JPS6027665A - セラミツクと金属との接合体の製造方法 - Google Patents

セラミツクと金属との接合体の製造方法

Info

Publication number
JPS6027665A
JPS6027665A JP13420883A JP13420883A JPS6027665A JP S6027665 A JPS6027665 A JP S6027665A JP 13420883 A JP13420883 A JP 13420883A JP 13420883 A JP13420883 A JP 13420883A JP S6027665 A JPS6027665 A JP S6027665A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal
ceramic
manufacturing
mold member
treatment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP13420883A
Other languages
English (en)
Inventor
石沢 健喜
葉石 秀機
毅彦 小林
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.)
Shinagawa Refractories Co Ltd
Shinagawa Shiro Renga KK
Original Assignee
Shinagawa Refractories Co Ltd
Shinagawa Shiro Renga KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shinagawa Refractories Co Ltd, Shinagawa Shiro Renga KK filed Critical Shinagawa Refractories Co Ltd
Priority to JP13420883A priority Critical patent/JPS6027665A/ja
Publication of JPS6027665A publication Critical patent/JPS6027665A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はセラミックと金属との接合体の製造方法に係シ
、詳しくは熱間静水圧加熱法(以下印IP法」という)
によシ特定形状のセラミックと金属との接合を行なうセ
ラミックと金属との接合方法に関する。
〔従来技術〕
近年、各種のセラミックを省エネルギーの目的で耐熱鋼
の代替材料として高温部材に使用しようとする試みが急
速に高まシつつある。即ち、従来の耐熱鋼に比較して、
セラミックは熱伝導性が低く、耐熱性、耐酸化性、耐ク
リ−2プ性、耐摩耗性等の特性面において極めて優れた
性質を有することから、高温部材の材料として非常に有
用であシ、セラミックを用いることによシ省エネルギー
を効果的に図るととができるのである。しかしながら、
セラミックは脆性材料であるため延性材料の金属材料に
比較し、圧縮応力に対しては2〜3倍の強度特性を有す
るものの、引張応力に於いては%〜%の強度しかなぐ、
力学的及び熱的な引張応力又は衝撃荷重に対しての抵抗
力が小さいことから、セラミックを用すた構造物がこれ
らの応力により全体的に急激に破壊するということもま
れではない。このように、高温用構造物の全体をセラミ
ック材料とすることは多くの問題を残しているため、現
在、かかるセラミックと従来の金属とを組合せ、ハイブ
リット(混成化)構造とすることにより、高温用構造体
としての高靭性特性を付与する試みがなされている。
従来、セラミックと金属との接合方法としては、接着剤
による方法、金属をセラミックの周囲にはめ込む焼バメ
、又は圧入等による方法が考えられる。これらのうち、
接着剤による方法としては、セラミックと金属との界面
を形成する接着剤そのものを、セラミックと金属の中間
ぐらいの熱膨張率を有する物質として接合する方法等が
考えられているが、この方法による接合材は高温使用に
充分耐え得るものではない。また焼バメ及び圧入による
方法は、焼バメでは熱衝撃によるセラミックの欠け、ワ
レ等の現象が、また圧入では圧入応力によるセラミック
のワレ、欠は等の現象がまれではなく、シかもこれらの
方法による接合材は温度上昇に伴なうセラミックと金属
の熱膨張差が焼バメ代及び圧入代以上と表る温度におい
て使用不可能である等の問題がある。
さらに、これらいずれの方法においても、セラミックと
金属の熱膨張率の差に起因する各種の問題を有するため
、1ooo℃以上の高温域はいうまでもなく、それ以下
の温度域においても、セラミックと金属との接着力、保
持力がなくなシバガレ又は落ち等の現象が生起し、到底
満足すべきセラミックと金属との接合強度は得られない
という欠点があった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は上記従来技術の問題点を解消し、各種高
温用部材として有用な特定形状のセラミックと金属との
強固な接合体の製造方法を提供することにある。
〔発明の構成〕
この目的を達成するために、本発明はセラミックと金属
とを特定圧力の下にH工P処理することによシ接合する
ものであって、 円筒形又はそれに類似した形状の金属製の型部材の中に
、該型部材の内部の形状に近似した形状のセラミックを
装入して被処理物と表し、該被処理物をH工P処理して
接合体とする方法であって、HIP処理時に付与する圧
力は前記型部材を構成する金属のH工P処理温度におけ
る降伏応力以上の圧力であることを特徴とするセラミッ
クと金属との接合体の製造方法、 を要旨とするものである。
即ち、本発明者らは、前記従来法の如き欠点のない、セ
ラミックと金属との接合方法を開発すべく鋭意研究を重
ねた結果、HIP処理という前記従来方法とは全く異種
の方法に着眼し、使用時の温度以上の高温とその温度に
おいて金属の降伏圧力以上のガス圧力でH工Pによる接
合処理をすれば少なくとも処理温度まではセラミックと
金属との接合力が保持できるのではないかと着想し、実
際にH工P装置を利用してセラミックと金属との接合を
試みたところ、特に高温における金属側の歪が7チ以上
になるように圧力を設定しH工P処理した処理物は10
00℃以上の状況下においてもセラミックと金属との接
合力が極めて強固に保持される、即ち、セラミックと金
属との接合体が安定状態であるという事実を見い出した
。しかして、得られた処理物のセラミックと金属との界
面を電子顕微鏡で観察したところ、界面と垂直の方向の
線分析による相互の拡散は認められなかったが、界面近
傍約5μmの幅でセラミックと金属の双方にマイクロ・
クラックが生じ、界面が非常に複雑な状態に入シくんで
いることが認められた。本発明はかかる知見に基づいて
完成されたものである。
以下に本発明を図面を参照して詳細に説明する。
第1図は本発明の実施の一例を示す断面の概略図である
本発明においては、まず第1図の如く、円筒形又はそれ
に類似した形状の金属製の型部材lの中に、型部材1の
内部の形状に近似した形状のセラミック2を装入して被
処理物とする。
この被処理物はH工P処理によシ接合体とするが、その
