JPS60246276A - セラミツクスと金属との複合体 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、新規なセラミックスと金属との複合体に関し
、特にセラミックスが熱応力により破壊するのを防止す
るのに最適な複合体に係るつ〔発明の背景〕 セラミックスと金属とを接合した場合、両者の物理的性
質、特に熱膨張率が大きく異なるため接合過程又は熱的
負荷を受ける使用条件下において熱応力が発生し、セラ
ミックスの破壊や接合部の剥離等が生じる。この傾向は
特に被接合体が大きい程顕著になる。従って特に大型構
造体のセラミックスと金属との接合は極めて困難であっ
た。

従来、セラミックスの熱応力破壊を防止する方法として
、セラミックスと金属とのはソウ間の熱膨張率を有する
ＭＯ，Ｗ、コバール、ファー二鋼等の熱応力緩衝材を介
して接合している。また金属繊維と金属マ）　ＩＪラッ
クスたは無機質繊維と金属マトリックスとの複合体を熱
応力緩衝材として接合している例もある。例えば特開昭
５８−１７６１８２号ではコバール等を又特開昭５８−
３７５９８号ではＣ繊維とＣｕマトリックスとの複合体
を熱応力緩衝材として接合している。

しかし、前記従来方向で接合されるセラミックスと金属
との接合体の大きさには限界があり、高い熱的負荷を受
ける条件下ではセラミックス又は接合部に破壊が生じ、
使用条件が限定されている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、従来の欠点を回避し、特にセラミック
スの熱応力破壊を防止するのに最適なセラミックスと金
属との複合体を提供するにある。

〔発明の概要〕

発明者らは従来技術の欠点を防止するためセラミックス
と金属体との中間の熱膨張係数を有する複合体を介して
接合することを検討した。すなわち、本発明は、セラミ
ックスと金属の接合部材間に熱応力緩和材を介在させる
もので、特に無機質繊維と金属との複合体でかつ２層以
上重ねてなる構成体を介在して接合していることを特徴
とするセラミックスと金属との複合体にある。

即ち、セラミックスと金属との接合において、中間部材
としては熱膨張係数がセラミックスと金属体の中間の値
で、かつ弾性係数の小さい金属又は複合材を使用して熱
応力緩和作用をもたせる必要がある。中間部材自身に熱
応力緩和作用をもたせるには無機質繊維と金属マトリッ
クスとの複合体を２層以上重ねた構成体を用いるのが有
効であることを実験により確認した。

一方、無機質繊維と金属との複合体の中で炭素繊維とＣ
ｕマ）　ＩＪラックスの複合体が熱応力緩和作用が犬き
く、この複合体で熱膨張係数の異なるものを２層以上重
ねた複合体が最も熱応力緩和作用が大きいことを実験に
より確認した。

炭素繊維とＣｕとの複合体として、炭素繊維の体積−が
１層目は３０〜４０％、２層目は４０〜５０チ、３層目
は５０〜６０チになるようにすれば望ましく、この複合
体の熱膨張係数は４〜１２ｘｘｏ−’／ｃの間で変化す
る。また、弾性係数が５〜１３　×１０　’　Ｋ４／１
ｍ”となって接合体の熱応力を複合体の変形し易さで緩
和する結果、良好な接合体が得られることを確認した。

本発明の接合体は核融合装置の真空容器第１壁、ＭＨＤ
発電用絶縁壁に好適である。

〔発明の実施例〕

（実施例１） 先ずセラミックスとして厚さ１０ｍ、３０ｎｍ角のＢｅ
Ｏを２重量％含むＳｉＣ焼結体を用い、金属として厚さ
５ｍ、３０ｍ角の５ｕＳ３０４ステンレス鋼板を接合す
る場合、前記２つの接合部材間にＣＵ−Ｃ繊維複合構成
体を用いた。即ち、ＳｉＣ焼結体と複合構成体の間にＣ
ｕ−４ｏ＊Ｍｎ箔を、複合構成体と８１１８３０４ステ
ンレス鋼板との間にもＣＩＣｌ−４Ｏ１箔を介在させて
８７０Ｃ１ｓ　〜１０　Ｋ、ｑ／ｃｄの条件で、Ａｒ雰
囲気中で加圧加熱し接合した。

（実施例２） 前記複合構成体の２層構成体を中間部材とした場合に１
層目のＣ繊維の体積チが３０〜４０チで、２層目が４０
〜５０チとなっている複合体を用いた。即ち、ＳｉＣ焼
結体と複合構成体の間にＣｕ−４０チＭｎを、複合構成
体と８０８３０４鋼板の間にもＣ０Ｃ０−４（１箔を介
在させて８７０Ｃ１５〜ｌＱＫり／ｄの条件で、Ａｒ雰
囲気中で加圧加熱し接合することにより熱応力が小さく
良好な接合体が得られた。

（実施例３） 同様にセラミックスとして厚さ１０ｍｍ、４０ｍ角で、
１３　ｅ　Ｏを２重址チ含むＳｉＣ焼結体を用い金属と
して４０ｒｍ角の５ＵＳ３０４ステンレス鋼板を用いた
場合にも前記２つの接合部材間に前記ＣＵ−Ｃ繊維機繊
維機体構成体て接合した。第１図のようにまず複合構成
体５、とＳｉＣ焼結体７、を接合し次いで複合構成体３
、側に８０８３０４ステンレス鋼板１、をろう拐２、で
ろう付した。

