JPS60200872A - Metal and ceramic bonding method - Google Patents

Metal and ceramic bonding method

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Publication number
JPS60200872A
JPS60200872A JP5914284A JP5914284A JPS60200872A JP S60200872 A JPS60200872 A JP S60200872A JP 5914284 A JP5914284 A JP 5914284A JP 5914284 A JP5914284 A JP 5914284A JP S60200872 A JPS60200872 A JP S60200872A
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JP
Japan
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metal
powder
ceramics
sintered body
ceramic
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Application number
JP5914284A
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Japanese (ja)
Inventor
錦田 俊一
小泉 光恵
昌彦 島田
松野 二三朗
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPS60200872A publication Critical patent/JPS60200872A/en
Pending legal-status Critical Current

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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、金属とセラミックスを熱間静水圧加圧装置
を用いて固相接合する方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for solid-phase bonding metals and ceramics using a hot isostatic press device.

〈産業上の利用分野〉 近年、各種高温装置の高能率化や大型化傾向が目立って
きており、これらに対処するために要求される高性能高
温材料の開発上、金属材料とセラミックスとの接合技術
が極めて重要な位置を占めるようになってきた。
<Industrial Application Fields> In recent years, there has been a noticeable trend toward higher efficiency and larger sizes of various high-temperature devices, and in order to develop high-performance high-temperature materials required to cope with these trends, bonding of metal materials and ceramics has become more important. Technology has come to occupy an extremely important position.

〈従来技術〉 従来、金属とセラミックスとを接合する方法としては、 ■ 接着剤による接合、 ■ ンルダリング又はプレーソング等のろう付けによる
接合、 ■ 焼ばめや冷しばめ等の機械的手段による接合、 等が知られておシ、実用に供されてきたが、これらの方
法ではいずれも接合強度が弱く、高温に加熱された場合
に剥離を生じやすいと言った問題を有している上、特に
機械的手段による場合には、接合する金属部材やセラミ
ックスの形状がどうしても制約されてしまうと言う不都
合を避けることができなかったのである。
<Prior art> Conventionally, methods for joining metals and ceramics include: ■ Joining with adhesives, ■ Joining by brazing such as glue ring or play song, and ■ Mechanical means such as shrink fit or cold fit. Bonding, etc., have been known and put into practical use, but all of these methods have problems such as weak bonding strength and easy peeling when heated to high temperatures. In particular, when mechanical means are used, it is impossible to avoid the disadvantage that the shape of the metal members or ceramics to be joined is inevitably restricted.

このようなことから、近年、熱間静水圧加圧装置を用い
て、セラミックスと金属に高圧をかけながら高温で直接
接合を行わせる固相接合法が注目を浴びるようになって
きた(例えば、「セラミックスJ 18(1983)、
N[12,第112〜121頁を参照されたい)。
For this reason, in recent years, solid-phase bonding methods that use hot isostatic pressure equipment to directly bond ceramics and metals at high temperatures while applying high pressure have been attracting attention (for example, “Ceramics J 18 (1983),
N [see 12, pages 112-121).

しかしながら、 Nb系金属とAl2O5系セラミック
スとの接合のような特定のものの場合を除いては、金属
とセラミックスとを固相接合法にて直接的に圧接しよう
としても十分な接合がなさ!1ないと言うことが、幾多
の研究結果から明らかとなっている。そして、その理由
として次のa)及びb)に示す事柄が相接されている。
However, except for specific cases such as bonding between Nb-based metals and Al2O5-based ceramics, there is no sufficient bonding even if the metal and ceramics are directly pressure welded using solid phase bonding! Numerous research results have shown that there is no such thing. The reason for this is the following points a) and b).

即ち、 a) セラミックスの構成元素であるSi 、 C、B
等が高温で金属材料中に拡散し、金属材料の接合界面側
に脆い層を形成したり、前記元素が失われることによる
セラミックスの劣化を来たした9して、その部分で剥離
を生じ易くなること。
That is, a) Si, C, and B, which are constituent elements of ceramics;
etc. diffuse into the metal material at high temperatures, forming a brittle layer on the joint interface side of the metal material, or causing deterioration of the ceramic due to the loss of the above-mentioned elements9, making it easy to peel in that area. To become a.

