JPS60226464A - セラミックと金属との接合構造 - Google Patents
セラミックと金属との接合構造Info
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- C04B2237/72—Forming laminates or joined articles comprising at least two interlayers directly next to each other
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野１
本発明はセラミックと金属との接合構造に関するもので
ある。
ある。
［従来技術１
従来よりセラミックと金属との接合においては、セラミ
ックと金属との熱膨張係数の差か大きく、熱歪による残
留応力によってセラミックか破壊し易く、接合し難いこ
とが知られている。
ックと金属との熱膨張係数の差か大きく、熱歪による残
留応力によってセラミックか破壊し易く、接合し難いこ
とが知られている。
そこで従来では、セラミックと金属とを接合する場合、
例えばアルミナとコバール（商標名：コバルト−ニッケ
ルー鉄合金の一種）のというように、セラミックの熱膨
張係数に近似した金属を用いたり、あるいはセラミック
と金属との間にセラミックの熱膨張係数に近似した金属
を介在させ、接合することが考えられでいる。
例えばアルミナとコバール（商標名：コバルト−ニッケ
ルー鉄合金の一種）のというように、セラミックの熱膨
張係数に近似した金属を用いたり、あるいはセラミック
と金属との間にセラミックの熱膨張係数に近似した金属
を介在させ、接合することが考えられでいる。
ところで、例えば窒化ケイ素のように熱膨張係数が小さ
いセラミックの場合、熱膨張係数が近似した金属として
タングステンが挙げられるが、この種のセラミックを、
例えばエンジンの周辺部品として高説でかつ振動の激し
い場所に使用する場合、セラミックに接合する金属、あ
るいはセラミックと金属とを介在りる金属としてタング
ステンを用いると、タングステンは高価であり、またも
ろく酸化し易いといった性質を有することから実用化に
は不向きであり、この種のセラミックを鉄系合金やアル
ミニウム合金と直接接合することが望まれていた。
いセラミックの場合、熱膨張係数が近似した金属として
タングステンが挙げられるが、この種のセラミックを、
例えばエンジンの周辺部品として高説でかつ振動の激し
い場所に使用する場合、セラミックに接合する金属、あ
るいはセラミックと金属とを介在りる金属としてタング
ステンを用いると、タングステンは高価であり、またも
ろく酸化し易いといった性質を有することから実用化に
は不向きであり、この種のセラミックを鉄系合金やアル
ミニウム合金と直接接合することが望まれていた。
一方従来よりセラミックと金属との接合においては、熱
膨張係数が連続的に変化するセラミックと金属との混合
材をセラミックの接合面に溶射によって接合し、その後
摩擦圧接等によって金属と接合するといったことも考え
られているが、この場合、熱膨張係数を連続的に変化さ
せ、溶射によって接合することは容易ではなく、作業性
が悪いという問題がある。
膨張係数が連続的に変化するセラミックと金属との混合
材をセラミックの接合面に溶射によって接合し、その後
摩擦圧接等によって金属と接合するといったことも考え
られているが、この場合、熱膨張係数を連続的に変化さ
せ、溶射によって接合することは容易ではなく、作業性
が悪いという問題がある。
［発明の目的］
そこで本発明は、熱膨張係数の小さいセラミックであっ
ても、例えば鉄系合金ヤ）アルミニラｌ、合金とい−）
だ一般的な金属と容易に接合Ｃき、接合強度も強いセラ
ミックと金属どの接合構造を提供することを目的として
いる。
ても、例えば鉄系合金ヤ）アルミニラｌ、合金とい−）
だ一般的な金属と容易に接合Ｃき、接合強度も強いセラ
ミックと金属どの接合構造を提供することを目的として
いる。
［発明の構成］
かかる目的を；ヱするための本発明の構成は、接合面の
幅に対して１．５％ないし２０％の厚みを有するセラミ
ック材を焼結させたべ仮を、セラミック焼結体と金属と
の間に介在させ、ろう付けにより接合したことを特徴と
するセラミックと金属との接合構造、 を要旨としている。
幅に対して１．５％ないし２０％の厚みを有するセラミ
ック材を焼結させたべ仮を、セラミック焼結体と金属と
の間に介在させ、ろう付けにより接合したことを特徴と
するセラミックと金属との接合構造、 を要旨としている。
ここで薄板の厚さを接合面の幅に対して１．５％ないし
２０％の厚みとしたのは、１．５％より小さい厚みの場
合、薄板自体の強度か低く割れ易くなり、また２０％よ
り大きい厚みの場合には薄板の調性が高くなり、結局セ
ラミック焼結体と金属とを薄板を介さずに接合したのと
同様にろう付は後熱歪による残留応力によって割れ易く
なってＣ１寸ヤ月、Ｘ−１／−回出１１１ Ｉ：＋７一
本ス次に薄板の特性としては、接合した場合に充分な接
合強度を得るために、以下の条件のうら１つ又は複数の
条件をＨＡ足しＣいるものが好ましい。
２０％の厚みとしたのは、１．５％より小さい厚みの場
合、薄板自体の強度か低く割れ易くなり、また２０％よ
り大きい厚みの場合には薄板の調性が高くなり、結局セ
