JPS6270272A - セラミツクスの接合構造 - Google Patents
セラミツクスの接合構造Info
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- JPS6270272A JPS6270272A JP20906385A JP20906385A JPS6270272A JP S6270272 A JPS6270272 A JP S6270272A JP 20906385 A JP20906385 A JP 20906385A JP 20906385 A JP20906385 A JP 20906385A JP S6270272 A JPS6270272 A JP S6270272A
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- Japan
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- bonding
- alloy
- ceramics
- stress relaxation
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- 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】
（産業上の利用分野）
セラミックスと金属およびセラミックスとセラミックス
の拡散接合法に係り、特に好適な接合法を与えるための
Ａｌインサート材の構成に関する。
の拡散接合法に係り、特に好適な接合法を与えるための
Ａｌインサート材の構成に関する。
（従来の技術）
Ａ４又はＡｇ合金をインサート材としてセラミックスと
金属またはセラミックスとセラミックスを拡散接合する
方法は強固な接合が経済的に得られることから非常に有
効な接合法である。インサート材に要求される機能はセ
ラミックス及び金属に良く反応接合すること及び両者の
熱膨張係数差によって発生する熱応力を緩和することで
ある。即ち、Ａｇ及びＡｇ合金はセラミックスあるいは
金属と良く反応接合し且つ応力緩和機能を果すものであ
る、例えば純Ａｌをインサート材とした場合は５８０〜
６５０℃で、Ａｌ合金をインサート材とした場合は５０
０〜６００℃で良好な接合体が得られる、特に大きい接
合強度を得るにはＡｌ合金をインサート材とすることが
望ましい、このとき接合温度は比較的低いため熱応力の
発生を小さく抑制できる。しかしながら、Ａｌ金合金一
般に伸びが小さく応力緩和能力が不足する、このため大
形の接合体になると接合後残留応力が若干ながう発生し
てセラミックスが割れるという問題があった。このよう
な問題はセラミックスと金属との間だけでなく、セラミ
ックスとセラミックスの接合についても起ることがある
。
金属またはセラミックスとセラミックスを拡散接合する
方法は強固な接合が経済的に得られることから非常に有
効な接合法である。インサート材に要求される機能はセ
ラミックス及び金属に良く反応接合すること及び両者の
熱膨張係数差によって発生する熱応力を緩和することで
ある。即ち、Ａｇ及びＡｇ合金はセラミックスあるいは
金属と良く反応接合し且つ応力緩和機能を果すものであ
る、例えば純Ａｌをインサート材とした場合は５８０〜
６５０℃で、Ａｌ合金をインサート材とした場合は５０
０〜６００℃で良好な接合体が得られる、特に大きい接
合強度を得るにはＡｌ合金をインサート材とすることが
望ましい、このとき接合温度は比較的低いため熱応力の
発生を小さく抑制できる。しかしながら、Ａｌ金合金一
般に伸びが小さく応力緩和能力が不足する、このため大
形の接合体になると接合後残留応力が若干ながう発生し
てセラミックスが割れるという問題があった。このよう
な問題はセラミックスと金属との間だけでなく、セラミ
ックスとセラミックスの接合についても起ることがある
。
（解決しようとする問題点）
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、熱応
力の発生を少なくするとともに、発生した熱応力を緩和