例えば、鉄系金属とセラミックス焼結体(TiN。For example, a sintered body of iron-based metal and ceramics (TiN).

TiCHTI B2 r A120s r Zr 02
 + AIN 、 SiC+ St3 N4等)とを、
直接、熱間静水圧加圧装置を用いて接合させようとして
も、全く接合しなかったり、反応が激しくて中間に脆い
層が形成されたシして所望の接合体を得ることができな
いのである。
TiCHTI B2 r A120s r Zr 02
+ AIN, SiC+ St3 N4, etc.),
Even if you try to bond them directly using a hot isostatic press device, you will not be able to get the desired bonded product because the bond will not bond at all, or the reaction will be so intense that a brittle layer will be formed in the middle. .

b)金属と゛セラミックスの熱膨張係数が異るため、圧
接後の冷却の際、接合界面に応力が集中して剥離を生ず
ること。
b) Because the thermal expansion coefficients of metals and ceramics are different, stress concentrates at the bonding interface during cooling after pressure welding, resulting in peeling.

ただ、上述したような、Nb系金属とAI!、、 Os
系セラミックスの場合では、両者に熱膨張の差がほとん
どなく、また脆化を生ずることのない適当な反応層(N
b Ox )が形成されるので、例外的に良好な接合体
が得られるのである。
However, as mentioned above, Nb-based metals and AI! ,, Os
In the case of ceramics, there is almost no difference in thermal expansion between the two, and an appropriate reaction layer (N
bOx) is formed, resulting in an exceptionally good bond.

そこで、このような不都合を回避するため、最近、M2
O3セラミックスとFeとの固相接合の際に、両者の熱
膨張差を緩和するための「FeとAl2O3との混合粉
から成る中間層」を間にはさんでから接合する方法も提
案されている(社団法人窯業協会の「昭和58年 年余
公演」、昭和58年5月16〜18日開催)。
Therefore, in order to avoid such inconvenience, recently M2
When solid-phase bonding O3 ceramics and Fe, a method has been proposed in which an ``intermediate layer made of a mixed powder of Fe and Al2O3'' is sandwiched between the two in order to alleviate the difference in thermal expansion between the two. (The Ceramics Association's ``1981 Performance'' was held from May 16th to 18th, 1988).

また、窒化物系セラミックスとMoとの固相接合の際に
、JMo粉末と接合しようとするセラミックスの粉末と
の混合粉から成る中間層」をINJ Kはさんでから接
合する方法も提案されている( [Jour−nal 
of American Ceramic 5ocie
tyJ第66巻、第7号、第0117頁)。
In addition, a method has been proposed in which nitride-based ceramics and Mo are bonded together after sandwiching an intermediate layer consisting of a mixed powder of JMo powder and ceramic powder to be bonded. There is ( [Jour-nal
of American Ceramic 5ocie
tyJ Vol. 66, No. 7, Page 0117).

ところが、この方法によれば、確かにM2O3とFeや
、Moと窒化物系セラミックスとの良好な接合体を得る
ことができるものではあったけれども、対象が「Al2
O,セラミックスとFeの接合」やI−窒化物系セラミ
ックスとMoの接合」に限ら11るものである等の不利
な問題を有していたのである。
However, although it was possible to obtain good bonded bodies of M2O3 and Fe or Mo and nitride ceramics using this method, the target was "Al2
This method has disadvantageous problems, such as being limited to ``bonding of O-ceramics and Fe'' and ``bonding of I-nitride ceramics and Mo''.

