JPS61146774A - 非酸化物系セラミクス部材を含む接合体の製造方法 - 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、非酸化物系セラミクス部材に■ａ属元素を含
む合金の接合性を利用して合金またはサーメットを接合
させる非酸化物系セラミクス部材を含む接合体の製造方
法に関する。

「従来の技術」 セラミクスは金属に比べて、耐熱性、耐蝕性、硬度、高
温強度、低比重等優れた特性を持っている。しかしセラ
ミクスは曲げに弱く割れやすいので、セラミクスの特性
を生かして使用するには、金属部材との接合が必要とな
る場合が多く、特に構造材料の場合には、鋼等との接合
が必要となる従来セラミクスと金属との接合においては
機械的ながん合法、焼きばめ法、メタライズ後ロウ付け
する方法等がとられているが、７００〜８００°Ｃ以上
の高温で、構造用材料としてセラミクスを用いる場合に
はいずれも強度的に不十分であったなお、酸化物系セラ
ミクスと合金とをメタライズ法により接合したものはあ
るが、非酸化物系セラミクスと金属との接合体で実用に
耐えるものは作られていない。

「発明が解決しようとする問題点」 従来のようにセラミクスと金属とを焼きばめで接合する
と、焼きばめの前に非常に高精度の加工が必要であり、
焼きばめ後に残留応力がセラミクスの強度低下をもたら
して、実用に耐えない、また、非酸化物系セラミクスを
金属とメタライズ法により接合しようとしても、非酸化
物系セラミクスと十分な強度で接合できる金属が知られ
ていないためその接合体として実用に耐えものが製造で
きなかった。

本発明はＳｉｘ　Ｎ　４　、　ＳｉＣ、５ｉＡＩＯＮ等
の非酸化物系セラミクス部材と金属部材を特定元素を含
む金属または化合物を用いることにより機械的な力を用
いることなく、接合後の残留応力を残さずに接合する方
法を与えるものである。

ｒ問題点を解決するための手段」 発明者はセラミクスと金属との間の接合性について種々
の金属材料について検討した結果、ＶＩａ属の元素を含
む金属が接合性に特に優れていることを見いだした。

そこで本発明は、非酸化物系セラミクス部材と■ａ属元
素を含む合金部材とを加熱圧接して、セラミクスと金属
との両特性を生かした接合体を製造できるようにする方
法を提供する。

また、セラミクスとメタルとの中間の性質を有するサー
メットの中には、その金属含有量をコントロールするご
とによりＳｉｚ　Ｎ４　、　ＳｉＣ，５ｉＡＩＯＮ等の
非酸化物系セラミクスと同等の熱膨張係数を示すものが
あり、これらの事実を応用してサーメットとセラミクス
の間に■ａ属の元素を含む金属を重ね合わせて、加熱、
加圧することによりセラミクスとサーメットとの接合体
を製造する方法を提供する。これにより、サーメットの
硬さ１曲げ強度、加工性等を生かして更に良好なセラミ
クスとの接合体が得られ、構造部材として適用できる。

「実施例」 初めに非酸化物系セラミクス部材と、■ａ属元素を含む
合金部材との接合体を製造する実施例を説明する。

（実施例１） 非酸化物系セラミクスとしての５ｉＡ１０　Ｎ部材と、
ＶＩａ属元素を含む合金としてのＳ　Ｕ　Ｓ　３０４部
材とを各々０．８３に研削加工し突き合わせて、１１０
０”Ｃｊ　Ｘ　ｔｏｈｒ−ｃ１０ｋｇ／　ｃｍ”の圧力
で加圧しながら、真空中で熱処理を行なうことにより良
好な接合体を得ることができた。

接合界面をＳＥＭ−ＥＤＸにて分析したところ第１図（
１８００倍拡大写真）に示す５ＩＬｍ程度の反応層には
第２図に示すようなＣｒの拡散反応が生じており１強度
向上に大きく寄与している。なお、第２図の縦軸は元素
の濃度を表わし、横軸は分析位置を表わす、第２図にお
いてＣｒは、Ｓ　Ｕ　Ｓ　３０４内部より反応層に向っ
て減少するが、５ｉＡＩＯＮと反応層境界部において増
大し、Ｓ　Ｕ　Ｓ　３０４内部以上の含有量となってい
る。またＳｉがＳ　Ｕ　Ｓ　３０４側へわずかに拡散し
ているのがわかる。

なお、ＶＩａ属元素を含む合金として、１３Ｇｒ鋼ある
いはＳ　Ｕ　Ｓ　３１Ｂを使用しても同様に良好な接合
体が得られた。

（実施例２） 非酸化物系セラミクスとしての５ｉＡＩＯＮ部材と、■
ａ属元素を含む合金としてのＦｅ　−４２Ｎｉ　−８Ｃ
ｒ合金部材とを各々０．８Ｓに研削加工し突き合わせて
、１１００℃Ｘ　１０ｈｒで１０ｋｇ／ａｍ”の圧力で
加圧しながら、真空中で熱処理を行なうことにより良好
な接合体を得ることができた１、この時の接合強度を曲
げ試験により測定したところ１ａ±３　ｋｇ／腸層２で
あった。

