JPS62207773A

JPS62207773A - セラミツクスの接合方法

Info

Publication number: JPS62207773A
Application number: JP4642986A
Authority: JP
Inventors: 深谷　保博; 章三平井; 中石　信義; 金子　昭民; 聰秦; 沖本　龍壮
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1986-03-05
Filing date: 1986-03-05
Publication date: 1987-09-12

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】〔産業上の利用分計〕本発明は各種セラミックス製品の接合方法に関し、特に
ムｌ系特殊合金をインサート材として用いてセラミック
ス製品を接合する方法に関する。

〔従来の技術〕

Ｉｔ　　系材料をインサート材とするセラミックスの接
合法としては、下記のような接合例がある。

■　溶接学会６０年度全国大会講演概要５６−ｔｘ６，
６ｏ／ａＡＺ　　およびＡｌ−４％Ｏｕ合金をインサー
トしてｈｅ、ｏ３同志を接合 ■　溶接学会６０年度全国大会講演概要５５−１１１．
５９／１０ＡＺ　　およびＡＪＦ−Ｍｇ合金をインサー
トしてｚｒｏ！同志を接合 ■　余興学会全国大会講演概要９７−１７５，６０／１
０Ａ／　　をインサートして８１．Ｎ４同志を接合■　
溶接学会全国大会講演概要５７−１４２．６ｎ／１０Ａ
／−１１〜１３％８１合全１３％８−トして日１．Ｎ、
同志を接合 ■　金属学会全国大会講演概要ｔｐａ−ｙ１．ｓｔｙ／
ａＳＩＣとＡＺの反応解析、実施また、特許出願についてもセラミックスの接合法として
、下記のような接合例がある。

■　特願昭５５−２１０４５号（特開昭５５−１５０８
Ａ５号）８１３Ｎ４同志をＡ４’をインサートして接合■　特願
昭５８−５Ｂ１６２号（特開昭５９−１６４６７５号）Ｅｌｉ、〜４　、　ＳｉＯ、ＡＩ、０３　、　ＺｒＯ２
同志をＡｌ又はＡ４合金をインサートして摩擦溶接さらにセラミックス同志の接合ではないが、■　Ｉ￥ｆ
願昭５８−１７７９５５号（特開昭６０−７１５７９号
）ＡＺ、０３と金属をＡＺ又はＡＺ−８１合金をインサー
トして接合 ■　特願昭５８−２０９０５６号（特開昭６０−１０５
０８１号）Ｓ１Ｃと全日をＡＺ又はＡｌ−Ｅｌｌ−＆金をインサー
トして接合等がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、以上の従来技術とは異なる方法により、Ｓｉ
３〜４　、　Ｓｉ　Ｃ、Ａ　１２０３　ｐ　ＺｒＯＨ同
志を高強度、高品質で接合する方法を提案することを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記問題点を従来技術とは異なる組成のイン
サートし、すなわち特殊Ａｌ合金インサート材を用い、
接合反応性を増大させることにより、解決するものであ
る。

すなわち本発明は、（１）　　８１３Ｎ４．ＳｉＯ，ＡＺ１０３．ＺｒＯｘ
同志の接合において、五ｌ−［１０５〜５　ｗｔ％Ｔ１
．ムｔ−［１０ｓ〜５　ｗｔ％Ｏｒ、　ＡＺ−α０５〜
１０ｗｔ％Ｎｉ　、　ＡＺ−Ｑ、　０５〜１５ｗｔ％Ｚ
ｎのうちのいずれか１つをインサートし、該インサート
材の融点より高温に加熱して接合する方法、（２）上記インサート材の融点より低温に加熱し、加圧
を行って接合する方法、に関するものである。

上記（１）および（２）の方法は、接合反応を増大させ
て接合性を向上させるものである。

本発明の接合法の一態様を第１図に示す。図中、１はセ
ラミックス、２はインサート材である。

接合工程は次の通りである。

接合しようとするセラミックス１，１間にＡＺ−１１，
０５〜５ｗｔ％Ｔｉ、　ＡＩ−０，０５〜５　ｗｔ％Ｏ
ｒ。

ＡＺ−［１０５〜１０　ｖｒｔ％Ｎｉ　、　ＡＺ−（Ｌ
　Ｏ５〜１５ｗｔ％Ｚｎのうちのいずれかの合金からな
るインサート材２を下記方式の挿入法のどれかを用いて
挿入する。

