JPS6065773A - 窒化物系セラミツクスを接合してなる金属製品並びにその製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はメタライズされた窒化物系セラミックスの製法
、該メタライズ化された窒化物系セラミックスと金属と
を接合した金属製品並びにその製造方法に関する。

〔従来技術〕

セラミックスは耐摩耗性、耐熱性並びに硬度等において
優れたものであるが、一定の複雑な形状でしかも正確な
寸法のものを製造するのは困難でお９、且つ、加工性も
よくないばかシでなく、強度の点においても問題がある
。従って、セラミックスを機械用部品等として使用する
為には、金属に接合して使用する必要があるが、この場
合十分な接着強度犬・：要求される。

セラミックスの中で、アルミナ或いはジルコニヤの力１
１什り累セラタッ々スＪ−―・鉾竺の金属との接合法は
可成以前から研究・開発が行われ、多くの分野で実用化
されているが、炭化物系或いは窒化物系セラミックス材
料は金属との接着が難かしく、特に相手金属がステンレ
ス鋼、チタン又はチタン合金の場合は接着が困難で今ま
でに実用化された例はない。

即ち、アルミナ、ジルコニヤ等の酸化物系セラミックス
については、その表面に硫化銅の如き銅化合物とカオリ
ンを粘結剤（スクリーンオイル）と−緒にねり合わせた
ペースト状物を塗シつけ１１００℃位の温度に加熱して
焼き付けた後、その表面をアルコールで還元処理して金
属銅に還元し、目的とする金属（銅や鉄）と高融点ハン
ダで接合する方法が確立されており、この方法を窒化け
い素セラミックスにも応用しようとする試みがあるが、
窒化けい素と金属との接合は未だ実用化されていない。

又この方法は、前記ペースト状物の塗布、焼き付は或い
はアルコールによる還元処理等、工業的生産においては
工程管理上の問題がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、金属特にステンレス鋼、チタン又はチ
タン合金と窒化物系セラミックスを接合する際に用いる
メタライズされた窒化物系セラミックスの製法、及び該
セラミックスと金属との接合製品並びにその製造方法を
提供することである。

〔発明の構成〕

本発明は、活性化した窒化物系セラミックスの表面に金
属をイオンブレーティングしたメタライズされた窯化物
系セラミックスと、接合すべき金属とを、金属箔又は窒
化物系セラミックス微粉末を分散した金属箔によ多接合
してなる、窒化物系セラミックスを接合した金属製品、
及び窒化物系セラミックスの表面を希ガスのイオンスパ
ッタリング法又はショツトブラスト法によシ活性化した
後金属をイオンブレーティングしてメタライズされた窒
化物系セラミックスを製造する方法、並びにこのように
して得られたメタライズされた雪化物系セラミックスと
接合すべき金属との間に、金属箔又は窒化物系セラミッ
クス微粉末を分散した金属箔を介在させて不活性雰囲気
中で加熱することにょシ、屋化物系セラミックスを接合
した金属製品を製造する方法である。

本発明者（等）は、硬度、耐摩耗性等機械的性質が最も
優れているが、金属特にステンレス鋼、チタン又はチタ
ン合金との接着性の悪い窒化物系セラミックスを金属と
接合する方法について鋭意研究を重ねた結果本発明をな
すに至った。

本発明の詳細な説明すると、セラミックス類は硬度、耐
摩耗性、耐熱性の点で優れている為、軸スリーブ、軸受
あるいは耐熱性を必要とする機械部品としては優れてい
るが、強度の面で問題がある為、これらの部品として使
用する場合には、金属に接合した形で使用するのが好ま
しい。しかし、セラミックスの中でも特に優れた性質を
有している窒化物系セラミックス特に窒化けい素は金属
との接着性が悪く、機械部品として実用化されているも
のは殆んどないのが現状である。

そこで色々検討した結果、窒化けい素の表面を例えばア
ルゴンでイオンスパッタリングするか、又はショツトブ
ラストによシ表面を活性化した後、チタン又はニッケル
でイオンブレーティングすることによシ、該金属の被膜
を形成することができ、即ちメタライズすることができ
、このようにして得られた、メタライズされた窒化けい
素は、次に述べる方法により容易に鋼、ステンレス鋼、
チタン又はチタン合金等へ接合しり・ることを見出した
。

即ち、このメタライズしたセラミックスと接合すべき金
属例えばステンレス鋼との間に、相互に拡散し易い金属
の箔、例えばニッケル又はアルミニウム等の薄板を介在
させ、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガス雰囲
気中で加４熱接合することによシ、接合強度が大きく、
加熱・冷却の繰シ返し熱サイクルや熱ショックにも十分
に耐えうる製品を得ることができる。