できるようにした、カッセラミックスと金属またはセラ
ミックスとセラミックスの強固な接合構造を提供しよう
とするものである。
力の発生を少なくするとともに、発生した熱応力を緩和
できるようにした、カッセラミックスと金属またはセラ
ミックスとセラミックスの強固な接合構造を提供しよう
とするものである。
（問題点を解決するための手段）
インサート材を一つの均一成分層として、セラミックス
及び金属との反応接合機能、熱応力緩和機能を発現させ
るのではなく、各機能別の成分層でインサート材を構成
する。即ち、セラミックスと接合する部分はセラミック
スと良ぐ反応するＡ４合金によシ接合反応層とじ又、金
属との接合部分は金属と良く反応するＡｌ合金による接
合反応層とする。そして、直接、接合に関与しない内部
の層は応力緩和に有効なＡｌ合金による応力緩和層とす
る。
及び金属との反応接合機能、熱応力緩和機能を発現させ
るのではなく、各機能別の成分層でインサート材を構成
する。即ち、セラミックスと接合する部分はセラミック
スと良ぐ反応するＡ４合金によシ接合反応層とじ又、金
属との接合部分は金属と良く反応するＡｌ合金による接
合反応層とする。そして、直接、接合に関与しない内部
の層は応力緩和に有効なＡｌ合金による応力緩和層とす
る。
そしてこの様に構成したＡｌ合金のインサート材は接合
反応層の低い融点側の温度以下で拡散接合することによ
って内部の応力緩和層に外部の接合反応層の合金成分が
著しく拡散するのを防ぎ、本来の応力緩和能力を低下さ
せない様する。
反応層の低い融点側の温度以下で拡散接合することによ
って内部の応力緩和層に外部の接合反応層の合金成分が
著しく拡散するのを防ぎ、本来の応力緩和能力を低下さ
せない様する。
即ち、接合後例えばインサート材部には少なくとも三つ
の層（セラミックス側の接合反応層、金属側の接合反応
層、それらの内部の応力緩和層）が確認されることが肝
要である、接合後玉つの層が均一成分層となることは伸
びの小さい合金層とな９機能上、好ましくない。
の層（セラミックス側の接合反応層、金属側の接合反応
層、それらの内部の応力緩和層）が確認されることが肝
要である、接合後玉つの層が均一成分層となることは伸
びの小さい合金層とな９機能上、好ましくない。
このためには極力低温接合、即ち接合反応の液相線以下
の温度、望ましくは固相線以下の温度で接合する必要が
ある。
の温度、望ましくは固相線以下の温度で接合する必要が
ある。
（従来例）
セラミックスとしてＳｉＣ焼結体（２０口×ＩＱ ｔｆ
ｌ）金属としてＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（５８％Ｆｅ 、
３Ｑ％Ｎｉ、５％Ｃｏ 、２０口×１０ＬＨ）、Ａ４イ
ンサート材としてｋｌ−Ｓｉ合金（Ａ４０３２ １．０
朋」）を用いて、約１Ｏ−４Ｔｏｒｒの真空中で、温度
５２５℃、加圧１ ｋｇ ／ｙｘ２゜を作用させて２０
分間拡散接合した・炉冷後ＳｉＣ側で破壊した。
ｌ）金属としてＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（５８％Ｆｅ 、
３Ｑ％Ｎｉ、５％Ｃｏ 、２０口×１０ＬＨ）、Ａ４イ
ンサート材としてｋｌ−Ｓｉ合金（Ａ４０３２ １．０
朋」）を用いて、約１Ｏ−４Ｔｏｒｒの真空中で、温度
５２５℃、加圧１ ｋｇ ／ｙｘ２゜を作用させて２０
分間拡散接合した・炉冷後ＳｉＣ側で破壊した。
（実施例１）
従来例と同様のＳｉＯ焼結体１とＦｅ−Ｎｉ−Ｃ０合金
２を用い、インサート材３は接合反応層とシテＡｇ−５
ｎ合金（Ａ４０３２ 、 ｏ、３ｍｔ ）３ａ、３ａ応
力緩和層としてＡ ｌ −Ｍ ｎ合金（Ａ３００３．０
．６朋ｔ）３ｂを用い、これらを図面の様に配置して、
従来例と同様の条件で拡散接合した□室温に炉冷後金（
Ｓｉ０１が破壊することなく良好な接合体を得た９せん
断強度を測定したところ８〜１１に９７Ｗｌｌ１２あっ
た。
２を用い、インサート材３は接合反応層とシテＡｇ−５
ｎ合金（Ａ４０３２ 、 ｏ、３ｍｔ ）３ａ、３ａ応
力緩和層としてＡ ｌ −Ｍ ｎ合金（Ａ３００３．０
．６朋ｔ）３ｂを用い、これらを図面の様に配置して、
