JPS6090878A

JPS6090878A - セラミツクと金属の接合法

Info

Publication number: JPS6090878A
Application number: JP19922783A
Authority: JP
Inventors: 深谷　保博; 章三平井
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1983-10-26
Filing date: 1983-10-26
Publication date: 1985-05-22

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】本発明は、セラミックと金属の接合法に関し、特にセラ
ミックの割れを防止して金属と接合することのできる方
法に関する。

従来、セラミックと金属の接合方法として（１）接着剤
法、（２）メタライジング法、（３）溶射法等が知られ
ておシ、それぞれ次のような欠点があった。

（１）接着剤法は最も簡便な方法であるが、高温におけ
る接着強度が低く、また腐蝕に対しても弱いという欠点
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
Ｎ１　メッキを施した後、ろう付で金属と接合するとい
った方法であるが、セラミックの種類によって適用がむ
づかしい欠点がある。

（３）　溶射法はセラミック粉末を溶融し、金属に吹き
つけて接着させるが、接合強屓が低く、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、適用セラミッ
ク材質の制限等に欠点があった。

本発明は、斯る欠点を排除するためになされたもので、ｉｌｌ　５１３Ｎ、　、　ＳｉＯ系セラミックと金属の
接合法において、インサート材としてＮ１　又はＮ１　
を５０％以上含有する合金を用い、該インサート材の融
点の１ｉ３以上の温度に加熱することを特徴とするセラ
ミックと金属の接合法、（２１Ｓｊ、Ｎ４．８４０系セ
ラミツクと金属の接合法において、インサート材として
Ｎ１　又はＮ１　を５Ｏチ以上含有する合金を用い、該
インサート材と前記金属との間に熱＃張係数が前記セラ
ミックとほぼ同じＦｅ−Ｎｉ又はＦｅ−Ｍｌ−ｃｏ　合
金を挿入し、前記インサート材の融点の１ｉ３以上の温
度に加熱する仁とを特徴とするセラミックと金属の接合
法、に関するものである。

また、本発明においては、必要に応じて、上記のセラミ
ックと上記のインサート材とを上記の温度で加熱接合し
てサブアセンブリを作シ、該サブアセンブリのインサー
ト材面と金属とをインサート材の融点よシ低融点のハン
ダ、Ａｔろう、ａＵ　ろう、Ａｇ　ろう、Ｎ１　ろう等
のろう材を用いてろう付けすることもできるし、あるい
はこのサブアセンブリのインサート材面と金属とをろう
付する際に、この両者の間に上記の’Ｆ＠−Ｎ４又＃１
Ｆｅ−１１−Ｃｏ　合金を挿入しておくこともできる。

以上のような本発明方法により、セラミックと金属とを
良好に接合し、且つ七ラミックの接合で常に問題となる
セラミックの割れを防止する溶接を可能にする。

本発明は、ガスタービン部品、抄紙機、その他各種のも
のに適用できる。

第１図（Ａ）〜（至）は本発明方法の実施態様例を示す
図である。図中、１は８１．Ｎ４　、８１０系セラミツ
ク、２はＮ１　又はＮ１　を５０％以上含有するＮ１　
合金（例えばＮｉ−０ｒ　、　Ｎｉ−０ｒ−Ｂ　、　Ｎ
ｉ−０ｒ−Ｂ　。

Ｎｉ−０ｒ−Ｂ−１！ｅ−８ｉ　、　ＮｉＮｉ−０ｒ−
Ｂ−Ｆｅ−８１−Ｏｕ−等）のインサート材、３は接合
金属、４＃′ｉ熱膨張係数が５ｉｓＮ４．　ＳｉＯと＃
テソ同じＦｅ−Ｎ１．　Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ　合金の中間
挿入材（熱膨張係数（’／ｒ：　）　、”ｈＮａ・・・
５　Ｘ　１０−＠、８１０−・４　Ｘ　１０−’、Ｐｅ
−４２％　Ｎｉ−５Ｘ　１　０７’、　Ｆｅ−２９％Ｎ
ｉ−１７％Ｏｏ　７−４．５　Ｘ１Ｏ−６）　である。

