JPS60180968A - Insert material for bonding nitride ceramic - Google Patents

Insert material for bonding nitride ceramic

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JPS60180968A
JPS60180968A JP3478784A JP3478784A JPS60180968A JP S60180968 A JPS60180968 A JP S60180968A JP 3478784 A JP3478784 A JP 3478784A JP 3478784 A JP3478784 A JP 3478784A JP S60180968 A JPS60180968 A JP S60180968A
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Japan
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insert material
bonding
ceramics
joint
insert
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中尾 嘉邦
横島 直彦
西内 摂郎
堅田 寛治
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Komatsu Ltd
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Komatsu Ltd
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は窒化物系セラミックス用の接合用インサート
材に関するもので、特にStうN4同士、あるいはSi
3N4と他の金属とを接合するのに用いるインサート材
に係る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a bonding insert material for nitride ceramics, and particularly relates to a bonding insert material for nitride-based ceramics, and particularly for bonding inserts between St, N4, or Si.
It relates to an insert material used to join 3N4 and other metals.

近年におけるセラミックス材料の進歩はめざましく、高
純度の酸化物、炭化物、窒化物、硼化物及び珪化物等を
原料として、より一層高度な性能を有する種々のセラミ
ックスが開発されている。
Ceramic materials have made remarkable progress in recent years, and various ceramics with even higher performance have been developed using high-purity oxides, carbides, nitrides, borides, silicides, and the like as raw materials.

これらは、天然の原料から製造される従来のセラミック
スに対して、ニューセラミックスと呼ばれ、耐熱用、電
子機器用、光学用等の各種分野において広く活用されて
いる。
These are called new ceramics in contrast to conventional ceramics manufactured from natural raw materials, and are widely used in various fields such as heat resistance, electronic devices, and optics.

ところで、上記のように各種性質の改善されたニューセ
ラミックスにおいても、機械的衝撃及び熱的衝撃に弱い
という共通の欠点があり、この欠点を解消することが望
まれている。この欠点を補い、さらにはセラミックスの
応用分野を拡大するために、セラミックスを他の材料、
例えば金属と接合することが考えられる。現在のところ
、ニューセラミックスの内でも、酸化物系のセラミック
スに関しては、種々の接合法が提案され、また実用化さ
れている。しかしながら、ニューセラミックスの内でも
、ファインセラミックスと呼ばれている窒化物系のセラ
ミックスに関しては、その開発歴史も浅いことから、未
だにその接合方法が確立されていないのが現状である。
By the way, even in the new ceramics with various improved properties as described above, there is a common drawback of being weak against mechanical shock and thermal shock, and it is desired to eliminate this drawback. In order to compensate for this shortcoming and further expand the application fields of ceramics, ceramics can be used with other materials,
For example, it may be possible to bond with metal. At present, among new ceramics, various joining methods have been proposed and put into practical use for oxide ceramics. However, among the new ceramics, nitride-based ceramics, which are called fine ceramics, have a short history of development, so the joining method has not yet been established.

この発明は上記に鑑みなれたもので、その目的は、上記
のような窒化物系セラミックス同士を、あるいは窒化物
系セラミックスとInconel等の金属とを、良好な
状態で接合し得るインサート材を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above, and its purpose is to provide an insert material capable of joining nitride ceramics as described above, or nitride ceramics and metals such as Inconel, in good condition. It's about doing.

上記目的に沿うこの発明の窒化物系セラミックスの接合
用インサート材は、Crを20%〜70%(重量比率)
含有すると共に、さらに残部にFe及び/又はNiを含
有することを特徴とするものとなる。
The insert material for bonding nitride-based ceramics of the present invention, which meets the above objectives, contains 20% to 70% Cr (weight ratio).
It is characterized by containing Fe and/or Ni in the remainder.

上記のようなインサート材を、被接合面間に介設して、
10、〜10Torr程度の真空中、あるいは不活性ガ
ス気中に保持すると共に、若干の加圧(0,2〜0.3
 g / *:程度)を行イ、全体を1300−135
0℃に加熱してインサート材を溶融することによって、
良好な接合部を得ることができる。
By interposing the insert material as described above between the surfaces to be joined,
10 to 10 Torr in vacuum or in an inert gas atmosphere, and slightly pressurized (0.2 to 0.3 Torr).
g / *: degree), the whole is 1300-135
By heating to 0℃ and melting the insert material,
Good joints can be obtained.

