JPS6236079A - 非酸化物セラミツクスと金属の接合体 - Google Patents
非酸化物セラミツクスと金属の接合体Info
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- JPS6236079A JPS6236079A JP17393085A JP17393085A JPS6236079A JP S6236079 A JPS6236079 A JP S6236079A JP 17393085 A JP17393085 A JP 17393085A JP 17393085 A JP17393085 A JP 17393085A JP S6236079 A JPS6236079 A JP S6236079A
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- metal
- oxide ceramic
- thermal expansion
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- layer made
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- Ceramic Products (AREA)
- Powder Metallurgy (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〉
この発明は窒化けい素などの非酸化物セラミックスと金
属の接合体に関するものである。
属の接合体に関するものである。
〈従来の技術〉
窒化けい素、炭化けい素などの非酸化物セラミックスは
、金属に比べて高温強度、耐摩耗性、耐食性などの面で
すぐれた特性を有しているため、この特性を生かした用
途の開発が進められている。
、金属に比べて高温強度、耐摩耗性、耐食性などの面で
すぐれた特性を有しているため、この特性を生かした用
途の開発が進められている。
窒化けい素セラミックスや炭化けい素セラミックスを自
動車用エンジンならびにそのターボチャージャーなどに
使用しようとするのはその一例であるが、このよう（セ
ラミックスを構造材料として使用する際には、金属部材
との接合が必要となる場合が多い。
動車用エンジンならびにそのターボチャージャーなどに
使用しようとするのはその一例であるが、このよう（セ
ラミックスを構造材料として使用する際には、金属部材
との接合が必要となる場合が多い。
〈発明が解決しようとする問題点〉
しかしながら、窒化けい素や炭化けい素などの非酸化物
セラミックスは、金属との反応性が低く、安定な性質を
有しており、金属との接合が難しいうえに非酸化物セラ
ミックスと金属の熱膨張係数の差に起因して接合界面に
大きな熱応力が残留し、接合体が破壊するなどの問題が
起っている。
セラミックスは、金属との反応性が低く、安定な性質を
有しており、金属との接合が難しいうえに非酸化物セラ
ミックスと金属の熱膨張係数の差に起因して接合界面に
大きな熱応力が残留し、接合体が破壊するなどの問題が
起っている。
例えば、窒化けい素セラミックスと鋼の熱膨張係数は、
それぞれ３ｘｌＯ／’Ｃ１１５Ｘ １０−６／℃であり
、１３００℃で接合した場合を想定すると、接合後室温
まで冷却してくる間に、窒化けい素と鋼の接合界面の両
端の窒化けい素側に約１００ＫｇＪの熱応力が発生する
ことが計算によって求められている。
それぞれ３ｘｌＯ／’Ｃ１１５Ｘ １０−６／℃であり
、１３００℃で接合した場合を想定すると、接合後室温
まで冷却してくる間に、窒化けい素と鋼の接合界面の両
端の窒化けい素側に約１００ＫｇＪの熱応力が発生する
ことが計算によって求められている。
このため、従来非酸化物セラミックス部材と金属部材と
の接合については、焼きばめやネジ止めなどによる機械
的な接合が行なわれてきた。
の接合については、焼きばめやネジ止めなどによる機械
的な接合が行なわれてきた。
ところが、これらの接合方法は複雑な形状の機械部品の
接合には不向きであり、熱サイクルに対しての信頼性に
欠（プるという問題が指摘されている。
