JPS6121984A - シリコン窒化物、炭化物系セラミツク部材と異種部材の接合方法 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、シリ−コン窒化物（Ｓ　ｌ、Ｎ、　　）　、
炭化物（Ｓ　ｉ　Ｃ）系セツミック部材と異種部材（特
に金属部材）との接合プ）法に係るものである。

〈従来の技術〉 異種材料の接合で最も大きな問題は、線膨張係数の違い
をいかにして解決するかである。

とくに、脆くて全く伸びの期待できないセラミック材料
では、この問題は、より深刻になってくる。

また更に、セラミック材料、特に窒化物系材料では、異
種材料と接合できる様な実用的なロー材そのものが、は
とんど開発されておらず一層やっかいである。

金属や他のセラミック部材に簡単に取付は固定でき、し
かも高温下でも、あるいは激しい熱衝撃下でも安定して
使用できる様な取付１ノ、接合法があれば、これらのセ
ラミックは、より汎用的になってくる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであ
り、金属や他のセラミック部材に簡単に取付【プ、取外
しができ、しかも高温下でも、あるいは激しい熱衝撃下
でも、安定して使用出来る、シリコン窒化物、炭化物系
セラミック部材と異種部材との新規な接合法を提供せん
とりるもので・ある。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明は、接合に際しく−１ （１）接合部に炭素質材料から成る中間層をインサート
する。

（２）上記セラミック部材と中間層は、ロー接によって
＃＆着着体体化せる。

（３）もう一方の異種材と中間層は、機械的な手段によ
って接合部ることをその解決手段とするものである。

〈作用〉 炭素質中間層をイン１ナートし、セラミック部材とは融
着、もう−ｂの異種材とは機械的に接合する事によって
両者を接合するのは、次の様な理由による。

（イ）、炭素質材わｌはシリコン窒化物、炭化物系セラ
ミックとはほとんどおなしような線膨張特性を示すので
、両名を融着しても線膨張の違いによるトラブルは全く
介すしない。

（口〉、炭素質材料は機械加工性が優れているので、あ
らゆる形状に自在に加工できる。またネジ加工、溝加工
の様な加［が容易にできる。

また、炭素質部分に金属片を嵌着、接合することも容易
にできるので・、この金属片に適宜機械加工によってネ
ジ加工等をはとこりこともできる。

従って、部材に貼イ４レプる場合、接合面のあらゆる形
状の変化に容易かつ゛自在に対応出来、隙間なく密着さ
ゼることができる。

（ハ）、（イ）〜（ロ）により、炭素質材料はシリコン
窒化物、炭化物系材料の接合面のあらゆる形状の変化に
自在に対応でき、全く隙間なく密着させることができる
共に、ロー接によって両者を融着させることによって、
両者を全く一体的な構造にすることができる。

また、シリ」ン窒化物、炭化物セラミック部材と炭素質
材料の融着積層体は、高温モでし、また激しい熱衝撃下
でも、安定して使用できる。特に、黒鉛は熱伝導性が良
いので、セラミック部分の熱は、これに速やかに吸収さ
れ１、セラミック部分の耐熱衝撃性は向上する。

（ニ）、もう一方の異種材との接合では、当然材質に応
じて中間層の炭素質材料とは、線膨張係数の差異が生じ
てくるが、この部分は伸び縮みの変化に十分対応できる
ように、両名は物理的に縁の切れた状態、つまり機械的
な締結、嵌合、挿着、枢着、閉合のような手段によって
接合されているので、境界部に熱応力が発生し難く成る
。また炭素質材料は機械加二Ｆ竹が良いので接合のため
のネジや溝加工等が容易に施［できる。

〈実施例〉 次に本発明の実施例を図面によって具体的に説明する。

第１〜４図は本発明の代表的な実施例を示したものであ
る。

第１図は、→ノイノｌロンからなる部材と耐熱鋼部材を
接合したときの５ので・ある。

（１）はサイアｆ］ン部材、（２）は耐熱鋼部材、（３
）は黒鉛系材料（黒鉛の中に窒化ケイ素。

炭化ケイ素、アルミナ等を混ぜたもの）から成る中間層
、（・４）は融礼金属層（Ｓｉ）、（５）は黒鉛中間層
に螺刻したネジ穴、（６〉は（２）と（３）をネジ接合
づるためのボルトである。

接合に際して、部ｖＪ（１）と中間層（３）がＳｉを用
いて融着接合される。

ロー接作業は、ＩＡ界部にシリコンウェハーのような根
状（あるいは粉末状）Ｓｌをはさみ、減圧下（１０−４
Ｔ　ｏ　ｒ　ｒ　＞　−ｃ”　１３３０℃以上に５分間
加熱して行われる。

黒鉛中間層（３）のもう一方の面には、耐熱鋼（２）と
ネジ接合するためのネジ穴が加工される。黒鉛は柔らか
いために、加工は容易である。

中間層（３）と耐熱＆ｉｌ　（２）はボルト（５）を使
って締結される。

中間層の黒鉛系材料は一般的には酸化に弱く、消耗しや
すいが、必要に応じて、表面に耐熱コーティングを施工
すればよい。

一例を挙げると、黒鉛表面に金属シリニ１ンを融着被層
して、これを窒化、浸炭して表面にＳｉ３Ｎ＋やＳｉＣ
の被膜をコーディングすることらできる。尚、本発明に
使用する黒鉛とのロー接祠斜としでは、上側に挙げた金
属Ｓｉの他に、Ｓｉ合金、ＡＯ合金、Ｎ　１−Ｍ０合金
等があるが、最も好ましいのは、Ｓｉ、Ｓｉ合金である
。

