JPS62171968A - 金属とセラミツクスの接合体 - Google Patents
金属とセラミツクスの接合体Info
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Landscapes
- 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。
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Description
【発明の詳細な説明】
［発明の技術分野〕
本発明は、金属とセラミックスとの接合体に関し、さら
に詳しくは、接合部に熱応力緩和の目的でモリブデンよ
りなる中間層を有する接合体において、該中間層が高温
酸化性雰囲気中でも酸化されて脆化することがないため
良好な接合強度を保持しうる金属とセラミックスとの接
合体に関する。
に詳しくは、接合部に熱応力緩和の目的でモリブデンよ
りなる中間層を有する接合体において、該中間層が高温
酸化性雰囲気中でも酸化されて脆化することがないため
良好な接合強度を保持しうる金属とセラミックスとの接
合体に関する。
近年、耐熱性に優れた材料として、窒化ケイ素（ｓｉａ
Ｎ、）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などのセラミックス材料
が注目されている。これらのうちセラミックス材料は単
独で使用される場合と、セラミックス以外の材料、例え
ば金属と組み合わせて使用される場合とがある。なかで
も、セラミックスと金属とを組み合わせた部材は、両者
の相異なる特長を如何なく発揮せしめることが可能であ
るため、より広い範囲での応用が期待されている。
Ｎ、）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などのセラミックス材料
が注目されている。これらのうちセラミックス材料は単
独で使用される場合と、セラミックス以外の材料、例え
ば金属と組み合わせて使用される場合とがある。なかで
も、セラミックスと金属とを組み合わせた部材は、両者
の相異なる特長を如何なく発揮せしめることが可能であ
るため、より広い範囲での応用が期待されている。
このようにセラミックスと金属とを組み合わせた部材を
得るためには、両者を接合してセラミックス−金属接合
体とすることが必要であり、その接合法としてはろう接
法、メタライジング法などが知られているが、セラミッ
クスと金属との接合に際しては、以下に述べるような留
意すべき大きな問題が存在する。すなわち、一般に、セ
ラミックスと金属とは熱膨張係数が大きく異なっている
ため、温度変化に伴ない両者の接合部には大きな熱応力
が発生し、その結果、セラミックスにクラックが発生す
るなどの不都合がある。
得るためには、両者を接合してセラミックス−金属接合
体とすることが必要であり、その接合法としてはろう接
法、メタライジング法などが知られているが、セラミッ
クスと金属との接合に際しては、以下に述べるような留
意すべき大きな問題が存在する。すなわち、一般に、セ
ラミックスと金属とは熱膨張係数が大きく異なっている
ため、温度変化に伴ない両者の接合部には大きな熱応力
が発生し、その結果、セラミックスにクラックが発生す
るなどの不都合がある。
かかる不都合を解消するために、以下に述べるような手
段が提案されている。すなわち、異種部材の接合部に発
生する熱応力は１両部材の熱膨張係数の差に比例して増
大するのであるから、両者の接合界面に、セラミックス
と熱膨張係数が近似防止することが可能となる。具体的
には、Ｓｉ、Ｎ４およびＳｉＣの熱膨張係数はそれぞれ
３．４ Ｘ １０−” ／ ’Ｃおよび４．８ Ｘ １
０−１′／ ’Ｃであり、 これらの値に近い熱膨張係