従来例と同様の条件で拡散接合した□室温に炉冷後金（
Ｓｉ０１が破壊することなく良好な接合体を得た９せん
断強度を測定したところ８〜１１に９７Ｗｌｌ１２あっ
た。
（実施例２）
従来例と同様のＳｉＯ焼結体１とＦｅ−Ｎ１−Ｃｏ合金
２を用い、インサート材３は接合反応層としてＡｌ−Ｓ
ｉ合金（１６％Ｓｉ、４．４％Ｃｕ。
２を用い、インサート材３は接合反応層としてＡｌ−Ｓ
ｉ合金（１６％Ｓｉ、４．４％Ｃｕ。
Ｑ、 ３ ｙｘも）３ａ、３ａ応力緩和層としてＡ＄Ｍ
２合金（Ａ５０５２ 、１ｆｆｌｌｌｔ ）３ｂを用い
て、これらを図面の様に配置１約１０−４Ｔｏｒｒ、温
度５２５℃加圧１ ｋｇ ／ｍｚ２．時間２０分で拡散
接合した。
２合金（Ａ５０５２ 、１ｆｆｌｌｌｔ ）３ｂを用い
て、これらを図面の様に配置１約１０−４Ｔｏｒｒ、温
度５２５℃加圧１ ｋｇ ／ｍｚ２．時間２０分で拡散
接合した。
炉冷後Ｓ ｉｃｌが破壊することなく良好な接合体を得
た０せん断強度を測定したところ９〜１２ｋｑ／細２と
なった。
た０せん断強度を測定したところ９〜１２ｋｑ／細２と
なった。
（実施例３）
従来例と同様のＳｉＣ焼結体１、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃ０合金
２を用い、インサート材は接合反応層とＬテＡＬ−Ｚ
ｎ合金（Ａ７０７５ 、０．３ｆｆｔ ） ３ａ、３ａ
応力緩和層として純ＡｌＡｌ０５０゜０．６ｆｆｔ）３
ｂを用い、これらを図面の様に配置して、従来例と同様
の条件で拡散接合した・炉冷後５ｉＣ１が破壊すること
なく良好な接合体を得た。せん断強度を測定したところ
、４〜６に９／ＷＭ２であった。
２を用い、インサート材は接合反応層とＬテＡＬ−Ｚ
ｎ合金（Ａ７０７５ 、０．３ｆｆｔ ） ３ａ、３ａ
応力緩和層として純ＡｌＡｌ０５０゜０．６ｆｆｔ）３
ｂを用い、これらを図面の様に配置して、従来例と同様
の条件で拡散接合した・炉冷後５ｉＣ１が破壊すること
なく良好な接合体を得た。せん断強度を測定したところ
、４〜６に９／ＷＭ２であった。
（実施例４）
従来例と同様のＳｉＣ焼結体１、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃ０合金
２を用い、インサート材は接合反応層としてＡｌ−Ｃｕ
合金（Ａ２０１４．０．３ｆｆｌ１３ａ、３ａ応力緩和
層として純ＡｌＡｌ０５０゜Ｑ、５＋ｕｔ）３ｂを用い
、これらを図面の様に配置して、約Ｉ Ｑ−４Ｔｏｒｒ
、温度５３０℃、加圧１１９７ＭＭ２．時間２０分で拡
散接合した。炉冷後５ｉＣ１が破壊することなく良好な
接合体を得た。これのせん断強度は４〜６ｋｇ ／ｌｎ
２であった。
２を用い、インサート材は接合反応層としてＡｌ−Ｃｕ
合金（Ａ２０１４．０．３ｆｆｌ１３ａ、３ａ応力緩和
層として純ＡｌＡｌ０５０゜Ｑ、５＋ｕｔ）３ｂを用い
、これらを図面の様に配置して、約Ｉ Ｑ−４Ｔｏｒｒ
、温度５３０℃、加圧１１９７ＭＭ２．時間２０分で拡
散接合した。炉冷後５ｉＣ１が破壊することなく良好な
接合体を得た。これのせん断強度は４〜６ｋｇ ／ｌｎ
２であった。
（実施例５）
セラミックスとして、Ｓｉ３Ｎ４焼結体（２０口×１０
も”） １ ａ−Ａ（ｂｏｓ （２０口×１Ｑｔｆｆｊ
ｆ）ｌｂを用い、インサート材は接合反応層としてＡｌ
−Ｃｕ合金（Ａ２０１４，０．３ｇｔ）３ａ。
も”） １ ａ−Ａ（ｂｏｓ （２０口×１Ｑｔｆｆｊ
ｆ）ｌｂを用い、インサート材は接合反応層としてＡｌ
−Ｃｕ合金（Ａ２０１４，０．３ｇｔ）３ａ。
３ａ応力緩和層としてＡ Ｉ −Ｍ ｎ合金（Ａ３００
３．０．６ｆｆｔ）３ｂを用い、これらを図面の様に配
置して、約１Ｏ−４Ｔｏｒｒ、５３０℃、ｌ ｋｇ ７
１ｍ２゜２０分で拡散接合した。炉冷後セラミックスが
破壊することなく良好な接合体を得た。
３．０．６ｆｆｔ）３ｂを用い、これらを図面の様に配
置して、約１Ｏ−４Ｔｏｒｒ、５３０℃、ｌ ｋｇ ７
１ｍ２゜２０分で拡散接合した。炉冷後セラミックスが
破壊することなく良好な接合体を得た。
（他の実施例）
前記各実施例に於いては、セラミックス側と金属側と同
