JPS61215271A - セラミツクスと金属との接合方法 - 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】 本発明は、セラミックスと金属とを接合面全体で均一に
機械的に強固に溶融接合せしめ、セラミックス−金属乃
至は金属を介したセラミックス−セラミックスの複合材
を形成せしめる場合に好適なセラミックスと金属と、の
接合方法に関する。

（従来の技術） セラミックスは、耐熱性、耐摩耗性、絶縁性等に優れ、
高温構造材、エレクトロニクス部品等に多く用いられて
いるが、難加工性、脆性等のなめ、従来複雑な構造物の
場合には、分割成形された小部品を何らかの方法で接合
集成してつくるとか、脆性を補っ九り導電性を与えるた
めに、金属を接合して複合材とし、それを加工する等の
ことが行われている。特に、セラミックス基板自体の表
面に金属を接合一体化することは、セラミックスの最大
の欠陥である脆性を金属の靭性によって補うことになり
、従って、セラミックス−金属の複合材は、セラミック
スの耐熱性、耐腐食性、耐摩耗性等の優れた性質を最大
限に生かし、しかも他の金属との接合を行う場合にも、
金属−金属の接合を一般的なろう付け、溶接等で行うこ
とを可能とし、加工を容易とする等、構造材、産業用部
品等（＝広く応用実施化可能である。

而して、セラミックス−金属の接合を行う方法としては
、従来節はめ、嵌合等の機械的方法、有機、無機の接着
剤による接着剤法等のほか、活性金属法、耐熱金属等の
ソルダー法等が知られている。機械的方法は、セラミッ
クスが圧縮応力に対して極端に強い点を利用して、金属
の分野で行われている方法を応用したものであり、接着
剤法は単に接着剤を介在させて接合するものである。又
ソルダー法は、たとえば特開昭５５−２７８６１に示さ
れているように、炭酸銀粉末を用いて熱分解時に生じる
その化学的活性作用を利用して、セラミックス表面に金
属銀膜を焼付は形成する活性金属法、或は特開昭５６−
５９６８２に示されているように、銅又はその合金を介
在させてセラミックス表面ζ：ニッケル又はその合金の
金属膜を融着形成する方法等のように、金属をセラミッ
クス表面にソルダー状に溶着させて接合するものである
。

（発明が解決しようとする問題点） しかるに、従来知られている上述の如き方法は、ソルダ
ー法の場合には、特定の金属しか利用できない、加熱条
件、処理雰囲気等が限定される、処理工程が複雑である
。仲介金属が必要である等のほか、接合面が略平坦な面
での接合ではく難し易い等の問題があり、機械的方法の
場合には接合部に応力集中が起き易く、接着剤法の場合
には接着強度、使用可能な温度範囲に限度がある等のほ
か、製造コストが高くつく等の問題があった。

本発明は上述の問題点に鑑み、単に末焼結セラミックス
成形体の表面を機械的に荒した後に、該セラミックス成
形体を末焼結のまま乃至は焼結して後、接合金属を当接
して加熱処理をし、その際に溶融した金属を上記セラミ
ックスの荒した部分に流入せしめ、機械的に確実に、セ
ラミックスの表層に均一な金属層を形成することができ
るようにしたセラミックスと金属との接合方法を提供す
ることを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するためために、本発明は末焼結セラミ
ックス成形体の表層をブラシ様の多針体乃至は網目体等
で機械的に荒した後、該セラミックス成形体を末焼結の
まま乃至は焼結後該表層に接合金属を当接せしめ、該接
合金属の融点以上に加熱処理するようにしたセラミック
スと金属との接合方法を要旨とするものである。

上記ブラシ様の多針体は、たとえばローラーの面上に、
好ましくは０．３〜１．２１！ＩＩ程度の径の金属乃至
は合成樹脂製の針を、多数適宜密度で径方向に突出して
植設形成したものが用いられうる。