ラミック焼結体と金属とを薄板を介さずに接合したのと
同様にろう付は後熱歪による残留応力によって割れ易く
なってＣ１寸ヤ月、Ｘ−１／−回出１１１ Ｉ：＋７一
本ス次に薄板の特性としては、接合した場合に充分な接
合強度を得るために、以下の条件のうら１つ又は複数の
条件をＨＡ足しＣいるものが好ましい。
（１）熱膜張係数かセラミック焼結体と同等又はヒラミ
ック焼結体と金属との中間であるもの。
ック焼結体と金属との中間であるもの。
（ｉｉ）ヤング牢かセラミック焼結体のそれ以下のもの
。
。
（ｉｉｉ ）抗折強度又は引張り強度がセラミック焼結
体に対し７０％以上の強度であるもの。
体に対し７０％以上の強度であるもの。
イしてこれらの条件を容易に渦犀ケるためには薄板の材
質をセラミック焼結体と同一のものにすればよい。
質をセラミック焼結体と同一のものにすればよい。
また−に記薄板やセラミック焼結体を構成Ｊるセラミッ
ク材としては、窒化ケイ素、アルミナ、ジル丁１ニア、
炭化ケイ素、窒化ホウ素等セラミック単独のセラミック
材や、金属を混合したサーメツト材を用いることができ
るが、特に窒化ケイ素のような熱膨張係数の小さいセラ
ミック材を使用する場合に本発明の接合＃ｌ造を利用す
るとより効果的である。従って上述した如く、薄板には
セラミツク焼結体と同一のセラミック材を使用した方が
よいことから、焼結体として窒化ケイ素を用いた場合、
薄板にｂ窒化ケイ素を用いることが望ましい。
ク材としては、窒化ケイ素、アルミナ、ジル丁１ニア、
炭化ケイ素、窒化ホウ素等セラミック単独のセラミック
材や、金属を混合したサーメツト材を用いることができ
るが、特に窒化ケイ素のような熱膨張係数の小さいセラ
ミック材を使用する場合に本発明の接合＃ｌ造を利用す
るとより効果的である。従って上述した如く、薄板には
セラミツク焼結体と同一のセラミック材を使用した方が
よいことから、焼結体として窒化ケイ素を用いた場合、
薄板にｂ窒化ケイ素を用いることが望ましい。
そして更に良好な接合強度を得るためには、セラミック
焼結体と金属との間に甲にセラミック材からなる薄板を
介在させるだけでなく、この薄板と金属との間に金属か
らなる薄板を介在させたり、更にセラミック焼結体と薄
板との間にｂ金属からなる薄板を介在させることが望ま
しく、しラミック焼結体と金属どの間に複数個のセラミ
ック材からなる薄板と金属からなる薄板とを交互に介在
せることが好ましい。またこの金属からなる薄板として
もセラミック材からなる薄板と同様に、接合後の熱歪に
よる残留応力を緩和覆るためにＶレグ率の小さい金属、
たとえば銀とか銅といったものを使用することが好まし
り、ソの値としては１゜５ ｘ １０’ ［ｋｑ／ｍｍ
” ］以下のものが望ましい。
焼結体と金属との間に甲にセラミック材からなる薄板を
介在させるだけでなく、この薄板と金属との間に金属か
らなる薄板を介在させたり、更にセラミック焼結体と薄
板との間にｂ金属からなる薄板を介在させることが望ま
しく、しラミック焼結体と金属どの間に複数個のセラミ
ック材からなる薄板と金属からなる薄板とを交互に介在
せることが好ましい。またこの金属からなる薄板として
もセラミック材からなる薄板と同様に、接合後の熱歪に
よる残留応力を緩和覆るためにＶレグ率の小さい金属、
たとえば銀とか銅といったものを使用することが好まし
り、ソの値としては１゜５ ｘ １０’ ［ｋｑ／ｍｍ
” ］以下のものが望ましい。
またろう付１ノの際に用いるろう材としては、銀系、ニ
ッケル系、銅系、アルミニウム系等通常用いられるもの
であれば何゛Ｃもよく、そのろう付（プ方法としては、
例えば、真空中で金属を強熱してその時発生覆る蒸気を
セラミック焼結体及び薄板の接合面に付着するどいつだ
真空蒸着法により、接合面を一旦金属化した後ろう付（
プを行なうといった手法、あるいは、チタン、ジルコニ
ウム等の活性金属と、銀、銅、ニッケル等の金属とを主
成分とした金属混合物を非酸化雰囲気にて加熱すること
によって一旦接合面を金属化したり、又はそのままろう
付けするといった手法等が挙げられる。
ッケル系、銅系、アルミニウム系等通常用いられるもの
であれば何゛Ｃもよく、そのろう付（プ方法としては、
例えば、真空中で金属を強熱してその時発生覆る蒸気を
セラミック焼結体及び薄板の接合面に付着するどいつだ
真空蒸着法により、接合面を一旦金属化した後ろう付（
プを行なうといった手法、あるいは、チタン、ジルコニ
ウム等の活性金属と、銀、銅、ニッケル等の金属とを主
成分とした金属混合物を非酸化雰囲気にて加熱すること
によって一旦接合面を金属化したり、又はそのままろう
付けするといった手法等が挙げられる。
［発明の効果］
そして上述した９ｎキ措成からなる本発明のセラミック
と金属との接合構造を利用した場合、セラミック焼結体
と金属との間にセラミック焼結体と近似した熱膨張係数
の金属を介在させたり、あるいはセラミック焼結体と接
合する金属を熱膨張係数の近似した金属どする必要はな
く、セラミックからなる薄板を介在させるだけでセラミ
ック焼結体と所望の金属とを作業の簡単なろう付けで容
易に接合できるようになる。そしてセラミック焼結体に
熱膨張係数の小さいセラミック材を用いＩこ場合であっ
ても高価なタングステン等を用いることなく容易に接合
げることかでき、良好な１８合強度を得ることかぐきる
。また薄板にセラミックを用い、タングステンのような
