JPS61219765A - セラミツクスと金属との複合体 - Google Patents
セラミツクスと金属との複合体Info
- Publication number
- JPS61219765A JPS61219765A JP60058856A JP5885685A JPS61219765A JP S61219765 A JPS61219765 A JP S61219765A JP 60058856 A JP60058856 A JP 60058856A JP 5885685 A JP5885685 A JP 5885685A JP S61219765 A JPS61219765 A JP S61219765A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ceramic
- insert material
- spacer
- metal
- metal composite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Landscapes
- Mechanical Sealing (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Sliding-Contact Bearings (AREA)
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】
〔発明の利用分野〕
この発明は、セラミックス母材を、インサート材を介在
させて金属母材と拡散接合してなるセラミックスと金属
との複合体の改良に関するものであり、水中ポンプなど
のメカニカルシール、一般の軸受けや回転軸、エンジン
部品などの製作に利用できる。
させて金属母材と拡散接合してなるセラミックスと金属
との複合体の改良に関するものであり、水中ポンプなど
のメカニカルシール、一般の軸受けや回転軸、エンジン
部品などの製作に利用できる。
水中ポンプ等のメカニカルシール、一般の軸受け、回転
軸などは耐摩耗性を要求されることから、近年次第にセ
ラミックス化が行われつつある。しかしながら、セラミ
ックスは一般に高価であるためその使用量を少なくする
必要があシ、また加工性も悪いため、メカニカルシール
を例にとると、特開昭５９−８７８６８、特開昭５９−
１７５６７５のようにインサート材を介在させて金属製
台金にセラミックス製シールリングを拡散接合し、摺動
部のみをセラミックス化することが行われている。とこ
ろが、このような接合には一般に高温を必要とするので
、接合後、室温に冷却すると両者間の熱膨張係数差が犬
でおるため接合界面に残留応力が発生し、セラミックス
の破壊や界面の剥離が起るという問題がある。
軸などは耐摩耗性を要求されることから、近年次第にセ
ラミックス化が行われつつある。しかしながら、セラミ
ックスは一般に高価であるためその使用量を少なくする
必要があシ、また加工性も悪いため、メカニカルシール
を例にとると、特開昭５９−８７８６８、特開昭５９−
１７５６７５のようにインサート材を介在させて金属製
台金にセラミックス製シールリングを拡散接合し、摺動
部のみをセラミックス化することが行われている。とこ
ろが、このような接合には一般に高温を必要とするので
、接合後、室温に冷却すると両者間の熱膨張係数差が犬
でおるため接合界面に残留応力が発生し、セラミックス
の破壊や界面の剥離が起るという問題がある。
前述のような接合界面に発生する残留応力に対して、接
合強度を低下させることなくインサート材の塑性変形が
できるようにして前述残留応力を緩和することを目的と
する。
合強度を低下させることなくインサート材の塑性変形が
できるようにして前述残留応力を緩和することを目的と
する。
円形断面、多角形断面または矩形断面のスペーサを包囲
するように、例えばＵ字形断面、円形断面、多角形断面
などに形成せしめたインサート材を介在させて高温高加
圧で拡散接合する。インサート材によるスペーサの包囲
は、実施例に示すように一部包囲でよく、完全包囲であ
りでもよい。
するように、例えばＵ字形断面、円形断面、多角形断面
などに形成せしめたインサート材を介在させて高温高加
圧で拡散接合する。インサート材によるスペーサの包囲
は、実施例に示すように一部包囲でよく、完全包囲であ
りでもよい。
この場合スペーサの材質はインサート材よシ、その接合
条件に於いて硬質であることが望ましく、所定のインサ
ート材厚みを維持出来るものがよい。
条件に於いて硬質であることが望ましく、所定のインサ
ート材厚みを維持出来るものがよい。
更にスペーサリングの表面に耐熱性離型剤を塗布するこ