針の長さは不揃いであってもよいが、好ましくは全体を
均−長として適宜になし得、セラミックス表面を荒す場
合にその押込み量を調節して行うことができるが、好ま
しくはセラミックスの厚さ、接合する金属の厚さ等の条
件によって、予め押込み量と略均−の長さとしておくの
がよい。又針の突出方向は径方向のみに限らず、径方向
に対してやや傾斜せしめておくこともできる。さらに針
の植設体は、ローラー状の回転体に限らず、適宜大きさ
の平板体であってもよく、その場合の針は板体に対し全
て垂直であってもよいし、全体乃至は一部が板体に対し
傾斜していてもよい。

又網目体の場合は、好ましくは０．３〜１．２鰭程度の
金属乃至は合成樹脂製の線等を、同寸法程度の網目とな
るように編合わせ乃至は一体成形する等によりローラー
状乃至は板状として、セラミックス成形体表層上に所要
の深さで押込み可能に形成じておく。この場合網目形状
は任意の形状とすることができる。

（作用） 上述の本発明方法によれば、セラミックス成形体の末焼
結段階で、その表層部の所要の深さ部分迄を多針体乃至
は網目体等で機械的に荒した後、たとえば接合すべき金
属をその荒した表層上に密着せしめて焼結すれば、該接
合金属の融点を該焼結温度よりも低いものを用いること
により、セラミックスの焼結と同時に接合金属は溶融し
、該セラミックス成形体の表層部の荒れた部分に溶融金
属が流入することになり、その後常温まで徐冷し凝固さ
せれば、表層郡全体で均一にセラミックスと金属が機械
的に確実に接合されることになる。

この場合、表層を荒したセラミックス成形体を焼結後、
接合金属を重合してその融点以上に加熱処理することも
可能である。

尚、接合金属の融点がセラミックスの焼結温度よりも高
い場合でも、本発明方法は適用可能であるが、その溶融
温度がセラミックスの構造の破壊、著しい強度の劣下を
生ぜしめるような温度を必要とするものは適当でない。

ところで、斯くしてセラミックスに金属を一体化したセ
ラミックス−金属複合材に、さらに他の金属を接合する
場合には、該複合材の金属層に対し、従来周知のろう付
け、溶接等を用いることによって、容易に確実に接合さ
せることができる。

又、本発明方法による表層を荒した異なる二枚のセラミ
ックス成形体を、該各荒した面を対向させ、所要の金属
を介在せしめて密着溶融させることにより、両セラミッ
クスの荒した部分に金属が流入されるようにようにすれ
ば、−回の加熱操作で金属を介して強靭性を有したセラ
ミックス同士の複合材が容易に得られる。

さらに、セラミックスの焼結温度よりも高い融点の異種
金属母材に対し、該焼結温度よりも低い融点の接合用金
属を予め接合乃至は重合し、該二層の金属を本発明方法
による表層を荒したセラミックス成形体に、該接合用金
属側が密接するようにして焼結温度以上に加熱すれば、
上記の場合のように接合用金属が溶融してセラミックス
表層の荒れた部分に流入されることになり、一度の加熱
操作で異種金属母材を一体化したセラミックス−金属の
複合材が得られる。

（実施例） 第１図はローラー状の多針体を用いてセラミックス成形
体の表層を荒す状態を示した本発明方法の一説明図、第
２図は表層を荒したセラミックス成形体に金属を当接せ
しめて焼結する状態を示した本発明の他の説明図である
。