もろく酸化し易い金属を使用する必要がないので、高温
、＾振動の条倚下でも使用することができ、例えばガス
タービン部品、ターボチャージャーの軸接合等、内燃機
関の周辺部品にも適用できる。
と金属との接合構造を利用した場合、セラミック焼結体
と金属との間にセラミック焼結体と近似した熱膨張係数
の金属を介在させたり、あるいはセラミック焼結体と接
合する金属を熱膨張係数の近似した金属どする必要はな
く、セラミックからなる薄板を介在させるだけでセラミ
ック焼結体と所望の金属とを作業の簡単なろう付けで容
易に接合できるようになる。そしてセラミック焼結体に
熱膨張係数の小さいセラミック材を用いＩこ場合であっ
ても高価なタングステン等を用いることなく容易に接合
げることかでき、良好な１８合強度を得ることかぐきる
。また薄板にセラミックを用い、タングステンのような
もろく酸化し易い金属を使用する必要がないので、高温
、＾振動の条倚下でも使用することができ、例えばガス
タービン部品、ターボチャージャーの軸接合等、内燃機
関の周辺部品にも適用できる。
以下実施例を挙げて説明する。
［実施例１］
まず本発明の第１実施例として、第１図に示づ如く、セ
ラミック焼結体１と金属２との間にセラミック材からな
る薄板３を介在させ、ろう材４によるろう付けによって
接合した接合体５を、薄板３の厚さとか焼結方法を違え
て複数個作成し１、人々の接合強度を測定した。
ラミック焼結体１と金属２との間にセラミック材からな
る薄板３を介在させ、ろう材４によるろう付けによって
接合した接合体５を、薄板３の厚さとか焼結方法を違え
て複数個作成し１、人々の接合強度を測定した。
セラミック焼結体１としては、金石率８６％の窒化ケイ
素を常圧焼結に°より直径１５［ｍ１ｌｌ］、長さ４０
［ｍｍ］の棒状に形成したものを用い、また金属２とし
ては、ヒラミック焼結体１と同様に、直径１５［ｍｍｌ
、良さ／ＩＯ［ｍｍ］の棒状に形成したコバールを用い
た。次に薄板３としては上記セラミック焼結体１ど同様
に窒化ケイ素を用い、表−１に示づ如さ焼結方法で夫々
の寸法のものを作成した。
素を常圧焼結に°より直径１５［ｍ１ｌｌ］、長さ４０
［ｍｍ］の棒状に形成したものを用い、また金属２とし
ては、ヒラミック焼結体１と同様に、直径１５［ｍｍｌ
、良さ／ＩＯ［ｍｍ］の棒状に形成したコバールを用い
た。次に薄板３としては上記セラミック焼結体１ど同様
に窒化ケイ素を用い、表−１に示づ如さ焼結方法で夫々
の寸法のものを作成した。
表−１
次にセラミック焼結体１と薄板３、薄板３と金属２の接
合をろう材４によるろう付けによって行なうのであるが
、その前に、セラミック焼結体１及び薄板３の各々の接
合面、つまり３つの接合面に、蒸着法によってジルコニ
ア’０．２［μｍ１、クロム０．２［μｍ］、銀５Ｆμ
ｍ］を順次蒸着し、ろう付けができるように準備した。
合をろう材４によるろう付けによって行なうのであるが
、その前に、セラミック焼結体１及び薄板３の各々の接
合面、つまり３つの接合面に、蒸着法によってジルコニ
ア’０．２［μｍ１、クロム０．２［μｍ］、銀５Ｆμ
ｍ］を順次蒸着し、ろう付けができるように準備した。
その後ろう材４として純銀ろうを用い、水素炉１０００
［℃１にてろう付けし、上記表−１に示した（イ）ない
しくホ）の薄板３を用いた接合体５（ＡないしＥ）を得
た。
［℃１にてろう付けし、上記表−１に示した（イ）ない
しくホ）の薄板３を用いた接合体５（ＡないしＥ）を得
た。
また次に述べる接合強度の実験により、従来の接合によ
る接合体、つまり薄板３を介さずセラミック焼結体と金
属とを直接接合した接合体と上記作成した５種の接合体
５（ＡないしＥ）との接合強度を比較するために、１−
配接合体５と同様のセラミック焼結体１と金属２とをろ
う付けし、薄板を介さない接合体（［）を作成した。尚
この場合の接合も上記と同様に、まずセラミック焼結体
１の接合面にジルコニウム０．２［μｍ］、クロム０．
２１μｍ］、銀５（μｍ１を順次蒸着し、純銀ろうを用
いた水素炉１０００ ｒ’ｃ］のろうイーロブによって
行なった。
る接合体、つまり薄板３を介さずセラミック焼結体と金
属とを直接接合した接合体と上記作成した５種の接合体
５（ＡないしＥ）との接合強度を比較するために、１−
配接合体５と同様のセラミック焼結体１と金属２とをろ
う付けし、薄板を介さない接合体（［）を作成した。尚
この場合の接合も上記と同様に、まずセラミック焼結体
１の接合面にジルコニウム０．２［μｍ］、クロム０．
２１μｍ］、銀５（μｍ１を順次蒸着し、純銀ろうを用
いた水素炉１０００ ｒ’ｃ］のろうイーロブによって
行なった。
このようにして種々の薄板を介在し１＝接合体△ないし
Ｅ、及びセラミック焼結体１と金属２とを直接接合１ノ
だ接合体Ｆを得ると、次にアイゾツト衝撃試験によりそ
の接合強度を測定した。尚この実験は、第２図に示１如
く、金属２を固定し、セラミック焼結体１の接合面から
１０［ｍｍ］の点Ｐを打点として行なった。
Ｅ、及びセラミック焼結体１と金属２とを直接接合１ノ
だ接合体Ｆを得ると、次にアイゾツト衝撃試験によりそ
の接合強度を測定した。尚この実験は、第２図に示１如
く、金属２を固定し、セラミック焼結体１の接合面から
１０［ｍｍ］の点Ｐを打点として行なった。
この実験により次の表−２の如き結果を１９たつ表−２
但し、上記表−２に示すアイゾツト衝撃値は、各接合体
