JPS6272573A - セラミツク複合部材 - Google Patents
セラミツク複合部材Info
- Publication number
- JPS6272573A JPS6272573A JP21246785A JP21246785A JPS6272573A JP S6272573 A JPS6272573 A JP S6272573A JP 21246785 A JP21246785 A JP 21246785A JP 21246785 A JP21246785 A JP 21246785A JP S6272573 A JPS6272573 A JP S6272573A
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- ceramic
- ceramics
- metal
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- Pending
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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】
〔発明の利用分野〕
高熱伝導セラミックスと導電性セラミックスを積層焼結
し、前記導電性セラミックスに金属を直接化学的に接合
した高温用セラミック複合部材に関する。
し、前記導電性セラミックスに金属を直接化学的に接合
した高温用セラミック複合部材に関する。
セラミックスと金属の接合において特に非酸化物系セラ
ミックスと金属を接合する場合、非酸化物系セラミック
ス（例えば５ｉＣ）は金属に比べて熱膨張係数が小さい
ため接合に際して１両部材の熱膨張差による熱広力によ
って接合部に割れが生ずるという問題がある。また非酸
化物系セラミックスは、金属と化学結合しにくいため接
合が鷺かしいという問題がある。これらの問題を解決す
る接合法としては、熱膨張係数がセラミックスよりも大
きくかつ金属よりも小さい熱膨張係数を有する部材をセ
ラミックスと金属の中間に介して接合部の熱膨張差を小
さくした接合法がある。その−例が特開昭５５−１１３
６８３号「炭化物系セラミック体の金属化方法及び金属
化用組成物」である。これによれば、低熱膨張、高隔点
材料であるＷｌｏｏ−１０重量部に対して炭化珪素とぬ
れ性の良いＮｉ１Ｏ〜９０重量部とを混合してペースト
状にし、炭化珪素セラミック焼結体に塗布する。
ミックスと金属を接合する場合、非酸化物系セラミック
ス（例えば５ｉＣ）は金属に比べて熱膨張係数が小さい
ため接合に際して１両部材の熱膨張差による熱広力によ
って接合部に割れが生ずるという問題がある。また非酸
化物系セラミックスは、金属と化学結合しにくいため接
合が鷺かしいという問題がある。これらの問題を解決す
る接合法としては、熱膨張係数がセラミックスよりも大
きくかつ金属よりも小さい熱膨張係数を有する部材をセ
ラミックスと金属の中間に介して接合部の熱膨張差を小
さくした接合法がある。その−例が特開昭５５−１１３
６８３号「炭化物系セラミック体の金属化方法及び金属
化用組成物」である。これによれば、低熱膨張、高隔点
材料であるＷｌｏｏ−１０重量部に対して炭化珪素とぬ
れ性の良いＮｉ１Ｏ〜９０重量部とを混合してペースト
状にし、炭化珪素セラミック焼結体に塗布する。
次にこれを非酸化雰囲気中で１０００−１８００℃で焼
成して炭化珪素焼結体表面に金属化面を形成して金属を
金属化面にろう付けする。すなわちセラミックスと金属
の中間に金属化面を形成することによって接合部の熱膨
張差を緩和する利点があるにの場合の剥離強度は３〜５