これは安価であると共に、境界部での脆弱な拡散層の生
成が非常に少なく、かつ、濡れ性が非常に優れているた
めである。

最も好ましいＳｉ合金は、ＳｉとＴｉ族、■族元素の合
金であり、この場合窒化物セラミックとの濡れ角が実質
的に零になる。

尚ここで、本発明のシリコン窒化物、炭化物系セラミッ
クとは、次のようなセラミックを意味するものである。

（イ）反応焼結窒化ケイ素 （ロ）窒化ケイ素焼結体く酸化物、炭化物、窒化物及び
ホウ化物を含むしの） （ハ）υイア【］ン焼結イ木（Ｓ　ｉ　−Ａ　Ｉ　−０
−Ｎ以外に酸化物、炭化物、窒化物およびホウ化物をふ
くむものもｉ」」） （ニ）反応焼結炭化ケイ素 （ホ）自己焼結炭化ケイ素 ま／、：炭素質材料とは、黒鉛、無定形炭素、およびこ
れらに他の酸化物、窒化物、炭化物材料等が混合された
炭素祠斜一般を指すものである。

第２図は、アリ満て、相手材と接合（嵌着）覆るときの
ものであり、このときは、セラミック部材（１）の接合
側にツノな凹溝を形成し、この中に黒鉛ＵＩ３１（２＞
が加二ｔしてはめ込まれ、境界部（３）は８１等のロー
材で融接される。

黒鉛材料へのアリ溝加工は、融着前あるいは適宜セラミ
ックに融接後なされる。

黒鉛は軟らかいので、この様な溝（４）も容易に加工出
来る。

第３図は、相手材とネジ接合するときのネジ山の強度を
高くするために、黒鉛部分に予め金属のリングをはめこ
み〜黒鉛と接合した後、この金属部分にネジ加■を施し
たものである。（１）・・・セラミック部材、（２）・
・・黒鉛、（３）・・・融鴇層、（４）・・・金属リン
グ、（５）・・・ネジ山。

第４図は、セラミック部材（１）にツノな凹所を形成し
て、この中に黒鉛（２）を加工してはめこみ、黒鉛部に
ネジ穴を形成したものである。

（３）・・・融着層。

黒鉛系中間層と相手材を機械的に接合する手段としては
、上側に挙げたネジ接合、はめこんで接合する嵌着等の
他、通常の締結、挿福、枢る等、種々の手段を取ること
ができ、この種の接合に通常一般的に取られている機械
的な接合、固定手段は全て使用できる３、まｌこ必要に
応じ−Ｃ接る剤等も併用できる。

〈発明の効果〉 本発明は以上の様な神々の態様で実施されるがつぎのよ
うな効果を右覆る。

（１）接合部に熱歪みが発生しない。

（２）接合コストが安価である。

（３）取付Ｅプ、取外しが簡単である。

（４）大形のものも接合出来る。

（５）線膨服の異なるものでも可能である。

（６）窒化物、炭化物の部分の耐熱衝撃性が向上する。

（７）窒化物、炭化物の材料の節約になる（不必要な部
分は炭素材料に呂えてやる）。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は、本発明の代表的な実施例を示したもので
ある。 第１図は、サイｌロンから成る部材と耐熱鋼部材を接合
したときのものである。 第２図は、アリ満を形成して相手材と嵌着したもの。 第３図は、黒鉛部分に金属リングをはめこみ、接合して
、これにネジ加［したもの、。 第４図は、セラミック部Ｈにラフな開所を形成して、こ
の中に黒鉛を加１してはめこんで、ネジ穴を形成したも
のである、。 第１図で、（１）・・・セラミック部材、（２）・・・
耐熱鋼 第２〜４図で、（１）・・・レフミック部材、（２）・
・・黒鉛材料。 特許出願人　有限会社　宮田技研 代表者　　宮田征一部 才１図　　　　才２図 （リ　　　　　　（ｂ） ７４図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリコン窒化物、炭化物系セラミック部材と異種
   部材の接合に際し、該セラミック部材と該異種部材の間
   に炭素質材料からなる中間層をインサートし、該セラミ
   ック部材と該中間層はロー接によつて融着し、一方の異
   種材と炭素質中間層は、機械的な手段によって接合して
   なることを特徴とするシリコン窒化物、炭化物系セラミ
   ック部材と異種部材の接合方法。
2. （２）上記セラミック部材と炭素質中間層のロー接用ロ
   ー材にＳｉあるいはＳｉ合金を使用することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の方法。
3. （３）上記異種部材と炭素質中間層の機械的な接合手段
   として、ネジ接合、あるいは嵌着、挿着、枢着を使用す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項に記
   載の方法。
4. （４）上記炭素質中間層の機械的な接合部分に、リング
   状の金属片を嵌着、接合せしめ、該金属片の表面をネジ
   加工して、上記異種材とネジ接合することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項、第２項、第３項に記載の方法。