JPS6090875A - セラミツクと金属の接合方法 - Google Patents
セラミツクと金属の接合方法Info
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- JPS6090875A JPS6090875A JP19612483A JP19612483A JPS6090875A JP S6090875 A JPS6090875 A JP S6090875A JP 19612483 A JP19612483 A JP 19612483A JP 19612483 A JP19612483 A JP 19612483A JP S6090875 A JPS6090875 A JP S6090875A
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- JP
- Japan
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- ceramic
- bonding
- alloy
- metal
- insert material
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- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
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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、簡便な操作によりセラミックと金属を強固に
接合することのできる方法に関するものである。
接合することのできる方法に関するものである。
従来、セラミックスと金属の接合方法としては、(1)
接着剤法、(2)メタ2イジング法、(3)溶射法等が
知られており、それぞれ次のような欠点があった。
接着剤法、(2)メタ2イジング法、(3)溶射法等が
知られており、それぞれ次のような欠点があった。
(1)接着剤法は、有機接着剤を使用するもので、最も
簡便な方法であるが、高温における接着強度が低く、ま
た腐食に対して極めて弱いという欠点がある。
簡便な方法であるが、高温における接着強度が低く、ま
た腐食に対して極めて弱いという欠点がある。
(2) メタライジング法は、 Mo、MO−Mn 等
の金属粉末をセラミック上にメタライジングし、その上
にMl メッキを施した佼、ろ5付で金属と接合するも
のであるが、工程が41雑であるという欠点がある。
の金属粉末をセラミック上にメタライジングし、その上
にMl メッキを施した佼、ろ5付で金属と接合するも
のであるが、工程が41雑であるという欠点がある。
(3) 溶射法は、セラミック粉末を浴融し、金属に吹
きつけてM1篇させる方法であるが、接合強度が低く、
またセラミックが多孔質になるという欠点がある。
きつけてM1篇させる方法であるが、接合強度が低く、
またセラミックが多孔質になるという欠点がある。
このように従来法では、接合強度、耐食性。
工程の複雑さ等に欠点があった。
本発明は、セラミックと金属の(資)便でかつ強固な接
合方法を提供するものである。
合方法を提供するものである。
すなわち本発明は、セラミックと金N’に接合するに際
して、酸化鋼と、Ag又はAg−0u 合金との混合体
をインサート材として用い、インサート材成分のムg又
はムg−Ou 合金のみ加熱浴融させるか、または酸化
鋼とAg又はkg−Ou 合金の両者を加熱齢融させる
ことによシ、セラミックと金F4ヲ強固に接合させる方
法に関するものである。
して、酸化鋼と、Ag又はAg−0u 合金との混合体
をインサート材として用い、インサート材成分のムg又
はムg−Ou 合金のみ加熱浴融させるか、または酸化
鋼とAg又はkg−Ou 合金の両者を加熱齢融させる
ことによシ、セラミックと金F4ヲ強固に接合させる方
法に関するものである。
本発明におけるAg−0u合金は、Ou を重量%で8
.8〜92%含有し、779cの共晶蓄融点を持つもの
が使用される。
.8〜92%含有し、779cの共晶蓄融点を持つもの
が使用される。
またセラミックとしては、ム1205=Zr02 等の
酸化物系上2ミック、5i51J4*81Q等の非酸化
物系セラミック等が使用される。
酸化物系上2ミック、5i51J4*81Q等の非酸化
物系セラミック等が使用される。
更に本発明における接合条件として、雰囲気を真空、不
活性ガスあるいは大気中とし、接合温度をAg−にu合
金使用の時は779c以上、^g使用の時は960c以
上とし、加圧力を接合材の[6i(上段にセラミック、
下段に金属を七ッ 7トする場合はセラミックの自重、
逆に上段に金属、下段に七2ミンクtセットする場合は