ともできる。
ともできる。
セラミックスと金属の接合において、第１図のようにイ
ンサート材を用いることは、充分な接合強度が得られ非
常に有効である、しかしながら、例えば拡散接合におい
ては、高温、高加圧を作用させる次めインサート材が著
しく圧縮変形され接合界面には薄い板状となって存在す
ることとなる。
ンサート材を用いることは、充分な接合強度が得られ非
常に有効である、しかしながら、例えば拡散接合におい
ては、高温、高加圧を作用させる次めインサート材が著
しく圧縮変形され接合界面には薄い板状となって存在す
ることとなる。
このため高温接合後、室温に冷却する段階で両者の熱膨
張係数差によって界面に発生する熱応力による塑性変形
が起りにくくなる。即ちインサート材の応力緩和能力が
著しく阻害されることとなる。
張係数差によって界面に発生する熱応力による塑性変形
が起りにくくなる。即ちインサート材の応力緩和能力が
著しく阻害されることとなる。
インサート材の応力緩和効果を発現させるには、インサ
ート材の厚みを大にすることであるが、ＡｔｈるいはＡ
ｔ合金等の柔軟な金属をインサート材とし次場合、高温
、高加圧を作用させると著しい変形をおこし、接合部外
にはみ出し期待する厚みを確保することが出来ない。
ート材の厚みを大にすることであるが、ＡｔｈるいはＡ
ｔ合金等の柔軟な金属をインサート材とし次場合、高温
、高加圧を作用させると著しい変形をおこし、接合部外
にはみ出し期待する厚みを確保することが出来ない。
従って、インサート材厚みを大とするには接合条件を低
温、低加圧とせねばならないこととなり、充分な接合強
度を得ることが出来ない。
温、低加圧とせねばならないこととなり、充分な接合強
度を得ることが出来ない。
ところが、この発明においては、例えばＵ字形断面のイ
ンサート材の腹部が、金属母材に引張られて容易に塑性
変形をおこし界面の残留応力を緩和することとなり、セ
ラミックスの破壊を防止することが出来る。
ンサート材の腹部が、金属母材に引張られて容易に塑性
変形をおこし界面の残留応力を緩和することとなり、セ
ラミックスの破壊を防止することが出来る。
また、離型剤はスペーサとインサート材との接合を防ぎ
、セラミックスリングにスペーサの熱挙動を作用させな
い効果がある。
、セラミックスリングにスペーサの熱挙動を作用させな
い効果がある。
（実施例１）
セラミックスリング（炭化ケイ素焼結体；外径１８２ｍ
、内径１７０■、厚さ１０■）とステンレス台金（Ｓｕ
Ｓ８０４ ；外径１９２鱈、内径１５０ｍ、厚さ１２
ｗｍ ） 、スペーサリング（８８４１；外径１７８１
ａ１、内径１７０ｍ、厚さ４ｆｌ、各自はＲ１の面取シ
）、Ｕ字形インサート材（Ａｔ、ＪＩＳＡ１０５０；外
径１８２ｍ、内径１７０ＩＩｌ１１１厚さ８■、肉厚２
■）を用い、セラミックスリング、ステンレス台金、イ
ンサート材はアセトン中で１０分間超音波洗浄した、ス
ペーサリングは表面を簡単にアセトン脱脂後、ここにボ
ロン粉末を塗布した。これらを第２図の様に構成して、
約１０−’ Ｔｏｒｒ、の真空中、２ ｋｇ ／ ｗ−
の加圧を作用させ、６１０℃×８０分間拡散接合した。
、内径１７０■、厚さ１０■）とステンレス台金（Ｓｕ
Ｓ８０４ ；外径１９２鱈、内径１５０ｍ、厚さ１２
ｗｍ ） 、スペーサリング（８８４１；外径１７８１
ａ１、内径１７０ｍ、厚さ４ｆｌ、各自はＲ１の面取シ
）、Ｕ字形インサート材（Ａｔ、ＪＩＳＡ１０５０；外
径１８２ｍ、内径１７０ＩＩｌ１１１厚さ８■、肉厚２
■）を用い、セラミックスリング、ステンレス台金、イ
ンサート材はアセトン中で１０分間超音波洗浄した、ス
ペーサリングは表面を簡単にアセトン脱脂後、ここにボ
ロン粉末を塗布した。これらを第２図の様に構成して、
約１０−’ Ｔｏｒｒ、の真空中、２ ｋｇ ／ ｗ−
の加圧を作用させ、６１０℃×８０分間拡散接合した。
この後、室温に冷却したが、セラミックスリングには全
く異状がなく良好な接合体が得られた。
く異状がなく良好な接合体が得られた。
（参考例１）
実施例１と同様のセラミックスリング、ステンレス台金
と、別のインサート材（Ａｔ、ＪＩＳＡ１０５０ｉ外径
１８２ｍ＋、内径１７０５ｍ＋、厚さ２ｍ）をアセトン
中で１０分間超音波洗浄した。この後、これらを第１図
の様に構成して、実施例１と同様の条件で拡散接合した
、この後炉冷を行い室温に冷却して取り出して観察した
ところセラミックスリングは円周方向にある角度をせん
断破壊していた。このときセラミックスリングの周辺に
は、第１図の様なＡｔの著しいはみ出しがあり、接合部
のＡｔの残留厚みは約１■であつＬ０但し。
と、別のインサート材（Ａｔ、ＪＩＳＡ１０５０ｉ外径
