JPS6065774A - セラミックスと金属の接合体とその製造法 - Google Patents
セラミックスと金属の接合体とその製造法Info
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- JPS6065774A JPS6065774A JP17162783A JP17162783A JPS6065774A JP S6065774 A JPS6065774 A JP S6065774A JP 17162783 A JP17162783 A JP 17162783A JP 17162783 A JP17162783 A JP 17162783A JP S6065774 A JPS6065774 A JP S6065774A
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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】
本発明はセラミックスと金属の接合体とその製造法に関
するものである。
するものである。
従来セラミックスと金属の接合方法としては焼結アルミ
ナ等セラミックスにＭ ｏ −Ｍ ｎ光等メタライズペ
ーストを塗布焼付し、Ｎｉメッキを施した後、共晶銀ロ
ーにてコバールと接合する高融点金属法、焼結アルミナ
にＣｕ Ｏ１Ｍ ｇ Ｏ、Ａ ｌ ；＝ ０３Ｂ２０５
等酸化物混合ペーストを塗布し、真空中高温で金属Ｎｂ
と接合する酸化物ソルダー法が知られている。しかしな
がら前者は焼付時とロー付時の少なくとも二回の加熱操
作とメッキ処理を含む複雑な工程を経るために製造コス
トが高くなる。
ナ等セラミックスにＭ ｏ −Ｍ ｎ光等メタライズペ
ーストを塗布焼付し、Ｎｉメッキを施した後、共晶銀ロ
ーにてコバールと接合する高融点金属法、焼結アルミナ
にＣｕ Ｏ１Ｍ ｇ Ｏ、Ａ ｌ ；＝ ０３Ｂ２０５
等酸化物混合ペーストを塗布し、真空中高温で金属Ｎｂ
と接合する酸化物ソルダー法が知られている。しかしな
がら前者は焼付時とロー付時の少なくとも二回の加熱操
作とメッキ処理を含む複雑な工程を経るために製造コス
トが高くなる。
また後者は酸化物混合ペーストの成分組成によって処理
温度や接合強度が大きく変わるため、被接合体の材質に
応じて、工程管理や品質管理を厳釉にしなければならな
い。さらに一般にセラミックスはヤング率大きく破壊し
ん性の低い所謂固くて脆い材料であることから、接合後
に金属との熱膨張差から生じる残留応力によるセラミッ
クス破壊を防止するために、上記二種の従来方法によれ
ば熱膨張係数の差の小さいセラミックスと金属との組み
合わせに限定され、得られた接合体の用途範囲も極めて
狭いものであった。
温度や接合強度が大きく変わるため、被接合体の材質に
応じて、工程管理や品質管理を厳釉にしなければならな
い。さらに一般にセラミックスはヤング率大きく破壊し
ん性の低い所謂固くて脆い材料であることから、接合後
に金属との熱膨張差から生じる残留応力によるセラミッ
クス破壊を防止するために、上記二種の従来方法によれ
ば熱膨張係数の差の小さいセラミックスと金属との組み
合わせに限定され、得られた接合体の用途範囲も極めて
狭いものであった。
本発明の目的は上記従来方法の持つ欠点を克服し、簡単
な工程で得られ、用途範囲の広い接合体とその製造法を
提供することにある。
な工程で得られ、用途範囲の広い接合体とその製造法を
提供することにある。
本発明の要旨とするところは、セラミックス及び金属の
うちから選ばれる少なくとも一種の二個以上の成形体と
前記各成形体の対向面間隙にロー付にて挟着されている
チタン又はその合金の板とからなることを特徴とするセ
