JPS6131366A - 接合体の製造方法 - Google Patents
接合体の製造方法Info
- Publication number
- JPS6131366A JPS6131366A JP15200384A JP15200384A JPS6131366A JP S6131366 A JPS6131366 A JP S6131366A JP 15200384 A JP15200384 A JP 15200384A JP 15200384 A JP15200384 A JP 15200384A JP S6131366 A JPS6131366 A JP S6131366A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal
- ceramics
- relaxation layer
- metal material
- nitride ceramic
- 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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- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は窒化物セラミックス材と金属材とを接合した接
合体の製造方法に関する。
合体の製造方法に関する。
最近、セラミックス材料がその優れた緒特性から構造材
料、機能材料等の広い分野で利用されている。その多く
の場合は、セラミックス単体で部品を構成しているが、
より多くの分野でセラミックスを利用するためには、金
属と接合、複合材化が可能であることが必要である。こ
の場合、接合体を構造部品として利用するには十分な接
合強度が要求され、一方、機能部品として利用するには
接合界面での連続性等が要求される。しかしながら、セ
ラミックスと金属は夫夫具なる原子結合状態を有するた
め、金属とセラミックスを接合する場合、それらの反応
性等の化学的性質、熱膨張率、電気伝導度などの物理的
性質は大きく異なる。したがって、両部材を良好に濡ら
し、信頼性の高い冶金的な接合を行なうことは困難であ
る。
料、機能材料等の広い分野で利用されている。その多く
の場合は、セラミックス単体で部品を構成しているが、
より多くの分野でセラミックスを利用するためには、金
属と接合、複合材化が可能であることが必要である。こ
の場合、接合体を構造部品として利用するには十分な接
合強度が要求され、一方、機能部品として利用するには
接合界面での連続性等が要求される。しかしながら、セ
ラミックスと金属は夫夫具なる原子結合状態を有するた
め、金属とセラミックスを接合する場合、それらの反応
性等の化学的性質、熱膨張率、電気伝導度などの物理的
性質は大きく異なる。したがって、両部材を良好に濡ら
し、信頼性の高い冶金的な接合を行なうことは困難であ
る。
ところで、従来より上述した接合体を得るためのセラミ
ックスと金属の接合方法として活性金属を用いる方法（
米国特許第２８５７６６３号明細書）が知られている。
ックスと金属の接合方法として活性金属を用いる方法（
米国特許第２８５７６６３号明細書）が知られている。
この方法は、Ｔｊ、Ｚｒなどの活性金属がＣｕ、Ｎｉ
などの遺制金属との合金化に際してその融点を数百℃も
低下する事実を利用して金属材とアルミナ、フォルステ
ライト、ベリリア、ジルコニアなどの酸化物セラミック
材とを接合する方法である。
などの遺制金属との合金化に際してその融点を数百℃も
低下する事実を利用して金属材とアルミナ、フォルステ
ライト、ベリリア、ジルコニアなどの酸化物セラミック
材とを接合する方法である。
しかしながら、上述した方法により接合体を製造した場
合、該接合体Ｏ使用可能温度は金属材の融点より低い接
合材料の融点によって限定される欠点があった。このた
め、複合材の製造にあたっては、該接合体の一構成材で
あるセラミックスの優れた特性の一つである高温特性を
活かすために、高温で使用可能な接合体の形成が望まれ
ている。
合、該接合体Ｏ使用可能温度は金属材の融点より低い接
合材料の融点によって限定される欠点があった。このた
め、複合材の製造にあたっては、該接合体の一構成材で
あるセラミックスの優れた特性の一つである高温特性を
活かすために、高温で使用可能な接合体の形成が望まれ
ている。
本発明は簡単な工程で、か・り特殊な接合材料を用いず
に、窒化物セラミックス材と金属材との化学的な結合を
達成でき、窒化物セラミックス材の高温特性が活かされ
、かつ熱サイクルに対して優れた接合体の製造方法を提
供しようとするものである。
に、窒化物セラミックス材と金属材との化学的な結合を
達成でき、窒化物セラミックス材の高温特性が活かされ
、かつ熱サイクルに対して優れた接合体の製造方法を提
供しようとするものである。
本発明者らは上述した従来法の問題点を解消すべく鋭意
研究を重ねた結果、窒化物セラミックスは高温の真空中
において表面がその構成元素にわずかに分離することに
着目し、該分離元素を用いて接合することによって、窒
化物セラミックス材と金属材とが緩和層を介して強固に
接合でき、窒化物セラミックス材の高温特性が活かされ
た接合体を製造し得る方法を見い出した。具体的には窒