〈発明の目的〉 本発明者等は、上述のような問題点をふ1えた土で、 [金属とセラミックスとの固相接合の際、両者の熱膨張
差を緩和するとともにそれらの間の反応を適当に制御し
、強固な接合体を実現するだめの最も有望な手段は、や
はり両者間に適当な中間層を介在させることである」 との観点に立ち、接合対象材の種類に影響されることな
く金属部材とセラミックス焼結部材とを十分な接合強度
で接合する方法を見出すべく研究を重ねた結果、以下に
示される如き知見を得るに至ったのである。
<Purpose of the Invention> The inventors of the present invention have developed a method to alleviate the thermal expansion difference between metal and ceramics and to reduce the reaction between them when solid-phase joining metal and ceramic. The most promising means to appropriately control the bonding properties and realize a strong joint is to interpose an appropriate intermediate layer between the two. As a result of repeated research to find a method of bonding a metal member and a sintered ceramic member with sufficient bonding strength without causing any damage, the following knowledge was obtained.

〈知見事項〉 (a) 高温においても比較的安定な化合物として知ら
れているTiNは、高温度域に加熱されてもFe(普通
鋼はもちろん、ステンレヌ鋼や高Cr鋼をも含む) 、
 Co 、 Ni 、 Nb 、 Mo 、 Cr等、
はとんどの金属と反応を生じることがなく、しかも各種
のセラミックスに対しても極めて安定な物質であるが、
それでもセラミックスとは高温域で固溶体を形成するの
で、TiNとセラミックスとの間では固相接合が可能で
あること。
<Findings> (a) TiN, which is known as a relatively stable compound even at high temperatures, is a compound that is highly stable even when heated to a high temperature range.
Co, Ni, Nb, Mo, Cr, etc.
It does not react with most metals and is extremely stable against various ceramics.
Nevertheless, since ceramics form a solid solution at high temperatures, solid phase bonding is possible between TiN and ceramics.

(b) 上記の如<%TINは金属に対して安定な物質
ではあるが、金属部材の表面に気相蒸着させたTiN膜
は金属との接合性が極めて優れている上、非常に緻密で
あること。
(b) As mentioned above, <%TIN is a stable substance for metals, but the TiN film vapor-deposited on the surface of metal parts has extremely good bonding properties with metals and is extremely dense. Something.

(C) 一方、金属粉末とセラミックス粉末との混合粉
末を高温加熱下で圧縮すると、粉末金属の拡散によって
セラミックスの粒子同士が金属をバインダーとして結合
されていて、しかも熱膨張率が金属とセラミックスとの
中間程度の値を有するサーメット状複合材が得られるこ
と。
(C) On the other hand, when a mixed powder of metal powder and ceramic powder is compressed under high-temperature heating, the ceramic particles are bonded together using the metal as a binder due to the diffusion of the powder metal, and the coefficient of thermal expansion is different from that of the metal and ceramic. It is possible to obtain a cermet-like composite material having a value intermediate between

(d) そこで、任意の金属材料とセラミックス焼結体
とを用意し、該金属材料表面にTiN被覆層を気相蒸着
法で形成してから、任意の金属粉末とセラミックスとを
特定割合で混合した粉体の所定厚さのものを間に介在さ
せ、前記金属材料とセラミックス焼結体とを互に高圧で
押し付けて高温加熱すると、熱膨張率が金属とセラミッ
クスとの中間の値を示すサーメット状の中間層を介して
両者が強固に接合されることとなる上、安定なTiN層
に遮られて、セラミックス中のSi 、 C、B等が金
属材料中に拡散して脆弱層を形成すると言う現象も防止
され、セラミックス焼結体の劣化が“生じることもない
こと。
(d) Therefore, an arbitrary metal material and a ceramic sintered body are prepared, a TiN coating layer is formed on the surface of the metal material by vapor phase deposition, and then an arbitrary metal powder and ceramic are mixed in a specific ratio. When the metal material and the ceramic sintered body are pressed together under high pressure and heated at high temperature with a predetermined thickness of powder interposed between them, the cermet exhibits a coefficient of thermal expansion between that of metals and ceramics. In addition to this, the two will be firmly bonded through the intermediate layer, and if Si, C, B, etc. in the ceramic diffuse into the metal material and form a brittle layer, blocked by the stable TiN layer. This phenomenon is also prevented, and deterioration of the ceramic sintered body does not occur.