ラミックスと金属の接合体に存する。また上記特定発明
と関連する第二の発明並びに第三の発明の開旨とすると
ころは、セラミックスにチタン又はその合金の坂がロー
付固着されていることを特徴とするセラミックスと”金
属の接合体並びにセラミックス及び金属のうちから選ば
れる少なくとも一種の二個以上の成形体の対向面間隙に
チタン又はその合金の板を介在させ、前記各成形体と前
記板とを非酸化性雰囲気でロー付により接合することを
特徴とするセラミックスと金属の接合体の製造法に存す
る。
うちから選ばれる少なくとも一種の二個以上の成形体と
前記各成形体の対向面間隙にロー付にて挟着されている
チタン又はその合金の板とからなることを特徴とするセ
ラミックスと金属の接合体に存する。また上記特定発明
と関連する第二の発明並びに第三の発明の開旨とすると
ころは、セラミックスにチタン又はその合金の坂がロー
付固着されていることを特徴とするセラミックスと”金
属の接合体並びにセラミックス及び金属のうちから選ば
れる少なくとも一種の二個以上の成形体の対向面間隙に
チタン又はその合金の板を介在させ、前記各成形体と前
記板とを非酸化性雰囲気でロー付により接合することを
特徴とするセラミックスと金属の接合体の製造法に存す
る。
以下図面に従って説明する。
第１図は本発明接合体の一実施例を示す断面図である。
セラミックス及び金属のうちから選ばれる所望の材質か
らなる成形体１ａ及び成形体１． ｂの間にチタン又は
その合金の板１２が金属ロー材３ａ及び金属ロー材３ｂ
を用いてロー付挾着されている。
らなる成形体１ａ及び成形体１． ｂの間にチタン又は
その合金の板１２が金属ロー材３ａ及び金属ロー材３ｂ
を用いてロー付挾着されている。
本発明においてセラミックスとは、アルミナ、ジルコニ
ア、マイカセラミックス、ペタライト、炭化ケイ素、窒
化ケイ素、窒化硼素等挾義のセラミックスのみならず、
結晶化ガラスやガラスをも含む広義に解する。金属とは
例えば、炭素鋼、Ｍ。
ア、マイカセラミックス、ペタライト、炭化ケイ素、窒
化ケイ素、窒化硼素等挾義のセラミックスのみならず、
結晶化ガラスやガラスをも含む広義に解する。金属とは
例えば、炭素鋼、Ｍ。
鋼、ステンレス鋼、銅、焼結合金が挙げられる。
本発明接合体の接合対象となる成形体１ａと一成形体１
ｂの材質の組み合わせは、セラミックスと金属、セラミ
ックスとセラミックス、金属と金属など上記の諸材料か
ら所望に応じて選択したものが可能である。そして成形
体１ａ及び成形体１ｂのいずれか一方がセラミックスか
らなり、他方が金属からなっている場合は、前述の如〈
従来方法によれば熱膨張係数の差の小さいものの組み合
わせに限定されていたが、本発明接合体は両者の間にチ
タン又はその合金の板を介在させて接合したものである
ので、接合対象となる成形体の材質を熱膨張係数の故に
限定されることはない。すなわち、チタンはヤング率が
小さく延展性に富んでいるうえ、熱膨張係数は多くのセ
ラミックスのそれと近似しているために、セラミックス
と金属との熱膨張差から生じる残留応力を吸収し得るか
らである。
ｂの材質の組み合わせは、セラミックスと金属、セラミ
ックスとセラミックス、金属と金属など上記の諸材料か
ら所望に応じて選択したものが可能である。そして成形
体１ａ及び成形体１ｂのいずれか一方がセラミックスか
らなり、他方が金属からなっている場合は、前述の如〈
従来方法によれば熱膨張係数の差の小さいものの組み合
わせに限定されていたが、本発明接合体は両者の間にチ
タン又はその合金の板を介在させて接合したものである
ので、接合対象となる成形体の材質を熱膨張係数の故に
限定されることはない。すなわち、チタンはヤング率が