Crを20〜70%(重量%以下同じ)としたの・は、
Crが20%未満の場合にはセラミックス側に剥離状の
き裂や不完全溶解が発生し、一方Crが70%を越えた
場合には融点が著しく高くなり、反応性が悪くなり、良
好な接合部を得ることが出来ないためである。
The reason why Cr is set to 20 to 70% (weight% and below is the same) is as follows.
If the Cr content is less than 20%, peeling cracks or incomplete melting will occur on the ceramic side, while if the Cr content exceeds 70%, the melting point will be extremely high, the reactivity will be poor, and a good This is because a joint cannot be obtained.

上記インサート材の残部は、70%以下の範囲内のFe
と、5〜70%の範囲内のNiとの両者を含有するのが
好末しいが、いずれか一方を単独で用いることもある。
The remainder of the insert material is Fe within a range of 70% or less.
It is preferable to contain both Ni and Ni in the range of 5 to 70%, but either one may be used alone.

また、上記インサート材の残部にはFe及び/またはN
i以外の他の元素、例えばC、Ti、Nb、■、AI等
を含むことがある。
In addition, the remaining part of the insert material contains Fe and/or N.
It may contain other elements other than i, such as C, Ti, Nb, ■, AI, etc.

次にこの発明のインサート材の具体的な実施例につき、
図面を参照しつつ詳細に説明する。
Next, regarding specific examples of the insert material of this invention,
This will be explained in detail with reference to the drawings.

種々の組成を有するインサート材を用いて接合テストを
行っためで、最初にその際の接合条件について説明する
。なお、試片としては、直径Low、長さ10鶴の5t
)N4製の丸棒を用いた。
This is because a bonding test was conducted using insert materials having various compositions, and the bonding conditions at that time will be explained first. In addition, the test piece was 5t with a diameter of Low and a length of 10 pieces.
) A round bar made of N4 was used.

まず、試片の接合面間に10〜50μ謡程度の厚さのイ
ンサート材を載置し、10 〜10 Torr程度の真
空容器中に配置すると共に、試片に対して20g程度の
加圧力を負荷しておく。この常温の状態から、第1図に
示すように、2〜3時間の昇温時間(Tl)でもって、
1300〜1350℃にまで加熱する。
First, an insert material with a thickness of about 10 to 50 μm is placed between the joint surfaces of the test piece, placed in a vacuum container at about 10 to 10 Torr, and a pressure of about 20 g is applied to the test piece. Load it. From this room temperature state, as shown in Figure 1, with a temperature increase time (Tl) of 2 to 3 hours,
Heat to 1300-1350°C.

この温度に達した直後に、あるいはこの温度で2時間以
内の適当な時間(T2)だけ保持した後に、加熱を停止
して炉内冷却を行う。炉内冷却時間(T3)は5時間程
度である。なお、上記における1300〜1350℃で
の保持時間は零でもよい訳であるが、インサート材をよ
り一層確実に溶融させるため、加熱作業の安定性を考慮
して、所定時間だけ保持するようにするのが好ましい、
また1、保持時間を2時間より長くしても接合状態に変
化はみられないために、長時間にわたって加熱下に保持
することも可能ではあるが、作業能率を考慮して2時間
以下の時間とするのが好ましい。
Immediately after reaching this temperature, or after maintaining this temperature for an appropriate time (T2) within 2 hours, heating is stopped and the furnace is cooled. The cooling time (T3) in the furnace is about 5 hours. Note that the holding time at 1,300 to 1,350°C mentioned above may be zero, but in order to melt the insert material more reliably, it should be held for a predetermined period of time in consideration of the stability of the heating operation. It is preferable that
In addition, 1. Since no change in the bonded state is observed even if the holding time is longer than 2 hours, it is possible to hold the bond under heating for a long time, but considering work efficiency, it is recommended to hold the bond for a period of 2 hours or less. It is preferable that

第2図には、Cr−創−Fe系において、種々の成分を
有するインサート材を用いた接合テストの結果を示す。
FIG. 2 shows the results of a bonding test using insert materials having various components in the Cr-Wound-Fe system.