■　上記合金を板状にして挿入する。

■　ＡＺ　粉と添加成分粉体（Ｔｉ、Ｏｒ、ｌｉｉ、Ｚ
ｎ）の混合粉末で挿入する。

■　Ａｌ　　と添加成分（Ｔｔ、ｏｒ、ａｔ、ｚｎ）を
接合しようとするセラミックス表面に溶射する。ことに
より挿入する。

■　ＡＺ　　板に添加成分（Ｔｉ、Ｏｒ、Ｎｉ、Ｚｎ）
をイオンブレーティング、溶射あるいはアクリル樹脂等
のバインダと混練して塗布したものを挿入する。

次いで、加熱して接合するが、その際第１の方法はイン
サート材の融点より高温に加熱し、加圧なしで接合する
。第２の方法はインサート材の融点より低温に加熱し、
必要最小限の加圧を行って接合する。

また、本発明におけるインサート材の成分組成であるが
、ｈｅ−（Ｌ　０５〜５　ｗｔ％Ｔｉ　、　ｉ−Ｑ、０
５〜５ｗｔ％Ｏｒ、ムｌ−（Ｌ　０５〜１０　ｗｔ％Ｎ
１において、各々Ｔ１を５　ｗｔ％以上、Ｃｒを５　ｗ
ｔ％以上、Ｎ１を１０　ｗｔ％以上含有すると、Ａｌ−
Ｔｉ　、　Ａｌ−０ｒ　。

ＡＺ−Ｎｉの金属間化合物の量が多くなり、脆化するた
め、Ｔ１５ｗｔ％以下、Ｏｒ　５　ｗｔ％以下、Ｎ１１
０ｗｔ％と上限を規制した。また、Ｔｉ、Ｏｒ、Ｎｉ　
　とも１１、０５　ｗｔ％以下の添加では少量すぎて、
接合性向上に寄与しないため、下限を（Ｌ　Ｏ５ｗｔ％
と規制した。

更に、Ａｌ−０，０５〜１５　ｗｔ％Ｚｎに関しては、
Ｚｎ　　を１５　ｗｔ％を越えて添加しても脆弱な金属
間化合物の生成はないが、Ｚｎ量が増加すると接合過橿
時に加熱を受けてＺｎの蒸発が大きくなり、接合装置に
支障を来たすため、１５ｗｔ％と上限を規制した。下限
は上記と同様にＺｎａ０５ｗｔ％以下の添加では少量す
ぎて、接合性向上に寄与しないため、α０５　ｗｔ％を
下限とした。

〔作用〕

本発明のインサート成分のＡ／金合金ＡＩ−Ｔｉ。

Ａｌ−０ｒ、Ａｌ−Ｎ５Ａｌ−Ｚｎ　）は、加熱によっ
て接合しようとするセラミックスと下記の如く反応し、
接合する。

１、　５ｉＩＩＮ４　、８１Ｇの接合の場合本発明の）
ｄ合金インサートは、下記の如く、加熱によってＥｉｉ
、Ｎ、　、　８１０と反応し、接合界面に反応生成物を
つくり接合する。

（１）　　インサート材中の主要金属成分であるＡｌは
、Ｓ　ｉ、Ｎ、の接合の場合、その接合界面にムｔ−８
ｉ反応層、Ａ４Ｎを生成し、ＳｉＯの接合の場合はその
接合界面にＩｔ−８１反り層を生成し、接合する。

（２）　インサート材中の金属成分の１つであるＴ１は
、１９１．Ｎ４の接合の場合、その接合界面にＴｉ−Ｅ
ｌｉ反応層、ＴｉＮを生成し、ＳｉＯの接合の場合はそ
の接合界面にＴｉ−Ｅｌｉ反応層、ＴｉＯを生成し、強
固に接合する。

（３）　　インサート材中の金属成分の１つであるＯｒ
は、Ｓｉ、Ｎ、　の接合の場合、その接合界面に０ｒ−
８１反応層、ＯｒＨを生成し、ｓｉａの接合の場合はそ
の接合界面に０ｒ−Ｅｌｉ反応層、Ｏｒｅを生成し、強
固に接合する。

（４）　　インサート材中の金属成分の１つであるＮ１
　　は、Ｓ　ｉ、Ｎ、　　の接合の場合、ＳｉＯの接合
の場合のいずれにおいても、その接合界面でＮ１−Ｅ１
１反応層を生成し、強固に接合する。