小さく延展性に富んでいるうえ、熱膨張係数は多くのセ
ラミックスのそれと近似しているために、セラミックス
と金属との熱膨張差から生じる残留応力を吸収し得るか
らである。
しかもチタンは剪断強度、及び高温機械的強度に優れ、
チタンとＡｇロー、Ｃｕロー、Ｎｉロー、Ａｇ−Ｃｕ共
晶ロー等種々の金属ロー材とが反応して得られる共晶物
は金属に対しては勿論、多くのセラミックスに対しても
濡れ性が良いことから、成形体の間に介在させるのに適
している。従って本発明接合体は接合強度の強いもので
ある。本発明で使用するチタンは、製造上の不可避不純
物を含む工業用純チタンが望ましいが、アルミニウム、
マンガン等周知の固溶金属を含有する合金でも適用可能
である。
チタンとＡｇロー、Ｃｕロー、Ｎｉロー、Ａｇ−Ｃｕ共
晶ロー等種々の金属ロー材とが反応して得られる共晶物
は金属に対しては勿論、多くのセラミックスに対しても
濡れ性が良いことから、成形体の間に介在させるのに適
している。従って本発明接合体は接合強度の強いもので
ある。本発明で使用するチタンは、製造上の不可避不純
物を含む工業用純チタンが望ましいが、アルミニウム、
マンガン等周知の固溶金属を含有する合金でも適用可能
である。
本発明接合体の一般的製造法を述べると、セラミックス
及び金属のうちから選ばれる所望の材料からなる成形体
１ａと成形体１ｂの間に金属ロー材３ａ１チタン又はそ
の合金の板１２及び金属ロー材３ｂを順に積層し、Ａｒ
、真空、Ｈ２、Ｎ２等非酸化性雰囲気で加熱し接合する
。金属ロー材は、Ａｇロー、Ｃｕロー、Ｎｉロー、Ａｇ
−Ｃｕ共晶ロー等高温タイプのものがＴｉと共晶物を作
りやすい故に良好であるが、Ａｇ−Ｍｎ合金ロー、Ａｕ
ローでも接合可能である。本発明では上記の如く成形体
と板１２とを金属ロー材を用いて１回の加熱操作によっ
て接合することができるので極めて簡単な工程を経て接
合体を製作することができるが、工程の簡略化を要求し
ない場合は予め板１２の表面を金属ロー材で被着してお
いた後成形体と接合しても良い。後者の場合は加熱操作
が２回となるが成形体１ａ、ｌｂと板１２との固定が容
易となり、接合部のズレが少なくなるので、接合後の成
形体１ａ、ｌ’ｂと板１２との相対位置寸法の精度が良
くなる。
及び金属のうちから選ばれる所望の材料からなる成形体
１ａと成形体１ｂの間に金属ロー材３ａ１チタン又はそ
の合金の板１２及び金属ロー材３ｂを順に積層し、Ａｒ
、真空、Ｈ２、Ｎ２等非酸化性雰囲気で加熱し接合する
。金属ロー材は、Ａｇロー、Ｃｕロー、Ｎｉロー、Ａｇ
−Ｃｕ共晶ロー等高温タイプのものがＴｉと共晶物を作
りやすい故に良好であるが、Ａｇ−Ｍｎ合金ロー、Ａｕ
ローでも接合可能である。本発明では上記の如く成形体
と板１２とを金属ロー材を用いて１回の加熱操作によっ
て接合することができるので極めて簡単な工程を経て接
合体を製作することができるが、工程の簡略化を要求し
ない場合は予め板１２の表面を金属ロー材で被着してお
いた後成形体と接合しても良い。後者の場合は加熱操作
が２回となるが成形体１ａ、ｌｂと板１２との固定が容
易となり、接合部のズレが少なくなるので、接合後の成
形体１ａ、ｌ’ｂと板１２との相対位置寸法の精度が良
くなる。
尚、成形体の間に介在させる板は全体がチタン又はその
合金からなる均質な材質に限定されることはない。例え
ば成形体の一方が金属で他方が窒化ケイ素、炭化ケイ素
の様にセラミックスの中でも特に熱膨張係数の小さい材
料の場合には、第２図に示す如く、Ｍｏ、Ｗ等窒化ケイ
素、炭化ケイ素に熱膨張係数の近い低膨張性金属の板４
の両面にチタン又はその合金の板５ａ及び５ｂを金属ロ
ー材３ｃ及び３ｄと共に介在させることにより加熱時に
一体接合すれば成形体１ａと成形体１ｂの熱膨張係数の