について３個ずつ試験を行ない、その平均値を示したも
のである。また接合体の欄の※印は本発明に係る接合体
を示している。
について３個ずつ試験を行ない、その平均値を示したも
のである。また接合体の欄の※印は本発明に係る接合体
を示している。
上記実験ににす、板厚が０．２［ｍｍｌで直径に対して
１．３３％の厚みしかない薄板３を用いた接合体への場
合、アイゾツト衝撃値が４．４［ｋｇ・ｃｍ］という７
ｉｆＪ根３を設（プない接合体Ｆよりも低い接合強度し
か得られず、一方機厚が０．５［ｍｍ］で直径に対して
３．３％の厚みを有する薄板３を用いた接合体Ｂの場合
、アイゾツト衝撃値か１２゜８［ｋｌｌｌ・ｃｍ］とい
う高い接合強度を得ることかできるという結束が得られ
た。このことから、薄板３の板厚が余り簿過ぎると、接
合後の熱歪みによる残留応力を緩和１Ｊることができず
、少なくとも直径、即ち接合面の幅に対して１．５％以
上の板厚を右づる薄板を用いる必要があることがわかっ
た。
１．３３％の厚みしかない薄板３を用いた接合体への場
合、アイゾツト衝撃値が４．４［ｋｇ・ｃｍ］という７
ｉｆＪ根３を設（プない接合体Ｆよりも低い接合強度し
か得られず、一方機厚が０．５［ｍｍ］で直径に対して
３．３％の厚みを有する薄板３を用いた接合体Ｂの場合
、アイゾツト衝撃値か１２゜８［ｋｌｌｌ・ｃｍ］とい
う高い接合強度を得ることかできるという結束が得られ
た。このことから、薄板３の板厚が余り簿過ぎると、接
合後の熱歪みによる残留応力を緩和１Ｊることができず
、少なくとも直径、即ち接合面の幅に対して１．５％以
上の板厚を右づる薄板を用いる必要があることがわかっ
た。
また薄板３が４［ｍｍｌの厚みを有する接合体りの場合
にもアイゾツト衝撃値５． １ ［ｋ！ｌ！ｃｍ］とい
う低い値で薄板が割れてしまい、薄板３を設けていない
接合体Ｆよりも弱いことがわかった。これに対して接合
体Ｃのように厚みが２［ｍｍｌの薄板を用いた場合には
、アイゾツト衝撃試験［ｋｇ・ａｍ］という大きい接合
強度が（９られことから、薄板の板厚としては余り厚過
ぎても充分な接合強度が（りることがてさず、接合面の
幅に対して２０％の以下の厚みにするへきであるといっ
たこともわかった。尚この理由としては、薄板の厚みが
大きいと、結局、セラミック焼結体を直接金属に取り付
けた場合と同様に、薄板の調性が高くなり、接合後の熱
膨張差による残留応力によって割れ易くなってしまうか
らである。
にもアイゾツト衝撃値５． １ ［ｋ！ｌ！ｃｍ］とい
う低い値で薄板が割れてしまい、薄板３を設けていない
接合体Ｆよりも弱いことがわかった。これに対して接合
体Ｃのように厚みが２［ｍｍｌの薄板を用いた場合には
、アイゾツト衝撃試験［ｋｇ・ａｍ］という大きい接合
強度が（９られことから、薄板の板厚としては余り厚過
ぎても充分な接合強度が（りることがてさず、接合面の
幅に対して２０％の以下の厚みにするへきであるといっ
たこともわかった。尚この理由としては、薄板の厚みが
大きいと、結局、セラミック焼結体を直接金属に取り付
けた場合と同様に、薄板の調性が高くなり、接合後の熱
膨張差による残留応力によって割れ易くなってしまうか
らである。
次トニ接合体［においてｉＪアイゾツト別撃ｌｌ１１４
１［ｋｇ・ｃｍ］という他の接合体に比へ最大の接合強
度を有することかわかつｌζが、これは薄板の寸法が同
一の接合体Ｂと比べれば明らかな如く、薄板の焼結方法
によるものである。従って、常圧焼結にＪ二り焼結した
薄板（［］）に対してｉ−＋ Ｉｐ焼結により焼結した
薄板（ホ）の方が抗折強度が大きいことから、薄板自体
の強度も大きい方がよいことがわかる。
１［ｋｇ・ｃｍ］という他の接合体に比へ最大の接合強
度を有することかわかつｌζが、これは薄板の寸法が同
一の接合体Ｂと比べれば明らかな如く、薄板の焼結方法
によるものである。従って、常圧焼結にＪ二り焼結した
薄板（［］）に対してｉ−＋ Ｉｐ焼結により焼結した
薄板（ホ）の方が抗折強度が大きいことから、薄板自体
の強度も大きい方がよいことがわかる。
［実施例２１
次に本発明の第２実施例として、第３図に示す如く、セ
ラミック焼結体１１と金属１２との間にセラミック材か
らなる薄板１３と、金属からなる薄板１４と庖介在させ
、ろう材１５によるろう付けによって接合した接合体１
６、あるいは第４図に示づ如く、セラミック焼結体２１
ど金属２２どの間にセラミック材からなる薄板２３と金
属１）口らなる薄板２４及び２５とを交互に介右さυ、
ろう材２６によるろう付けによって接合した接合体２７
を作成し、前記第１実施例と同様の）′イゾッ１−衝撃
試験により接合強度を測定した。
ラミック焼結体１１と金属１２との間にセラミック材か
らなる薄板１３と、金属からなる薄板１４と庖介在させ
、ろう材１５によるろう付けによって接合した接合体１
６、あるいは第４図に示づ如く、セラミック焼結体２１
ど金属２２どの間にセラミック材からなる薄板２３と金
属１）口らなる薄板２４及び２５とを交互に介右さυ、
ろう材２６によるろう付けによって接合した接合体２７
を作成し、前記第１実施例と同様の）′イゾッ１−衝撃
試験により接合強度を測定した。
まず上記第３図及び第４図に夫々示寸セラミック焼結体
１１及び２１としては、前記第１実施例のセラミック焼
結体１と同様に、金石宇８６％の窒化ケイ素を常圧焼結