そして、この場合、例え金属粉末とセラミックス焼結体
との反応が激しく起る組合せであったとしても、セラミ
ックス焼結体全体に比べて粉末で添加した金属はわずか
であり、これが一部セラミックス焼結体と反応したとし
てもセラミックス焼結体の劣化を誘うことはなく、かえ
ってTiN層との接合強度を高める結果となること。
In this case, even if the combination is such that the reaction between the metal powder and the ceramic sintered body is intense, the amount of metal added in powder form is small compared to the entire ceramic sintered body, and this may partially affect the ceramic sintered body. Even if it reacts with the ceramic sintered body, it will not cause deterioration of the ceramic sintered body, but will instead result in an increase in the bonding strength with the TiN layer.

(e) 上記(d)項で示される如き方法で得られた接
合体は、金属とセラミックスとの中間の熱膨張率を有す
る中間層を介して接合されているので、熱膨張率の差に
起因した剥離がほとんど生じないこと。
(e) The bonded body obtained by the method shown in item (d) above is bonded through an intermediate layer having a coefficient of thermal expansion between that of metal and ceramics, so the difference in coefficient of thermal expansion is There should be almost no peeling caused by this.

〈発明の構成〉 この発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、 金属材料とセラミックス焼結体を熱間静水圧加圧装置を
用いて高温高圧下で接合するに当り、前記金属材料の接
合面に気相蒸着法でTiN被覆層を設けるとともに、更
に該TiN被覆層と前記セラミックス焼結体との間に、 金属粉末:50重量%以下、 残部:実質的にセラミックス粉末 から成9、厚さが30011m以下である金属とセラミ
ックスとの混合粉末層を介在させることにより、熱サイ
クル付加条件下においても剥離を生ずることのない優れ
た接合性を有する複合部材を、安定して製造し得るよう
にした点、 に特徴を有するものである。
<Structure of the Invention> The present invention has been made based on the above-mentioned findings, and provides a method for bonding a metal material and a ceramic sintered body under high temperature and high pressure using a hot isostatic pressing device. A TiN coating layer is provided on the bonding surface by vapor phase deposition, and between the TiN coating layer and the ceramic sintered body, metal powder: 50% by weight or less, the remainder: consisting essentially of ceramic powder. By interposing a mixed powder layer of metal and ceramics with a thickness of 30,011 m or less, a composite member with excellent bonding properties that does not peel off even under heat cycle conditions can be stably manufactured. It is characterized by the following points.

前記「金属材料」とは、特定の種類のものに制限される
ものではなく、鉄系金属(純鉄、炭素鋼、各種ステンレ
ス鋼、高Cr鋼等を問わない)やt Co +Ni 、
 Nb 、 Mo 、 Cr 、或いはそれらの合金等
、いずれを対象としても良い。また、前記「セラミック
ス焼結体」も特定の種類に限定されるものではなく、例
えばSiCやTiC等の炭化物系セラミックス、SiN
4やTiN等の窒化物系セラミックス、或いはTiB2
等のB系セラミックス等の焼結体のいずれもが対象とな
るものである。
The above-mentioned "metal material" is not limited to a specific type, and includes iron-based metals (including pure iron, carbon steel, various stainless steels, high Cr steel, etc.), tCo + Ni,
Any of Nb, Mo, Cr, or alloys thereof may be used. Furthermore, the above-mentioned "ceramic sintered body" is not limited to a specific type, and includes, for example, carbide ceramics such as SiC and TiC, SiN
4, nitride ceramics such as TiN, or TiB2
All of the sintered bodies such as B-based ceramics, etc. are targeted.

更に、接合中間層として用いる金属粉末やセラミックス
粉末の種類も格別に限定されるものではないが、粒度が
−300メツシユ程度のものを使用するのが好ましい。
Further, the type of metal powder or ceramic powder used for the bonding intermediate layer is not particularly limited, but it is preferable to use one with a particle size of about -300 mesh.

もちろん、直径が2〜6μm程度の微小粒の使用も可能
である。
Of course, it is also possible to use microparticles with a diameter of about 2 to 6 μm.

