JPS60255680A - Diffusion bonding process of ceramic to metal - Google Patents

Diffusion bonding process of ceramic to metal

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JPS60255680A
JPS60255680A JP11268984A JP11268984A JPS60255680A JP S60255680 A JPS60255680 A JP S60255680A JP 11268984 A JP11268984 A JP 11268984A JP 11268984 A JP11268984 A JP 11268984A JP S60255680 A JPS60255680 A JP S60255680A
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JP
Japan
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metal
ceramic
bonding
diffusion bonding
insert material
Prior art date
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Pending
Application number
JP11268984A
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Japanese (ja)
Inventor
健司 山根
正昭 青木
荒川 芳樹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shinmaywa Industries Ltd
Original Assignee
Shin Meiva Industry Ltd
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Filing date
Publication date
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  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

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】 (利用分野) この発明は、セラミックスと金属とをインサート材を介
在させて接合する拡散接合方法の改良に関するものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Application) The present invention relates to an improvement in a diffusion bonding method for bonding ceramics and metals with an insert material interposed therebetween.

(従来技術) 一般にセラミックスは、耐摩耗性、耐熱性、耐食性等に
すぐれており、機械部品、電子部品等への利用は著しい
ものかあ°るが、セラミックスには複雑な形状の部品の
成形、加工が困難であることおよび金属に比べて非常に
高価であることなどの欠点がある。そして、前述の成形
、加工が困難であることに対しては、成形、加工が容易
である金属を成形、加工して得た部品にセラミックスを
接合することによって所望の部品を得ることが行われて
いる。このような接合には拡散接合方法も使用されてお
り、ことにセラミックスと金属との間にインサート材を
介在させて行う拡散接合方法は、強固な接合体が得られ
、かつ経済的であるため非常に有効な方法である。
(Prior art) Ceramics generally have excellent wear resistance, heat resistance, corrosion resistance, etc., and are often used for mechanical parts, electronic parts, etc.; However, it has disadvantages such as being difficult to process and being very expensive compared to metal. In order to solve the above-mentioned difficulty in forming and processing, desired parts can be obtained by bonding ceramics to parts obtained by forming and processing metals that are easy to form and process. ing. Diffusion bonding methods are also used for this kind of bonding, and in particular, diffusion bonding methods that involve inserting an insert material between the ceramic and metal produce a strong bonded body and are economical. This is a very effective method.

以下、インサート材は金属であり、部品を形成する金属
と区別するため、それぞれインサート材金属および母材
金属と称する。
Hereinafter, the insert material is metal and will be referred to as insert material metal and base material metal, respectively, to distinguish it from the metal forming the component.

しかしながら、接合には高温を必要とするため、接合後
、室温まで冷却すると、セラミックスと母材金属との接
合界面に、熱膨張係数の差による残留応力が発生し、セ
ラミックスの破壊または接合界面での剥離が生じると言
う問題があった。そして、上の高温を作用させると接合
界面に脆性金属間化合物が形成されたり、゛母材金属の
組織変化をおこすという問題があった。
However, since bonding requires high temperatures, if the ceramic is cooled to room temperature after bonding, residual stress will occur at the bonding interface between the ceramic and the base metal due to the difference in coefficient of thermal expansion, resulting in destruction of the ceramic or at the bonding interface. There was a problem that peeling occurred. When the above high temperatures are applied, there are problems in that brittle intermetallic compounds are formed at the bonding interface and that the structure of the base metal is changed.

(解決しようとする問題点) この発明は前述のような従来技術の欠点に着目して行わ
れたものであり、セラミックスと母材金属との間にイン
サート材金属を介在させて行う拡散接合方法において、
接合後、セラミックスと金属との接合界面に発生する残
留応力を出来るだけ少なくし、セラミックスの破壊や接
合界面での剥離を防止するとともに、インサート金属と
母材金属の接合界面の脆性金属間化合物の形成を防止し
ようとするものである。
(Problems to be Solved) This invention was made by focusing on the drawbacks of the prior art as described above, and is a diffusion bonding method in which an insert metal is interposed between ceramics and a base metal. In,
After bonding, the residual stress generated at the bonding interface between the ceramic and the metal is minimized to prevent destruction of the ceramic and peeling at the bonding interface, as well as to prevent brittle intermetallic compounds at the bonding interface between the insert metal and the base metal. The aim is to prevent the formation of

(構 成) この発明によれば、セラミックスとの反応性がよいイン
サート材金属とセラミックスとを高温で拡散接合させて
セラミックス表面の金属化を行なった後、前記接合温度
より低い温度で母材金属と拡散接合する。
(Structure) According to the present invention, the ceramic surface is metallized by diffusion bonding the insert material metal, which has good reactivity with the ceramic, at high temperature, and then the base material metal is bonded at a temperature lower than the bonding temperature. and diffusion bonding.