数を有する材料、すなわち中間層となりつる材料として
、ＳＬ （〜４Ｘ１０−’／℃）、Ｎｏ （５，ｌＸｌ
０−’／℃）、Ｖ （４，５Ｘ１０″−’／℃）、など
をあげることができる。これらのうちでも、とくにＭｏ
は高融点（〜２６００℃）、高強度（引張強さ〜１８０
ｋｇ／Ｔｍ２）を有し、他の材料と比べて靭性および加
工性に優れたものであるため極めて実用的である。
段が提案されている。すなわち、異種部材の接合部に発
生する熱応力は１両部材の熱膨張係数の差に比例して増
大するのであるから、両者の接合界面に、セラミックス
と熱膨張係数が近似防止することが可能となる。具体的
には、Ｓｉ、Ｎ４およびＳｉＣの熱膨張係数はそれぞれ
３．４ Ｘ １０−” ／ ’Ｃおよび４．８ Ｘ １
０−１′／ ’Ｃであり、 これらの値に近い熱膨張係
数を有する材料、すなわち中間層となりつる材料として
、ＳＬ （〜４Ｘ１０−’／℃）、Ｎｏ （５，ｌＸｌ
０−’／℃）、Ｖ （４，５Ｘ１０″−’／℃）、など
をあげることができる。これらのうちでも、とくにＭｏ
は高融点（〜２６００℃）、高強度（引張強さ〜１８０
ｋｇ／Ｔｍ２）を有し、他の材料と比べて靭性および加
工性に優れたものであるため極めて実用的である。
しかしながら、その一方で、ＭＯは高温で酸化されやす
いという性質を有するため、ＭＯよりなる中間層を介在
させたセラミックス−金属接合体を高温酸化性雰囲気内
に保持した場合、Ｍｏ層の表面にはＭｏの酸化物層が形
成されることとなる。このＭＯの酸化物は融点が７９５
℃と低く、 その上分解しやすいため高温下ではＭＯ層
表面が変質して他部材との接合強度が低下し、その結果
セラミックスもしくは金属がＭｏ層との界面で剥離して
しまうという問題が生じる。したがって、ＭＯ中間層を
有するセラミックス−金属接合体を高温下で使用する場
合は、周囲の環境を不活性雰囲気もしくは還元性雰囲気
とせざるを得す、その用途範囲が著しく制限されてしま
うという問題がある。
いという性質を有するため、ＭＯよりなる中間層を介在
させたセラミックス−金属接合体を高温酸化性雰囲気内
に保持した場合、Ｍｏ層の表面にはＭｏの酸化物層が形
成されることとなる。このＭＯの酸化物は融点が７９５
℃と低く、 その上分解しやすいため高温下ではＭＯ層
表面が変質して他部材との接合強度が低下し、その結果
セラミックスもしくは金属がＭｏ層との界面で剥離して
しまうという問題が生じる。したがって、ＭＯ中間層を
有するセラミックス−金属接合体を高温下で使用する場
合は、周囲の環境を不活性雰囲気もしくは還元性雰囲気
とせざるを得す、その用途範囲が著しく制限されてしま
うという問題がある。
本発明は、従来のかかる問題を解消し、ＭＯよりなる中
間層を有するセラミックス−金属接合体において、高温
酸化性雰囲気下においてもＭＯの酸化物に由来する接合
強度の低下、各接合部材の剥離などが生じることのない
金属とセラミックスとの接合体の提供を目的とする。
間層を有するセラミックス−金属接合体において、高温
酸化性雰囲気下においてもＭＯの酸化物に由来する接合
強度の低下、各接合部材の剥離などが生じることのない
金属とセラミックスとの接合体の提供を目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成すべく、中間層であるＭ
ｏ層の酸化を防止することに主眼をおいて鋭意研究を重
ねた結果、Ｎｉ −Ａｌ合金が優れた耐酸化性を有する
事実に着目し、 Ｍｏの少なくとも露出面にＮ１−Ｍ合
金層が形成されたＮＯ中間層を熱応力緩衝層として採用
することにより、その効果を確認して本発明を完成する
に到った。
ｏ層の酸化を防止することに主眼をおいて鋭意研究を重
ねた結果、Ｎｉ −Ａｌ合金が優れた耐酸化性を有する
事実に着目し、 Ｍｏの少なくとも露出面にＮ１−Ｍ合