際、この被処理物をH工P処理用カプセル3に装入する
。カプセルとしては上蓋、下葺材で上部に脱気管5を有
するものが有利である。また、カプセル3と被処理物と
の間には離型剤4を充填する。
本発明においてセラミックと金属との接合体は1000
℃以上の高温においても使用可能とすることを考慮する
と、セラミック2としては、Si、NいZrO,、Al
、O,、SiC及びサイアロンの1種又は2種以上とす
るのが好ましい。尚、セラミック2は、予め加圧成形し
た不焼成品でも適用できるがH工P処理による収縮が大
きい場合は仮焼または焼結体とすることが好ましい。ま
たセラミックの金属側の表面粗さは1−1008が好ま
しく、1008を超えると接合面が衝撃荷重に対し弱く
なるととから、好ましくない。
型部材lの金属としてけJ工S規格で+3Us3108
.5US316等のステンレス鋼または各種の耐熱合金
が好適に使用され得る。これら金属は耐熱一般f14(
鋳造品)、焼結体、圧粉体のいずれでも使用可能である
本発明においては第1図の如く、このような型部材l内
にセラミック2を直接挿入するに限られず、両者間に耐
熱鋼粉末等の金属粉末又はセラミック粉末等を充填、装
入してもよい。
被処理物を装入するカプセル3の材質は軟鋼、ステンレ
ス鋼、銅、チタン等の金属を用いることができる。
また離型剤4はカプセル3がら熱及び圧力を被処理物に
伝達することと、H工P処理後の被処理物のカプセルへ
の付着抑制の面がら、Ad、O,、ZrO,、Si、N
、、 BN、 C等を用いることができ、これらの離型
剤は粒度が5〜0.1%を主体とする粉末であることが
好ましい。
被処理物を装入したカプセル3の内部は脱気管5よシ脱
気し、その後H工P装置にて被処理物のH工P処理を行
なう。
本発明において、被処理物のHIP処理は、型部材を構
成する金属のH工P処理温度における降伏応力以上の圧
力下で行なう。
この加圧力の限定範囲は設定温度における金属の強度と
試料形状よシ計算され得る。すなわち円筒豹の金属型部
材の外径をa1内径をbとし、処理圧力(外圧)をpと
するとJ全塑性状態のトレス力の条件より、金属側の応
力σは σ= p/en (”/a )・・・・・・・−・・・
・・・・■となり、また処理温度における金属の応カー
歪(ε)曲線よシ、応力σは σ=σ(ε) ・・・・・・・・・・・・・・・■なる
関係があるから、■、■よシ計算上、処理温度における
付与すべき金属の歪よシ処理圧力が、設定可能となる。
本発明においては、H工P処理圧力Fi300〜200
0 kgf/m’、特にH工P処理温度において金属の
降伏応力歪7%以上の圧力ないし2000kgf/♂の
範囲が好ましく、2000喀f/cIIL2以上の加圧
は加圧容器の実用性が少なく、コストアップにつながる
ことから好ましくない。
また本発明においてH工P処理温度は1000℃以上又
は得られる接合体の使用温度以上が好ましい。
なお、H工P処理においては、圧力上昇を温度上昇より
先行させる方法、逆に温度上昇を圧力上昇よシ先行させ
る方法、また圧力上昇と温度上昇とを同時に進行させる
方法等が適宜採用できる。
また、H工P処理時間は1〜2hrが適当であシ、圧力
媒体としてはAr、 He、 N、等が用いられる。
H工P処理後、H工P装置よシカプセル内の被処理物を
とシ出し、適当な後処理又は加工後あるいは直接使用に
供する。
このようにして得られる本発明のセラミックと金属との
接合体の界面の接合力を測定するため、押出し試験を試
みた結果、常温においては600℃での焼バメによる接
合体の強度の2〜3倍の強度を有し、高温においては、
金属側の降伏応力の歪が7チ未満の圧力で処理したもの
は若干界面接合力の向上率が低いものの、7%以上の圧
力で処理したものに関しては、1000℃以上の使用温
度においても充分な界面接合力を有した。
本発明で得られる接合体の高温における界面接合力の機
構として詳細は不明であるが、H工P処理時の高温、高
圧による金属側の塑性変形に起因する冷却後の残留応力
とセラミックと金属との複雑な界面のマイクロ−クラッ
ク相によるものと考えられる。
〔発明の実施例〕
以下に本発明を実施例によシ更に具体的に説明するが本
発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定さ
れるものではない。
実施例 l セラミックとしてφ111+111の円柱状窒化珪素(
”1s’n)焼結体(表面粗さ508以下)耐熱鋼とし
て内径φ1Btlls外径φ3011IKの円筒状のス
テンレス鋼を使用する。この円筒状の金属に前記円柱状
セラミックを第1図の如く装入し、軟鋼カプセル中に粒
度1.0〜0.1%の酸化ジルコニウ゛ム(ZrO,)
離型剤とともに入れる。該カプセル内は脱気管より真空
ポンプで脱気する。
この試料(試料Al〜3)をH工P装置で第1表の処理
条件に示す温度又は圧力(金属側の歪が7チ以上になる
ように計算された圧力即ち、1200kgf/cIrL
”以上)で1 hr H工P処理する。ソoト*。
昇温速度は1000℃/hrとする。なお圧力媒体はア
ルゴンガスである。処理後、試料をH工P装置より取シ
出しカプセルの上、下蓋を切断後、離型剤を落とす。
得られたセラミックと金属との接合体を常温においては
最高50tの耐圧試験機で押出し試験によって界面接合
力を測定し、高温(1QOo℃及び1150℃)におい
てはモリブデン発熱体の真空加熱炉中で万能試験機によ
シ界面接合力を測定した。
なお高温測定の場合、初期荷重lO′Kgfを与え昇温
した。その結果を第1表に示す。
実施例 2 円柱状窒化珪素焼結体と円筒状ステンレス鋼との間の約
1mの空隙にステンレス鋼粉及び窒化珪素粉とアルミナ
(AltOs)粉混合物を装入する以外は実施例1と同
様に第1表に示す処理条件において接合を行なった。実
施例1と同様に界面接合力を測定した結果を、第1表試
料Al及び6に示す。
参考例 】 圧力を1200に9f/crIL’以下の圧力(金属側
の歪7−以下)でHIP処理する以外は実施例1と同様
の方法で処理し、得られた接合体の界面接合力を測定し
た。その結果を第1表試料All、12に示す。
比較例 l 実施例1と同様の窒化珪素焼結体と円筒状ステンレス鋼
とを600℃で焼バメ(焼バメ代3%)によ多接合した
。得られた接合体の常温における界面接合力を実施例1
と同様に測定した。結果を第1表試料Al 3に示す。
〔発明の効果〕
以上詳述したように、本発明の接合体の製造方法は、H
エア装置を利用しそれが生み出す特定の高温、高圧状態
でセラミックと金属とを接合し、二層構造にすることに
より、1000℃以上の高温においても充分な界面液^
有するセラミックと金属との接合体を製造することがで
きる。
従って、円柱状、棒状等の断面円形又は楕円形のような
接合し難い部材同志の接合においても接合強度に支障を
きたすことはなく、本発明によれば、高温領域での信頼
性の高い極めて強固なセラミックと金属との接合体によ
る高温用構造体を提供することができ、工業的に極めて
有利である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法によシ接合体を製造する場合にお
いてH工P処理に供する被処理物を装入したカプセルの
断面図を示す。 1・・・型部材、 2・・・セラミック、3・・・カプ
セル、 4・・・離型剤。 代理人 弁理士 重 野 剛