により直（￥１５［ｍｍ１．長さ４０［ｍ１ｌｌ］の棒
状に形成したものを用い、また金属１２及び２２として
は、上記同様の寸法の炭素鋼（Ｊ Ｉ Ｓ−８／ｌ ５
Ｃ）を用いた。イして接合体１６又は接合体２７に使用
する薄板としては、次の表−３に示す如き材質、寸法の
４秤の薄板を準備した。
１１及び２１としては、前記第１実施例のセラミック焼
結体１と同様に、金石宇８６％の窒化ケイ素を常圧焼結
により直（￥１５［ｍｍ１．長さ４０［ｍ１ｌｌ］の棒
状に形成したものを用い、また金属１２及び２２として
は、上記同様の寸法の炭素鋼（Ｊ Ｉ Ｓ−８／ｌ ５
Ｃ）を用いた。イして接合体１６又は接合体２７に使用
する薄板としては、次の表−３に示す如き材質、寸法の
４秤の薄板を準備した。
表−３
（（３Ｌ （ロ）は前記第１実施例と同じ、イして」記
（ロ）、くべ）、（ト）、〈ヂ）の４種の薄板を夫々組
み合わせた４種の接合体Ｇないし、」を、銀７２％、５
１Ｆ１２８９（＋ （７） 共晶’Ｊ ウラロウ材１５
（又は２６）とづる水素炉９００ ［”ＣＩにおけるろ
う付けによって作成した。尚この場合も前記第１実施例
と同様に、（ロ）及びくべ）の各薄板とｔ？ラミック焼
結体１１（又は２１）においては、その接合部に、ジル
コニウム０．２［μｍ１、クロム０．２［μｍＥ、銀５
Ｅｌｌｍ Ｅヲ順次忌着した後ろう付けを行く１った
。また（ヂ〉のサーメツト材としては炭化チタン・ニツ
ウル系のものを用いた。
（ロ）、くべ）、（ト）、〈ヂ）の４種の薄板を夫々組
み合わせた４種の接合体Ｇないし、」を、銀７２％、５
１Ｆ１２８９（＋ （７） 共晶’Ｊ ウラロウ材１５
（又は２６）とづる水素炉９００ ［”ＣＩにおけるろ
う付けによって作成した。尚この場合も前記第１実施例
と同様に、（ロ）及びくべ）の各薄板とｔ？ラミック焼
結体１１（又は２１）においては、その接合部に、ジル
コニウム０．２［μｍ１、クロム０．２［μｍＥ、銀５
Ｅｌｌｍ Ｅヲ順次忌着した後ろう付けを行く１った
。また（ヂ〉のサーメツト材としては炭化チタン・ニツ
ウル系のものを用いた。
ここで接合体Ｇ及び１−１は、第３３図に示しＩζ２枚
の薄板１３及び１４を有する接合体１６に相当し、接合
体Ｇにおいては薄板１３として表−３に示づ（ロ）の薄
板を、薄板１４どして（ト）の薄板を大々用い、接合体
ト１においては薄板１３どして表−３に示すくべ）の薄
板を、薄板１／４として（ト）の薄板を大々用い作成し
た。Ｊ、Ｉこ接合体ｌ及び、Ｊは第４図に示した３枚の
薄板を有する接合体２７に相当し、接合体Ｉにおいては
薄様２／ｌ及び２５として表−３に示１ （ト）の薄板
を、薄板２３として（ロ）の層板を人々用い、接合体Ｊ
においては薄板２４及び２５として表−３に承り（ト）
の薄板を、薄板２３どして（チ）の薄板を人々用い作成
した。また本実施例においても上記第１実施例と同様に
、甲にセラミック焼結体１１（又は２１）と金属１２（
又は２２）とを直接接合した場合の接合強度と比較する
ために、接合体０ないしＩど同様の接合方法によって薄
板を介在しない接合体Ｋを作成した。
の薄板１３及び１４を有する接合体１６に相当し、接合
体Ｇにおいては薄板１３として表−３に示づ（ロ）の薄
板を、薄板１４どして（ト）の薄板を大々用い、接合体
ト１においては薄板１３どして表−３に示すくべ）の薄
板を、薄板１／４として（ト）の薄板を大々用い作成し
た。Ｊ、Ｉこ接合体ｌ及び、Ｊは第４図に示した３枚の
薄板を有する接合体２７に相当し、接合体Ｉにおいては
薄様２／ｌ及び２５として表−３に示１ （ト）の薄板
を、薄板２３として（ロ）の層板を人々用い、接合体Ｊ
においては薄板２４及び２５として表−３に承り（ト）
の薄板を、薄板２３どして（チ）の薄板を人々用い作成
した。また本実施例においても上記第１実施例と同様に
、甲にセラミック焼結体１１（又は２１）と金属１２（
又は２２）とを直接接合した場合の接合強度と比較する
ために、接合体０ないしＩど同様の接合方法によって薄
板を介在しない接合体Ｋを作成した。
このようにして作成された接合体Ｇ％いしＫの接合強度
をト記第１実施例と同様のアイゾツト試験により測定し
、次の表 ４に承り如き実験結果を冑だ。
をト記第１実施例と同様のアイゾツト試験により測定し
、次の表 ４に承り如き実験結果を冑だ。
表−４
今回の実験と前回の第１実施例（二おＧＪる実験とから
次のことがわかった。
次のことがわかった。
まず接合体Ｂと接合体Ｇとの実験結果にす、セラミック
材からなる薄板に同一のものを使用した場合、更に金属
からなる薄板を設けた方がより接合強度を大きくするｔ
−、Ｉ−ｆＡ’ｒ−大 ヰｔ−ｊＱ合）★Ｔ／７’１実
験結末より、その組み合わせを多くした方がにいことが
わかった。
材からなる薄板に同一のものを使用した場合、更に金属
からなる薄板を設けた方がより接合強度を大きくするｔ
−、Ｉ−ｆＡ’ｒ−大 ヰｔ−ｊＱ合）★Ｔ／７’１実
験結末より、その組み合わせを多くした方がにいことが
わかった。
また接合体ト１の実験結果より、窒化ケイ素からなるセ
ラミック焼結体に対して抗折強度が５０％程度しがない
ｊフルミナｌ）冒うなる薄板を用いた場合には、アイゾ
ツト衝撃値が３．７［ｋｇ・ｃｍ］という接合強度とな
ることから、前述したように薄板の抗折強度は大きい方
がよく、少なくともセラミック焼結体に対し７０％以上
の抗折強度を右することが好ましいことになる。
