JPS61222965A - セラミツクと金属の接合方法 - Google Patents

セラミツクと金属の接合方法

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JPS61222965A
JPS61222965A JP6347985A JP6347985A JPS61222965A JP S61222965 A JPS61222965 A JP S61222965A JP 6347985 A JP6347985 A JP 6347985A JP 6347985 A JP6347985 A JP 6347985A JP S61222965 A JPS61222965 A JP S61222965A
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JP
Japan
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ceramic
metal
brazing
atmosphere
hip
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Pending
Application number
JP6347985A
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English (en)
Inventor
深谷 保博
章三 平井
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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  • Ceramic Products (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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はセラミックと金属の接合方法に関し、例えば化
学反応器、下水処理装置、抄紙機械、射出成型機、過給
機等、各種の器機のセラミックと金属の接合に応用する
ことができるものである。
(従来の技術) セラミックは耐熱性、耐食性が優れるために、化学機械
、製鉄機械、自動車などの様々な産業分野で適用が検討
されているが、使用にあたっては金属材料との組み合わ
せが必要不可欠となる。これまでにセラミックと金属と
の接合方法として各種開発されてきたが、その主なもの
は。
(1)接着剤法、(2)高融点金属法、(3)溶射法、
(4)酸化物法などがある。これらの概要と欠点は次の
通シである。
(1)接着剤法は、主に有機系接着剤を使用するもので
あるが、5ooc以上の高温では接着剤が分解するので
使用できない。
(2)  高融点金属法は、 Mo、Mo−Mn 等の
高融点金属あるいは合金の粉末を七ラミック上で焼結し
てコーティングし、Ni  メッキを施した後、ろう付
で金属と接合するものであるが、工程が複雑であル、コ
ストが高くなる。
(3)  溶射法は、金属表面に下盛り層としてれ−c
r 合金などを2〜3層溶射した後、セラミック粉末を
プラズマ溶射する方法であるが、工程が複雑であるにも
かかわらず接合強度が低く、またセラミックが多孔質に
なる。
(4】  酸化物法は、セラミックと金属の間に酸化鉛
などの低融点の金属酸化物をろう材として用い、加熱し
てろう付する方法であるが、接合強度が低く、またろう
何時に欠陥が発生し易い。
(発明が解決しよりとする問題点) 本発明は、上記のような欠点のない、セラミックと金属
の簡便かつ強固な接合方法を提案するものである。
(問題点を触決するための手段) 本発BAは、セラミックと金属を接合するにあたル、セ
ラミック表面に、蒸着、無電解メッキなどの手法で金属
皮膜をコーティングした後、熱間静水圧加圧()IrP
)によりコーティング層の密着度を向上させ、その後、
金属材料とろう付または拡散溶接することを特徴とする
七ラックと金属の接合方法に関する。
また、本発明においては、上記手法を施工する際に、セ
ラミックが酸化物系である場合には。
HIPの雰囲気ガス中に酸素を混合し、コーチインク層
の酸化反応を利用して密着度を向上させること、またセ
ラミックが炭化物系である場合にはHIPの雰囲気を弱
浸炭雰囲気とし、同様に密着度を向上させる方法とする
こともできる。
このように本発明においては、コーティングした後にH
IPの工程を加えることによシ、セラミックとコーティ
ング層の原子間の結合力を強固にすることができ、更に
酸化物系セラミックの場合にはHIPの雰囲気ガス中に