（実施例３） 実施例２の接合を窒素雰囲気中で行なったところ曲げ強
度１２±３　ｋｇ／腸麿よと、真空中で処理したものに
比べさらに高強度であった。

（実施例４） 実施例２において加圧力を変化させた場合０．５〜１０
ｋｇ／ａ１の範囲内、好ましくは、２〜５　ｋｇ／膳１
の範囲で同等の強度を得ることができた。

（実施例５） 実施例２と同一の材料を用いＮ２雰囲気中で熱間静水圧
プレスにより１０００℃Ｘ５ｈｒ、１０００気圧の処理
を行なった場合の強度は１４±２ｋｇ／ｍ■２であった
。また、この場合１０００〜１２００℃で処理を行なっ
ても同等の強度が得られた。

次に非酸化物系セラミクス部材と、サーメット部材との
間にＶＩａ属元素を含む合金を介在させ。

加熱圧着して接合体を製造する実施例を説明する（実施
例６） 非醜化物系セラミクスとしての５ｉＡＩＯＮ部材とＶＩ
ａ属元素を含む合金としてのＩｓ■厚さの４２８合金部
材と、サーメットとしてのＷＣ−５ＴｉＣ−２ＴａＣ−
８Ｇｏ合金部材とを順に重ね、！！５０℃×５ｈｒ、　
１０ｋｇ／ｃ＋ｓ”で加熱圧接したところ、良好な接合
体を得ることができた。

接合界面をＳＥＭ−ＥＤＸにて分析したところ、各元素
の拡散はみられたが、反応層はｔｏｏｏｏ倍の観察によ
ってもみられなかった。よってこの場合、極めて薄い（
０，５ｇｍ以下）反応層しか生じておらず、この点は強
度上も好ましい。

実際、強度は３０±３　ｋｇ／　ｔｉ＋”　と高いもの
が得られ破断は５ｉＡＩＯＮ母材で起こった。これは残
留熱応力により５ｉＡＩＯＮ母材の強度がバルク材引１
゜ｋｇ／脂腸２に対し低下したためであり、接合が極め
て良好であることの裏付けにもなる。また、高温強度を
測定したところ８００℃まで強度低下は見られなかった
。これより、本方法は５ｉＡＬＯＮの高温構造用材料と
しての利用に当り、極めて有益な方法であることがわか
る。

（実施例７） ＴｉＣ−２０％Ｍｏ２Ｃ−１０％ＷＣ−１３ｃｏ−３％
Ｎｉノ組成のサーメット部材と、５ｉＡＬＯＮ組成の非
酸化物系セラミクス部材とを０．８５に研削加工し、そ
の間に、■ａ属元素を含む合金としてのＳ　Ｕ　Ｓ　３
０４部材を０．３−■厚さにして介在させ、１２５０℃
×５ｈｒ、３００ｋｇ／ｃ■２の熱処理を行なったとこ
ろ、曲げ強度１５±３　ｋｇ／　ａｍ”の良好な接合体
が得られた（実施例８） ＴｉＣ−２０％Ｍｏ２Ｃ−１０％ＷＣ−８Ｇｏ−３％Ｎ
１ｃＦ）組成のサーメット部材と、５ｉ１Ｎ４組成の非
酸化物系セラミクス部材とを実施例７と同一条件で接合
した。この場合１曲げ強度は１１±３ｋｇ／ｍ■２であ
った。

なお、上記実施例としての非酸化物系セラミクスとして
、　Ｓｉ３　Ｎ４　、５ｉＡＩＯＮを使用したが、その
他、ＳｉＣでも同様に実施できるものである。

「発明の効果」 以上ノヨうに、Ｓｉ３　Ｎ　４　、　ＳｉＣ、５ｉＡＩ
ＯＮ等の非酸化物系セラミクスと、■ａ属元素を含む合
金との接合体の製造方法、あるいは非酸化物系セラミク
スとサーメットとをＶＩａＪｉｉ元素を含む合金を介在
させて接合体を製造する方法は、セラミクスと金属とを
残留応力を残すことなく接合できる。

また接合強度も太きく８００”Ｃまでの高温での強度低
下もないことにより、セラミクスの高温構造用材料とし
ての用途を広く開くものである。

さらにサーメットとして非酸化物系セラミクスと同等の
熱膨張係数を示すものを使用したときには、高温に対し
より望ましい接合体となる。

【図面の簡単な説明】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）非酸化物系セラミクス部材と、VIａ属元素のうち
   少なくとも１つを含む合金部材とを加熱圧接することに
   よりVIａ属元素を接合面近くで拡散させて接合すること
   を特徴とする非酸化物系セラミクス部材を含む接合体の
   製造方法。
2. （２）非酸化物系セラミクス部材とサーメット部材との
   間に、VIａ属元素のうち少なくとも１つを含む合金を介
   在させ、非酸化物系セラミクス部材とサーメット部材と
   を圧接して加熱することによりVIａ属元素を接合面近く
   で拡散させて接合することを特徴とする非酸化物系セラ
   ミクス部材を含む接合体の製造方法。
3. （３）サーメットは、非酸化物系セラミクス部材の熱膨
   張係数と同一に近いものとなる成分のものを使用する特
   許請求の範囲第２項に記載の非酸化物系セラミクス部材
   を含む接合体の製造方法。