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1) 円筒形又はそれに類似した形状の金属製の型部
    材の中に、核型部材の内部の形状に近似した形状のセラ
    ミックを装入して被処理物となし、該被処理物をH工P
    処理して接合体とする方法であって、H工P処理時に付
    与する圧力は前記型部材を構成する金属のHIP処理温
    度における降伏応力以上の圧力であることを特徴とする
    セラミックと金属との接合体の製造方法。 +2)HIP処理時に付与する圧力は、H工P処理温度
    において、前記型部材を構成する金属に7チ以上の歪を
    与える圧力であることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項に記載の製造方法。 (3) 前記セラミックは5isN4 、Zr0t 、
    A40s、SiC及びサイアロンの1種又は2種以上を
    含んでなることを特徴とする特許請求の範囲第1項又は
    第2項に記載の製造方法。 (4) 前記型部材とセラミックとの間に金属粉末又は
    セラミック粉末を装入し、H工P処理することを特徴と
    する特許請求の範囲第1項ガいし第3項のいずれか1項
    に記載の製造方法。 (5) 前記被処理物を金属製のH工P処理用カプセル
    中に装入してH工P処理することを特徴とする特許請求
    の範囲第1項ないし第4項のいずれか1項に記載の製造
    方法。 怜) 前記カプセルは、軟鋼、ステンレス鋼、銅又はチ
    タン製であることを特徴とする特許請求の範囲第5項に
    記載の製造方法。 (7) 前記カプセルと被処理物との間に離型剤を充填
    してHIP処理することを特徴とする特許請求の範囲第
    5項又は第6項に記載の製造方法。 (8) 前記離型剤はAltO,、ZrO,、Si、N
    4、BN及びCの1種又は2種以上であることを特徴と
    する特許請求の範囲第7項に記載の製造方法。 (9) 前記金属製の型部材はステンレス鋼又は耐熱鋼
    製であることを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし
    第8項のいずれか1項に記載の製造方法。 鵠 前記金属製の型部材は、鋳造品、焼結体又は圧粉体
    であることを特徴とする特許請求の範囲第9項に記載の
    製造方法。
JP13420883A 1983-07-22 1983-07-22 セラミツクと金属との接合体の製造方法 Pending JPS6027665A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP13420883A JPS6027665A (ja) 1983-07-22 1983-07-22 セラミツクと金属との接合体の製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP13420883A JPS6027665A (ja) 1983-07-22 1983-07-22 セラミツクと金属との接合体の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS6027665A true JPS6027665A (ja) 1985-02-12