金層が形成されたＮＯ中間層を熱応力緩衝層として採用
することにより、その効果を確認して本発明を完成する
に到った。
すなわち、本発明の金属とセラミックスとの接合体は、
金属部材とセラミックス部材の間に、モリブデンよりな
る中間層が介在せしめられてなる金属とセラミックスと
の接合体において、該モリブデンよりなる中間層の少な
くとも露出面にＮｉ −Ａｆｉ合金層が形成されている
ことを特徴とする。
金属部材とセラミックス部材の間に、モリブデンよりな
る中間層が介在せしめられてなる金属とセラミックスと
の接合体において、該モリブデンよりなる中間層の少な
くとも露出面にＮｉ −Ａｆｉ合金層が形成されている
ことを特徴とする。
本発明の金属とセラミックスとの接合体において、適用
しうる金属およびセラミックスとしてはとくに制限され
るものではなく、例えば、金属としては、炭素鋼、構造
用合金鋼、耐熱鋼、特殊鋼。
しうる金属およびセラミックスとしてはとくに制限され
るものではなく、例えば、金属としては、炭素鋼、構造
用合金鋼、耐熱鋼、特殊鋼。
Ｎｉ合金などを、また、セラミックスとしては前述した
ように、ＭＯと熱膨張係数が近似したＳｉ、Ｎ、。
ように、ＭＯと熱膨張係数が近似したＳｉ、Ｎ、。
５ｉＣｔ ｉＮＩ Ｚｒ０２ｔ 、ｕ、ｏ３ などをあ
げることができる。
げることができる。
かかる金属−セラミックス接合体の中間層であるＭｏ層
には、その少なくとも露出面にＮｉ −Ａ０合金層が形
成されていることが必要である。該Ｎｉ −Ａ２合金層
の形成はどのような方法を適用して形成されたものであ
ってもよいが、以下の方法で均質で密着性の良いＮｉ
−Ａ０合金層を形成することができる。
には、その少なくとも露出面にＮｉ −Ａ０合金層が形
成されていることが必要である。該Ｎｉ −Ａ２合金層
の形成はどのような方法を適用して形成されたものであ
ってもよいが、以下の方法で均質で密着性の良いＮｉ
−Ａ０合金層を形成することができる。
すなわち、まず、Ｎｏ部材の少なくとも露出面にＮｉメ
ッキを施す。このとき、従来の電気メッキや無電解メッ
キにて行なっても良いが、Ｎｉろう材を用いてＮｉ層を
形成することにより、より一層強固にＮｏ部材と密着し
たＮｉ層が得られる。Ｎｉろう材としてはたとえばＮｉ
−１５Ｃｒ−４８，Ｎｉ−４Ｂ、などのろう材合金が挙
げられる。具体的には、Ｎｏ部材表面に、箔、粉末状態
のろう材を配し真空中で９００〜１２５０℃程度に加熱
すれば良い。
ッキを施す。このとき、従来の電気メッキや無電解メッ
キにて行なっても良いが、Ｎｉろう材を用いてＮｉ層を
形成することにより、より一層強固にＮｏ部材と密着し
たＮｉ層が得られる。Ｎｉろう材としてはたとえばＮｉ
−１５Ｃｒ−４８，Ｎｉ−４Ｂ、などのろう材合金が挙
げられる。具体的には、Ｎｏ部材表面に、箔、粉末状態
のろう材を配し真空中で９００〜１２５０℃程度に加熱
すれば良い。
次いで、表面にＮ３層が被覆されたＭｏ部材にＡ、ｆｆ
被覆処理を行なう。まず５０％Ａｆｆ −５０％Ｆｅ合
金粉末と、Ａｎ、Ｏ，粉末、 Ｎ）１４ＣＱ特級試薬を
用意する。次いでこれらの混合粉中に、上記Ｎｉ層が被
覆されたＭｏ部材を設置する。さらにＨ２雰囲気中で９
００℃〜１２００℃、望ましくは１０５０℃〜１１５０
℃でＯ〜］、Ｏｈ、望ましくは３０分〜３ｈ保持する。
被覆処理を行なう。まず５０％Ａｆｆ −５０％Ｆｅ合
金粉末と、Ａｎ、Ｏ，粉末、 Ｎ）１４ＣＱ特級試薬を
用意する。次いでこれらの混合粉中に、上記Ｎｉ層が被
覆されたＭｏ部材を設置する。さらにＨ２雰囲気中で９
００℃〜１２００℃、望ましくは１０５０℃〜１１５０
℃でＯ〜］、Ｏｈ、望ましくは３０分〜３ｈ保持する。
かくして、 Ｎｏ部材の表面には、Ｎｉｉを主成分とす
る緻密な、Ｎ１−Ａｌ合金被覆層が形成され、Ｍｏ部材