図のように、Crが20%未満の場合には、セラミック
スに剥離状のき裂が発生し、またCrが70%より多い
場合には、インサート材の融点の上昇に起因する不完全
溶解が発生しており、Crが20〜70%の範囲内のも
のが比較的良好な結果を示すことが明らかである。
As shown in the figure, if the Cr content is less than 20%, peeling cracks will occur in the ceramic, and if the Cr content is more than 70%, incomplete melting will occur due to an increase in the melting point of the insert material. It is clear that Cr in the range of 20 to 70% shows relatively good results.

第3図には、上記範囲内の成分(Cr : 24%、N
i:25%、Fe : 51%)を有するインサート材
を用い、加熱温度1350℃、保持時間0分にてSi3
N4同士を接続した場合の接合部分の顕微鏡写真を示す
。同図に示すように、セラミックスとインサート材との
間に遷移層が形成され、良好な接続状態の得られること
が明らかである。また、第4図には上記継手の剪断強度
のテスト結果を示すが、同図から比較的強度を有する継
手が得られることが明らかでる。
Figure 3 shows the components within the above range (Cr: 24%, N
Si3 was heated at a heating temperature of 1350°C and a holding time of 0 minutes using an insert material having
A microscopic photograph of the joint portion when N4 is connected to each other is shown. As shown in the figure, it is clear that a transition layer is formed between the ceramic and the insert material, resulting in a good connection. Further, FIG. 4 shows the test results of the shear strength of the above-mentioned joint, and it is clear from the figure that a relatively strong joint can be obtained.

なお、上記のような遷移層の形成されるメカニズム及び
遷移層における具体的な成分分布等につい゛ては明確で
はないが、セラミックス中に含有されていた酸化アルミ
、酸化カリウムがインサート打倒へと拡散すると共に、
インサート打倒からはニッケルがセラミックス側へと拡
散していること、及びセラミックスとインサート材との
境界部にはクロムが比較的多量に存することを確認して
いる。
Although the mechanism by which the transition layer is formed as described above and the specific distribution of components in the transition layer are not clear, it is possible that the aluminum oxide and potassium oxide contained in the ceramics diffuse into the insert. At the same time,
It has been confirmed that nickel diffuses into the ceramic side from the insert collapse, and that a relatively large amount of chromium exists at the boundary between the ceramic and the insert material.

このことから、上記のような接合は、上記した相互拡散
によって行われると共に、さらに境界部にクロム窒化物
が形成され゛、このクロム窒化物を介してセラミックス
とインサート材との化学的な接合が行われたためであろ
うと推察される。
Therefore, the above-mentioned bonding is performed by the above-mentioned mutual diffusion, and chromium nitride is further formed at the boundary, and chemical bonding between the ceramic and the insert material occurs through this chromium nitride. It is presumed that this is because it was carried out.

第1表には、Cr、 Ni、 Fe以外の他の成分(T
i。
Table 1 lists other components other than Cr, Ni, and Fe (T
i.

Nb、 V、AI)を含有するインサート材を用いた接
合テストの結果を示す。同表においてOは接合状態が良
好なもの、×は良好でないものをそれぞゎ示しているが
、同表から、Crが本発明の範囲門番ご存するインサー
ト材においては、他の成分が存在しても良好な接合状態
の得られることが明らかである。
The results of a bonding test using an insert material containing (Nb, V, AI) are shown. In the same table, O indicates that the bonding condition is good, and × indicates that the bonding condition is not good, but from the same table, it can be seen that other components are present in the insert material where Cr is the gatekeeper of the scope of the present invention. It is clear that a good bonding state can be obtained even if