ｋｇ／ａｔである。しかし、形状の大きいセラミックス
の接合に関しては、上配接合法は、接合プロセスが煩雑
で実用に対して信頼性が十分でなく、かつ接着強度が低
いという問題があった。
成して炭化珪素焼結体表面に金属化面を形成して金属を
金属化面にろう付けする。すなわちセラミックスと金属
の中間に金属化面を形成することによって接合部の熱膨
張差を緩和する利点があるにの場合の剥離強度は３〜５
ｋｇ／ａｔである。しかし、形状の大きいセラミックス
の接合に関しては、上配接合法は、接合プロセスが煩雑
で実用に対して信頼性が十分でなく、かつ接着強度が低
いという問題があった。
本発明は、高熱伝導ＳｉＣ系セラミックスに導電性セラ
ミックスを焼結し、前記導電性セラミックスに金属を直
接化学的に接合して、接合部の熱膨張差による熱応力を
緩和すると共に、高い接着力を得ることを目的とするも
のである。
ミックスを焼結し、前記導電性セラミックスに金属を直
接化学的に接合して、接合部の熱膨張差による熱応力を
緩和すると共に、高い接着力を得ることを目的とするも
のである。
Ｓ ｉＣ，５１ｇＮａ及びサイアロン等の非酸化物系セ
ラミックスは、耐熱性及び耐食性に優れている。特に焼
結助剤としてＳｉＣに１〜２０ｗｔ％Ｂｅ○を添加した
ＳｉＣ系セラミックス（高熱伝導ＳｉＣ系セラミックス
）は、高熱伝導性及び高絶縁性に優れている。従ってこ
の材料を絶縁基板材料及び高温用炉壁材等に用いると周
辺機器の温度上昇を抑制できる特徴がある。例えば、３
０００℃以上になる核融合炉の炉壁材には、高熱伝導Ｓ
ｉＣセラミックスの適用が有望である。すなわち高熱伝
導ＳｉＣセラミックスに金属を接合し、金属を水冷する
ことによってセラミックスを間接的に冷却でき、炉壁外
部の温度上昇を低温度に抑制できる。ここで高熱伝導Ｓ
ｉＣセラミックスと金属の接合部は、接着強度が大で、
耐熱性のあることが望ましい、しかし、高熱伝導ＳｉＣ
セラミックス（熱膨張係数：３５〜４０ Ｘ １０−’
／”Ｃ）と金属Ｃ３ＵＳ材の熱膨張係数：１００Ｘ１０
”’？／”Ｃ）を接合すると両部材の熱膨張差が太きい
た７゛め、接合部に割れが発生する。そこで、高熱伝導
ＳｉＣセラミックスよりも熱膨張係数の大きいセラミッ
クス（例えば、ＳｉＣニーＺｒＢａ系セラミックス、熱
膨張係数５０〜６０Ｘ１０−’／℃）を高熱伝導ＳｉＣ
セラミックスに重ねて焼結し、５ｉＣ−ＺｒＢａ系セラ
ミックスに金属を直接化学的に接合しで、接合部の熱膨
Ｉ！貌による割れを防止する。
ラミックスは、耐熱性及び耐食性に優れている。特に焼
結助剤としてＳｉＣに１〜２０ｗｔ％Ｂｅ○を添加した
ＳｉＣ系セラミックス（高熱伝導ＳｉＣ系セラミックス
）は、高熱伝導性及び高絶縁性に優れている。従ってこ
の材料を絶縁基板材料及び高温用炉壁材等に用いると周
辺機器の温度上昇を抑制できる特徴がある。例えば、３
０００℃以上になる核融合炉の炉壁材には、高熱伝導Ｓ
ｉＣセラミックスの適用が有望である。すなわち高熱伝
導ＳｉＣセラミックスに金属を接合し、金属を水冷する
ことによってセラミックスを間接的に冷却でき、炉壁外
部の温度上昇を低温度に抑制できる。ここで高熱伝導Ｓ
ｉＣセラミックスと金属の接合部は、接着強度が大で、
耐熱性のあることが望ましい、しかし、高熱伝導ＳｉＣ
セラミックス（熱膨張係数：３５〜４０ Ｘ １０−’
／”Ｃ）と金属Ｃ３ＵＳ材の熱膨張係数：１００Ｘ１０
”’？／”Ｃ）を接合すると両部材の熱膨張差が太きい
た７゛め、接合部に割れが発生する。そこで、高熱伝導
ＳｉＣセラミックスよりも熱膨張係数の大きいセラミッ
クス（例えば、ＳｉＣニーＺｒＢａ系セラミックス、熱
膨張係数５０〜６０Ｘ１０−’／℃）を高熱伝導ＳｉＣ