金属の自ム〕以上で5kl/−以下とし、接合時間を1
〜180分とすることを好ましい実施態様とするもので
ある。
活性ガスあるいは大気中とし、接合温度をAg−にu合
金使用の時は779c以上、^g使用の時は960c以
上とし、加圧力を接合材の[6i(上段にセラミック、
下段に金属を七ッ 7トする場合はセラミックの自重、
逆に上段に金属、下段に七2ミンクtセットする場合は
金属の自ム〕以上で5kl/−以下とし、接合時間を1
〜180分とすることを好ましい実施態様とするもので
ある。
以下、本発明方法を詳細に説明する。
本発明方法においては、セラミックと金属を接合する為
のインサート材として酸化銅とAg又はAg−Ctu合
金の混合体をシート忙したものな用いるのであるが、酸
化鋼とAg又はAg−0u 合金の混合体は脆く、゛圧
延によるシート化が困難であろ0そこで酸化鋼とAg又
はAg−Qu 合金の粉末をアクリル系樹脂を溶剤に浴
かした粘結剤゛と混合することにょシシート化を容易と
するのである。粘結剤のアクリル系樹脂と溶剤は、60
0c以上に加熱jることにょシ蒸発して無残渣となシ、
接合時は酸イヒ鯛とAg又はムg−cu合金だけとなる
。
のインサート材として酸化銅とAg又はAg−Ctu合
金の混合体をシート忙したものな用いるのであるが、酸
化鋼とAg又はAg−0u 合金の混合体は脆く、゛圧
延によるシート化が困難であろ0そこで酸化鋼とAg又
はAg−Qu 合金の粉末をアクリル系樹脂を溶剤に浴
かした粘結剤゛と混合することにょシシート化を容易と
するのである。粘結剤のアクリル系樹脂と溶剤は、60
0c以上に加熱jることにょシ蒸発して無残渣となシ、
接合時は酸イヒ鯛とAg又はムg−cu合金だけとなる
。
上記のアクリル系樹脂としては、、ポリメタクリル酸メ
チル、ポリメタクリル酸エチル、ポリメタクリル#n−
ヘキシル、ポリメタクリル酸n−オクチル、ポリメタク
リル酸ラウリル等のポリメタピリル酸エステルや、ポリ
アクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリ
ル酸ブチル、ポリアクリル酸インブチル、ポリアクリル
酸2エチルヘキシル、ポリアクリル酸n−オクチル等の
ポリアクリル酸エステル等が挙げられ、溶剤としては、
トルエン、インプルピルアルコール等が用いられる。粘
結剤の配合割合はインサート材全重量の3〜80%が好
ましく、3%以下ではシート状に同まらす、80%を超
えると加熱中に粘結剤が蒸発しきらず、接合面に残存す
る危険性が増大する。
チル、ポリメタクリル酸エチル、ポリメタクリル#n−
ヘキシル、ポリメタクリル酸n−オクチル、ポリメタク
リル酸ラウリル等のポリメタピリル酸エステルや、ポリ
アクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリ
ル酸ブチル、ポリアクリル酸インブチル、ポリアクリル
酸2エチルヘキシル、ポリアクリル酸n−オクチル等の
ポリアクリル酸エステル等が挙げられ、溶剤としては、
トルエン、インプルピルアルコール等が用いられる。粘
結剤の配合割合はインサート材全重量の3〜80%が好
ましく、3%以下ではシート状に同まらす、80%を超
えると加熱中に粘結剤が蒸発しきらず、接合面に残存す
る危険性が増大する。
また、インサート材の厚さは20μ〜3■、好ましくは
20〜500μとすることが望ましく、20μ以下は均
一な厚みのシートの製造が国難で、3重以上ではシート
中の粘結剤が完全に蒸発しきらず、接合欠陥が生じゃ丁
い。
20〜500μとすることが望ましく、20μ以下は均
一な厚みのシートの製造が国難で、3重以上ではシート
中の粘結剤が完全に蒸発しきらず、接合欠陥が生じゃ丁
い。
更に、インサート材の酸化銅とAg又はAg−Cu 合
金の混合比率は、Ag又はAg−0u 合金が1〜95
重量%となるようにする仁とが好ましい。この理由は次
の通シである。
金の混合比率は、Ag又はAg−0u 合金が1〜95
重量%となるようにする仁とが好ましい。この理由は次
の通シである。
すなわち、酸化銅とAg又はAg−0u 合金の混合体
であるインサート材を介してセラミックと金属を接合す
る際、セラミック側ではセラミックー酸化#1間でイオ
ン結合又は共有結合が、金属側では金属−Ag又はAg
−0u 合金間で金M結會がそれぞれ生じ、セラミック
とインサート材、インサート材と金属がそれぞれ強固に
接合するのであるが、上記のセラミック側のイオン結合
、共有結合は、セラミックとAg又はAg−0u 合金
とでは生ぜず、セラミックと酸化鋼の間にしか生じない
。なお、酸化物系セラきツクはイオン結合、非酸化物系
セラミックは共有結合が強く、イオン結合性の強い酸化
銅との高温加熱による結合反応は酸化物系セラミックが