わずかに酸素を混合させる、また炭化物系セラミックの
場合にはHIPを弱浸炭雰囲気とすることによシ、コー
ティング層が酸化又は炭化しセラミックと一体焼結し、
原子間の結合力を強固にすることができる。いずれの場
合においてもコーティング層がセラミックと強固に密着
し、その後の金属との接合が完了した時点においてセラ
ミックと金属との良好な接合体を得ることができる。
本発明方法の一実施態様を第1〜3図に示す。
第1.2.3図の順に工程が進む。
第1図の工程では、セラミック1の表面に金属層2をコ
ーティングする。コーティング方法としては真空蒸着、
イオンブレーティングなどの物理蒸着(pvn)や、化
学蒸着(cvn)、無電解メッキなどの手法が採用可能
である。また、コーティング材料には、蒸着の場合では
Ni*Cu、Ti、Orなどの金属が使用でき、無電解
メッキでは、N1−P*N1−B、Cu−P、Cu−B
などの合金が用いられる。
このようにコーティングされたセラミックをjg2図の
工程でHIP装置5内に入れ、ボンベ7から増圧器5管
介して送られる不活性ガスまたは窪素ガスの高圧雰囲気
中6でヒータ4によル高温に加熱する。この時の適正圧
力は100kg/cry’以上2aaa*g7ar’以
下であり、適正温度d700c以上1400C’以下で
ある。数値の設定理由は、それぞれの下限以下の条件で
は、セラミックとコーティング層との原子結合を促進す
るには散らないので、HIPによる密着の向上が起こら
ず、また上限を越える圧力ではHIPの装置製作が困難
であシ、更に温度が上限値を越えるとコーティング層が
溶融し、圧力が伝わらなくなるためである。
また、セラミックが酸化物系のAI!203.zr02
゜MgOなとの場合には、HIPの雰囲気ガス6中に酸
素を0.01%以上2%以下混入させるのも効果的であ
る。0.01%未満では酸素は装置3の内壁やヒータ4
に吸収されて効果が表われず。
2%を越えるとコーティング層2が酸化されすぎ、その
後のろう付拡散溶接の工程に不具合を生ずると共に装置
3の内壁やヒータ4を損傷するので好ましくない。
このようにHXP工程を経た後、第3図の工程でろう付
″または拡散溶接により金属9と接合する。ろう付の場
合には、第3図(A)に示すように、金属層2と金j1
49の間にろう材8をはさみろう付を行ない、拡散溶接
の場合には、第3図(B)に示すように加圧体10によ
シ接合面に垂直な方向の加圧力を加え、金属9と接合す
る。なお、第3図(ム)、(BJ中、11は加圧受台、
12紘真空雰囲気、13はろう付装置、14は拡散溶接
装置である。
(作用) 本発明では、セラミック表面に金属皮膜をコーティング
した後、HIPIP処理)密着を向上させるのを特徴と
している。コーティング皮jIはHIP処理前には、セ
ラミック表面に付着しているだけであるが、HIPで高
温高圧の処理を施すことによル、皮膜がセラミック表面
の凹凸に機械的に喰い込むと共に、皮膜とセラミックの
原子間距離が近づき原子結合が強固になるという作用を
有する。
1、     また、酸化物系セラミックの場合に雰囲
気ガス中に酸素を混入させるのは、金属皮膜の一部を酸
化させることによシ、セラミックとの密着性を向上させ
る作用を有する。これは酸化物と金属とは°直接反応し
難いのであるが、酸化物同志は焼結反応を起こし、強固
な接合体が得られることを利用するものである。即ち、
雰囲気中のわずかな酸素はセラミック上にコーティング
した金属皮膜の一部と反応して酸化物管形成し、これが
高温高圧雰囲気下でセラミックと焼結反応を起こし密着
性を上昇させる。しかも、皮膜中の金属成分のほとんど
の部分は酸化されずに残るので、次工程の金属材料との
ろう付、拡散溶接に対し、効果的なインサート材の役割
を果たす。しかし、雰囲気の酸素含有量が2%を越える
と、コーティングした金属皮膜が酸化され過ぎるために
、セラミックとの密着性は向上しても、金属材料とのろ
う付、拡散溶接が充分に    。
行なわれなくなシ、セラミックと金属との強固な接合体
が得られない。
尚、炭化物系セラミックスの場合には弱浸炭雰囲気を用
いることによル、同様の効果を得ることができる。
(発明の効果) 本発明方法を採用することによ)、従来では得られなか
ったセラミックと金属との強固な接合体を得ることがで
きる。
(実施例) 実施例1 セラミックとして2tx2sx25のSi3N4を用い
、この表面VcNi  をPVDで10μの厚さコーテ
ィングした後、HXP装置に入れ、1zoac、  1
ooo*117oIr2のAr雰囲気で1時間処理を施
工した。その後、6tX25X25のコバール(Fe−
29Ni−17Co 合金)とろう材としてJIS Z