種のＡｌ合金を用いたが、異なる他のＡｌ合金を用いて
も同様の効果が得られる。
種のＡｌ合金を用いたが、異なる他のＡｌ合金を用いて
も同様の効果が得られる。
一般に本発明の接合反応層に用いられＡｌ金合金Ａｇ、
Ｃ！ｕ、Ｍｐ、Ｐｂ、Ｓｉ、８ｎ、Ｔｅ、Ｚｎ・Ｍｎ等
を１種以上含有し、Ａ４と約２００〜５８５℃の範囲で
共晶組成を作る合金である。もちろんのことこれらに他
の金属、Ｆｃ 、Ｏｒ 、Ｎｉ 、Ｔｉ等含んでもよい
。又応力緩和層のＡｌ合金はＡＩ、Ａ ｌ −Ｍ ｎ系
Ａｌ−Ｍｐ系等の伸びの大きい且つ、溶融温度の高い合
金が良い。
Ｃ！ｕ、Ｍｐ、Ｐｂ、Ｓｉ、８ｎ、Ｔｅ、Ｚｎ・Ｍｎ等
を１種以上含有し、Ａ４と約２００〜５８５℃の範囲で
共晶組成を作る合金である。もちろんのことこれらに他
の金属、Ｆｃ 、Ｏｒ 、Ｎｉ 、Ｔｉ等含んでもよい
。又応力緩和層のＡｌ合金はＡＩ、Ａ ｌ −Ｍ ｎ系
Ａｌ−Ｍｐ系等の伸びの大きい且つ、溶融温度の高い合
金が良い。
以上の様なＡｌ合金を接合反応層及び応力緩和層として
自由に組み合わせ用いることが出来る。
自由に組み合わせ用いることが出来る。
このときの接合温度は接合反応層の合金の固相線温度以
下とし、接合反応層の合金成分が応力緩和層に拡散して
応力緩和層の特性をそこなわない条件で接合する必要が
ある。
下とし、接合反応層の合金成分が応力緩和層に拡散して
応力緩和層の特性をそこなわない条件で接合する必要が
ある。
本発明の重要な点はセラミックス及び金属各々に対する
接合反応層とそれらの間に存在する応力緩和層を明確に
区別して形成させ各層の機能を充分に発現させるところ
にある。
接合反応層とそれらの間に存在する応力緩和層を明確に
区別して形成させ各層の機能を充分に発現させるところ
にある。
このだめの温度、時間、圧力等の接合条件及び各Ａｌ合
金層の厚みは予備テスト等により決定される。
金層の厚みは予備テスト等により決定される。
従って、一般には固相線以下の低温、例えば５６０℃以
下が選ばれる。又、各層の厚みとしては接合反応層は薄
く応力緩和層は厚くするのが良い。
下が選ばれる。又、各層の厚みとしては接合反応層は薄
く応力緩和層は厚くするのが良い。
他の接合条件、即ち、圧力、雰囲気に於いて、圧力は高
い程更に低温が選ばれる。雰囲気も、大気中、不活性ガ
ス中、ＩＩ、ガス中と自由に選ばれる。
い程更に低温が選ばれる。雰囲気も、大気中、不活性ガ
ス中、ＩＩ、ガス中と自由に選ばれる。
又、Ａｌ合金の多層形成は他の方法で事前に複合後、接
合時にインサート材として用いてもよい。
合時にインサート材として用いてもよい。
実施例に於いてセラミックスとしてＳｉＣを用いたが他
の−ｔ−７ミツクｙ、 Ｓ ｉ３Ｎ４． Ａ Ｉ２０．
、 Ｚ ｒ Ｏ。
の−ｔ−７ミツクｙ、 Ｓ ｉ３Ｎ４． Ａ Ｉ２０．
、 Ｚ ｒ Ｏ。
系ＭｐＯ，サイアロン、 Ｓ ｉＯｗ Ａｌｔｏｓ系
等にも同様の効果があった。
等にも同様の効果があった。
又、例えば金属側表面にメッキ、コーティング等の表面
処理がなされている場合には金属側の接合反応層を省略
できる場合がありセラミックス側反応層と応力緩和層の
２層構造とすることも出来る。
処理がなされている場合には金属側の接合反応層を省略
できる場合がありセラミックス側反応層と応力緩和層の
２層構造とすることも出来る。
（効果）
以上のように、本発明によれば、セラミックスと金属ま
たはセラミックスとセラミックスを、低温で接合するの
で熱応力の発生が小さく、発生した熱応力は応力緩和層
で吸収されるので熱応力によるセラミックスの破壊や接
合界面での剥離が防止され、かつセラミックスと金属ま
たはセラミックスとセラミックスの強固な接合が得られ
る。
たはセラミックスとセラミックスを、低温で接合するの
で熱応力の発生が小さく、発生した熱応力は応力緩和層
で吸収されるので熱応力によるセラミックスの破壊や接
合界面での剥離が防止され、かつセラミックスと金属ま
たはセラミックスとセラミックスの強固な接合が得られ
る。
図面は、この発明の実施例を示す断面図であり。
図面中、１．１ａ、１ｂはセラミックス、２は金属、３
ａは接合反応層、３ｂは応力緩和層である。