Family

ID=15122943

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP13420883A Pending JPS6027665A (ja) 1983-07-22 1983-07-22 セラミツクと金属との接合体の製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6027665A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0280382A (ja) * 1988-07-28 1990-03-20 Lilliwyte Sa 高温電気化学電池の構成に用いられる金属要素及びセラミック要素の結合方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5813488A (ja) * 1981-07-14 1983-01-25 Kobe Steel Ltd 金属クラツドセラミツクパイプの製造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5813488A (ja) * 1981-07-14 1983-01-25 Kobe Steel Ltd 金属クラツドセラミツクパイプの製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0280382A (ja) * 1988-07-28 1990-03-20 Lilliwyte Sa 高温電気化学電池の構成に用いられる金属要素及びセラミック要素の結合方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2011225448A (ja) 脆性材料−金属構造体
US4736883A (en) Method for diffusion bonding of liquid phase sintered materials
JPS6027665A (ja) セラミツクと金属との接合体の製造方法
JPH0627482B2 (ja) ラジアル型セラミックタービンローターの製法
DeLeeuw Effects of Joining Pressure and Deformation on the Strength and Microstructure of Diffusion‐Bonded Silicon Carbide
US7288303B2 (en) Structures of brittle materials and metals
CN111018555B (zh) 具有裂纹自愈合特点的连接碳化硅的连接材料及其应用
JP2535408B2 (ja) 熱間静水圧下加工装置および加工方法
JPS62180189A (ja) セラミツクスパイプ状部品の高温継手
GB1588920A (en) Joining of metals to ceramics
US3378622A (en) Method of joining electrode bodies of dissimilar thermal coefficients of expansion
JPS649378B2 (ja)
JPH1163853A (ja) 加熱炉管および加熱炉管の製造方法
JPS6114114B2 (ja)
Gao et al. Effects of adhesive composition on bond strength of green joined CePO4–ZrO2 ceramics
JPS62138370A (ja) セラミツクス体の接合方法
JPH0137238B2 (ja)
JPH021890B2 (ja)
JPS5927985Y2 (ja) 高温加圧構造物
JP3325238B2 (ja) ナトリウム−硫黄電池の陽極金具及び陰極金具並びにこれらと絶縁リングとの接合方法
JPS62130843A (ja) 金属セラミツクス接合体
JPH0328391B2 (ja)
JP2748494B2 (ja) セラミックスの複合方法
Pan et al. Mechanical properties of diffusion bonding joint of SiC and Al-Sn alloys at elevated temperatures
JPH0474774A (ja) 異材接合方法