本発明方法により、セラミックス成形体と金属とを接合
するには、まず第１図に示すように、末焼結のセラミッ
クス成形体１の表層を、ローラー２の表面に多数の細い
金属乃至は合成樹脂製の骨体３が突出形成された多針体
４をもつて、矢印Ａの如く適宜押圧力及び速度でころが
して荒し部５を形成する。該多針体４のころがし圧力及
び速度は、該多針体４の骨体３によって、セラミックス
成形体１の表層に一定の深さで形成される多数の孔乃至
は溝状部がくずれない程度にして行う。その後、第２図
に示す如く該セラミックス成形体１上の荒し部５を上向
きとなるようにして、その上に所要の複合用金属片６を
密接するように置き、高温炉乃至はバーナ等で該セラミ
ックスの焼結温度以上に加熱する。これによって、該焼
結温度よりも低い融点の金属片６を用いれば、該金属片
６は同時に溶融して、セラミックス表層の荒し部５の孔
乃至は溝等にすき間なく流入すると共に、流入量以上の
溶融金属は均一の厚さでセラミックス上に層を形成する
。かかる後、常温まで全体を徐冷し凝固させれば、セラ
ミックスと金属は、表層において均一に機械的に強固に
接合され、セラミックス−金属の複合材が形成される。

尚、セラミックスの焼結温度は、その種類念とえはアル
ミナ、炭化珪素、窒化珪素、ジルコニア等によって適宜
に設定する。

斯くして、上記セラミックス−金属の複合材は、他の金
属母材を周知のろう付け、溶接等により容易に接合させ
ることができ、たとえば機械や装置の耐熱部材として適
用し、その高温運転を可能とすることができる。

又、斯かる如き基材としてのセラミックスと金属母材と
の接合は、本発明方法によって形成し次表層を荒したセ
ラミックスを用いて、次のようにして行うこともできる
。即ち、第３図に示す如く金属母材７に、予めそれより
も融点の低い金属８を溶接等により接合乃至は単に重合
しておき、本発明によって形成した第２図のセラミック
ス成形体１の荒し部５に対し、矢印の如く上記接合用の
金属８側を密着せしめ、加熱により該金属８を溶融させ
れば、一度の加熱操作で基材としてのセラミックス成形
体１と金属母材７とを容易に接合複合化せしめることが
できる。さらに又、異種乃至は同種のセラミックス同士
を接合する場合には、それらセラミックスを共に本発明
方法によって荒し部５を有するセラミックスとして形成
し、金属を溶融介在させて接合し複合化することができ
る。

即ち、第４図に示す如く、上記と同様の各セラミックス
ＩＡ、ＩＢの荒し部５Ａ、５Ｂ１対向させ、金属片９を
介在させて矢印の如く相互に密着せしめて後、加熱して
該金属片９を溶融すれば、該金セラミックス同士による
複合化をなさしめることができる。斯かる如きセラミッ
クスの複合材は、強靭な耐熱、耐摩耗材として機械、装
置等に適用しうる。

（発明の効果） 以上の如く、本発明方法によれば、末焼結セラミックス
成形体の表面を予め単に機械的に荒したものに対し、接
合金属を該荒し部に密接し加熱処理するだけで、該荒し
部に溶融した接合金属の一部が荒し部に流入し、全体に
均一状態で機械的に強固にセラミックスと接合し、低コ
ストで極めて容易にセラミックス−金属の複合材を得る
ことができ、さらに斯かるセラミックスをもって、異種
金属、異稲乃至は同種のセラミックスとの接合も、容易
に、確実に行わせることができる等の特徴がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はローラー状の多針体を用いてセラミックス成形
体の表層を荒す状態を示した本発明方法の一説明図、第
２図は表層を荒したセラミックス成形伜に金属を当接せ
しめて焼結する状態を示した本発明の他の説明図、第３
図は本発明方法を適用して異種金属母材を同時に接合す
る場合の一例の説明図、第４図は本発明方法を適用して
セラミックス同士を接合する場合の一例の説明図である
。 １、ＩＡ、ＩＢ・・・・・・セラミックス成形体、４・
・・・・・多針体、５，５Ａ、５Ｂ・・・・・・荒し部
、６，９・・・・・・金属片、８・・・・・・接合金属
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 末焼結セラミックス成形体の表層をブラシ様の多針体乃
   至は網目体等で機械的に荒した後、該セラミックス成形
   体を末焼結のまま乃至は焼結後該表層に接合金属を当接
   せしめ、該接合金属の融点以上に加熱処理することを特
   徴とするセラミックスと金属との接合方法。