JPS6131368A - セラミツクスと金属の接合方法 - Google Patents
セラミツクスと金属の接合方法Info
- Publication number
- JPS6131368A JPS6131368A JP15445484A JP15445484A JPS6131368A JP S6131368 A JPS6131368 A JP S6131368A JP 15445484 A JP15445484 A JP 15445484A JP 15445484 A JP15445484 A JP 15445484A JP S6131368 A JPS6131368 A JP S6131368A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- strength
- metal
- ceramics
- coefficient
- thermal expansion
- 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.)
- Granted
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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】
産業上の利用分野
この発明はセラミックスと金属の接合方法、特に低い熱
膨張係数を有するＳｉ ｉＮ＋・ＳＬＣ基セラミックス
と金属との接合方法に関するものである。
膨張係数を有するＳｉ ｉＮ＋・ＳＬＣ基セラミックス
と金属との接合方法に関するものである。
従来の技術
近年、高温高強度部品としてセラミックスを用いること
が行なわれており、なかでも１０００℃を超える温度領
域においても高強度、耐食性を維持する窒化珪素、炭化
珪素などの非酸化物系セラミックスが注目され、各方面
ですぐれた特性をもった素材が開発されている。
が行なわれており、なかでも１０００℃を超える温度領
域においても高強度、耐食性を維持する窒化珪素、炭化
珪素などの非酸化物系セラミックスが注目され、各方面
ですぐれた特性をもった素材が開発されている。
しかしながら、これらのセラミックスは難加工性であり
、形状付与が困難であるため、その実用化は素材開発に
比べて遅れ気味であった。
、形状付与が困難であるため、その実用化は素材開発に
比べて遅れ気味であった。
発明が解決しようとする問題点
この問題を解決する一方法としてセラミックスをセラミ
ックスあるいは金属と接合することが考えられ、検討さ
れているが、非酸化物系セラミツクスの場合、従来の酸
化物系セラミックスの接合に用いられてきたいわゆる比
−１法によるメタライズ、Ｎ−Ｏｓ −Ｃａ Ｏ系酸化
物を用いる酸化物ソルダー法等は適用が困難であり、機
械的圧力の助けを借りた拡散接合法が主になっているの
が現状である。
ックスあるいは金属と接合することが考えられ、検討さ
れているが、非酸化物系セラミツクスの場合、従来の酸
化物系セラミックスの接合に用いられてきたいわゆる比
−１法によるメタライズ、Ｎ−Ｏｓ −Ｃａ Ｏ系酸化
物を用いる酸化物ソルダー法等は適用が困難であり、機
械的圧力の助けを借りた拡散接合法が主になっているの
が現状である。
拡散接合法によれば、一般に高い接合強度を得ることが
可能であるが、能率が悪く、しかも複雑形状部品には使
用できないという欠点があった。
可能であるが、能率が悪く、しかも複雑形状部品には使
用できないという欠点があった。
問題点を解決するための手段
この発明は上記の欠点を解決し、比較的簡単な方法でセ
ラミックスと金属を接合するべく検討の結果、見出され
たものである。
ラミックスと金属を接合するべく検討の結果、見出され
たものである。
即ち、この発明はセラミックスと金属とを接合するに当
り、両名の間に高強度部品を介在させ、この高強度部品
とセラミックスとを焼きばめ法によって接合することを
特徴とするものである。
り、両名の間に高強度部品を介在させ、この高強度部品
とセラミックスとを焼きばめ法によって接合することを
特徴とするものである。
作 用
さらに詳しく、図面にてこの発明の接合方法を説明する
と、第１図に示すようにセラミックス１にタングステン
合金や超硬合金（ＷＣ−Ｃｏ）等の高強度部品３を接合
部が実際に使用される時に曝される温度より高温で相分
わせ、冷却することによって接合した後、高強度部品３
と金属２をろう付け、溶接等の公知の方法で接合して接
合体を製造するものである。
と、第１図に示すようにセラミックス１にタングステン
合金や超硬合金（ＷＣ−Ｃｏ）等の高強度部品３を接合
部が実際に使用される時に曝される温度より高温で相分
わせ、冷却することによって接合した後、高強度部品３
と金属２をろう付け、溶接等の公知の方法で接合して接
合体を製造するものである。
この方法はもともとセラミックスと金属との接合体の製
造を対象としているが、高強度部品を適当な形状に加工
することにより、セラミックス同志の接合にも応用可能
である。
造を対象としているが、高強度部品を適当な形状に加工
することにより、セラミックス同志の接合にも応用可能
である。
ここでこの発明において、セラミックスと金属との接合
に高強度部品を介在させるのは、使用時の高強度部品そ
のものの強度維持は勿論、接合体を高温で作製後室温ま
で冷却する間の塑性変形を最少限にとどめ、接合部が使
用温度に達した時の接合強度低下を少なくするためであ
る。
に高強度部品を介在させるのは、使用時の高強度部品そ
のものの強度維持は勿論、接合体を高温で作製後室温ま
で冷却する間の塑性変形を最少限にとどめ、接合部が使