優れるが、いずれにしても両系セラミックおよび酸化銅
共、原子間の結合はイオン結合と共有結合の混在したも
ので、非酸化物系セラミックにおいても強固な接合が生
じるのである。
であるインサート材を介してセラミックと金属を接合す
る際、セラミック側ではセラミックー酸化#1間でイオ
ン結合又は共有結合が、金属側では金属−Ag又はAg
−0u 合金間で金M結會がそれぞれ生じ、セラミック
とインサート材、インサート材と金属がそれぞれ強固に
接合するのであるが、上記のセラミック側のイオン結合
、共有結合は、セラミックとAg又はAg−0u 合金
とでは生ぜず、セラミックと酸化鋼の間にしか生じない
。なお、酸化物系セラきツクはイオン結合、非酸化物系
セラミックは共有結合が強く、イオン結合性の強い酸化
銅との高温加熱による結合反応は酸化物系セラミックが
優れるが、いずれにしても両系セラミックおよび酸化銅
共、原子間の結合はイオン結合と共有結合の混在したも
ので、非酸化物系セラミックにおいても強固な接合が生
じるのである。
従って、Ag又はAg−(ju 合金の配合比率を95
重量%以上、すなわち酸化銅な5重量%以下とすると、
セラミック側での反応が不充分とな力、充分な接合強度
を得ることができず、またAg又はAg−Qu 合金を
1重蓋%以下とすると、金属とAC又はAg−C;u
合金との原子拡散反応が不充分になるばかルでなく、次
のような次点も生じるのである。
重量%以上、すなわち酸化銅な5重量%以下とすると、
セラミック側での反応が不充分とな力、充分な接合強度
を得ることができず、またAg又はAg−Qu 合金を
1重蓋%以下とすると、金属とAC又はAg−C;u
合金との原子拡散反応が不充分になるばかルでなく、次
のような次点も生じるのである。
すなわち、インサート材の部分では、Af 又はAg−
0u合金の溶融点〔ムgは960C,^g−Ou 合金
は779C(なお酸化鋼の溶融点は1230Cである〕
〕以上に加熱するので、酸化鋼とAg又はAg−0u
合金がムg又はムg−Ou 合金の溶融による鋳ぐるみ
状態もしくは両者の溶融による鋳造状態が生じ、この高
温活性化状態で前記のセラミックーインサート材(酸化
銅9間の化学反応、インサート材(ムg又はAg−0u
合金)−金属間の原子拡散反応によってセラミックーイ
ンサート材−金属の強固な接合を成就させるのであるが
、インサート材中のAg又はムg−Ou合金が1重量%
以下であると、インサート材部分での上記の鋳ぐるみ、
鋳造状態が不充分となるのである。
0u合金の溶融点〔ムgは960C,^g−Ou 合金
は779C(なお酸化鋼の溶融点は1230Cである〕
〕以上に加熱するので、酸化鋼とAg又はAg−0u
合金がムg又はムg−Ou 合金の溶融による鋳ぐるみ
状態もしくは両者の溶融による鋳造状態が生じ、この高
温活性化状態で前記のセラミックーインサート材(酸化
銅9間の化学反応、インサート材(ムg又はAg−0u
合金)−金属間の原子拡散反応によってセラミックーイ
ンサート材−金属の強固な接合を成就させるのであるが
、インサート材中のAg又はムg−Ou合金が1重量%
以下であると、インサート材部分での上記の鋳ぐるみ、
鋳造状態が不充分となるのである。
本発明方法においては、以上のインサート材をセラミッ
クと金属の間に挿入し、継手を加熱、加圧してセラミッ
クと金属を強固に接合させるのである。
クと金属の間に挿入し、継手を加熱、加圧してセラミッ
クと金属を強固に接合させるのである。
この時、接合温度なAg−0u合金使用時には779C
以上、Ag 使用時には9600以上とするのは4少(
ともインサート材の金属成分を溶融させ、上述した状態
を現出させるためである。
以上、Ag 使用時には9600以上とするのは4少(
ともインサート材の金属成分を溶融させ、上述した状態
を現出させるためである。
また、加圧力を接合材の自N〜5kti/■2とするの
は、接合材の自重以上の加圧力があれば、上記の接合温
度で、セラミックとインサート材及びインサート材と金
属の各接合面の密着性が充分となると共に、インサート
材部分の均質な鋳ぐるみ、鋳造状態等が促進されて充分
な接合性が得られるのであるが、5 kll / tr
rxi’以上の加圧力となると、金属の変形、セラミッ
クの曲げ変形(セラミックに割れ発生〕、インサート材
中の金属成分の溶出等の不具合の発生懸念が増大するた
めである。
は、接合材の自重以上の加圧力があれば、上記の接合温
度で、セラミックとインサート材及びインサート材と金
属の各接合面の密着性が充分となると共に、インサート
材部分の均質な鋳ぐるみ、鋳造状態等が促進されて充分
な接合性が得られるのであるが、5 kll / tr
rxi’以上の加圧力となると、金属の変形、セラミッ
クの曲げ変形(セラミックに割れ発生〕、インサート材