また上記インサート材(Cr : 23.5%、Ni 
: 24.5%、Fe : 48.5%、Ti:2%、
Nb : 1.5%)を用いて、加熱温度1300℃、
保持時間30分にてセラミックス同士を接合した場合の
接合部の顕微鏡写真を第5図に、またその場合の継手の
剪断強度のテスト結果を第6図にそれぞれ示すが、これ
から、他の成分を有するインサート材を用いても良好な
接合状態の得られることが明らかである。
In addition, the above insert material (Cr: 23.5%, Ni
: 24.5%, Fe: 48.5%, Ti: 2%,
Nb: 1.5%) at a heating temperature of 1300°C.
Figure 5 shows a microscopic photograph of the joint when ceramics are joined together with a holding time of 30 minutes, and Figure 6 shows the test results of the shear strength of the joint in that case. It is clear that a good bonding state can be obtained even when using an insert material having the following properties.

以上にこの発明のインサート材の実施例の説明したが、
この発明のインサート材は上記実施例に限られるもので
はなく種々変更して実施することが可能である。例えば
上記においては、セラミックス(Si3N4 )同士を
接合したテスト結果を示したが、インサート材とInc
onel 7L3C等の金属との接合性は良好な訳であ
り、セラミックと金属との間に上記インサート材を介設
することにより、上記と同様に良好な接合状態の得られ
ることを確認している。また、インサート材中へは上記
以外の成分も添加し得ること、及びさらに上記インサー
ト材中には若干の、C等の不可避不純物が含まれてもそ
の性能に影響を及ぼさないことも確認している。
The embodiments of the insert material of the present invention have been described above, but
The insert material of the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and can be implemented with various modifications. For example, in the above, the test results were shown in which ceramics (Si3N4) were joined together, but the insert material and Inc.
The bondability with metals such as onel 7L3C is good, and it has been confirmed that by interposing the above insert material between the ceramic and metal, a good bonding condition similar to the above can be obtained. . We have also confirmed that ingredients other than those listed above can be added to the insert material, and that even if the insert material contains some unavoidable impurities such as C, its performance will not be affected. There is.

この発明の窒化物系セラミックスの接合用インサート材
は上記のように構成されたものであり、したがってこの
発明のインサート材を用いれば、従来よりその接合が不
可能とされていた窒化物系セラミックスを、それ同士で
、あるいは他の金属と接合することが可能となる。
The insert material for bonding nitride-based ceramics of the present invention is constructed as described above, and therefore, by using the insert material of the present invention, it is possible to bond nitride-based ceramics, which has conventionally been considered impossible. , they can be joined to each other or to other metals.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明のインサート材を用いた接合法での温
度履歴を示すグラフ、第2図はこの発明のインサート材
の成分範囲の一例を示すためのCr−Nr−Fe三元系
状%3図、第3図は上記インサート材を用いた接合部の
金属組織を示す図、第4図は前記継手の剪断強度のテス
ト結果を示すグラフ、第5図は他の成分を有するインサ
ート材を用いた接合部の金属組織を示す図、第6図は前
記継手の剪断強度のテスト結果を示すグラフである。
Fig. 1 is a graph showing the temperature history in the bonding method using the insert material of the present invention, and Fig. 2 is a graph showing the Cr-Nr-Fe ternary system percentage to show an example of the component range of the insert material of the present invention. Figure 3 is a diagram showing the metallographic structure of a joint using the above insert material, Figure 4 is a graph showing the test results of the shear strength of the joint, and Figure 5 is a diagram showing the metallographic structure of a joint using the above insert material. FIG. 6 is a diagram showing the metal structure of the joint used, and a graph showing the test results of the shear strength of the joint.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、Crを20%〜70%(重量比率)含有すると共に
、さらに残部にFe及び/又はNiを含有することを特
徴とする窒化物系セラミックスの接合用インサート材。
1. An insert material for joining nitride-based ceramics, which contains 20% to 70% (weight ratio) of Cr, and further contains Fe and/or Ni in the balance.
JP3478784A 1984-02-24 1984-02-24 Insert material for bonding nitride ceramic Granted JPS60180968A (en)

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JPS60180968A true JPS60180968A (en) 1985-09-14
JPH0571544B2 JPH0571544B2 (en) 1993-10-07

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DE112011102074B4 (en) 2010-04-28 2017-12-07 Denso Corporation Temperature sensor element, method of making the same and temperature sensor

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