１８２ｍ＋、内径１７０５ｍ＋、厚さ２ｍ）をアセトン
中で１０分間超音波洗浄した。この後、これらを第１図
の様に構成して、実施例１と同様の条件で拡散接合した
、この後炉冷を行い室温に冷却して取り出して観察した
ところセラミックスリングは円周方向にある角度をせん
断破壊していた。このときセラミックスリングの周辺に
は、第１図の様なＡｔの著しいはみ出しがあり、接合部
のＡｔの残留厚みは約１■であつＬ０但し。
セラミックスリングとステンレス台金はＡｔを介して良
好に接合していた。
好に接合していた。
（参考例２）
実施例１と同様のセラミックスリング、ステンレス台金
、インサート材を用いて、約１０Ｔｏｒｒ真空中、６１
０℃×８０分間、加圧０．５紛／−として拡散接合した
ところ、セラミックスリジグの破壊は生じなかったが、
接合強度が非常に弱く、部分的には剥離した状態であっ
た。このとき、Ａｔのはみ出しはほとんどなく、又接合
部のＡｔの残留厚みは約２ｍであった。
、インサート材を用いて、約１０Ｔｏｒｒ真空中、６１
０℃×８０分間、加圧０．５紛／−として拡散接合した
ところ、セラミックスリジグの破壊は生じなかったが、
接合強度が非常に弱く、部分的には剥離した状態であっ
た。このとき、Ａｔのはみ出しはほとんどなく、又接合
部のＡｔの残留厚みは約２ｍであった。
（参考例３）
実施例３と同様で、約１０Ｔｏｒｒ、の真空中、５５０
℃×３０分間、加圧２神／−で拡散接合したところ、β
前例２とほぼ同様の結果となった。
℃×３０分間、加圧２神／−で拡散接合したところ、β
前例２とほぼ同様の結果となった。
（その他の実施例）
セラミックスとしては、アルミナ、ジルコニアサイアロ
ン、マグネシア等の酸化物系セラミックス、窒化ケイ素
等の非酸化物系セラミックスに適用できる。インサート
材としてはアルミニウム、アルミニウム合金、アルミニ
ウムブレージング材アルミニウムクラツド板、繊維ある
いは粉末強化アルミニウム材が、スペーサ材としては一
般の鉄及び非鉄金属、セラミックスあるいはこれらの複
合材が適用できる。
ン、マグネシア等の酸化物系セラミックス、窒化ケイ素
等の非酸化物系セラミックスに適用できる。インサート
材としてはアルミニウム、アルミニウム合金、アルミニ
ウムブレージング材アルミニウムクラツド板、繊維ある
いは粉末強化アルミニウム材が、スペーサ材としては一
般の鉄及び非鉄金属、セラミックスあるいはこれらの複
合材が適用できる。
又、インサート材及びスペーサの断面形状は、前者は塑
性変形しやすいほぼＵ字形、後者は接合加圧を受けとめ
、且、セラミックスとインサート材、及びインサート材
と合金金属、それぞれの接合面積を充分確保できる形状
であればよい。例えば、インサート材は第４図のような
断面形状であってもよい。
性変形しやすいほぼＵ字形、後者は接合加圧を受けとめ
、且、セラミックスとインサート材、及びインサート材
と合金金属、それぞれの接合面積を充分確保できる形状
であればよい。例えば、インサート材は第４図のような
断面形状であってもよい。
以上の通りこの発明によれば、接合後の冷却過程で熱膨
張係数差によって生じる接合界面の残留応力を緩和でき
セラミックスの破壊を防止できる０また、実用時、複合
体に作用する熱衝撃を緩和でき、セラミックスの破壊を
防止することもできる０
張係数差によって生じる接合界面の残留応力を緩和でき
セラミックスの破壊を防止できる０また、実用時、複合
体に作用する熱衝撃を緩和でき、セラミックスの破壊を
防止することもできる０
図面は、この発明の実施例、従来技術および参考例を示
すものであって、第１図ないし第４図は断面図である。 図面において１はセラミックスリング（セラミックス母
材）、２はステンレス台金（金属母材）、３はインサー
ト材、４ｉｄスペーサリング（スヘー、す）、５は離型
剤である。
すものであって、第１図ないし第４図は断面図である。 図面において１はセラミックスリング（セラミックス母
材）、２はステンレス台金（金属母材）、３はインサー
ト材、４ｉｄスペーサリング（スヘー、す）、５は離型
剤である。
Claims (9)
- （１）セラミックス母材と金属母材とを、インサート材
を介在させて拡散接合してなるセラミックスと金属との
複合体において、 前記インサート材は、加熱に対してこのインサート材よ
り硬質のスペーサを包囲してなる前記セラミックスと金
属との複合体。 - （２）前記インサート材は、Ｕ字形断面をなして前記ス
ペーサを包囲してなる特許請求の範囲第１項記載のセラ
ミックスと金属との複合体。 - （３）前記インサート材は、円形断面をなして前記スペ
ーサを包囲してなる特許請求の範囲第１項記載のセラミ