の耐酸化性が向上することになる。
る緻密な、Ｎ１−Ａｌ合金被覆層が形成され、Ｍｏ部材
の耐酸化性が向上することになる。
なお、本発明の金属とセラミックスの接合体をして金属
とセラミックスを接合する方法、および、始めにＭｏ部
材を中間層とする金属とセラミックスとの接合体を形成
したのちに、と。部材表面にｔｉｌｌ、 −Ａｌ合金層
を形成する方法を適用しても良い。とくにＭｏ部材のＮ
ｊ−１０層形成処理工程で、接合部材、とくに金属が変
質する恐れのある場合には前者が有効である。なお、該
中間層を介在させた金属とセラミックスとの接合方法は
１通常のろう接法。
とセラミックスを接合する方法、および、始めにＭｏ部
材を中間層とする金属とセラミックスとの接合体を形成
したのちに、と。部材表面にｔｉｌｌ、 −Ａｌ合金層
を形成する方法を適用しても良い。とくにＭｏ部材のＮ
ｊ−１０層形成処理工程で、接合部材、とくに金属が変
質する恐れのある場合には前者が有効である。なお、該
中間層を介在させた金属とセラミックスとの接合方法は
１通常のろう接法。
同相接合法２機械的接合法などを適用することができる
。
。
実施例
接合部材として、直径１３ｍ、厚さ５ＩｌｖＩｌのＳｊ
３Ｎ４円板と、同形状のハステロイＣ（１，５，５Ｃ
ｒ−ＩＢＮｏ −４Ｗ−５，５Ｆｅ−Ｎ、ｉ）円板並び
に中間層部材として直径］、３ｍ、厚さ１ｍｍのＭｏ板
を用意した。これら各部材の表面を研磨して酸化物層を
除去したのち、メタクレンとアセトンにより脱脂洗浄し
た。
３Ｎ４円板と、同形状のハステロイＣ（１，５，５Ｃ
ｒ−ＩＢＮｏ −４Ｗ−５，５Ｆｅ−Ｎ、ｉ）円板並び
に中間層部材として直径］、３ｍ、厚さ１ｍｍのＭｏ板
を用意した。これら各部材の表面を研磨して酸化物層を
除去したのち、メタクレンとアセトンにより脱脂洗浄し
た。
次いで１５％Ｃｒ−４％Ｂ−Ｎｉ粉末（−３２５メツシ
ユ以下）をポリビニルアルコールで混練したものを、動
部材の表面に塗布した。次いで真空炉中に設置し、５
Ｘｌ０−’Ｔｏｒｒの真空に排気したのち、１１５０℃
で１０分間加熱、保持した。冷却後とりだしたＭｏ部材
の表面は、Ｎｉ含有層で被覆されていた。
ユ以下）をポリビニルアルコールで混練したものを、動
部材の表面に塗布した。次いで真空炉中に設置し、５
Ｘｌ０−’Ｔｏｒｒの真空に排気したのち、１１５０℃
で１０分間加熱、保持した。冷却後とりだしたＭｏ部材
の表面は、Ｎｉ含有層で被覆されていた。
一方で、５０％Ａｌ２−５０％Ｆｅ合金粉、八２，０３
粉。
粉。
ＮＨ４Ｃｆｆ粉をそれぞれ重量比で４８．５ ： ４８
．５ ： ３の割合で混合し、こ九ら混合粉中に上記Ｍ
ｏ部材を配した。その後水禦炉中で］、 １００℃に昇
湿し、２ｈ保持した。冷却後とりだしたＭＯ部材表面に
はＮｊ、−ＡＮ合金層が形成され、独特の薄赤光沢を呈
していた。
．５ ： ３の割合で混合し、こ九ら混合粉中に上記Ｍ
ｏ部材を配した。その後水禦炉中で］、 １００℃に昇
湿し、２ｈ保持した。冷却後とりだしたＭＯ部材表面に
はＮｊ、−ＡＮ合金層が形成され、独特の薄赤光沢を呈
していた。
ついで、上記Ｓｉ、 Ｎ、板と、このＮｉ −ＡＮ合金
層を有するＭｏ板との間、および阿０板と上記ハステロ
イ八との間にそれぞれ３μｍのＴｉ箔と１０μｓの７２
％卸−Ｃｕ箔を挿入し、この積層体全体を５ Ｘ １Ｏ
−５Ｔｏｒｒ接合体を、大気中９００℃の電気炉中で最
大２４ｈ保持したところ、 Ｍｏ部材の露出表面は、全
く酸化されておらず、極めて良好な耐酸化性を有するこ
とが確認された。
層を有するＭｏ板との間、および阿０板と上記ハステロ
イ八との間にそれぞれ３μｍのＴｉ箔と１０μｓの７２
％卸−Ｃｕ箔を挿入し、この積層体全体を５ Ｘ １Ｏ
−５Ｔｏｒｒ接合体を、大気中９００℃の電気炉中で最
大２４ｈ保持したところ、 Ｍｏ部材の露出表面は、全