第１図（Ａ）の方法は、セラミック１と接合金属５０間
にインサート材２を挿入し、インサート材の融点の１７
３以上の温度（上限はセラミック１および接合金属３の
低い方の融点）に加熱し、真空、不活性ガス又は大気中
で拡散済′！ｉ１を行う。

この場合、インサート材２を溶融させる時は無加圧、イ
ンサート材２を溶融させない時は５〜０、０１　ｋｌｌ
／■２の加圧を負荷する。接合時間は５Ｈ以内とする。

第１図（Ｂ）の方法は、第１図（旬の方法において、接
合金属３のセラミック１に対向接合する面に熱膨張係数
がセラミック１と＃１ソ同じＦｅ−Ｍｌ。

Ｆ’Ｑ−Ｎｉ−ＯＱ　合金の中間挿入材４をあらかじめ
、ロール圧延、拡散溶接、爆着等でクラッドしておく場
合である。

第１図（Ｃ）の方法は、セラミック１にインサート材２
ｔ−インサート材１の融点の１１５以上の温度（上限は
セラミックの融点）に加熱し、真空、不活性ガス又は大
気中で、拡散溶接を行ったあとくなお、この拡散溶接に
際し、インサート材１を溶融させる時は無加圧、インサ
ート材１を溶融させない時は５〜ａ０１ゆ／１１１１”
の加圧を負荷する。接合時間は５Ｈ以内とする）、この
サブアセンブリを接合金属３とろう付（インサート材１
の融点より低融点のろう材、例えばハンダ、Ａｊ　ろう
、Ｏｕ　ろう、Ａｇ　ろう、ＩＪｉ　ろう等を用いる）
で接合する。

第１図（ＤＪの方法は、第１図（０）の方法において、
第１図（Ｂ）の方法と同様に接合金属３のセラきツク１
に対向接合する面にｌＦｅ−Ｎｉ　、　ｌＦｅ−Ｎｉ−
Ｃｏ　合金の中間挿入材４をクラッドしておく場合であ
る。

尚、本発明方法において、インサート材２は箔、粉末で
使用することを原則とするが、溶射、蒸着、イオンブレ
ーティング等でセラぐツク１、又は接合金属３、又はＰ
ｅ−Ｍｌ　、　Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ　合金の中間挿入材４
に接着せしめても良い。

また、本発明方法において、インサート材のＮ１　合金
をＮ１　を５０チ以上含有するものに限定するのは、Ｎ
１　含有量が５０チ以下になると、後述するＮ１　の効
果がうすれるためである”。なお、Ｎｉ　合金の場合、
原子直径の小さいＢ含有のものは、ＢがＳｌ、Ｎ、　、
　ＳｉＯに侵入型でよく拡散し、接合効果を一層上昇さ
せることができる。

接合温度をインサート材の融点の１１５以上とするのは
、これ以下の温度では拡散溶接時に溶接時間と加圧力を
過大なものとしなければならず、工業的に成り立たない
ためである。

加圧力の上限を５　ｋｇ／　ｍ”とするのはこれ以上の
圧力を負荷すると脆いセラミックに割れが発生するため
である。下限は、接合温度が高い時は上側になる材料の
自重で足りるため外は零でよいが、接合温度が低い時は
０．０１　ｋｇ　／ｖｍ”程度の加圧は必要である。

接合時間を５Ｈ以内とするのは、接合は当該時間内で完
了するので、これ以上では経済面をはじめとして工業的
に好ましくないためである。

以上詳述した本発明方法による作用効果をまとめると、
次の道シである。

（１１８１ｓＮ４　、　ＳｉＯと金属は物質構造が異な
るため（Ｓｉ、Ｎ４．　ｓｔｃは共有結合、金属は金属
結合）、その接合は極めて困難を伴う。

本発明はインサート材としてＮ１　又はＮ１合金を用い
ることによ、り　、’ｓｌ、ｎ４　ｅ　８１’と本イン
サート材がすぐれた冶金的接合性を示し、良好な継手を
得ることができる。