接合には不向きであり、熱サイクルに対しての信頼性に
欠（プるという問題が指摘されている。
〈問題点を解決覆るための手段〉
この発明は、上記した従来の非酸化物セラミックスと金
属の接合法にあける問題点を解消すべく検討の結果、見
出されたものである。
属の接合法にあける問題点を解消すべく検討の結果、見
出されたものである。
即ち、この発明は大量の非酸化物セラミックス部材と金
属部材を接合するのに適した接合体の構造を提供するも
のであり、詳しく述べると、非酸化物セラミックス部材
と金属部材との接合に際して、両部材間に低弾性率金属
および／または展延性を有する金属よりなる層、脆性材
料よりなる層、低熱膨脹率物質よりなる層を非酸化物セ
ラミックス部材側より順に設けた非酸化物セラミックス
と金属の接合体である。
属部材を接合するのに適した接合体の構造を提供するも
のであり、詳しく述べると、非酸化物セラミックス部材
と金属部材との接合に際して、両部材間に低弾性率金属
および／または展延性を有する金属よりなる層、脆性材
料よりなる層、低熱膨脹率物質よりなる層を非酸化物セ
ラミックス部材側より順に設けた非酸化物セラミックス
と金属の接合体である。
〈作用〉
この発明は非酸化物セラミックス部材と金属部材との接
合面に、非酸化物セラミックス側から順に低弾性率金属
および／または展延性を有する金属よりなる層、脆性材
料よりなる層、低熱膨脹率物質よりなる層を介在させた
ことが特徴である。
合面に、非酸化物セラミックス側から順に低弾性率金属
および／または展延性を有する金属よりなる層、脆性材
料よりなる層、低熱膨脹率物質よりなる層を介在させた
ことが特徴である。
この構造は図面に示す通りであり、１が非酸化物セラミ
ックス部材、５が金属部材ｐあって、この５両者の間に
低弾性率金属および／または展延性を有する金属よりな
る層２、脆性材料よりなる層３、低熱膨脹率物質よりな
る層４が介在している。
ックス部材、５が金属部材ｐあって、この５両者の間に
低弾性率金属および／または展延性を有する金属よりな
る層２、脆性材料よりなる層３、低熱膨脹率物質よりな
る層４が介在している。
そして６は脆性材料よりなる層３に発生する亀裂である
。この亀裂は接合面に対して直角方向に発生させるのが
望ましい。
。この亀裂は接合面に対して直角方向に発生させるのが
望ましい。
上述した構造のこの発明の接合体において、脆性材料よ
りなる層３の役割は、非酸化物セラミックス部材と金属
部材の熱膨脹率の差に起因して接合時の冷却途中で接合
界面に発生すφ熱応力を緩和せしめることである。熱応
力の緩和の機構としては、接合冷却時に発生する熱応力
によって脆性材料よりなる層の中に亀裂が発生し、残留
応力を解放していることが考えられる。
りなる層３の役割は、非酸化物セラミックス部材と金属
部材の熱膨脹率の差に起因して接合時の冷却途中で接合
界面に発生すφ熱応力を緩和せしめることである。熱応
力の緩和の機構としては、接合冷却時に発生する熱応力
によって脆性材料よりなる層の中に亀裂が発生し、残留
応力を解放していることが考えられる。
この時発生した亀裂は、低弾性率金属および／または展
延性を有する金属よりなる層によって止められ、非酸化
物セラミックス部材には到達しない。また低熱膨脹率物
質よりなる層も亀裂の進展を食い止める働きがあるため
、亀裂は脆材料よりなる層の中に限定して発生するので
ある。
延性を有する金属よりなる層によって止められ、非酸化
物セラミックス部材には到達しない。また低熱膨脹率物
質よりなる層も亀裂の進展を食い止める働きがあるため
、亀裂は脆材料よりなる層の中に限定して発生するので
ある。
低熱膨脹率物質よりなる層４の本来の役割は、非酸化物
セラミックス部材に近い熱膨脹率を有することによって
、接合時の冷却過程でセラミックス側の接合界面に発生
する熱応力を低減することである。このような役割の低
熱膨脹率物質よりなる層をセラミックス部材と金属部材
の間に介在させることにより、接合時の冷却過程で発生
する熱応力を接合界面のセラミックス側と金属側に分散
させることができるのである。
セラミックス部材に近い熱膨脹率を有することによって