ａは接合反応層、３ｂは応力緩和層である。
Claims (6)
- （１）多層に形成せしめたＡｌ又はＡｌ合金のインサー
ト材を、セラミックスと金属またはセラミックスとセラ
ミックスとの間に介在せしめて拡散接合したことを特徴
とするセラミックスの接合構造。 - （２）前記インサート材は、少なくとも応力緩和層を含
み、この応力緩和層の両側に接合反応層を形成せしめて
なる特許請求の範囲第１項記載のセラミックスの接合構
造。 - （３）前記インサート材は、少なくとも応力緩和層を含
み、この応力緩和層のいずれか片側に接合反応層を形成
せしめてなる特許請求の範囲第１項記載のセラミックス
の接合構造。 - （４）前記インサート材の前記接合反応層は、２００〜
５８５℃の温度内でＡｌと共晶組織を形成する金属を一
種以上含有したＡｌ合金である特許請求の範囲第２項お
よび第３項記載のセラミックスの接合構造。 - （５）前記インサート材に含有される前記金属は、Ｓｉ
、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｔｅである特
許請求の範囲第４項記載のセラミックスの接合構造。 - （６）前記インサート材の前記応力緩和層は、前記接合
反応層より高い融点を有する純ＡｌまたはＡｌ合金であ
る特許請求の範囲第２項および第３項記載のセラミック
スの接合構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20906385A JPS6270272A (ja) | 1985-09-20 | 1985-09-20 | セラミツクスの接合構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20906385A JPS6270272A (ja) | 1985-09-20 | 1985-09-20 | セラミツクスの接合構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6270272A true JPS6270272A (ja) | 1987-03-31 |
Family
ID=16566639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20906385A Pending JPS6270272A (ja) | 1985-09-20 | 1985-09-20 | セラミツクスの接合構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6270272A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63220987A (ja) * | 1987-03-06 | 1988-09-14 | Natl Res Inst For Metals | アルミニウム及びアルミナセラミツクスの拡散接合法 |
| JP2006225260A (ja) * | 2005-02-16 | 2006-08-31 | Ngk Insulators Ltd | 接合体及びその製造方法 |
-
1985
- 1985-09-20 JP JP20906385A patent/JPS6270272A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63220987A (ja) * | 1987-03-06 | 1988-09-14 | Natl Res Inst For Metals | アルミニウム及びアルミナセラミツクスの拡散接合法 |
| JPH0562034B2 (ja) * | 1987-03-06 | 1993-09-07 | Kagaku Gijutsucho Kinzoku | |
| JP2006225260A (ja) * | 2005-02-16 | 2006-08-31 | Ngk Insulators Ltd | 接合体及びその製造方法 |
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