即ち、８１．Ｎ、　、　８１０には遊離Ｓ１　が存在す
るが、そのＢ１　とＮｉ　、　Ｎ１　合金が高温加熱下
で必要に応じ加圧を加えることによシ、互いに拡散する
と共に、Ｓｌ　はＮｌ　、　Ｎｌ　合金中に固溶しく　
Ｎ１　中のＳｌ　の固溶度は常温において５　ｗｔ％あ
る）、脆化層を生成せず、良好な継手を生成する。一方
、インサート材のＮ１　およびＮ１　合金と接合金属も
しくは中間挿入材はいずれも金属であり、その接合性は
基本的に極めてすぐれており、良好な継手を形成する。

（２）　第１図（Ｂ）ｉ功の方法は、接合金属３のセラ
ミ：、／りに対向する面にＦｅ−Ｎｉ　、　ＸＰｅ−Ｎ
ｉ−＋３ｏ　合金の中間挿入材をクラッドするもので、
これにより延性の極めて低いセラミックに接合後発生す
る熱応力（セラミックと接合金属間の熱膨張係数差によ
シ、接合後の冷却過程で発生する熱応力）を低減せしめ
、セラミックの割れを防止する。

即ち、８１．Ｎ４　の熱膨張係数は５Ｘ１０’″６、Ｓ
ＩＣの熱膨張係数は４×１０−・であり、一方、主要接
合金属のうち、熱膨張係数の大きいものとして、鋼が１
２Ｘ１０″″６、オーステナイトステンレス鋼が１７Ｘ
１０−６、Ｏｕ　が１７Ｘ　１　（１−１、Ｎｉ　が１
５Ｘ１０＝、Ｔ１がａ４Ｘ　１０”’＠である。従って
、これらを高温下で接合したあと、冷却すると大きな熱
応力を発生する。

これに対し熱膨張係数が４．５〜５．　ＯＸ　１０−・
のＦｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ　合金をＳｌ、Ｎ、　
、　８１０と接合金属間に挿入しておけば、８１．Ｎ、
　、　ＥＩＯに発生する熱応力はＦｅ−Ｎ１．　Ｐｇ　
−Ｎｉ−Ｃｏ　合金との熱膨張係数差に依存し、その差
が極めて小さくなるため、応力値が減少し、８’ｌＮ４
ｍ日１ｃの割れ感受性を低下せしめうる。

（３）　第１図（０）、（ＤＪの方法は８１ｓＮａ　、
　ＳｉＯＫ　イア　を−ト材のＮ１　又はＮ１　合金を
接合して、サブアセンブリを作シ、金属との接合はイン
サート材より低融点のろう材を用いるろう付にょシ行う
もので、金属との接合温度が第１図（Ａル（Ｂ）　Ｏ方
法より低くなり、Ｓｌ、Ｎ４．８１０に発生する前記熱
応力が減少し、Ｓｉ、Ｎ、　、　８１０の割れ感受性を
低下せしめうる。

実施例（１）厚さ２１１１ｍの”１ｌＮ４と厚さ２ｍの８８４１の接
合において、インサート材としてＮ１（５０μ箔）を用
い、接合温度１２００℃、加圧力２　ｋｇ／−１接合時
間３０分、接合雰囲気１０−’　Ｔｏｒｒで拡散溶接し
た。

その結果、全面に亘って非接合部のない良好な継手が得
られた。

実施例（２１厚さ２−のｓａｃと厚さ５ｍの８８４１の接合において
、８Ｓ４１に厚さ３ＷのＦｅ−２９％Ｎｉ−１７％Ｃｏ
を予じめ通常の拡散溶接で接合したあと、ｓｌｏとＦ’
ｅ−２９４Ｎｉ−１７％ＯＯ間はインサート材として１
１（ｓｏμ箔）を挿入し、実施例＋１１と同条件で拡散
溶接した。