なお、接合中間層となる混合粉末中の金属粉末の配合量
が50重量%を越えたり、混合粉末層の厚さが300μ
mよシも厚くなると、セラミックス焼結体の金属粉末と
の反応量が多くなり、セラミックス焼結体の劣化を生じ
る恐れがでてくるので、混合粉末中の金属粉未配合量を
50重量%以下、混合粉末層の厚さを300μm以下と
、それぞれ限定したのである。
In addition, if the amount of metal powder in the mixed powder that becomes the bonding intermediate layer exceeds 50% by weight, or if the thickness of the mixed powder layer is 300μ
If the thickness becomes thicker, the amount of reaction between the ceramic sintered body and the metal powder will increase, leading to the risk of deterioration of the ceramic sintered body. Therefore, the amount of non-metal powder in the mixed powder should be reduced to 50% by weight. Hereinafter, the thickness of the mixed powder layer was limited to 300 μm or less.

丑た、接合の際の加熱温度は、接合対象の金属材料が溶
融しない程度の温度であって、しかも粉末金属が十分に
拡散してセラミックス粉末とサーメット状複合層を形成
し得る温度とするのが良く、炭素鋼やステンレス鋼の場
合には1100−1400℃程度を選ぶのが良い。
Additionally, the heating temperature during bonding must be a temperature that does not melt the metal materials to be bonded, but is also a temperature that allows the powder metal to sufficiently diffuse and form a cermet-like composite layer with the ceramic powder. In the case of carbon steel or stainless steel, it is best to select a temperature of about 1100-1400°C.

接合の際の加圧力も、接合部材の密着度、変形、設備の
容量等を考慮して適宜の値を選べば良く、500〜15
00〜/cnf程度の広い範囲を選択するととができる
The pressing force during joining may be selected appropriately considering the degree of adhesion, deformation, capacity of equipment, etc. of the joining members, and is 500 to 15
It is possible to select a wide range from 00 to /cnf.

さて、第1図は、金属部材1とセラミックス焼結体2と
を本発明の方法によって接合しようとする際の、接合部
材の組立て方法を模式図化したものであり、通常の気相
蒸着法で接合面にTiN被覆層3を設けた金属部材1と
セラミックス焼結体2との間に、金属粉末とセラミック
ス粉末との混合粉末層4を介在させた状態を示している
Now, FIG. 1 is a schematic illustration of a method for assembling a joining member when a metal member 1 and a ceramic sintered body 2 are to be joined by the method of the present invention. This shows a state in which a mixed powder layer 4 of metal powder and ceramic powder is interposed between a metal member 1 whose joint surface is provided with a TiN coating layer 3 and a ceramic sintered body 2.

いま、この組立て体を、熱間静水圧加圧装置を用いて高
温・高圧で処理すると、金属粉末が拡散してセラミック
ス粉末とともにサーメット状の結合中間層になり、しか
も金属部材lと強く密着しているTiN被覆層3、及び
セラミックス焼結体2の双方と強固に接合することとな
る。そして、このとき、安定なTiN被覆層3によって
セラミックス焼結体2やセラミックス粉末と金属部祠■
との直接接触が妨げられているので、高温加熱によって
も、セラミックス等から金属部材へのSi 、 C。
Now, when this assembly is treated at high temperature and high pressure using a hot isostatic pressing device, the metal powder will diffuse and form a cermet-like bonding intermediate layer together with the ceramic powder, and will adhere strongly to the metal member l. This results in strong bonding with both the TiN coating layer 3 and the ceramic sintered body 2. At this time, the stable TiN coating layer 3 separates the ceramic sintered body 2, the ceramic powder, and the metal part.
Si, C is transferred from ceramics etc. to metal parts even by high temperature heating.

B等の拡散を生じることがなく、従って金属部材lに脆
弱層が形成される恐れはないのである。
There is no diffusion of B, etc., and therefore there is no possibility that a fragile layer will be formed in the metal member l.

その上、金属粉末の拡散によって形成されるサーメット
状の中間層は、金属部材1とセラミックス焼結体2の中
間の熱膨張を有するので両者の熱膨張の差を緩和する作
用を持っており、高温の接合作業の後そのまま冷却して
も、金属部材1とセラミック焼結体2とが剥離を起すこ
とがない。
Furthermore, the cermet-like intermediate layer formed by the diffusion of metal powder has a thermal expansion intermediate between that of the metal member 1 and the ceramic sintered body 2, so it has the effect of alleviating the difference in thermal expansion between the two. Even if the metal member 1 and the ceramic sintered body 2 are cooled after the high-temperature bonding operation, the metal member 1 and the ceramic sintered body 2 will not separate.