用温度に達した時の接合強度低下を少なくするためであ
る。
また、高強度部品の熱膨張係数を１１Ｘ１０×１０−６
／ｋ以下とする理由は、同係数が１１ｘ１０−＞ｋを超
える場合にはセラミックスとの熱膨張係数の差が大きく
、接合体を室温まで冷却した時、高強度部品が熱応力に
よって大きく塑性変形し、接合部が再び使用温度に達し
た時、接合強度が大きく低下したり、接合部が完全に離
れることがあるためである。
／ｋ以下とする理由は、同係数が１１ｘ１０−＞ｋを超
える場合にはセラミックスとの熱膨張係数の差が大きく
、接合体を室温まで冷却した時、高強度部品が熱応力に
よって大きく塑性変形し、接合部が再び使用温度に達し
た時、接合強度が大きく低下したり、接合部が完全に離
れることがあるためである。
例えば熱膨張係数が１３Ｘ１０／ｋ 、ヤング率が１．
９Ｘ １０１ｑ４の高強度物質と窒化珪素（熱膨張係数
３×１σンｋ、ヤング率３．ＯＸ １〇−一）を５００
℃で焼きばめ法により接合した場合には、塑性変形を考
えなければ、Ｖ潟まで冷却した時高強度部品には９０−
４に近い引張り応力が生じるため、実際には塑性変形が
生じる。
９Ｘ １０１ｑ４の高強度物質と窒化珪素（熱膨張係数
３×１σンｋ、ヤング率３．ＯＸ １〇−一）を５００
℃で焼きばめ法により接合した場合には、塑性変形を考
えなければ、Ｖ潟まで冷却した時高強度部品には９０−
４に近い引張り応力が生じるため、実際には塑性変形が
生じる。
このような部品を再加熱した場合には、５００℃以下で
接合部が完全に離れてしまうのである。
接合部が完全に離れてしまうのである。
高強度部品の熱膨張係数および焼きばめ時の温度は、使
用時の接合部温度によって限定される。
用時の接合部温度によって限定される。
即ち、使用時の接合温度が高いほど高強度部品の熱膨張
係数を低く、焼きばめ時の温度を高くする必要がある。
係数を低く、焼きばめ時の温度を高くする必要がある。
例えばセラミックスが窒化珪素で、使用時の温度が５０
０℃の場合には、焼きばめ時の温度は１０００℃以上が
、またそれに対応する高強度部品の熱膨張係数はａｘ１
０×１０−６／ｋ以上、７ｘ１０×１０−６／ｋ以下で
あることが必要であるが、使用時の温度が２５０℃程度
であれば、焼きばめ時の温度は５００℃以上でよく、そ
れに対応する高強度部品の熱膨張率は５ｘ１０”×１０
−６／ｋ以上、１１×１Ｃンｈ以下となる。
０℃の場合には、焼きばめ時の温度は１０００℃以上が
、またそれに対応する高強度部品の熱膨張係数はａｘ１
０×１０−６／ｋ以上、７ｘ１０×１０−６／ｋ以下で
あることが必要であるが、使用時の温度が２５０℃程度
であれば、焼きばめ時の温度は５００℃以上でよく、そ
れに対応する高強度部品の熱膨張率は５ｘ１０”×１０
−６／ｋ以上、１１×１Ｃンｈ以下となる。
高強度部品としては、高温における強度、耐食性にすぐ
れているタングステン−銅合金などのタングステンまた
はモリブデン基台金、超硬合金＜ＷＣ−Ｃｏ） 、炭化
チタン基サーメット、ＮＬ基超超硬合金どが好ましい。
れているタングステン−銅合金などのタングステンまた
はモリブデン基台金、超硬合金＜ＷＣ−Ｃｏ） 、炭化
チタン基サーメット、ＮＬ基超超硬合金どが好ましい。
この発明においてセラミックス１と金属２の間に高強度
部品３を介在させる効果をより大きくするためには、第
２図に示すように高強度部品３と金属２の接合部５をセ
ラミックスとの接合部４と分離したり、第３図のように
、高強度部品３とセラミックス１の接合部４をテーパー
加工し、焼きばめ冷却後ご６の部分に熱膨張率の大きな
物質を介在させることや、セラミックス接合部に凹凸を
つけること等が有効である。
部品３を介在させる効果をより大きくするためには、第
２図に示すように高強度部品３と金属２の接合部５をセ
ラミックスとの接合部４と分離したり、第３図のように
、高強度部品３とセラミックス１の接合部４をテーパー
加工し、焼きばめ冷却後ご６の部分に熱膨張率の大きな
物質を介在させることや、セラミックス接合部に凹凸を
つけること等が有効である。
なお図面には接合部が円柱の場合のみを示したが、接合
部断面形状は自由に決めることができる。
部断面形状は自由に決めることができる。
実 施 例
以下、この発明を実施例により説明する。
実施例１
窒化珪素製円柱に高強度部品として第２図に示すような
形状のモリブデン合金（熱膨張係数６．５ｘ１０×１０
−６／ｋ、常温引張り強度８０ｋｇ櫨）を人気中８００
℃で組み合わせ、６５０℃まで冷却後銀ろう（Ｂ〜−１
）を用いて銅をろう付けしたところ５００℃で接合強度
が零となる窒化珪素−銅接合体が得られた。
形状のモリブデン合金（熱膨張係数６．５ｘ１０×１０
−６／ｋ、常温引張り強度８０ｋｇ櫨）を人気中８００
℃で組み合わせ、６５０℃まで冷却後銀ろう（Ｂ〜−１
）を用いて銅をろう付けしたところ５００℃で接合強度
が零となる窒化珪素−銅接合体が得られた。
実施例２
射出成形法によって成形したのち常圧焼結した窒化珪素
製排気フィンの軸に高強度部品として第２図に示す如き
形状のタングステン−銅合金（熱膨張係数ｓ、ａｘ １
０／ ｋ 、常温引張り強度８０１「を真空中１１００
℃で組合わせ、常温まで冷却後アルミニウム合金製コン
プレッションホイールと溶接することにより接合温度が
４００℃まで上昇しても接合部が離れないターボチャー
ジャーロータが得られた。
製排気フィンの軸に高強度部品として第２図に示す如き
形状のタングステン−銅合金（熱膨張係数ｓ、ａｘ １
０／ ｋ 、常温引張り強度８０１「を真空中１１００
℃で組合わせ、常温まで冷却後アルミニウム合金製コン
プレッションホイールと溶接することにより接合温度が
４００℃まで上昇しても接合部が離れないターボチャー