ラミック焼結体に対して抗折強度が５０％程度しがない
ｊフルミナｌ）冒うなる薄板を用いた場合には、アイゾ
ツト衝撃値が３．７［ｋｇ・ｃｍ］という接合強度とな
ることから、前述したように薄板の抗折強度は大きい方
がよく、少なくともセラミック焼結体に対し７０％以上
の抗折強度を右することが好ましいことになる。
更に接合体Ｊの実験結果より、＠Ｉのセラミック材どし
て炭化チタンとニッケルとを混合し焼結させたサーメツ
ト材を用いた場合にでもアイゾツト衝撃値１１ 、９
［ｋｌｌｌ−Ｃｍ］という良好な接合強度を得ることが
できることから、薄板を構成するセラミック材としては
セラミックに金属を混合しｌｃサーメット祠を用いても
よいことがわかった。
て炭化チタンとニッケルとを混合し焼結させたサーメツ
ト材を用いた場合にでもアイゾツト衝撃値１１ 、９
［ｋｌｌｌ−Ｃｍ］という良好な接合強度を得ることが
できることから、薄板を構成するセラミック材としては
セラミックに金属を混合しｌｃサーメット祠を用いても
よいことがわかった。
［実施例３］
次に本発明の第３実施例として、上記第２実施例におけ
る接合体Ｇと同様の接合体を、セラミック焼結体とセラ
ミック材からなる薄板とのろう付は方法のみを変更して
作成し、その接合強度をアイゾツト試験により測定した
。
る接合体Ｇと同様の接合体を、セラミック焼結体とセラ
ミック材からなる薄板とのろう付は方法のみを変更して
作成し、その接合強度をアイゾツト試験により測定した
。
まずチタン、銀、銅の粉末（２５Ｑ ｍｅｓｈ ｕｎ（
Ｉｅｒ１糾度９９％以上）を、ぞれぞれ５中量％、７０
重量％、２５重量％の割で混合し、そこにバインダーと
してブチカルピトールを適量、エチルセルロースを５重
量％添加して、アセトンを溶剤としてアルミナポット中
でアルミナ製球石を用いて１時間湿式で混合してろう材
を調製した。そしてセラミック焼結体の接合面に、上記
調製したろう材をスクリーン印刷によって厚さ１００［
μｍ］以下に塗布した。
Ｉｅｒ１糾度９９％以上）を、ぞれぞれ５中量％、７０
重量％、２５重量％の割で混合し、そこにバインダーと
してブチカルピトールを適量、エチルセルロースを５重
量％添加して、アセトンを溶剤としてアルミナポット中
でアルミナ製球石を用いて１時間湿式で混合してろう材
を調製した。そしてセラミック焼結体の接合面に、上記
調製したろう材をスクリーン印刷によって厚さ１００［
μｍ］以下に塗布した。
その後上記ろう材の塗布されたセラミック焼結体と薄板
、つまり前記表−１に示す薄板く口）とを接合し、周囲
温度５００ ［℃］にてバインター抜きした後、真空中
（１０Ｔｏｒｒ 台）にて９３０［’Ｃ］で３分間加熱
し、活性化金属法によるろう付けを行なった。尚本接合
体の他のろう付は部分については上記第２実施例の接合
体Ｇと同様であるので、説明を省略する。
、つまり前記表−１に示す薄板く口）とを接合し、周囲
温度５００ ［℃］にてバインター抜きした後、真空中
（１０Ｔｏｒｒ 台）にて９３０［’Ｃ］で３分間加熱
し、活性化金属法によるろう付けを行なった。尚本接合
体の他のろう付は部分については上記第２実施例の接合
体Ｇと同様であるので、説明を省略する。
このようにして作成された接合体を前記第１実施例と同
様の方法でアイゾツト試験を行なった結果、アイゾツト
衝１ｆ＋ｉ １３ 、４ ［１＜ｇ・ａｍ］の測定結９
３を・ｔ’３ｔご 。
様の方法でアイゾツト試験を行なった結果、アイゾツト
衝１ｆ＋ｉ １３ 、４ ［１＜ｇ・ａｍ］の測定結９
３を・ｔ’３ｔご 。
従って前記第１実施例や第２実施例で行なったようにセ
ラミックの接合面に−Ｈジルコニア、クロム、ｍ等を蒸
着した後ろう付【プづるどいった方法をとらなくても、
はとんど前加工の必要のない活性化金属法によるろう付
けによっても充分な接合強度が得られることがわかった
。
ラミックの接合面に−Ｈジルコニア、クロム、ｍ等を蒸
着した後ろう付【プづるどいった方法をとらなくても、
はとんど前加工の必要のない活性化金属法によるろう付
けによっても充分な接合強度が得られることがわかった
。
ここで」−記名実施例においては、セラミック焼結体と
して窒化ケイ素からなる焼結体を用い、接合強度の実験
を行なったか、この他にしアルミナ、ジルコニア、炭化
ケイ素、窒化ホウ素等、通苓使用されるセラミック材か
らなる焼結体に−〕いても同様の効果が得られる。
して窒化ケイ素からなる焼結体を用い、接合強度の実験
を行なったか、この他にしアルミナ、ジルコニア、炭化
ケイ素、窒化ホウ素等、通苓使用されるセラミック材か
らなる焼結体に−〕いても同様の効果が得られる。
また上記第２実施例においては、＋２ラミツク材からな
る薄板と組み合わせて用いる金属の薄板にグ率の低いも
のであればよい。これはＡ７ング率の低いものであれば
ろう付（）後の熱歪による残留応力を少しでも緩和づる
ことがてきるからてあって、セラミックの薄板について
も同様のことかいえる。
る薄板と組み合わせて用いる金属の薄板にグ率の低いも
のであればよい。これはＡ７ング率の低いものであれば
ろう付（）後の熱歪による残留応力を少しでも緩和づる
ことがてきるからてあって、セラミックの薄板について
も同様のことかいえる。
このＪ、うな理由からセラミック＋４からなる薄板とし
てもヤング率がセラミック焼結体以下の６のが望ましい
のであるか、熱膨張係数どしても熱歪みか生じ難いよう