、接合時の冷却過程でセラミックス側の接合界面に発生
する熱応力を低減することである。このような役割の低
熱膨脹率物質よりなる層をセラミックス部材と金属部材
の間に介在させることにより、接合時の冷却過程で発生
する熱応力を接合界面のセラミックス側と金属側に分散
させることができるのである。
しか°して、セラミックス部材と低熱膨脹率物質とは熱
膨脹率の差が小さいため、セラミックス部材と低熱膨脹
率物質との間で発生する熱応力は減少する。
膨脹率の差が小さいため、セラミックス部材と低熱膨脹
率物質との間で発生する熱応力は減少する。
一方、低熱膨脹率物質と金属部材の間には熱膨脹率の差
に起因した熱応力が発生するが、金属部材の塑性変形に
より、発生した熱応力が緩和されるため、低熱膨脹率物
質と金属部材の間で破壊が生じることはない。
に起因した熱応力が発生するが、金属部材の塑性変形に
より、発生した熱応力が緩和されるため、低熱膨脹率物
質と金属部材の間で破壊が生じることはない。
この発明で使用する低弾性率金属および／または展延性
を有する金属としては、Ａｇ、＃、Ａｕ、気、Ｆｅ、）
ｔｆ、１、陽、ＮＬ、 Ｐｂ、 Ｐｄ、 Ｐｔ、 Ｓｎ
、 Ｔａ、 Ｔｉ、■、Ｚｎ、Ｚｒの群より選ばれた単
体金属またはこれら金属の２種以上の合金からなる単層
または多層構造のものがある。
を有する金属としては、Ａｇ、＃、Ａｕ、気、Ｆｅ、）
ｔｆ、１、陽、ＮＬ、 Ｐｂ、 Ｐｄ、 Ｐｔ、 Ｓｎ
、 Ｔａ、 Ｔｉ、■、Ｚｎ、Ｚｒの群より選ばれた単
体金属またはこれら金属の２種以上の合金からなる単層
または多層構造のものがある。
これらの金属は一般に軟金属と呼ばれており、接合時の
冷却過程で発生する熱応力を塑性変形によって緩和する
働きがある。
冷却過程で発生する熱応力を塑性変形によって緩和する
働きがある。
また隣接する脆性材料よりなる層中に発生した亀裂が非
酸化物セラミックス部材へ伝播するのを防ぐ役割も果す
のである。
酸化物セラミックス部材へ伝播するのを防ぐ役割も果す
のである。
脆性材料よりなる層としては、セラミックスおよび／ま
たは金属間化合物を用いる。
たは金属間化合物を用いる。
この脆性材料よりなる層は接合を行なう際に積極的にセ
ラミックスおよび／または金属間化合物を介在させる場
合と、接合過程で拡散などの反応によってセラミックス
および／または金属間化合物が自然発生的に生成する場
合とがある。
ラミックスおよび／または金属間化合物を介在させる場
合と、接合過程で拡散などの反応によってセラミックス
および／または金属間化合物が自然発生的に生成する場
合とがある。
何れの場合にもその働きは同一である。
低熱膨脹率物質としては、空温での熱膨脹率が６ｘ１０
−６／’Ｃ以下の金属単体および／またはそれらの合金
、サーメットが使用される。具体的にはＷ、ＭＯなどの
金属単体、コバール、インバーなどの合金、超硬合金、
サーメットなどのセラミックス−金属複合材料がある。
−６／’Ｃ以下の金属単体および／またはそれらの合金
、サーメットが使用される。具体的にはＷ、ＭＯなどの
金属単体、コバール、インバーなどの合金、超硬合金、
サーメットなどのセラミックス−金属複合材料がある。
上記した３種類の層を非酸化物セラミックス部材と金属
部材の間に介在させることにより引張強度で１０Ｍ Ｐ
ａをこえる接合体を得ることができるのである。
部材の間に介在させることにより引張強度で１０Ｍ Ｐ
ａをこえる接合体を得ることができるのである。
〈実施例〉
以下、実施例によりこの発明の詳細な説明する。
実施例１
直径７ｍｍ、高さ１０ｍｍの５Ｌ３Ｎ４焼結体と直径７
ｍｍ、高さ１０ｍｍの炭素鋼との間に５Ｌ３Ｎ４側か
ら順に１０μ而厚さの隆部、下記第１表に示す厚さのＮ
１２０３焼結体、１０μｍ厚さのＮｂ箔、１ ｍｍ厚さ
のＷ板を介在させて、１００Ｍ Ｐ ａの加圧下で１４
００℃、３０分間保持して加圧拡散接合を行った。
ｍｍ、高さ１０ｍｍの炭素鋼との間に５Ｌ３Ｎ４側か
ら順に１０μ而厚さの隆部、下記第１表に示す厚さのＮ
１２０３焼結体、１０μｍ厚さのＮｂ箔、１ ｍｍ厚さ
のＷ板を介在させて、１００Ｍ Ｐ ａの加圧下で１４