中の金属成分の溶出等の不具合の発生懸念が増大するた
めである。
更に、接合時間を1〜180分とするのは、1分以下で
は反応が不充分で強固な接合が得られず、180分以上
の長時間保持するのは生産効率上問題があるためである
。
は反応が不充分で強固な接合が得られず、180分以上
の長時間保持するのは生産効率上問題があるためである
。
最後にインサート材として酸化銅とAg 又はAg−0
u合金を用いる点であるが、酸化銅は種々の金属酸化物
中、活性に富むと共に融点が低いことよシ選定し、Ag
およびAg−Cu 合金も融点が低く、接合金属〔銅、
ステンレス鋼、Ni、+3u。
u合金を用いる点であるが、酸化銅は種々の金属酸化物
中、活性に富むと共に融点が低いことよシ選定し、Ag
およびAg−Cu 合金も融点が低く、接合金属〔銅、
ステンレス鋼、Ni、+3u。
τi、Mo、W等〕に対して接合性に冨むことよ)選定
したものである。セラミックと金属の接合ではまず良好
な接合を得ること、次いで接合後の冷却過程で両者の熱
膨張係数差で発生する熱応力でセラミックに割れを発生
させないことが必須である。このセラミックの割れ防止
には接合温度を下げることで熱応力を減少させるのが極
めて有効で、そのためには前記インサート材の溶融点は
できるだけ低いことが望ましく、これを大きな要因の1
つとして、酸化銅とムg又はAg−0u合金を選んでい
る。
したものである。セラミックと金属の接合ではまず良好
な接合を得ること、次いで接合後の冷却過程で両者の熱
膨張係数差で発生する熱応力でセラミックに割れを発生
させないことが必須である。このセラミックの割れ防止
には接合温度を下げることで熱応力を減少させるのが極
めて有効で、そのためには前記インサート材の溶融点は
できるだけ低いことが望ましく、これを大きな要因の1
つとして、酸化銅とムg又はAg−0u合金を選んでい
る。
尚、酸化鋼とAg又はkg−Cu 合金の粉末同志をシ
ート化するだけでなく、酸化鋼のみシート化し、Agお
よびAg−Cu 合金は金属板とし、両者を積層して施
こしても良いことは言うまでもない。
ート化するだけでなく、酸化鋼のみシート化し、Agお
よびAg−Cu 合金は金属板とし、両者を積層して施
こしても良いことは言うまでもない。
以上詳述したように本発明方法によれば、セラミックと
金属を簡便に強固に接合することができるのである。
金属を簡便に強固に接合することができるのである。
次に本発明、方法の実施例をあげる。
実施例1
接合材としてA/20. (セラミック)と8841(
金属〕を用い、インサート材として酸化銅90重量%と
AglO重蓋%の混合粉末をポリメタクリル酸メチルを
主成分とするアクリル系樹脂をトルエンに溶解した粘結
剤〔インサート材全重量の10%〕と混合して500μ
の厚さのシートにしたものを用いた。
金属〕を用い、インサート材として酸化銅90重量%と
AglO重蓋%の混合粉末をポリメタクリル酸メチルを
主成分とするアクリル系樹脂をトルエンに溶解した粘結
剤〔インサート材全重量の10%〕と混合して500μ
の厚さのシートにしたものを用いた。
上記インサート材を上記接合材間に挿入し、継手全体Y
10−’TOrr ノX空中で1100tl’に加熱
し、外部から荷重は加えず、接合材の自重のみで10分
間保持した。
10−’TOrr ノX空中で1100tl’に加熱
し、外部から荷重は加えず、接合材の自重のみで10分
間保持した。
上記の接合操作の後、接合部の断面ミクロ組織を観察し
たが、接合欠陥が全くない良好な接合がなされているこ
とが判明した。
たが、接合欠陥が全くない良好な接合がなされているこ
とが判明した。
実施例2
接合材として813N4(セラミック〕とコバ−ル(金
属)を用い、インサート材として酸化鋼60M蓋%とA
g−Cu合金(Ag 501童%−Cu50重量%)4
0重量%の混合粉末をポリメタクリル酸メチルを主成分
とするアクリル系樹脂をトルエンに溶解した粘結剤〔イ
ンサート材全重蓋の20%〕と混合して1000μの厚
さのシートにしたものを用いた。
属)を用い、インサート材として酸化鋼60M蓋%とA
g−Cu合金(Ag 501童%−Cu50重量%)4
0重量%の混合粉末をポリメタクリル酸メチルを主成分
とするアクリル系樹脂をトルエンに溶解した粘結剤〔イ
ンサート材全重蓋の20%〕と混合して1000μの厚
さのシートにしたものを用いた。
上記インサート材を、上記接合材間に挿入し、継手全体
をAr 雰囲気中で12500に加熱し、外部から荷重
は加えず、接合材の自重のみで30分間保持した。
をAr 雰囲気中で12500に加熱し、外部から荷重
は加えず、接合材の自重のみで30分間保持した。
上記の接合操作の後、接合部の断面ミクロ組織な観察し
たが、接合欠陥が全くない良好な接合がなされているこ
とが@明した。