差から生じる残留応力を緩和する効果が一層大きい。一
般ににチタン又はその合金からなる材料と金属ロー材と
の反応量は、チタンとＡｇ、ｃｕ、 Ｎｉ等との相平衡
図、加熱温度、スケジュール等要因に左右されるが、こ
のように成形体の中間板を板５ａ、板４及び板５ｂより
なる多層合板２２とするとチタン又はその合金からなる
材料の未反応層の厚さを板５ａ側と板５ｂ側とで異なら
せることが可能となる。すなわち成形体１ａが窒化ケイ
素焼結体又は炭化ケイ素焼結体からなり、成形体１ｂが
炭素鋼、ＭＯ鋼鋼上セラミックス対し熱膨張係数の大き
な材料からなるとすると、板４の材質の熱膨張係数が上
記焼結体のそれに近いので板５ａは必ずしも応力緩和効
果のあるＴｉ単味の形で残る必要はないが、板５ｂは残
留応力の緩和及び接合体の信頼性向上のために板５ａに
比して板５ｂの厚さを大きくし、板５ａの未反応層を残
存させておくのが望ましい。板２２としてチタン又はそ
の合金の板の間にこれら以外の金属板を介在させる場合
、上記の様に金属ロー材を用いて接合する方法以外に予
め加熱圧着等により製作されたＴｉ板−他の金属板−Ｔ
ｉ板板子ラッド板いう形のものを用いることも考えられ
る。
合金からなる均質な材質に限定されることはない。例え
ば成形体の一方が金属で他方が窒化ケイ素、炭化ケイ素
の様にセラミックスの中でも特に熱膨張係数の小さい材
料の場合には、第２図に示す如く、Ｍｏ、Ｗ等窒化ケイ
素、炭化ケイ素に熱膨張係数の近い低膨張性金属の板４
の両面にチタン又はその合金の板５ａ及び５ｂを金属ロ
ー材３ｃ及び３ｄと共に介在させることにより加熱時に
一体接合すれば成形体１ａと成形体１ｂの熱膨張係数の
差から生じる残留応力を緩和する効果が一層大きい。一
般ににチタン又はその合金からなる材料と金属ロー材と
の反応量は、チタンとＡｇ、ｃｕ、 Ｎｉ等との相平衡
図、加熱温度、スケジュール等要因に左右されるが、こ
のように成形体の中間板を板５ａ、板４及び板５ｂより
なる多層合板２２とするとチタン又はその合金からなる
材料の未反応層の厚さを板５ａ側と板５ｂ側とで異なら
せることが可能となる。すなわち成形体１ａが窒化ケイ
素焼結体又は炭化ケイ素焼結体からなり、成形体１ｂが
炭素鋼、ＭＯ鋼鋼上セラミックス対し熱膨張係数の大き
な材料からなるとすると、板４の材質の熱膨張係数が上
記焼結体のそれに近いので板５ａは必ずしも応力緩和効
果のあるＴｉ単味の形で残る必要はないが、板５ｂは残
留応力の緩和及び接合体の信頼性向上のために板５ａに
比して板５ｂの厚さを大きくし、板５ａの未反応層を残
存させておくのが望ましい。板２２としてチタン又はそ
の合金の板の間にこれら以外の金属板を介在させる場合
、上記の様に金属ロー材を用いて接合する方法以外に予
め加熱圧着等により製作されたＴｉ板−他の金属板−Ｔ
ｉ板板子ラッド板いう形のものを用いることも考えられ
る。
又、アルミナ、ジルコニア、ムライト等のように金属に
比べ熱伝導率の小さいセラミックス板を介在させること
により、断熱構造をもったセラミックス−金属接合体の
製作も可能となる。
比べ熱伝導率の小さいセラミックス板を介在させること
により、断熱構造をもったセラミックス−金属接合体の
製作も可能となる。
実施例１
気孔率２％、Ｓｉ３Ｎ、含有量９０％のＳｉ、Ｎ＋焼結
体、気孔率３％、Ａｌ２Ｏ，含有量９５重量％のＡ１□
０．焼結体、気孔率２％、ｚ ｒ ｏ２ 含有量９０重
量％のイツトリア部分安定化Ｚ ｒ Ｏｚ焼結体、ステ
ンレス板、炭素鋼板、Ｎｉ板をグイヤモンド砥石で底面
１１０Ｘ１０、高さ５Ｎの寸法に加工し、洗浄し、表１
に示す成形体１ａ及び成形体１ｂとした。成形体１ａと
成形体１ｂの間に表１に示す種類の金属よりなる厚さ０