に、セラミック焼結体と同等かわずかに人きいものを用
いることが望ましい。尚この薄様の熱膨張係数を調整づ
るには、例えば窒化ケイ素にアルミナを添加づるどいっ
たように、添加づる添加剤の種類を）ガ択づることによ
って行なうことができ、またヤング率を調整Ｊるには、
薄板の焼結仮定に於−Ｃ空孔を残した形で焼結を止さら
にこの薄板の抗折強度は大きい方がよいことを前記した
が、このためには、セラミック焼結体と材質を変更Ｊる
ことも考えられるが、Ｆ記ヤよく、例えばト１．１．Ｐ
、法により焼結するといったように、焼結方法を変更し
た方がよい。
てもヤング率がセラミック焼結体以下の６のが望ましい
のであるか、熱膨張係数どしても熱歪みか生じ難いよう
に、セラミック焼結体と同等かわずかに人きいものを用
いることが望ましい。尚この薄様の熱膨張係数を調整づ
るには、例えば窒化ケイ素にアルミナを添加づるどいっ
たように、添加づる添加剤の種類を）ガ択づることによ
って行なうことができ、またヤング率を調整Ｊるには、
薄板の焼結仮定に於−Ｃ空孔を残した形で焼結を止さら
にこの薄板の抗折強度は大きい方がよいことを前記した
が、このためには、セラミック焼結体と材質を変更Ｊる
ことも考えられるが、Ｆ記ヤよく、例えばト１．１．Ｐ
、法により焼結するといったように、焼結方法を変更し
た方がよい。
また上記各実施例で用いたろう材の伯にも、ニッケル系
、銅系、アルミニウム系等のろう材を用いて接合するよ
うにしてもよい。
、銅系、アルミニウム系等のろう材を用いて接合するよ
うにしてもよい。
［適用例１
次に本発明の適用例として、本弁明の接合構造が適用さ
れたタービン軸を第５図及び第６図に示す。まず第５図
に示すタービン軸は、セラミック軸に窒化ケイ素を主成
分く含有率８６％）とづるンブレッサ側の金属軸３３に
クロム・七すブｊン鋼（Ｊ Ｉｓ−８Ｃｌ５−８Ｃを用
い、前記第２実施例Ｃ・作成した接合体Ｇと同様にしく
、窒化ケイ素からなる薄板３４と銅からなる薄板３５及
び３６とを介して接合したタービン軸を表わしており、
また第６図に示すタービン軸は、第５藺におけるタービ
ン軸のセラミック軸部３２に空孔３８を設け、タービン
軸本体の軽量化を図ると共に断熱効梁を向上させ、更に
は接合後の残留応力を小さくして強度を増加させたター
ビン軸を表わしている。
れたタービン軸を第５図及び第６図に示す。まず第５図
に示すタービン軸は、セラミック軸に窒化ケイ素を主成
分く含有率８６％）とづるンブレッサ側の金属軸３３に
クロム・七すブｊン鋼（Ｊ Ｉｓ−８Ｃｌ５−８Ｃを用
い、前記第２実施例Ｃ・作成した接合体Ｇと同様にしく
、窒化ケイ素からなる薄板３４と銅からなる薄板３５及
び３６とを介して接合したタービン軸を表わしており、
また第６図に示すタービン軸は、第５藺におけるタービ
ン軸のセラミック軸部３２に空孔３８を設け、タービン
軸本体の軽量化を図ると共に断熱効梁を向上させ、更に
は接合後の残留応力を小さくして強度を増加させたター
ビン軸を表わしている。
このにうにして本発明の接合部７５を６温、高振動の条
件下で使用されるタービン軸に適用した場合Ｃ＆１つで
も、その接合強度は強く、接合後の残留応ツノによって
接合部付近が割れるといったこともなく、耐久性の高い
タービン軸とすることができる。
件下で使用されるタービン軸に適用した場合Ｃ＆１つで
も、その接合強度は強く、接合後の残留応ツノによって
接合部付近が割れるといったこともなく、耐久性の高い
タービン軸とすることができる。
第１図は第１実施例にて作成され、実験される接合体の
接合部）告を示す断面図、第２図はアイゾツト試験を説
明するための側面図、第３図は第２実施例及び第３実施
例で作成され実験される接合体の接合構造を示す断面図
、第４図は第２実施例で作成され実験される接合体の接
合構造を承り断面図、第５図及び第６図は本発明の接合
構造を適用したタービン軸の半断面側面図で゛ある。 １・・・セラミック焼結体 ２・・・金属 ３・・・薄板 ４・・・ろう材 代理人 弁理士 定立 勉 はか１名 第１［７１ 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 ３２３５３／４３６
接合部）告を示す断面図、第２図はアイゾツト試験を説
明するための側面図、第３図は第２実施例及び第３実施
例で作成され実験される接合体の接合構造を示す断面図
、第４図は第２実施例で作成され実験される接合体の接
合構造を承り断面図、第５図及び第６図は本発明の接合
構造を適用したタービン軸の半断面側面図で゛ある。 １・・・セラミック焼結体 ２・・・金属 ３・・・薄板 ４・・・ろう材 代理人 弁理士 定立 勉 はか１名 第１［７１ 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 ３２３５３／４３６
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 接合面の幅に対して１．５％ないし２０％の厚みを
有するセラミック材を焼結させた薄板を、セラミック焼
結体と金属との間に介在させ、ろう付けにより接合した
ことを特徴とするセラミックと金属との接合構造。 ２ セラミック焼結体及び薄板が同一のセラミック材か
らなる特許請求の範囲第１項記載のセラミックと金属と
の接合構造。 ３ セラミック材の主成分が窒化ケイ素である特許請求