たが、接合欠陥が全くない良好な接合がなされているこ
とが@明した。
実施例3
接合材としてSla (セラミック)とNi (金属)
を用い、インサート材として酸化銅50重蓋%、Ag−
Cu合金(Ag50g童%−Ou 50重蓋%)saM
蓋%の混合粉末tポリメタクリル酸メチルを主成分とす
るアクリル系樹脂をトルエンに溶解した粘結剤(インサ
ート材全重量の50%〕と混合し、100μの厚さのシ
ートにしたものを用いた。
を用い、インサート材として酸化銅50重蓋%、Ag−
Cu合金(Ag50g童%−Ou 50重蓋%)saM
蓋%の混合粉末tポリメタクリル酸メチルを主成分とす
るアクリル系樹脂をトルエンに溶解した粘結剤(インサ
ート材全重量の50%〕と混合し、100μの厚さのシ
ートにしたものを用いた。
上記インサート材を上記接合材間に挿入し、継手全体を
10−’Torrの真空中で1250t:’に加熱し、
加圧力1ky/w2で1時間保持した。
10−’Torrの真空中で1250t:’に加熱し、
加圧力1ky/w2で1時間保持した。
上記の接合操作の後、接合部の断面ミクロ組織を観察し
たが、接合欠陥が全くない良好な結合がなされているこ
とが判明した。
たが、接合欠陥が全くない良好な結合がなされているこ
とが判明した。
実施例4
接合材としてA1203(セラミック)とW、MO。
T1又はQuのそれぞれと組合せたものを用い、インサ
ート材として酸化鋼50重蓋%と1g50重蓋%の混合
粉末をポリメタクリル酸メチルを主成分とするアクリル
系樹脂をトルエンに溶解した粘結剤(インサート材全重
蓋の50%〕と混合して、100μの厚さのシートにし
たものを用いた。
ート材として酸化鋼50重蓋%と1g50重蓋%の混合
粉末をポリメタクリル酸メチルを主成分とするアクリル
系樹脂をトルエンに溶解した粘結剤(インサート材全重
蓋の50%〕と混合して、100μの厚さのシートにし
たものを用いた。
上記インサート材を上記各組合せ接合材間に挿入し、継
手全体を10=Torrの真空中で1050Cに加熱し
、加圧力0−IQ/鱈2で1時間保持した。
手全体を10=Torrの真空中で1050Cに加熱し
、加圧力0−IQ/鱈2で1時間保持した。
上記の接合操作の後、接合部の断面ミク冒組織を観察し
たがいずれの接合組合せKついても、接合欠陥のない良
好な接合がなされていることが判明した。
たがいずれの接合組合せKついても、接合欠陥のない良
好な接合がなされていることが判明した。
復代理人 内 1) 明
復代理人 萩 M 亮 −
Claims (1)
- セラミックと金属を接合するに際して、酸化鋼と、Ag
又はAg−0u 合金との混合体をインサート材として
用い、加熱接合することを特徴とするセラミックと金属
の接合方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19612483A JPS6090875A (ja) | 1983-10-21 | 1983-10-21 | セラミツクと金属の接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19612483A JPS6090875A (ja) | 1983-10-21 | 1983-10-21 | セラミツクと金属の接合方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6090875A true JPS6090875A (ja) | 1985-05-22 |
Family
ID=16352639
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19612483A Pending JPS6090875A (ja) | 1983-10-21 | 1983-10-21 | セラミツクと金属の接合方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6090875A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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CN103273155A (zh) * | 2013-05-10 | 2013-09-04 | 山东大学 | 一种碳化硅陶瓷与铁素体不锈钢的扩散连接方法 |
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-
1983
- 1983-10-21 JP JP19612483A patent/JPS6090875A/ja active Pending
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