 5261のBAH−8を用いて820C110分間で
真をろう付を行なつ皮。接合強度をせん断試験で測定し
たところ17 kt / m2であ)、ミクロ組織でも
欠陥のない良好な接合体が得られた。
一方、同じ手法でHIPIP処理さない時には接合強度
は3 kjjl / xx2であル、HIPIP処理り
飛躍的に接合性が上昇することが判明した。
実施例2 セラミックに4tX30X40のSi3N4を用い、こ
の表面にN1−B  の無電解メッキを5μの厚さにコ
ーティングした後、900C11200k) / ct
w’のAr雰囲気で1時間1(IP処理を施し大。その
後% 10tX30X40のコバールと拡散溶接で接合
した。拡散溶接条件は温度900C1加圧力1ky/s
m2、接合時間1時間である。
接合強度をせん断試験て測定したところ、23kp/■
2であった。一方、無電解メッキ後HIP処理を施さす
に拡散溶iMを行なった場合には、接合強度は4.6k
P/1112シかなく、HX P 処fM di効果的
に働いていることを確認した。
実施例5 セラミックに2 t x50 x50のu203を用い
、この表面にCu  を厚さ10μ真空蒸着した後、I
(IP処理を施した。HXP条件は1000C1200
0*p7cni’、1時間で、雰囲気ガスにはムr +
 1%02を用いた。HIP後、Ou  を蒸着した面
にNi  メッキを2μの厚さにコーティングを施し喪
後、E3UI3405(5tX5DX50)とろう材と
してBAg−8を用いて820 C。
10分間で真空ろう付を行なった。接合強度をせん断試
験で測定した結果14 kll / m2であった。
同様の方法でHIP時の雰囲気ガスを純Arにした場合
にはせん断強度が7 kp / vt2であシ、雰囲気
中の酸素が接合性に有効に作用していることを確認した
一方、Al2O3表面にCu’i蒸着し、)IIP工程
を省略してN1メッキを施した後、ろう付した場合には
、せん断強度が0.2辱/1II2であった。
実施例4 セラミックに2tX25X25のZ r O2t−用い
、この表面にCu−Pの無電解メッキを7μの厚さにコ
ーティングした後、HXP処理tmした。HIP処理で
は900Cに加熱し、Ar 十0.5%02ガス中で1
s o o *g7cnr’の圧力で2時間処理を行な
った。その後、5US403(6tX25X25)と、
850 C,0,5k)/Io12.2時間の条件で拡
散溶接で接合し、せん断強度を測定したところ12 k
l、/cIt2であった。
同様の方法でHIP時の雰囲気ガスを純Arにした場合
にはせん断強度は2kP/1aI2であ)、HXP工程
を省略した場合には接合直後に自然剥離した。
このことから、弱酸化雰囲気中でのHIP処理が接合強
度の向上に寄与していることが判明した。
【図面の簡単な説明】
第1.2,3図は本発明方法の一実施態様例を工程順に
示す図である。 復代理人 内 1)  明 復代理人 萩 原 亮 −

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. セラミックと金属を接合するにあたり、セラミック表面
    に金属皮膜をコーティングした後、熱間静水圧加圧によ
    りコーティング層の密着度を向上させ、その後金属材料
    とろう付または拡散溶接することを特徴とするセラミッ
    クと金属の接合方法。
JP6347985A 1985-03-29 1985-03-29 セラミツクと金属の接合方法 Pending JPS61222965A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63190770A (ja) * 1987-02-02 1988-08-08 住友電気工業株式会社 高温特性の優れたセラミツクスと金属の接合体
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KR20160122700A (ko) * 2013-12-10 2016-10-24 로저스 저매니 게엠베하 금속-세라믹 기판을 제조하기 위한 방법
WO2021219260A1 (de) * 2020-04-29 2021-11-04 Rogers Germany Gmbh Verfahren zur herstellung eines metall-keramik-substrats und ein metall-keramik-substrat hergestellt mit einem solchen verfahren

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