．０５１１のロー材３ａｓ厚さ１．Ｏｖｍの板２及び厚
さ０．０５ｕ＋のロー材３ｂを介在させ、表１の加熱条
件にて接合し、接合体Ａ−Ｌを製造した。また、予めチ
タンの板２の表面を表２に示すロー材３ａ、３ｂで被着
した板を成形体１ａと成形体１ｂの間に介在させ、表１
の示す加熱条件にて接合し接合体Ｍを製造した。接合体
を第３図に示すように支持台６に固定し、島原製作所・
製オートグラフを用いて２龍／ｌｌ１ｉｎの速度で荷重
を加え、接合部の剪断強度を測定した結果を第１表に示
す。
体、気孔率３％、Ａｌ２Ｏ，含有量９５重量％のＡ１□
０．焼結体、気孔率２％、ｚ ｒ ｏ２ 含有量９０重
量％のイツトリア部分安定化Ｚ ｒ Ｏｚ焼結体、ステ
ンレス板、炭素鋼板、Ｎｉ板をグイヤモンド砥石で底面
１１０Ｘ１０、高さ５Ｎの寸法に加工し、洗浄し、表１
に示す成形体１ａ及び成形体１ｂとした。成形体１ａと
成形体１ｂの間に表１に示す種類の金属よりなる厚さ０
．０５１１のロー材３ａｓ厚さ１．Ｏｖｍの板２及び厚
さ０．０５ｕ＋のロー材３ｂを介在させ、表１の加熱条
件にて接合し、接合体Ａ−Ｌを製造した。また、予めチ
タンの板２の表面を表２に示すロー材３ａ、３ｂで被着
した板を成形体１ａと成形体１ｂの間に介在させ、表１
の示す加熱条件にて接合し接合体Ｍを製造した。接合体
を第３図に示すように支持台６に固定し、島原製作所・
製オートグラフを用いて２龍／ｌｌ１ｉｎの速度で荷重
を加え、接合部の剪断強度を測定した結果を第１表に示
す。
表 １
）：＊１ ） Ｉ屯Ｔｉ 綽Ｌ…―％のＴｉを使用した
＊２ ） Ｔｉ合金 Ｔｉ合金番訂ｉ ９６ Ｖ６ＸＡ
１２％、冷ρ％からなる合金を使用した実施例２ 実施例１と同一工程を経て表２に示す成形体１ａ及び成
形体１ｂを得た。次に成形体１ａと成形体１ｂの間に表
２に示す種類の金属よりなる厚さ０．０５鶴のロー材３
ａ、厚さ０．０３鶴の板５ ａ−、厚さ０．０５ｍのロ
ー材３ｃｓ厚さ０．３ ｍの板４、厚さ０．０５鶴のロ
ー材３ｄ、厚さ０．３鶴の板５ｂ及び厚さ０．０５ｍｍ
のロー材３ｂを介在させ、表２の加熱条件にて接合した
ものを接合体Ｎ−Ｐとした。実施例１と同様にして接合
体Ｎ−Ｐの接合部の剪断強度を測定した結果を第２表に
示す。
＊２ ） Ｔｉ合金 Ｔｉ合金番訂ｉ ９６ Ｖ６ＸＡ
１２％、冷ρ％からなる合金を使用した実施例２ 実施例１と同一工程を経て表２に示す成形体１ａ及び成
形体１ｂを得た。次に成形体１ａと成形体１ｂの間に表
２に示す種類の金属よりなる厚さ０．０５鶴のロー材３
ａ、厚さ０．０３鶴の板５ ａ−、厚さ０．０５ｍのロ
ー材３ｃｓ厚さ０．３ ｍの板４、厚さ０．０５鶴のロ
ー材３ｄ、厚さ０．３鶴の板５ｂ及び厚さ０．０５ｍｍ
のロー材３ｂを介在させ、表２の加熱条件にて接合した
ものを接合体Ｎ−Ｐとした。実施例１と同様にして接合
体Ｎ−Ｐの接合部の剪断強度を測定した結果を第２表に
示す。
表 ２
注＊１）純Ｔｉ Ｉ釘ｉ…ム動η％のＴｉを使用した。
第１図は本発明接合体の一実施例を示す断面図、第２図
は本発明接合体に使用する板の実施例を示す断面図、第
３図は本発明接合体の接合部剪断強度を測定する方法を
示す図である。 ｌａ、ｌｂ・・・・・・成形体、 ３ ａ、３ ｂ、３ ｃ、３ ｄ−−ロー材、１２．５
ａ、５ｂ・・・・・・チタン又はその合金の板第１図 第２図 ａ
は本発明接合体に使用する板の実施例を示す断面図、第
３図は本発明接合体の接合部剪断強度を測定する方法を
示す図である。 ｌａ、ｌｂ・・・・・・成形体、 ３ ａ、３ ｂ、３ ｃ、３ ｄ−−ロー材、１２．５
ａ、５ｂ・・・・・・チタン又はその合金の板第１図 第２図 ａ
Claims (3)
- （１）セラミックス及び金属のうちから選ばれる少なく