次に、この発明を実施例並びに比較例によって具体的に
説明する。
Next, the present invention will be specifically explained using Examples and Comparative Examples.

〈実施例〉 比較例 1 熱間静水圧加圧装置(HIP)を用いて1000気圧加
圧下、1700℃に2時間保持と言う条件で焼結したS
iC焼結体(寸法ニアφX 1.5 t、密度:2.8
8 )と、鉄(寸法ニアφX2.5t) を用意し、両
者とも表面を600番エメリー紙で研磨した。
<Example> Comparative Example 1 S sintered using a hot isostatic press (HIP) under a pressure of 1000 atm and held at 1700°C for 2 hours.
iC sintered body (dimensions near φX 1.5 t, density: 2.8
8) and iron (dimensions near φX2.5t) were prepared, and the surfaces of both were polished with No. 600 emery paper.

次に、これらを重ね合わせて3組の試料を作り、ガラヌ
カプセル法にて、熱間静水圧加圧装置(HIP)で15
00気圧加圧下、900°c、 1ooo°C及び13
00°Cにそれぞれ1時間保持′する処理を施し、30
0°C/hrの冷却速度で室温まで冷却して装置から試
料を取り出した。
Next, these were superimposed to make three sets of samples, and then 15
Under pressure of 00 atm, 900°C, 1ooo°C and 13
00°C for 1 hour each.
The sample was cooled to room temperature at a cooling rate of 0°C/hr and taken out from the apparatus.

試料を調べてみると、鉄とSiC焼結体は完全に接合し
ているように見えだが、試料の断面を研磨し、顕微鏡で
観察したところ、半分以上の試料はSiCが鉄中に溶は
込んで脆弱層を形成しており、残った試料もSiC焼結
体中に多数のクラックを発生していることが確認された
When we examined the samples, it appeared that the iron and SiC sintered bodies were completely bonded, but when we polished the cross section of the sample and observed it under a microscope, we found that in more than half of the samples, SiC had not dissolved into the iron. It was confirmed that the remaining sample had a large number of cracks in the SiC sintered body.

実施例 1 まず、鉄材(寸法ニアφX2.5t)の表面を600番
エメリー紙で研磨し、その研磨面に、通常の化学気相蒸
着法にてTiNコーティングを行った(使用ガス:T]
ce、+H2+N2混合カス)。ナオ、形成すれたTi
N被覆層は60μmの厚さであった。
Example 1 First, the surface of an iron material (dimensions near φX 2.5t) was polished with No. 600 emery paper, and the polished surface was coated with TiN using a normal chemical vapor deposition method (gas used: T).
ce, +H2+N2 mixed scum). Nao, formed Ti
The N coating layer was 60 μm thick.

一方、比較例1に示したと同様の方法でSiC焼結体(
寸法=7φX 1,5 t、密度:2,88)を作り、
表面を600番エメリー紙で研磨した。
On the other hand, a SiC sintered body (
Dimensions = 7φX 1.5t, density: 2.88).
The surface was polished with #600 emery paper.

更に、還元鉄粉(平均粒径:8μm)とSiC粉末(平
均粒径:1μm以下)とを1=1の重量比になるように
混合し、7φX0.4mの円盤状に加圧成形したものも
用意した。
Furthermore, reduced iron powder (average particle size: 8 μm) and SiC powder (average particle size: 1 μm or less) were mixed at a weight ratio of 1=1, and the mixture was pressure-molded into a disc shape of 7φ x 0.4m. We also prepared

次に、焼結体と鉄材との間に、前記混合粉末圧縮体を第
1”図に示されるように介在させて、両者を重ね合わせ
た。
Next, the compressed mixed powder was interposed between the sintered body and the iron material, as shown in FIG. 1'', and the two were overlapped.