（５）　　インサート材中の金属成分の１つであるＺｎ
　は、８１．Ｎ、　　の接合の場合、８１Ｃの接合の場
合のいずれにおいても、その接合界面でＺｎ−Ｅ？ｉ反
応層を生成し、強固に接合する。

２、　　ＡＩ！Ｏ１，ＺｒＯ，の接合の場合本発明のＡ
／合金インサートは、下記の如く、加熱によってＡ４０
１　ｅ　Ｚｒ０１と反応し接合界面に反応生成物をつく
り、接合する。

（１）　　前述の如く、接合しようとするセラミックス
が５ｉｄｆ、　、　ＳｉＯ等の非酸化物系セラミックス
では、インサート材中の金属成分であるＡＩ、Ｔｉ、Ｏ
ｒ、ｌｉｉ、Ｚｎ　は前述した反応に律則されるが、Ａ
ｌｔｏｓ　＊　ＺｒＯ，等の酸化物系セラミックスでは
、インサート材中の金属成分であるＡＩ、Ｔｉ、Ｃ！ｒ
、Ｎｉ、Ｚｎ　　のその極〈表層に生成されている酸化
物層が、ＡｅｔＯｓ　、Ｚｒ０１いずれの接合の場合に
も、その接合界面で複酸化物反応層を生成し、接合する
。

（２）　　また、Ａ／！０１　　中の焼結助剤として含
まれるＭｇ０，８１０２　、ＣａＯ等、およびｚｒＱ！
中の焼結助剤として含まれるｙ、ｏ、、　、　ＯａＯ等
の酸化物と上記Ａ４．Ｔｉ、Ｏｒ、Ｎ：Ｌ、Ｚｎ　の極
〈表層に生成されている酸化物層が、接合界面で複酸化
物反応Ｊｍｋ生成し、接合する。

以上の如く、本発明のインサート材の金属成分は、Ａ／
以外に、これに添加したＴｉ、Ｏｒ、Ｎｉ、Ｚｎが、Ｓ
ｉ３Ｎ４　、ＳｉＯ，Ａ／２０１１　、ＺｒＯ，との界
面で棟々反応し、これによって、より一層の接合性向上
を図ることかできる。

〔実施例〕

（実施例１）２０　ｗｍ　Ｘ　２０　ｗｓａ　Ｘ　２０　ｍのＥｌｉ
、Ｎ、同志、８１０同志の接合を、ＡＩ−１ｗｔ％Ｔ１
合金、Ａｌ−２ｗｔ％Ｏｒ　合金、ＡＩ　−５−ｗｔ％
Ｎ１合金の箔インサート材５種類を用いて、接合試験し
た。

接合条件は、Ｓｔ、ａ、同志の接合の場合、■９００℃
、１０分の真空中加熱、■１２００　’Ｃ。

１０分、ムｒ圧１　ｋｇ　／　ｃｙｎ　”以上の加圧Ａ
ｒ雰囲気（以下、単に加圧Ａｒと称す）中加熱、■２　
ｋｇ　／　ｗｔｍ　”の加圧状態で６００℃、２時間の
真空中加熱とし、８１０同志の接合の場合、■９００℃
、１０分の真空中加熱、■１１００’Ｃ，１０分の真空
中加熱、■２　ｋＪ／　ｖｍ”　（Ｄ加圧状態で、６０
０　℃。

１時間の真空中加熱とした。

その結果、いずれのインサート材を用いた場合も、８１
．Ｎ、　、　ＳｉＯに割れ発生はなく、接合界面にボイ
ド等のない良好な継手を得ることができた。

また、継手部の接合強度評価として、継手部の４点曲げ
強度を測定したが、いずれのインサートの場合も、８１
．Ｎ、　、　ＥｌｉＯの素材曲げ強度の３０〜６０％が
得られ、良好な結果を示した。

（実施例２）２０　ｗｍ　Ｘ　２０　ｔｍ　Ｘ　２０　ｖｍのＳｉ、
Ｎ、同志、ｓ１０同志の接合を、Ａｌ粉とＺｎ粉をｗｔ
％で９０：１０に混合した粉末をインサートして、接合
試験した。