(作 用) このようにすると、セラミックスと熱膨張係数に著しい
差のある母材金属は、低温で接合されるので、接合後、
セラミックスに作用する母材金属の熱応力を低減させる
ことができる。また、インサート材金属と母材金属の接
合界面に脆弱な金属間化合物が形成されることや母材金
属の組織変化が防止される。
(Function) In this way, the base metal, which has a significant difference in coefficient of thermal expansion from the ceramic, is bonded at a low temperature, so after bonding,
Thermal stress of the base metal acting on ceramics can be reduced. Furthermore, formation of a fragile intermetallic compound at the bonding interface between the insert metal and the base metal and structural changes in the base metal are prevented.

(実施例) 第1工程において、まず外径 74期、内径62朋、厚
さ3朋のシリコンカーバイド焼結体のセラミックスリン
グ1をアセトン叶で10分間、超音波洗浄した。次に外
径72絹、内径64朋、厚さ0,6間の純アルミニウム
(JIS A1050)のインサート材金属2をアセト
ンで挿接し、両者を同心的に重ね合わせ、約10−4〜
10−8加圧を60分間行い、セラミックスリング1と
インサート材金属2の拡散接合による接合体を得た。
(Example) In the first step, first, a ceramic ring 1 made of a silicon carbide sintered body having an outer diameter of 74 mm, an inner diameter of 62 mm, and a thickness of 3 mm was ultrasonically cleaned with acetone for 10 minutes. Next, insert material metal 2 made of pure aluminum (JIS A1050) with an outer diameter of 72 mm, an inner diameter of 64 mm, and a thickness of 0.6 mm is inserted using acetone, and the two are overlapped concentrically.
10-8 pressure was applied for 60 minutes to obtain a bonded body of the ceramic ring 1 and the metal insert material 2 by diffusion bonding.

第2工程において、まず外径 85朋、内径60闘、厚
さ13闘のステンレス鋼製の金属リング3(母材金属)
をアセトン中で10分間、超音波洗浄した。次に、第1
工程での接合体のアルミニウム面をワイヤーブラシでこ
すった後、この面において金属リング3と同心的に重ね
合わせ、約1Q ”−IQ−3Torrの真空中、温度
520℃で2kg/MMの加圧を60分間、行なった。
In the second step, first, a stainless steel metal ring 3 (base metal) with an outer diameter of 85mm, an inner diameter of 60mm, and a thickness of 13mm is made.
was ultrasonically cleaned in acetone for 10 minutes. Next, the first
After rubbing the aluminum surface of the joined body in the process with a wire brush, it was overlapped concentrically with the metal ring 3 on this surface, and a pressure of 2 kg/MM was applied at a temperature of 520°C in a vacuum of about 1Q''-IQ-3 Torr. was carried out for 60 minutes.

この結果、セラミックス/アルミニウム/ステンレス鋼
の良好な接合体が得られ、室温に冷却してもセラミック
スの破壊および接合界面での剥離は起らなかった。
As a result, a good joined body of ceramics/aluminum/stainless steel was obtained, and no destruction of the ceramics or peeling at the joint interface occurred even after cooling to room temperature.

すなわち、シリコンカーバイド焼結体、アルミニウム、
ステンレス鋼の接合を、シリコンカーバイド焼結体とア
ルミニウムの最適接合温度で一挙に行うのでなく、シリ
コンカーバイド焼結体とアルミニウムを最適接合温度6
20℃で接合する第1工程と、第1工程で得られた接合
体をその金属化表面のアルミニウムにおいてステンレス
鋼ト好まし、い接合温度520℃で接合する第2工程に
分けて接合するようにしたので、接合界面での残留応力
の発生が防止される。
That is, silicon carbide sintered body, aluminum,
Instead of joining stainless steel at the optimum joining temperature for the silicon carbide sintered body and aluminum at the same time, the silicon carbide sintered body and aluminum are joined at the optimum joining temperature 6.
The joined body obtained in the first step is bonded at 20°C, and the second step is to bond the joined body at a bonding temperature of 520°C, preferably stainless steel, on the aluminum surface of the metallized surface. This prevents the generation of residual stress at the bonding interface.

このため、接合後、室温に冷却したときにシリコンカー
バイド焼結体の破壊や接合界面での剥離が起らない。ま
た、540℃以上で形成されるFeAl2、FeA#5
などの脆性金属間化合物の生成が防止されるので接合強
度が大になる。
Therefore, when the silicon carbide sintered body is cooled to room temperature after bonding, the silicon carbide sintered body does not break or peel off at the bonding interface. In addition, FeAl2 and FeA#5 formed above 540°C
Since the formation of brittle intermetallic compounds such as

(他の実施例) 他の実施例として、セラミックスには、アルミナ、マグ
ネシア、ジルコニア、部分安定化ジルコニア、サイアロ
ン等の酸化物系セラミックスおよびシリコンナイトライ
ドなどの非酸化物系セラミックスを使用することができ
る。
(Other Examples) As other examples, oxide ceramics such as alumina, magnesia, zirconia, partially stabilized zirconia, and sialon, and non-oxide ceramics such as silicon nitride may be used as the ceramics. can.