の範囲第２項記載のセラミックと金属との接合構造。 Ｊ ＷＩ板を構ｆｃす°るセラミック材が、窒化チタン
、炭化チタン及び炭化タングステンのうちから選ばれた
一種以上と、ニッケル、コバルト、モリブデン及びチタ
ンのうちから選ばれた一種以上とＪ−＊ ／”起１誌
−、、、Ｌ ４−ｊ ｘ太１牡防健士小銘曲憤１項又は
第２項記載のセラミックと金属との接合方法。 ５ｉｔｌ板の熱膨張係数が、セラミック焼結体と同等ま
たはセラミック焼結体と金属との中間である特許請求の
範囲第１項ないし第４項いずれか記載のセラミックと金
属との接合構造。 ６ 薄板のヤング率がセラミック焼結体のヤング率以下
である特許請求の範囲第１項ないし第５項いずれか記載
のセラミックと金属との接合構造。 ７ ′ａ板の抗折強度又は引張り強度がセラミック焼結
体に対し７０％以上の強度である特許請求の範囲第１項
ないし第６項いずれか記載のセラミックと金属との接合
構造。 ８１板と金属との間に金属の薄板を介在させた特許請求
の範囲第１項ないし第７項いずれか記載のセラミックと
金属との接合ｅｌ！ ３％。 ９ セラミック焼結体と薄板との間に、金属の薄板を介
在させた特許請求の範囲第８項記載のセラミックと金属
との接合構造。 １０ 金属の薄板がヤング率１．５Ｘ１０’ｋｇ／ｌ！
１ＩｌｌＺ以下の金属からなる特許請求の範囲第８項又
は第９項記載のセラミックと金属との接合Ｍ４造。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59080658A JPS60226464A (ja) | 1984-04-20 | 1984-04-20 | セラミックと金属との接合構造 |
| DE3514320A DE3514320C2 (de) | 1984-04-20 | 1985-04-19 | Keramik/Metall-Verbundgebilde |
| US06/879,538 US4723862A (en) | 1984-04-20 | 1986-06-24 | Ceramic-metal joint structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59080658A JPS60226464A (ja) | 1984-04-20 | 1984-04-20 | セラミックと金属との接合構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60226464A true JPS60226464A (ja) | 1985-11-11 |
| JPH049753B2 JPH049753B2 (ja) | 1992-02-21 |
Family
ID=13724454
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59080658A Granted JPS60226464A (ja) | 1984-04-20 | 1984-04-20 | セラミックと金属との接合構造 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4723862A (ja) |
| JP (1) | JPS60226464A (ja) |
| DE (1) | DE3514320C2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61168577A (ja) * | 1985-01-21 | 1986-07-30 | 住友電気工業株式会社 | セラミツクス複合部材 |
| JPS63225585A (ja) * | 1987-03-14 | 1988-09-20 | 東京工業大学長 | セラミックスと金属との接合体及びその接合法 |
| JP2015086109A (ja) * | 2013-10-31 | 2015-05-07 | 京セラ株式会社 | セラミック体と金属体との接合体、およびセラミック体と金属体との接合体の製造方法 |
Families Citing this family (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4881950A (en) * | 1986-05-30 | 1989-11-21 | Gte Valenite Corporation | Silicon nitride cutting tool |
| EP0277645A1 (en) * | 1987-02-02 | 1988-08-10 | Sumitomo Electric Industries Limited | Ceramics-metal jointed body |
| JPS63251127A (ja) * | 1987-04-06 | 1988-10-18 | Ngk Insulators Ltd | セラミック製部材と金属製部材の結合方法 |
| US5034022A (en) * | 1987-10-05 | 1991-07-23 | Gte Valenite Corporation | Silicon nitride cutting tool |
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