化物セラミックス、例えばＳｉ、Ｎ４は減圧下、特に窒
素分圧より低い減圧下では、高温での熱処理により次式
のような分解を生、しる。
研究を重ねた結果、窒化物セラミックスは高温の真空中
において表面がその構成元素にわずかに分離することに
着目し、該分離元素を用いて接合することによって、窒
化物セラミックス材と金属材とが緩和層を介して強固に
接合でき、窒化物セラミックス材の高温特性が活かされ
た接合体を製造し得る方法を見い出した。具体的には窒
化物セラミックス、例えばＳｉ、Ｎ４は減圧下、特に窒
素分圧より低い減圧下では、高温での熱処理により次式
のような分解を生、しる。
２８ｉ１Ｎ４ →３Ｓｉ＋２Ｎ１
上記分解により生じるＳｌは温度に応じて固体、液体、
気体となるが、固体として生じたＳｌは８ ｉ ｓ Ｎ
４材から遊離することなく、かつ非常に反応し易い。そ
の結果、該Ｓｉを介して金属材の緩和層と反応させるこ
とによって、８ｉ３Ｎ４材と金属材とが緩和層を介して
強固に接合された接合体を得ることが可能となる。
気体となるが、固体として生じたＳｌは８ ｉ ｓ Ｎ
４材から遊離することなく、かつ非常に反応し易い。そ
の結果、該Ｓｉを介して金属材の緩和層と反応させるこ
とによって、８ｉ３Ｎ４材と金属材とが緩和層を介して
強固に接合された接合体を得ることが可能となる。
即ち、本発明は窒化物セラミックス材の表面層を解離さ
せ、解離によって生じた構成元素と金属材表面に設けら
れた緩和層とを反応させて窒化物セラミックス材と金属
材とを接合することを特徴とするものである。
せ、解離によって生じた構成元素と金属材表面に設けら
れた緩和層とを反応させて窒化物セラミックス材と金属
材とを接合することを特徴とするものである。
一般に、窒化物セラミックスと接合した金属との熱膨張
係数の差が大きく、接合面積が広い場合には、接合体の
特に窒化物セラミックス中に亀裂が生じることが往々に
しである。そこで、この両者の熱膨張係数を整合させる
ことが必要となるが、本発明の方法を損わずに熱膨張係
数の整合を図る方法として、上式で発生するＳｉと反応
可能な金属と窒化物セラミックスと同等あるいはそれ以
下の熱膨張係数を有する材料との複合材料を介すること
が、有効であることを見出した。また、更に該複合材料
の構成が接合すべき窒化物セラミックス側から金属側へ
至るまでに、斬次変化させることにより、一層効果が上
ることが分った。
係数の差が大きく、接合面積が広い場合には、接合体の
特に窒化物セラミックス中に亀裂が生じることが往々に
しである。そこで、この両者の熱膨張係数を整合させる
ことが必要となるが、本発明の方法を損わずに熱膨張係
数の整合を図る方法として、上式で発生するＳｉと反応
可能な金属と窒化物セラミックスと同等あるいはそれ以
下の熱膨張係数を有する材料との複合材料を介すること
が、有効であることを見出した。また、更に該複合材料
の構成が接合すべき窒化物セラミックス側から金属側へ
至るまでに、斬次変化させることにより、一層効果が上
ることが分った。
上記窒化物セラミックスとしては、窒化ケイ素（Ｓｉｌ
Ｎ４）、窒化アルミニウム（ＡｔＮ）、サイアロンを挙
げることができる。
Ｎ４）、窒化アルミニウム（ＡｔＮ）、サイアロンを挙
げることができる。
上記金属材としては、例えば鉄、ニッケル、銅などの遷
板金属、或いはそれらの合金等を挙げることができる。
板金属、或いはそれらの合金等を挙げることができる。
上記緩和層はセラミックスと金属との複合材を用い、実
用上は前記窒化物セラミックスと前記金属材とを用いる
事が好ましい。また緩和層は金属材表面に設けられるが
、その施行方法は適宜選択され、実用上は溶射法を用い
る事が好ましい。
用上は前記窒化物セラミックスと前記金属材とを用いる
事が好ましい。また緩和層は金属材表面に設けられるが
、その施行方法は適宜選択され、実用上は溶射法を用い
る事が好ましい。
上記窒化物セラミックスの表面層の解離手段としては、
ｌＸ１Ｏ−３ｔｏｒｒ以上の真空度にて１２００℃以上
の高温下で熱処理する方法を採用することが望ましい。
ｌＸ１Ｏ−３ｔｏｒｒ以上の真空度にて１２００℃以上
の高温下で熱処理する方法を採用することが望ましい。
本発明方法により製造された複合材は多種、多様な構造
部品、機能部品に適用できる。例えば窒化物セラミック
ス材をタービンロータとし、金属材を軸材としてそれら
を接合することにより、接合強度が高く、かつ高温特性
の優れた過給機を実現できる。
部品、機能部品に適用できる。例えば窒化物セラミック
ス材をタービンロータとし、金属材を軸材としてそれら
を接合することにより、接合強度が高く、かつ高温特性
の優れた過給機を実現できる。
第１図に断面的に示す如く金属材１１としての８ＵＳ３
０４ステンレス鋼の１０ｊ１１の円柱に、緩和層１２と
してグラズマ溶射により８ＵＳ３０４ステンレス鋼と人
１．０．・ＳＩＯ！セラミックスの複合材料をステンレ
ス鋼円柱端１１から新法セラミックスが増加するよう施
工する。なおセラミックスの斬増の度合は端部から表面
に向って０〜５０％で順次変化させた。該複合材料を端
部に有するステンレス鋼円柱−ヒにｌＯ〆の５ｉｌＮ４
棒を突き合せ、真空ホットプレス内に装填した。真空容
器内を３Ｘ１０’Ｔｏｒｒ程度の真空度にした後、１２
００℃に加熱すると共に５φ−の圧力で該円柱を加圧し