ＳｉＣ焼結体は、熱伝導率が０．６　ａｄ／ｃｍ−１ｉ
ｆｌｃ、　’Ｃ１比抵抗が１０１３Ω”ＯＦＩでＢｅ０
，０．１〜３．５重量％を含むものである。ＣＵ−Ｃ繊
維複合体の熱膨張係数はＣ繊維３０〜４０％部材で１０
〜１２Ｘｔｏ−’／Ｃ１４０〜５０チ部材で６〜７Ｘ１
０−’／Ｃ１５０〜６０チ部材で４〜６Ｘ１０−’／Ｃ
の値となる。前記のＣＵ−Ｃ繊維複合構成体５、側とＳ
ｉＣ焼結体７との間にＣｌ−４０％Ｍｎ。

５０　Ｊｊｍ厚さの箔６、を介在させ、８７０Ｃ１５〜
１０Ｋｇ／ｃ！Ｉｌの条件でＡｒ昇四囲気中力ｌ圧加熱
し接合した。次に８０８３０４ステンレス鋼板１、と複
合構成体３、側の間に１００μｍ厚さの鎖ろう箔２、を
介在させて７００〜７１０Ｃ１５〜１０Ｋｆ／ｉの条件
でＡｒ雰囲気中で加熱し接合することにより熱応力が小
さく良好な接合体が得られた。こ＼で第３図に示すよう
に接合体の接合時の冷却過程において複合構成体とＳｉ
Ｃ焼結体の熱膨張率がほぼ同じになるので接合体の熱応
力を小さくすることができその結果、良好な接合体が得
られた。

（実施例４） 金属として３０削角銅板を用い前述のＣローＣ繊維複合
構成体を中間部材とし、ＭＯメタライズしたＳｉ３Ｎ４
焼結体１４、と複合構成体１２の間にＣ１１−４０％Ｍ
ｎ箔】３、銅板８、と複合構成体１０の間にもＣｌ−４
０％Ｍｎ箔９、を介在させて８７０Ｃ１５〜１０に９／
Ｃｄの条件でＡｒ雰囲気中で加圧加熱し接合することに
より熱応力を小さくすることができ、良好な接合体が得
られた、〔発明の効果〕 本発明によればセラミックスと金属との接合において、
接合過程及び熱的負性を受ける使用条件下での熱応力を
小さくすることができ、セラミックスのき裂発生を防止
できるので熱伝導性の良いセラミックスと金属との健全
な接合体ｄ”　Ｗ易に得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の接合体の断面図、第３図
は接合時の加熱冷却における接合体とＳｉＣ焼結体の熱
膨張変化を示す線図である。 １・・・Ｓ　Ｕ　Ｓ　３０４ステンレス鋼板、２・・・
銀ろう箔、３・・・ｃｕ−ａｏ〜４０チＣ繊維複合体、
４・・・Ｃｕ−４０〜５０チＣ轍維複合体、５・・・Ｃ
０−５０〜６０％Ｃ繊維複合体、６−ＣＯ−４０％Ｍｎ
箔、７・・・ＳｉＣ焼結体、８・・・銅板、９・・・Ｃ
ｕ−４０ｆｒＭｎ箔、ｉｏ・ｃｕ−ａｏ　〜４０％Ｃ繊
維複合体、１１・・・Ｃｕ−４０〜５０チＣ繊維複合体
、１２・・・Ｃｌ−５０〜６０％Ｃ繊維複合体、１３−
Ｃｕ−４０％Ｍｎ箔、１４−・−ｓ　１ｓＮ４　、ＭＯ
メタライズ焼結体。 代理人　弁理士　高橋明夫

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱応力緩和材を介して接合されているセラミックス
   と金属との接合体において、前記熱応力緩和材の熱膨張
   率が、金属と接する側が該金属の熱膨張率に近似した値
   を持ち、かつセラミックスに接する側が該セラミックス
   に近似した値を持つように板厚方向に連続的または段階
   的に変えて冶金的に接合されていることを特徴とするセ
   ラミックスと金属との複合体。 ２　前記熱応力緩和材は、無機質繊維と金属マトリック
   スとの複合体からなる特許請求の範囲第１項に記載のセ
   ラミックスと金属との複合体。 ３、前記複合体は炭素繊維と銅マトリックスからなり、
   該複合体中の板厚方向における熱膨張率が４〜１２Ｘ１
   ０−’／Ｃの間で連続的又は段階的に変わっている特許
   請求の範囲第１項又は第２項に記載のセラミックスと金
   属との複合体。 ４、前記複合体は該複合体中のＣ繊維の体積含有率が６
   ０〜３０％の間で連続的又は段階的に変わっている特許
   請求の範囲第３項に記載のセラミックスと金属との複合
   体。 ５、前記複合体は加熱冷却の冷却過程における熱膨張率
   がセラミックスとはソ同じである特許請求の範囲第３項
   又は第４項に記載のセラミックスと金属との複合体。