この重ね合わせ体を、熱間静水圧加圧装置(HIP)を
用い、ガラヌカブセル法で1500気圧の加圧下、11
00°Cに1時間保持する処理を施し、300℃/hr
の冷却速度で室温まで冷却して、装置から試料を取り出
した。
This stacked body was heated under a pressure of 1500 atm using a hot isostatic presser (HIP) using the galanucabcel method.
00°C for 1 hour, 300°C/hr
The sample was cooled to room temperature at a cooling rate of .

このような処理を施した試料を調べてみると、いずれも
鉄とセラミックス焼結体とが良好に接合していることが
確認された。
When the samples subjected to such treatment were examined, it was confirmed that the iron and the ceramic sintered body were well bonded in all cases.

そして、これらの試料の断面を顕微鏡で観察したところ
、第2図に示される顕微鏡写真図からも明らかなように
、鉄材−TiN被覆層、TiN被覆層−(Fe+5iC
)混合層、(Fe+5iC)混合層−8iC焼結体のい
ずれの界面とも良好な接合を示していることが確認され
、またクランクの発生も認められなかった。更に、中間
層とした鉄粉とSiC焼結体との反応はわずかであり、
SiC焼結体の破壊がないことも確認された。
When the cross sections of these samples were observed under a microscope, it was found that the iron material-TiN coating layer, the TiN coating layer-(Fe+5iC
) mixed layer and (Fe+5iC) mixed layer-8iC sintered body, it was confirmed that good bonding was exhibited at both interfaces, and no cranking was observed. Furthermore, the reaction between the iron powder used as the intermediate layer and the SiC sintered body is slight;
It was also confirmed that there was no destruction of the SiC sintered body.

実施例 2 SUS304ヌテンレス鋼材(寸法ニアφ×2.5t)
の表面を600番エメリー紙で研磨し、その研磨面に実
施lと同様手段にて10μm厚のTiN被覆層を形成し
た。
Example 2 SUS304 stainless steel material (dimensions near φ x 2.5t)
The surface of the sample was polished with No. 600 emery paper, and a 10 μm thick TiN coating layer was formed on the polished surface using the same method as in Example 1.

一方、市販のSiC焼結体を機械加工し、円盤状(寸法
ニアφ×1t)とした。
On the other hand, a commercially available SiC sintered body was machined into a disk shape (dimensions near φ×1t).

更に、5US304ステンレス鋼粉末(平均粒径:8μ
m)とSiC粉末(平均粒径:1μnt以下)とを1=
2の重量比になるように混合し、7φ×0.1Uの円盤
状に加圧成形したものも用意した。
Furthermore, 5US304 stainless steel powder (average particle size: 8μ
m) and SiC powder (average particle size: 1 μnt or less) at 1=
A product prepared by mixing the mixture at a weight ratio of 2:2 and press-molding it into a disk shape of 7φ×0.1U was also prepared.

次に、焼結体とステンレス鋼材との間に、前記混合粉末
圧縮体を第1図に示されるように介在させて、両者を重
ね合わせた。
Next, the compressed mixed powder was interposed between the sintered body and the stainless steel material, as shown in FIG. 1, and the two were overlapped.

この重ね合わせ体を、熱間静水圧加圧装置(HIP)を
用い、ガラヌカプセル法で500気圧の加圧下、900
℃で30分間保持する処理を施し、300°C/hrの
冷却速度で室温まで冷却して、装置から試料を取シ出し
た。
Using a hot isostatic press (HIP), this stacked body was heated to 900 m
The sample was held at ℃ for 30 minutes, cooled to room temperature at a cooling rate of 300 ℃/hr, and the sample was taken out from the apparatus.

このような処理を施した試料断面の顕微鏡観察の結果、
接合部やSiC焼結体にクランク発生が認められず、実
施例1におけると同様、良好な接合状態を示しているこ
とが確認された。
As a result of microscopic observation of the cross section of the sample subjected to such treatment,
No cranking was observed in the joint or the SiC sintered body, and it was confirmed that the joint was in good condition as in Example 1.