実施例（３）厚さ２１１１１の５ｌＩＮ、と厚さ５Ｗの５ＵＳ３０４
　ノ接合において、ＳＵＢ　３０４に厚さ３１ｍ１Ｉの
Ｆｅ−４２％Ｎｉを予じめ通常の拡散溶接で接合したあ
と、８１、Ｎ４　とＦｅ−４２％Ｎ１　間にインサート
材としてＮｉ−１０％０ｒ−１５％Ｂ−２．５％Ｆｅ−
２．５４Ｓｉ粉末（溶融点１０５０℃）を挿入したあと
、接合温度１１００℃、接合時間１０分、接合雰囲気１
０−”Ｉ’ｏｒｒ　で接合した。

その結果、全面に亘って非接合部のない良好な継手が得
られた。特に８４．Ｎ４とＳＯ８５０４は５　Ｘ　１０
”　、１７　Ｘ　１０”’と熱膨張係数が太きく異なる
ため、８１３Ｎ４の割れ発生が大きく懸念されたが、Ｆ
ｅ−４２チＭ１が緩衝となシ、割れの発生を防止できた
。

実施例（４）厚さ２■のｓ４ｃと厚さ５ｍの８Ｕ１１１５０４の接合
において、８１ＣにＮ１（ｓｏμ箔）を接合温度１２０
０℃、加圧力１に９／■２、接合時間１Ｈ。

接合雰囲気Ａｒ　で拡散溶接したあと、阻　面とＥＩＵ
Ｓ　！ｌ　０４を対向させ、その間にＡｇ　ろうをはさ
み、ろう付温度８００℃、ろう何時間５分、雰囲気１０
′″４　ＴＯｒｒで接合した。

その結果、全面に亘って非接合部のない良好な継手が得
られた。またろう付温度が低いため、ｓｅａに発生する
熱応力が減少し、ＳａＣの割れ発生が防止できた。

実施例（５）厚さ２ｍの８１０と厚さ１０■のＳＵＢ　５０４の接合
において、５１ａＫｎｔ（ｓｏμ箔）を接合温度１１０
０℃、加圧力５東ｔ！、接合時間２Ｈ１接合雰囲気１０
−’　Ｔｏｒｒで拡散接合した。一方、ＳＵＢ　５０４
に通常の拡散溶接で厚さ５ｍの７１Ｂ−２９４Ｎｉ−１
７％００を接合したあと、このｒｅ　−２９チＮｉ　−
１７チＣＯと上記のＮｉ　面を対向させ、その間にＮ１
　ろうをはさみ、ろう付温度１１００℃、ろう何時間５
分、雰囲気１０””　’ｒｏｒｒでろう付した。

その結果、全面に亘って非接合部のない良好な継手が得
られた。またＳａＣとＳＯ８５０４は４ｘ　ｉ　ｏ−ｍ
７ｒ：、１７　Ｘ　ｊ　ｏ−６／ｒ：　ト熱膨張係数が
大きく異なシ、加えて５Ｕ１３５０４が１０．と厚肉の
ため、ｓｌｃの割れ発生が大きく懸念されたが、Ｆｅ−
２９５ＪＮｉ−１７％Ｃｏ　１１ｇ緩衝となシ、割れの
発生を防止できた。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｄ）は本発明方法の実施態様例を示す
図である。後代理人　内　１）　明復代理人　萩　原　亮　−

Claims

【特許請求の範囲】（１１Ｓｉ、Ｍ、　、　８１０　系セラミックと金属の
接合法において、インサート材としてＮ１　又はＮ１を
５０チ以上含有する合金を用い、該インサート材の融点
の１１５以上の温度に加熱することを特徴とするセラミ
ックと金属の接合法。＋２１　Ｓｉ、Ｎ４．１３１０　系セラミックと金属の
接合法において、インサート材としてＮ１　又はＮ１を
５０チ以上含有する合金を用い、該インサート材と前記
金属との間に熱膨張係数が前記セラミックとほぼ同じｌ
Ｆｅ−Ｎｉ又はＦｅ−Ｎ１−Ｃ。合金を挿入し、前記インサート材の融点の３以上の温度
に加熱することを特徴とするセラミックと金属の接合法
。