接合条件は、８１３　Ｎ、　　同志の接合の場合、■７
００℃、１０分のＡｒ中加熱、０１２００℃。

１０分の加圧Ａｒ中加熱、■５　ｋｌ？　／　ｗａ　”
の加圧状態で６００℃、２時間のＡｒ中加熱とし、ｓ１
ｃ同志の接合の場合、５■７００’Ｃ，１０分のＡｒ中
加熱、■１１００℃、１０分のＡｒ中加熱、■５ｋｌ？
／ｆｉ２の加圧状態で６００℃、２時間のＡｒ中加熱と
した。

その結果、いずれも５ｉｓＮ、　、　ＳｉＣに割れ発生
はなく、接合界面にボイド等のない良好な継手を得るこ
とができた。

また、継手部の接合強度評価として、継手部の４点曲げ
強度を測定したが、いずれの場合も、Ｓｉ３Ｎ、　、　
Ｓｉ（！の素材曲げ強度の５０〜６０％が得られ、良好
な結果を示した。

（実施例５）２０　ｍ　Ｘ　２０　ｍ　Ｘ　２０　ｔｍのＡＺ、０３
同志、ＺｒＯ，同志の場合を、Ａｌ板にＴｉ、Ｏｒ、Ｎ
ｉのいずれかをｗｔ％で９９＝１になるようにイオンブ
レーティングしたものをインサートして、接合試験した
。

接合条件は、Ａｌ、Ｏ，同志、ＺｒＯ，同志いずれの場
合も、■９００℃、１０分の真空中加熱、■１２００℃
、１分の加圧Ａｒ中加熱とした。

その結果、いずれのインサートを用いた場合も、五ｔｚ
ｏ、、Ｚｒ偽に割れ発生はなく、接合界面にボイド等の
ない良好な継手を得ることができた。

また、継手部の接合強度評価として、継手部の４点曲げ
強度を測定したが、いずれのインサートの場合も、Ａｌ
ｔｏｓ　、　ＺｒＯｓの素材曲げ強度の５０〜５０％が
得られ、良好な結果を示した。

（実施例４）２０　瓢Ｘ　２０１６　Ｘ　２０　＠１１のＡｌ、０３
同志、ＺｒＯ，同の接合を、Ａｒ板にＺｎをｗｔ％で９
５：５になる−ようにイオンブレーティングしたものを
インサートシて、接合試験した。

接合条件は、ＡＩｔｏｓ同志、Ｚｒ％同志いずれの場合
も、■７００℃、１０分のＡｒ中加熱、■１２００℃、
１０分の加圧Ａｒ中加熱とした。

その結果、いずれの場合も、ＡｌｌＯｓ　、ＺｒＯ，に
割れ発生゛はなく、接合界面にボイド等のない良好な継
手を得ることができた。

また、継手部の接合強度計価として、継手部の４点曲げ
強度を測定したが、いずれの場合も、ＡＩ！Ｏ，、Ｚｒ
偽の素材曲げ強度の５０〜５０％が得られ、良好な結果
を示した。

〔発明の効果〕

以上から明らかなように、本発明ではＥｌｉ、ｌｉ、。

８１０、ムｌ、、Ｏｓ、Ｚｒ０１同志を高強度で、かつ
高品質で接合することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で得られる接合継手の一実施態様例を示
す図である。１けセラミックス、２はインサート材復代理人　　内　１）　　明復代理人　　萩　原　亮　− 復代理人　　安　西　篤　夫

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｓｉ＿３Ｎ＿４、ＳｉＣ、Ａｌ＿２Ｏ＿３、Ｚｒ
Ｏ＿２同志の接合において、Ａｌ−０．０５〜５ｗｔ％
Ｔｉ、Ａｌ−０．０５〜５ｗｔ％Ｃｒ、Ａｌ−０．０５
〜１０ｗｔ％Ｎｉ、Ａｌ−０．０５〜１５ｗｔ％Ｚｎの
うちのいずれか１つをインサートし、該インサート材の
融点より高温に加熱することを特徴とするセラミックス
の接合方法。
（２）Ｓｉ＿３Ｎ＿４、ＳｉＣ、Ａｌ＿２Ｏ＿３、Ｚｒ
Ｏ＿２同志の接合において、Ａｌ−０．０５〜５ｗｔ％
Ｔｉ、Ａｌ−０．０５〜５ｗｔ％Ｃｒ、Ａｌ−０．０５
〜１０ｗｔ％Ｎｉ、Ａｌ−０．０５〜１５ｗｔ％Ｚｎの
うちのいずれか１つをインサートし、該インサート材の
融点より低温に加熱し、加圧することを特徴とするセラ
ミックスの接合方法。