〈総括的な効果〉 上述のように、この発明によれば、これまでほとんど不
可能であった金属材料とセラミックス焼結体と−の固相
接合を、安定・確実に、そして比較的簡単に実施するこ
とができ、接合強度良好な金属・セラミックヌ複合材料
を安価に提供できるなど、産業上有用な効果がもたらさ
れるのである。
<Overall Effects> As described above, according to the present invention, solid-phase bonding between metal materials and ceramic sintered bodies, which has been almost impossible until now, can be achieved stably, reliably, and relatively easily. Industrially useful effects can be brought about, such as the ability to provide metal-ceramic composite materials with good bonding strength at low cost.

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

第1図は本発明方法によって金属とセラミックスを接合
する際の部材組立て方法の例を示す模式図、第2図は本
発明方法によって得られたFe −8iC焼結体複合部
材の接合部の顕微鏡写真図であるO 図面において、 1・・・金属部材、 2・・・セラミックス焼結体、 3・・・TiN被覆層、 4・・・金属粉末とセラミックス粉末との混合粉末層。 出願人 住友金属工業株式会社ほか1名代理人 富 1
)和 夫 ほか1名 100μ 手続補正書噂式) 1.事件の表示 特願昭59−59142 号 2発明の名称 金属とセラミックスの接合方法 3 補正をする者 4代理 人 住所 東京都千代f、1.I区神田錦町−丁[123番
地宗保第二ビル8階 昭和59年6月6日(発送日 昭和59年6月26日)
補正の内容 明細書、第16頁、第15行に 「顕微鏡写真図」 とあるな、 「顕微鏡組織写真図」 と訂正する。 以上
Fig. 1 is a schematic diagram showing an example of a member assembly method when joining metal and ceramics by the method of the present invention, and Fig. 2 is a microscope view of the joint part of the Fe-8iC sintered composite member obtained by the method of the present invention. In drawing O, which is a photographic diagram, 1... Metal member, 2... Ceramic sintered body, 3... TiN coating layer, 4... Mixed powder layer of metal powder and ceramic powder. Applicant: Sumitomo Metal Industries, Ltd. and one other agent: Tomi 1
) Kazuo and 1 other person 100 μ procedural amendment rumor form) 1. Indication of the case Patent application No. 59-59142 2 Name of the invention Method for joining metals and ceramics 3 Person making the amendment 4 Agent Address Chiyo F, Tokyo, 1. I-ku Kanda Nishikicho-cho [123 Soho Daini Building 8th floor June 6, 1980 (shipment date June 26, 1980)
In the Statement of Contents of the Amendment, page 16, line 15, the phrase "microscopic photograph" should be corrected to "microscopic tissue photograph."that's all

Claims (1)

【特許請求の範囲】 金属材料とセラミックス焼結体を熱間静水圧加圧装置を
用いて高温高圧下で接合するに当り、前記金属材料の接
合面に気相蒸着法でTi N被覆層を設けるとともに、
更に該TiN被覆層と前記セラミックス焼結体との間に
、 金属粉末=50重量%以下、 残部:実質的にセラミックス粉末 から成9、厚さが300μm以下である金属とセラミッ
クスとの混合粉末層を介在させることを特徴とする、金
属とセラミックスの接合方法。
[Claims] When joining a metal material and a ceramic sintered body under high temperature and high pressure using a hot isostatic pressing device, a TiN coating layer is applied to the joining surface of the metal material by vapor phase deposition. In addition to providing
Furthermore, between the TiN coating layer and the ceramic sintered body, a mixed powder layer of metal and ceramics, the metal powder being 50% by weight or less, the remainder being substantially composed of ceramic powder, and having a thickness of 300 μm or less. A method for joining metals and ceramics, characterized by intervening.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4844323A (en) * 1987-02-26 1989-07-04 Nihon Sinku Gijutsu Kabusiki Kaisha Method for joining ceramics
JPH038732U (en) * 1989-06-14 1991-01-28
US5139191A (en) * 1990-07-20 1992-08-18 F. M. Velterop B.V. Method of connecting ceramic material to another material
JP2012191113A (en) * 2011-03-14 2012-10-04 Ihi Corp Plasma light source and manufacturing method of plasma light source

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