ジャーロータが得られた。
効 果
上２のように、セラミックスと金属を接合するに当り、
両者の間に熱膨張係数が４．ＯＸ １０／ ｋ以上、１
１．ＯＸ １０／ ｋ以下、常温における引張り強度が
６０均一以上の高強度物質を介在させることにより、数
１００℃の温度で使用可能な接合体が得られることが認
められた。
両者の間に熱膨張係数が４．ＯＸ １０／ ｋ以上、１
１．ＯＸ １０／ ｋ以下、常温における引張り強度が
６０均一以上の高強度物質を介在させることにより、数
１００℃の温度で使用可能な接合体が得られることが認
められた。
第１図乃至第３図はいずれもこの発明の接合方法の一実
施例を示す断面図である。
施例を示す断面図である。
Claims (4)
- （１）セラミックスと金属の接合において、両者間に熱
膨張係数が４．０×１０＾−＾６／ｋ以上、１１．０×
１０＾−＾６／ｋ以下であつて常温における引張り強度
が６０ｋｇ／ｍｍ＾２以上の性質を有する高強度部品を
介在させることを特徴とするセラミックスと金属の接合
方法。 - （２）セラミックスが窒化珪素または／および炭化珪素
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のセ
ラミックスと金属の接合方法。 - （３）高強度部品がタングステンまたはモリブデン基合
金、超硬合金、炭化チタン基サーメット、Ｎｉ基超合金
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のセ
ラミックスと金属の接合方法。 - （４）セラミックスと高強度部品を焼きばめ法にて接合
することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のセラ
ミックスと金属の接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15445484A JPS6131368A (ja) | 1984-07-25 | 1984-07-25 | セラミツクスと金属の接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15445484A JPS6131368A (ja) | 1984-07-25 | 1984-07-25 | セラミツクスと金属の接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6131368A true JPS6131368A (ja) | 1986-02-13 |
| JPH0573715B2 JPH0573715B2 (ja) | 1993-10-14 |
Family
ID=15584573
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15445484A Granted JPS6131368A (ja) | 1984-07-25 | 1984-07-25 | セラミツクスと金属の接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6131368A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4890783A (en) * | 1988-11-29 | 1990-01-02 | Li Chou H | Ceramic-metal joining |
| WO1990006208A1 (en) * | 1988-11-29 | 1990-06-14 | Li Chou H | Materials joining |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59203779A (ja) * | 1983-04-28 | 1984-11-17 | 株式会社東芝 | 熱膨張係数の異なるセラミックス焼結体どうしあるいはセラミックス焼結体と金属部材との接合方法、およびセラミックス接合体 |
| JPS6090878A (ja) * | 1983-10-26 | 1985-05-22 | 三菱重工業株式会社 | セラミツクと金属の接合法 |
-
1984
- 1984-07-25 JP JP15445484A patent/JPS6131368A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59203779A (ja) * | 1983-04-28 | 1984-11-17 | 株式会社東芝 | 熱膨張係数の異なるセラミックス焼結体どうしあるいはセラミックス焼結体と金属部材との接合方法、およびセラミックス接合体 |
| JPS6090878A (ja) * | 1983-10-26 | 1985-05-22 | 三菱重工業株式会社 | セラミツクと金属の接合法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4890783A (en) * | 1988-11-29 | 1990-01-02 | Li Chou H | Ceramic-metal joining |
| WO1990006208A1 (en) * | 1988-11-29 | 1990-06-14 | Li Chou H | Materials joining |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0573715B2 (ja) | 1993-10-14 |
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