アルゴン等によるイオンスパッタリングやショツトブラ
ストによる窒化物系セラミックスの表面処理は通常のス
パッタリング法又はショツトブラスト法によ多処理を行
えばよく、また金属ニよるイオンブレーティングも通常
行われている方法で行えばよい。

イオンブレーティングによシ形成される金属被膜の厚さ
には別設の制限はないが、この被膜蝶、例えばイオンス
パッタリングによシ活性化した表面を保持すると共に、
金属との接合性を良くする為のものであるので、セラミ
ックス表面の滑らかさにもよるが、０．１μｍ程度以上
好ましくは０．５μｍ以上の厚さであればよい。

また、本発明で使用する金属箔、例えばアルミニウム箔
、ニッケル箔等はセラミックスと金属間の緩衝の働きを
し、加熱・冷却サイクル時の耐割れ性並びに耐熱衝撃性
を向上させ、特に、微細な窒化物系セラミックス微粉末
を分散したアルミニウム箔又はニッケル箔を用いる場合
には、金属箔成分が加熱拡散した後接合域に、無数の微
細なセラミックス微粉末粒子が分散された状態で存在し
、これが冷却時の割れの発生を有効に防止し、且つ熱シ
ョックに耐える働きをする。

金属箔の厚さは２０〜２００μｍ程度の厚さのものを用
いればよいがこれ以外の厚さのものを用いてもよい。

又、接合時の加熱は不活性雰囲気例えばアルゴン中で行
うが、加熱の関金属箔は、接合すべき金属側及びセラミ
ックス側の両方へ相互拡散現象を起してセラミックスと
金属を接合するので、加熱時に加圧の必要はなく、又、
金属箔の種類を適当に選ぶことにより低温で短時間で接
合することが可能である。即ちアルミニウム箔を接合材
として使用する場合には約６６５℃に、ニッケル箔を使
用する場合には約９００℃に加熱すればよい。又窒化物
系セラミックス微粉末の混合割合は、２０　Ｖｏ１％位
までのものを使用しうるが接合強度等の面から５　ＶＯ
Ｉ％程度混合したものが好ましい。

本発明においては、機械的性質の優れた窒化物系セラミ
ックスをステンレス鋼等に強固に接合できるので、ポン
プ、プロワ−などの軸受等の産業機械部品として使用す
ることができ、また耐食性の接合部材を用いることによ
って、海水等を取扱うポンプ部品にも適用可能である。

次にセラミックスを接着しにくい金属の−でおるステン
レス鋼に、窒化物系セラミックスの代表的なものである
窒化けい素セラミックスを接合する場合についての実施
例を示す。

実施例１ 常圧焼結した８１３Ｎ４の表面を４　Ｘ　１０−’　ｔ
ｏｒｒＡｒ　ガスで１０分間スパッターリングを行った
後、１０分間Ｔ１　のイオンブレーティング処理した。

このときのＴ１　のブレーティング厚みは４μｍであっ
た。

インサート材に［１，５μｍ　Ｌ：ＤＳｉｓＮａ　粒子
を５ＶＯＩ％分散した。、、１５０μｍのＡｔ　箔を用
いた。

接合すべき金属にはＥＩＵＳ　３０４ステンレス鋼を用
い、これらを接合すべき面で合わせ、カンタル線で固定
して１気圧のＡｒ　雰囲気中で６６５℃の温度で、加熱
保持時間をかえて試験を行った。接合したセラミックス
をインストロン型試験機で引張試験し、接合力を測定し
た。この結果を第１図に示す。

第１図は、セラミックスをステンレス鋼に接合する場合
の加熱処理時間と接合力の関係を示すもので、線１は上
記実施例によシ接合する場合を示し、２の斜線部は従来
の接着法による場合を示す。第１図かられかるように、
本願発明によるときは、短時間の加熱で従来法による場
合よシも遥かに強力な接合力を得ることができる。又、
アルミ箔を用いる場合には、加熱保持時間が長くなると
接合力が小さくなるので、２〜１０分の如き短時間の加
熱が好ましい。

実施例２ 接合剤としてａ３μｍの窒化けい素微粒子５Ｖｏ１％　
を分散した厚さ５０μｍのニッケル箔を用い、９６０℃
で５分間加熱した以外は実施例１と同様にして窒化けい
素セラミックスをステンレス鋼（Ｓｎ２５０４　）に接
合した。接合力は８００ゆｆ／創３　であった。

第２図に本発明の接合方法を用いて軸受を製造した例を
示す。図中１２はステンレス鋼製軸受部材を、１唱は窒
化物系セラミックス片を、１５は該セラミックス片とス
テンレス鋼の接合部（接着部）を、１４は摺動面を示す
。