く酸化されておらず、極めて良好な耐酸化性を有するこ
とが確認された。
また比較のため表面に処理をしないＮｏ部材を用いて同
様の方法にて作製した接合体について同じく大気中、９
００℃で最大２４ｈ保持したところ２４ｈで０．５■／
ｄの酸化減量が観察された。
様の方法にて作製した接合体について同じく大気中、９
００℃で最大２４ｈ保持したところ２４ｈで０．５■／
ｄの酸化減量が観察された。
代理人 弁理士 則 近 憲 佑
同 竹 花 喜久男
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）金属部材とセラミックス部材との間にモリブデンよ
りなる中間層が介在せしめられてなる金属とセラミック
スとの接合体において、 該モリブデンよりなる中間層の少なくとも露出面に、Ａ
ｌ−Ｎｉ合金層が形成されてることを特徴とする金属と
セラミックスの接合体。 ２）該Ａｌ−Ｎｉ合金層が、モリブデン表面にＮｉを主
成分とする合金層を形成したのち、Ａｌ被覆処理をして
形成された層である特許請求の範囲第１項記載の金属と
セラミックスの接合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1188486A JPS62171968A (ja) | 1986-01-24 | 1986-01-24 | 金属とセラミツクスの接合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1188486A JPS62171968A (ja) | 1986-01-24 | 1986-01-24 | 金属とセラミツクスの接合体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62171968A true JPS62171968A (ja) | 1987-07-28 |
Family
ID=11790150
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1188486A Pending JPS62171968A (ja) | 1986-01-24 | 1986-01-24 | 金属とセラミツクスの接合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62171968A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01313371A (ja) * | 1988-06-10 | 1989-12-18 | Sumitomo Cement Co Ltd | 金属母材とセラミックスとの中間緩衝構造体および接合方法 |
| JPH0236553A (ja) * | 1988-07-26 | 1990-02-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体装置用部品間の接続構造 |
-
1986
- 1986-01-24 JP JP1188486A patent/JPS62171968A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01313371A (ja) * | 1988-06-10 | 1989-12-18 | Sumitomo Cement Co Ltd | 金属母材とセラミックスとの中間緩衝構造体および接合方法 |
| JPH0236553A (ja) * | 1988-07-26 | 1990-02-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体装置用部品間の接続構造 |
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