また、インサート材金属としてのアルミニウムには、ア
ルミニウム合金ならびに繊維強化アルミニウム合金、ア
ルミニウムクラツド板等のアルミニウム複合材を使用す
ることができる。更に、第1工程でセラミックスと接合
したアルミニウム面どのインサート金属と母材金属との
接合にあたり、別のインサート材金属、例えば銀、銅、
ニッケル、金、マンカン、シリコン等の純金属またはそ
れらの合金を使用してもよく、またこれらをインサート
材とする代りにこれらで母材金属をメッキした後、前述
同様拡散接合することができる。
Moreover, aluminum alloys, fiber-reinforced aluminum alloys, aluminum composite materials such as aluminum clad plates, etc. can be used as the insert material metal. Furthermore, when bonding the base metal and the insert metal such as the aluminum surface bonded to the ceramic in the first step, another insert metal such as silver, copper,
Pure metals such as nickel, gold, manganese, and silicon, or alloys thereof may be used, and instead of using these as insert materials, the base metal can be plated with these and then diffusion bonded as described above.

また、母材金属をステンレス鋼以外の鉄およびその合金
とすることができる。更に、インサート材金属となるよ
うな他の金属とすることもできる。
Further, the base metal may be iron or an alloy thereof other than stainless steel. Furthermore, other metals can also be used as insert material metals.

第1工程におけるインサート材金属は、シート状に限る
ことはなく、薄い板状、箔状であってもよく、接合後の
残留応力を小さくするよう配慮されていることが望まし
い。
The insert material metal in the first step is not limited to a sheet shape, but may be a thin plate shape or a foil shape, and it is desirable that consideration be given to reducing residual stress after joining.

また、インサート材金属と母材金属との接合においては
、真空中等で接合直前に機械的または物理化学的方法で
接合面の清浄化を行えば、更傾低温での接゛合が可能に
なる。
In addition, when joining insert metal and base metal, if the joining surface is cleaned using a mechanical or physicochemical method in a vacuum or the like immediately before joining, it becomes possible to join at a lower temperature. .

また、拡散接合を行う雰囲気は、真空中のほか、不活性
ガス中、還元ガス中または大気中とすることができる。
Further, the atmosphere in which diffusion bonding is performed can be in addition to vacuum, inert gas, reducing gas, or air.

拡散接合時の加圧力は、約0.5〜5kg/Niが望ま
しい。
The pressure applied during diffusion bonding is preferably approximately 0.5 to 5 kg/Ni.

そしてこれらの他の実施例の作用効果は、最初の実施例
と同様である。
The effects of these other embodiments are the same as those of the first embodiment.

なお、セラミックスとインサート材金属の接合すなわち
セラミックス表面の金属化には、メッキ、蒸着、イオン
ブレーティング、ろう付は等拡散接合以外の方法を使用
することもできる。
Note that for bonding the ceramic and the metal insert material, that is, metallizing the surface of the ceramic, methods other than equidiffusion bonding such as plating, vapor deposition, ion blasting, and brazing can also be used.

また、インサート金属と母材金属の接合にも、ろう付け
、はんだ付けなど拡散接合以外の方法を使用することが
できる。
Furthermore, methods other than diffusion bonding, such as brazing and soldering, can be used to bond the insert metal and the base metal.

(効果) 以上の通り、この発明によれば、インサート材を介在さ
せて行うセラミックスと金属との拡散接合方法において
、接合界面に発生する残留応力の減小がはかられるので
、セラミックスの破壊や接合界面での剥離を防止できる
と言う顕著な効果がある。また、接合界面における脆性
金属間化合物の形成が防止されるので、接合強度が犬に
なると言う効果もある。
(Effects) As described above, according to the present invention, in the diffusion bonding method of ceramics and metal using an insert material, the residual stress generated at the bonding interface can be reduced, thereby preventing the destruction of the ceramics. It has the remarkable effect of preventing peeling at the bonding interface. Furthermore, since the formation of brittle intermetallic compounds at the joint interface is prevented, there is also the effect of improving the joint strength.

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

図面はこの発明の実施例を示すものであって、第1図は
側面図、第2図は平面図である。 図面において、1はセラミックスリング、2はインサー
ト材金属(インサート材)、3は金属リングである。
The drawings show an embodiment of the invention, with FIG. 1 being a side view and FIG. 2 being a plan view. In the drawings, 1 is a ceramic ring, 2 is a metal insert material, and 3 is a metal ring.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 セラミックスと金属とをインサート材を介在させて接合
する拡散接合方法において、 前記セラミックスと前記インサート材を高温セ接合した
後、前記インサート材と前記金属を低温で接合して、前
記セラミックスと金属の接合体を得ることを特徴とする
拡散接合方法。
[Claims] In a diffusion bonding method for bonding ceramics and metal with an insert material interposed, the ceramic and the insert material are bonded at a high temperature, and then the insert material and the metal are bonded at a low temperature, A diffusion bonding method characterized by obtaining a bonded body of the ceramic and metal.
JP11268984A 1984-05-31 1984-05-31 Diffusion bonding process of ceramic to metal Pending JPS60255680A (en)

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JPS60255680A true JPS60255680A (en) 1985-12-17

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