なお、アルミニウム箔又はニッケル箔を用いて、上記各
実施例と同様に窒化けい素セラミックスをステンレス鋼
に接合した所、実施例１及び２と同様な接合強度が得ら
れたが、繰り返し長時間にわたって使用している中に、
一部のものに小さなりラックの発生がみられた。

又、ステンレス鋼の代シにチタン及びチタン合金を用い
た場合にも、実施例１及び２と同様な結果が得られた。

本発明によるときは、セラミックスの小片を金属に接合
した場合でも接合力が大きいので、十分な耐久性が得ら
れる。

軸受の外、ケーシングの舌部、ポンプのインベラの吐出
部など苛酷な使用環境下におかれる産業機械部品に、本
発明方法を適用しセラミックスを接合する際にも十分な
耐久性が得られることがわかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１の方法で窒化けい素をステンレス鋼に
接合する場合の加熱保持時間と接合力の関係を示し、第
２図は本発明を軸受に適用した場合の図を示す。 １・・実施例１における加熱保持時間と接合力の関係を
示す線、１１・・窒化物系セラミックス片、１２・・軸
受部材、１４・・摺動面出願人　株式会社荏原製作所 代理人　中　本　宏 同　井　上　昭 同　吉　嶺　桂 第１図 第　２　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　活性化した窒化物系セラミックスの表面に金属を
   イオンブレーティングしたメタライズされた窒化物系セ
   ラミックスと、接合すべき金属とを、金属箔又は窒化物
   系セラミックス微粉末を分散した金属箔によ多接合して
   なる、窒化物系セラミックスを接合した金属製品。 ２　イオンブレーティング用金属がチタン又はニッケル
   である特許請求の範囲第１項記載の窒化物系セラミック
   スを接合した金属製品。 五　金属箔が、窒化物系セラミックスを分散させたニッ
   ケル又はアルミ箔である特許請求の範囲第１項又は第２
   項記載の窒化物系セラきツクスを接合した金属製品。 毛　接合すべき金属がステンレス鋼である特許請求の範
   囲第１項−第２項又は第３項記載の窒化物系セラミック
   スを接合した金属製品。 ５　接合すべき金属がチタン又はチタン合金である特許
   請求の範囲第１項、第２項又は第３項記載の窒化物系セ
   ラミックスを接合した金属製品。 ＆　窒化物系セラミックスが窒化けい素である特許請求
   の範囲第１項乃至５項の何れかに記載の窒化物系セラミ
   ックスを接合した金属製品。 ｌ　窒化物系セラミックスの表面を希ガスのイオンスパ
   ッタリング法又はショツトブラスト法によシ活性化した
   後金属をイオンブレーティングすることを特徴とするメ
   タライズされた窒化物系セラミックスの製造方法。 ａ　金属がチタン又はニッケルである特許請求の範囲第
   ７項記載のメタライズされた窒化物系セラミックスの製
   造方法。 ρ　窒化物系セラミックスが窒化けい素である特許請求
   の範囲第７項又は第８項記載のメタライズされた窒化物
   系セラミックスの製造方法。 １α金属を０．５μｍ以上の厚さにイオンブレーティン
   グする特許請求の範囲第７項、第８項又は第９項記載の
   メタライズされた窒化物系セラミックスの製造方法。 １１１１化物系セラミツクスの表面を希ガスのイオンス
   パッタリング法或いはショット・プラスト法により活性
   化した後、金属をイオンブレーティングして得られたメ
   タライズされた窒化物系セラミックスと、接合すべき金
   属との間に、金属箔又は窒化物系セラミックスの微粉末
   を分散した金属箔を介在させ、不活性窒化物系 雰囲気中で加熱することを特徴とする謔うミックスを接
   合した金属製品の製造方法。 １２、金属を［Ｌ５μｍ以上の厚さにイオンプレー１＆
   イオンプレテイング用金属がニッケル又は１２項配＠ｃ
   ９φラミックスを依貧した蛍勇表品の製造方法。 １４、窒化物系セラミックス微粉末を分散した金属箔が
   、窒化物系セラミックス微粉末を分散したアルミニウム
   箔又はニッケル箔である特許請求の範囲第１１項、第１
   ２項又は第１３窒化物系 項記載の序うミックスを接合した金属製品の製造方法。 １５、接合すべき金属がステンレス鋼である特許請求の
   範囲第１１項、第１２項、第１５項、金属製品の製造方
   法。 １６、接合すべき金属がチタン又はチタン合金である特
   許請求の範囲第１１項、第１２項、筒金した金属製品の
   製造方法。 １７、不活性雰囲気がアルゴンの雰囲気である特許請求
   の範囲第１１項乃至第１６項の何れか製造方法。 １ａ窒化物系セラミツクスが窒化けい素であるの製造方
   法。