とも一種の二個以上の成形体と前記各成形体の対向面藺
隙にロー付にて挟着されているチタン又はその合金の板
とからなることを特徴とするセラミックスと金属の接合
体。 - （２）セラミックスにチタン又はその合金の板がロー付
固着されていることを特徴とするセラミ・ノクスと金属
の接合体。 - （３）セラミックス及び金属のうちから選ばれる少なく
とも一種の二個以上の成形体の対向面間隙にチタン又は
その合金の板を介在させ、前記各成形体と前記板とを非
酸化性雰囲気でロー付により接合することを特徴とする
セラミックスと金属の接合体の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17162783A JPS6065774A (ja) | 1983-09-16 | 1983-09-16 | セラミックスと金属の接合体とその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17162783A JPS6065774A (ja) | 1983-09-16 | 1983-09-16 | セラミックスと金属の接合体とその製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6065774A true JPS6065774A (ja) | 1985-04-15 |
Family
ID=15926682
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17162783A Pending JPS6065774A (ja) | 1983-09-16 | 1983-09-16 | セラミックスと金属の接合体とその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6065774A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63248780A (ja) * | 1987-04-02 | 1988-10-17 | 株式会社東芝 | セラミツクス構造体 |
| JPH03101393U (ja) * | 1990-01-24 | 1991-10-22 | ||
| JPH03101392U (ja) * | 1990-01-24 | 1991-10-22 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58120578A (ja) * | 1982-01-05 | 1983-07-18 | 松下電器産業株式会社 | 無機質基材の選択性鑞付け方法 |
-
1983
- 1983-09-16 JP JP17162783A patent/JPS6065774A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58120578A (ja) * | 1982-01-05 | 1983-07-18 | 松下電器産業株式会社 | 無機質基材の選択性鑞付け方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63248780A (ja) * | 1987-04-02 | 1988-10-17 | 株式会社東芝 | セラミツクス構造体 |
| JPH03101393U (ja) * | 1990-01-24 | 1991-10-22 | ||
| JPH03101392U (ja) * | 1990-01-24 | 1991-10-22 |
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