ックスと金属との複合体。 - （４）前記インサート材は、多角形断面をなして前記ス
ペーサを包囲してなる特許請求の範囲第１項記載のセラ
ミックスと金属との複合体。 - （５）前記インサート材の断面は一体的に形成されてな
る特許請求の範囲第２項ないし第４項記載のセラミック
スと金属との複合体。 - （６）前記インサート材の断面は、複数に分割されてな
る特許請求の範囲第２項ないし第４項記載のセラミック
スと金属との複合体。 - （７）前記インサート材は、前記スペーサを完全に包囲
してなる特許請求の範囲第３項および第４項記載のセラ
ミックスと金属との複合体。 - （８）前記インサート材は、前記スペーサを一部包囲し
てなる特許請求の範囲第３項および第４項記載のセラミ
ックスと金属との複合体。 - （９）前記インサート材は、前記スペーサとの間に離型
材を施してなる特許請求の範囲第１項ないし第８項記載
のセラミックスと金属との接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60058856A JPS61219765A (ja) | 1985-03-22 | 1985-03-22 | セラミツクスと金属との複合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60058856A JPS61219765A (ja) | 1985-03-22 | 1985-03-22 | セラミツクスと金属との複合体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61219765A true JPS61219765A (ja) | 1986-09-30 |
Family
ID=13096334
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60058856A Pending JPS61219765A (ja) | 1985-03-22 | 1985-03-22 | セラミツクスと金属との複合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61219765A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20180297900A1 (en) * | 2014-01-24 | 2018-10-18 | United Technologies Corporation | Method of Bonding a Metallic Component to a Non-Metallic Component Using a Compliant Material |
| JP2021139432A (ja) * | 2020-03-05 | 2021-09-16 | クアーズテック株式会社 | 摺動部品 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5636103U (ja) * | 1979-08-27 | 1981-04-07 |
-
1985
- 1985-03-22 JP JP60058856A patent/JPS61219765A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5636103U (ja) * | 1979-08-27 | 1981-04-07 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20180297900A1 (en) * | 2014-01-24 | 2018-10-18 | United Technologies Corporation | Method of Bonding a Metallic Component to a Non-Metallic Component Using a Compliant Material |
| US10752557B2 (en) * | 2014-01-24 | 2020-08-25 | Raytheon Technologies Corporation | Method of bonding a metallic component to a non-metallic component using a compliant material |
| JP2021139432A (ja) * | 2020-03-05 | 2021-09-16 | クアーズテック株式会社 | 摺動部品 |
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