、その状態で３分間保持した。冷却後ホットプレスより
取り出し、接合面を顕微鏡を観察したところ、複合材料
中のステンレス鋼部分とＳｔ、Ｎ、とが反応し接合して
いた。
０４ステンレス鋼の１０ｊ１１の円柱に、緩和層１２と
してグラズマ溶射により８ＵＳ３０４ステンレス鋼と人
１．０．・ＳＩＯ！セラミックスの複合材料をステンレ
ス鋼円柱端１１から新法セラミックスが増加するよう施
工する。なおセラミックスの斬増の度合は端部から表面
に向って０〜５０％で順次変化させた。該複合材料を端
部に有するステンレス鋼円柱−ヒにｌＯ〆の５ｉｌＮ４
棒を突き合せ、真空ホットプレス内に装填した。真空容
器内を３Ｘ１０’Ｔｏｒｒ程度の真空度にした後、１２
００℃に加熱すると共に５φ−の圧力で該円柱を加圧し
、その状態で３分間保持した。冷却後ホットプレスより
取り出し、接合面を顕微鏡を観察したところ、複合材料
中のステンレス鋼部分とＳｔ、Ｎ、とが反応し接合して
いた。
更に同一条件で接合した８ ｉｇ Ｎ４ ／５ＵＳ３０
４接合体を引張試験機によって接合強度を評価したとこ
ろ、室温で１２００６／Ｊ、 ９００℃で７５敗−の強
度を第１図は金属材表面に緩和層を設けた状態を示す断
面図。
４接合体を引張試験機によって接合強度を評価したとこ
ろ、室温で１２００６／Ｊ、 ９００℃で７５敗−の強
度を第１図は金属材表面に緩和層を設けた状態を示す断
面図。
１１・・・金属材。
１２・・・緩和層。
代理人 弁理士 則 近 憲 佑
（ほか１名）
Claims (3)
- （１）窒化物セラミックス材の表面層を解離させ、解離
によって生じた構成元素と金属材表面に設けられた緩和
層とを反応させて窒化物セラミックス材を緩和層を介し
て金属材と接合することを特徴とする接合体の製造方法
。 - （２）緩和層が金属とセラミックスの混合体でその比率
が窒化物セラミックス側から金属側へセラミックスの比
率が斬次変化することを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の接合体の製造方法。 - （３）金属とセラミックスの混合体が溶射によって形成
される事を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の接合
体の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15200384A JPS6131366A (ja) | 1984-07-24 | 1984-07-24 | 接合体の製造方法 |
| US06/735,106 US4685607A (en) | 1984-05-21 | 1985-05-17 | Nitride ceramic-metal complex material and method of producing the same |
| EP85303576A EP0162700B1 (en) | 1984-05-21 | 1985-05-21 | Nitride ceramic-metal complex material and method of producing the same |
| DE8585303576T DE3579362D1 (de) | 1984-05-21 | 1985-05-21 | Keramisches material aus nitrid und einem metallkomplex und verfahren zu seiner herstellung. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15200384A JPS6131366A (ja) | 1984-07-24 | 1984-07-24 | 接合体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6131366A true JPS6131366A (ja) | 1986-02-13 |
Family
ID=15530939
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15200384A Pending JPS6131366A (ja) | 1984-05-21 | 1984-07-24 | 接合体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6131366A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012191113A (ja) * | 2011-03-14 | 2012-10-04 | Ihi Corp | プラズマ光源及びプラズマ光源の製造方法 |
-
1984
- 1984-07-24 JP JP15200384A patent/JPS6131366A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012191113A (ja) * | 2011-03-14 | 2012-10-04 | Ihi Corp | プラズマ光源及びプラズマ光源の製造方法 |
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