００℃、３０分間保持して加圧拡散接合を行った。
本接合体の引張強度を測定したところ第１表の結果が得
られた。
られた。
この引張強度測定の際にＭ２Ｃｈ焼結体の中には接合面
に直角方向に亀裂が発生した。脆性材料よりなる層の厚
みには最適値が存在する。この場合、脆性材料よりなる
層は具体的にはＭ２Ｏ３焼結体でおるが、第１表から明
らかなように、１００μｍ以下の厚みでは残留熱応力緩
和の効果はなく、また５００μｍ以上でも若干強度が低
下する。この接合体では３００μｍ厚さの／Ｖ２Ｏ３焼
結体、を用いた場合に最も高い接合強度が得られた。
に直角方向に亀裂が発生した。脆性材料よりなる層の厚
みには最適値が存在する。この場合、脆性材料よりなる
層は具体的にはＭ２Ｏ３焼結体でおるが、第１表から明
らかなように、１００μｍ以下の厚みでは残留熱応力緩
和の効果はなく、また５００μｍ以上でも若干強度が低
下する。この接合体では３００μｍ厚さの／Ｖ２Ｏ３焼
結体、を用いた場合に最も高い接合強度が得られた。
第１表
実施例２
実施例１で用いたと同寸法の５Ｌ３Ｎ４焼結体と炭素鋼
の間に５Ｌ３Ｎ４側から順に５００μｍ厚さの１１１１
ｂ箔、３００μ７１ａ厚ざのＭ２Ｏ３焼結体、１０μｍ
厚さのＮｂ箔、５ｍｍ厚さの一板を介在させて、１００
Ｍ Ｐ ａの加圧下で１４００’Ｃに３０分間保持して
加圧拡散接合を行った。この時の接合強度は引張りで２
３．７Ｍ Ｐ ａであった。この接合強度測定の際にＭ
２Ｏ３焼結体の中には接合面に直角方向に亀裂が発生し
た。′実施例３ 直径７ｍｍ、高さ１０ｍｍのＳＬＣ焼結体と直径７ｍｍ
、高さ１０ｍｍの炭素鋼との間にＳＬＣ側から順に５０
０μ瓦厚さのＦｅ箔、５００μｍ厚さの１ＩＶｌｂ箔、
１ ｍｍ厚さのＷ板を介在させ、８０Ｍ Ｐ ａの加圧
下で１２００℃に１時間保持して加圧拡散接合を行った
。この時の接合強度は引張りで４０Ｍ Ｐ ａであった
。この接合の際にＦｅ層と高層の接合界面に４００μｍ
厚さで反応層が生成していた。そしてこの反応層はＦｅ
Ｎｂの金属間化合物と考えられる。また、接合強度
測定の際反応層中には接合面に直角方向に亀裂が発生し
ていた。
の間に５Ｌ３Ｎ４側から順に５００μｍ厚さの１１１１
ｂ箔、３００μ７１ａ厚ざのＭ２Ｏ３焼結体、１０μｍ
厚さのＮｂ箔、５ｍｍ厚さの一板を介在させて、１００
Ｍ Ｐ ａの加圧下で１４００’Ｃに３０分間保持して
加圧拡散接合を行った。この時の接合強度は引張りで２
３．７Ｍ Ｐ ａであった。この接合強度測定の際にＭ
２Ｏ３焼結体の中には接合面に直角方向に亀裂が発生し
た。′実施例３ 直径７ｍｍ、高さ１０ｍｍのＳＬＣ焼結体と直径７ｍｍ
、高さ１０ｍｍの炭素鋼との間にＳＬＣ側から順に５０
０μ瓦厚さのＦｅ箔、５００μｍ厚さの１ＩＶｌｂ箔、
１ ｍｍ厚さのＷ板を介在させ、８０Ｍ Ｐ ａの加圧
下で１２００℃に１時間保持して加圧拡散接合を行った
。この時の接合強度は引張りで４０Ｍ Ｐ ａであった
。この接合の際にＦｅ層と高層の接合界面に４００μｍ
厚さで反応層が生成していた。そしてこの反応層はＦｅ
Ｎｂの金属間化合物と考えられる。また、接合強度
測定の際反応層中には接合面に直角方向に亀裂が発生し
ていた。
図面はこの発明になる非酸化物セラミックスと金属の接
合体の構造を示す説明図である。 １・・・非酸化物セラミックス部材 ２・・・低弾性率金属および／または展延性を有する金
属よりなる層 ３・・・脆性材料よりなる層 ４・・・低熱膨脹率物質よりなる層 ５・・・金属部材 ６・・・亀裂
合体の構造を示す説明図である。 １・・・非酸化物セラミックス部材 ２・・・低弾性率金属および／または展延性を有する金
属よりなる層 ３・・・脆性材料よりなる層 ４・・・低熱膨脹率物質よりなる層 ５・・・金属部材 ６・・・亀裂
Claims (4)
- （１）非酸化物セラミックス部材と金属部材との接合に
際して、両部材間に低弾性率金属および／または展延性
を有する金属よりなる層、脆性材料よりなる層、低熱膨
脹率物質よりなる層を非酸化物セラミックス部材側より
順に介在せしめて接合したことを特徴とする非酸化物セ
ラミックスと金属の接合体。 - （２）低弾性率金属および／または展延性を有する金属
がＡｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｍｇ、Ｎｂ、
Ｎｉ、Ｐｂ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｎ、Ｚｒ
の群から選ばれる単体金属またはこれらの金属の２種以
上の合金からなる単層または多層構造であることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の非酸化物セラミック
スと金属の接合体。 - （３）脆性材料がセラミックスまたは金属間化合物であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の非酸化
物セラミックスと金属の接合体。 - （４）低熱膨脹率物質が室温で６×１０＾−＾６／℃以
下の熱膨脹率を有する金属単体または合金および／また
はサーメットであることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の非酸化物セラミックスと金属の接合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17393085A JPH0234908B2 (ja) | 1985-08-06 | 1985-08-06 | Hisankabutsuseramitsukusutokinzokunosetsugotai |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17393085A JPH0234908B2 (ja) | 1985-08-06 | 1985-08-06 | Hisankabutsuseramitsukusutokinzokunosetsugotai |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6236079A true JPS6236079A (ja) | 1987-02-17 |
| JPH0234908B2 JPH0234908B2 (ja) | 1990-08-07 |
Family
ID=15969704
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17393085A Expired - Lifetime JPH0234908B2 (ja) | 1985-08-06 | 1985-08-06 | Hisankabutsuseramitsukusutokinzokunosetsugotai |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0234908B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1059418C (zh) * | 1997-04-10 | 2000-12-13 | 陈铮 | 陶瓷与金属部分瞬间液相连接方法 |
| JP2008053619A (ja) * | 2006-08-28 | 2008-03-06 | Matsushita Electric Works Ltd | Ｌｅｄパッケージ |
-
1985
- 1985-08-06 JP JP17393085A patent/JPH0234908B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1059418C (zh) * | 1997-04-10 | 2000-12-13 | 陈铮 | 陶瓷与金属部分瞬间液相连接方法 |
| JP2008053619A (ja) * | 2006-08-28 | 2008-03-06 | Matsushita Electric Works Ltd | Ｌｅｄパッケージ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0234908B2 (ja) | 1990-08-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |