、第２、第３図に示すもので
アリ、金属（２）は接合部が長さ５簡径１５．８８調に
形成され、段部（７）を具えてやや大径１７．９ｗｎ（
１２）の炭素鋼よシなるもので、セラミック（１）は、
膨張係数３．５Ｘ１０−”の８ｉ３Ｎ４の焼結体、φ１
５．９■（Ｊｌ）　Ｘ　３０　ａｒｍ　ｌのものでちる
。メタル管（３）はＮ０ＶＡＲ管、内径１５．８８　ｍ
ｍ　ｓ板厚０．５咽で長さは６調、７電、８笥、ｌＯ■
の４種類である。接合は、第３図に示すように、メタル
の段部（刀に管（３）を設置し、メタルの接合面にＡｇ
　−ｃｕろう板（４）、中間材（５）として０．５　ｒ
ｔｍのＭ。板、更にＡｇ−輸ろう（４）を重ね、約５０
０℃に加熱し、セラミックの接合面にあらかじめ金属Ｃ
ｒ５００Ａ、Ｃｕ２ｐｍを物理蒸着（６）シたものを押
入し、９００℃の真空炉中に５公人れて接合した。

なお金属管（３）は前記の長さの異る４種のものに□つ
いて接合し、比較として金属管による被覆なしに接合し
たものと、ＳＵ、８３０４の金属管（内径１５．８８板
厚１．０ｗ７・・・８ｎ＋＋ｏ、１０ｍｍ）を用意した
。それらの接合体をシャルピー試験機にかけ、衝撃力を
測定したものを次表に表す。

管の長さの影響はセラミックに０．５　ｍ程度被覆する
管長６博のものはセラミックの割れのバラツキが大きく
実用性がないので、セラミック側を少なくとも５１以上
被被覆れることが必要である。

なお、金属管（３）の形状は第４図に示すようにあらか
じめ軸材より大径としておき、セラミックの側面をもろ
う溶接することによシ、接合面を大きくし接着強度を増
大することができる。第５図は、きる。また、第６図の
ように、金属管（３）と中間材（５）とをＴ　ｊ　ｐ　
ｚｒによ−リ一体に形成しておき、接合することにより
中間材を挿入する工程を省略することも考えられる。

この発明は、以上のとおシ構成されるものであるから、
セラミックと金属の輸液合に当シ、完全な接合を図るこ
とができる優れた効果をもつものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のセラミックを金属の輸液合部の概略
図、第２図は同実施例の斜視図、第３図はその側断面図
にして、第４図と第５図は異る実施例の側断面図、第６
図は異る実施例における金属管の縦断面図である。 １・・・セラミック軸材　２・・・金属軸材３・・・金
属管　４・・・ろう材　５・・・中間材６・・・セラミ
ック軸材の接合面鍍金層７・・・段部 特許出頼人　代理人 弁理士藤木三幸 第１図　第２図 第３図 第４Ｖ　第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （］）セラミック軸と金属軸の接合ζこ当夛、接合境界
   面より少なくとも５呵以上セラミック側にわたり接合部
   周囲を被覆する弾性率の小さい金属よりなる管を嵌合し
   てなる接合軸体。 （２）弾性率の小さい金属をＴ　ｉ　ＨＺ　ｒ　ｔ　Ｃ
   ｕ　ｔ　ｋｇ　又ＫＯ’ｌＲ等とした特許請求の範囲第
   １項のセラミックと金属の接合軸体・