セラミックスに重ねて焼結し、５ｉＣ−ＺｒＢａ系セラ
ミックスに金属を直接化学的に接合しで、接合部の熱膨
Ｉ！貌による割れを防止する。
高熱伝導ＳｉＣセラミックスとＳ ｉ Ｃ−Ｚ ｒ Ｂ
ｚ系セラミックスの焼結方法は、高熱伝導ＳｉＣセラミ
ックスと５ｉＣ−ＺｒＢａ系セラミックス成形体を重ね
てホットプレスで焼結する。５ｉＣ−ＺｒＢａ系セラミ
ックス成形体は、粉末成形体又は、グリーンシートを用
いる。一方５ｉＣ−ＺｒＢｚ系セラミックスと金属の接
合は、５ｉＣ−ＺｒＢａ系セラミックスと直接化学的に
接合が可能であるＮｉ又はＮｉ基合金を用いる。接合方
法は、高熱伝導ＳｉＣセラミックスに焼結した５ｉＣ−
ＺｒＢａ系セラミックス表面にＮｉ又はＮｉ基合金板を
重ね、接合部を所定圧力で加圧しながら、所定温度（Ｎ
ｉ板を用いる場合は９５０℃以上）に加熱すると、接合
部界面においてＳｉＣ及びＺｒＢ２とＮｉ又はＮｉ基合
金の反応′ が起こる。この反対に伴ってＮｉ、Ｓｉ及
びＺｒが相互拡散し、接合部界面に反応層を形成する。
ｚ系セラミックスの焼結方法は、高熱伝導ＳｉＣセラミ
ックスと５ｉＣ−ＺｒＢａ系セラミックス成形体を重ね
てホットプレスで焼結する。５ｉＣ−ＺｒＢａ系セラミ
ックス成形体は、粉末成形体又は、グリーンシートを用
いる。一方５ｉＣ−ＺｒＢｚ系セラミックスと金属の接
合は、５ｉＣ−ＺｒＢａ系セラミックスと直接化学的に
接合が可能であるＮｉ又はＮｉ基合金を用いる。接合方
法は、高熱伝導ＳｉＣセラミックスに焼結した５ｉＣ−
ＺｒＢａ系セラミックス表面にＮｉ又はＮｉ基合金板を
重ね、接合部を所定圧力で加圧しながら、所定温度（Ｎ
ｉ板を用いる場合は９５０℃以上）に加熱すると、接合
部界面においてＳｉＣ及びＺｒＢ２とＮｉ又はＮｉ基合
金の反応′ が起こる。この反対に伴ってＮｉ、Ｓｉ及
びＺｒが相互拡散し、接合部界面に反応層を形成する。
反応生成物は、ＮｉにＳｉ及びＺｒの一部が固溶した固
相並びにＮｉ５Ｓｉｘ及びＮｉＺｒ等の金属間化合物か
らなる。従ってＮｉ又はＮｉ基合金は、反応層を伴って
５ｉＣ−ＺｒＢａ系セラミックスと強固に接着する。
相並びにＮｉ５Ｓｉｘ及びＮｉＺｒ等の金属間化合物か
らなる。従ってＮｉ又はＮｉ基合金は、反応層を伴って
５ｉＣ−ＺｒＢａ系セラミックスと強固に接着する。
実施例（１）
第１図は、高熱伝導セラミックス（ＳｉＣ−２ｗｔ％Ｂ
ｅ Ｏ，ａ ＝４０ Ｘ １０−７／”Ｃ） １と
導電性セラミックス（ＳｉＣ−６０ｗｔ％ＺｒＢｚ。
ｅ Ｏ，ａ ＝４０ Ｘ １０−７／”Ｃ） １と
導電性セラミックス（ＳｉＣ−６０ｗｔ％ＺｒＢｚ。
α＝４０ Ｘ １０−’７℃） ２の成形体をホットプ
レスで真空焼結（焼結温度２０５０℃）シ、前記導電性
セラミックスにＮｉ基合金（板厚１ｔ）３を加熱圧接し
た高温用セラミックー金属複合部材を示す。
レスで真空焼結（焼結温度２０５０℃）シ、前記導電性
セラミックスにＮｉ基合金（板厚１ｔ）３を加熱圧接し
た高温用セラミックー金属複合部材を示す。
セラミックスと金属の接着強度は、１００〜２００ｋｇ
／ｄを得た。
／ｄを得た。
接合方法は、セラミックスと金属を重ね、これを所定圧
力（２ｋｇ ／ ｗａ”）で加圧しながら所定温度（９
５０〜９８０℃）に加熱して、所定温度に達した時点で
接合部を自然放冷することによってセラミックスと金属
は強固に接着する。
力（２ｋｇ ／ ｗａ”）で加圧しながら所定温度（９
５０〜９８０℃）に加熱して、所定温度に達した時点で
接合部を自然放冷することによってセラミックスと金属
は強固に接着する。
実施例（２）
導電性セラミックスとして、Ｈｆ Ｂ ｘ及びＴｉＢｔ
を用いて、実施例（１）と同様に導電性セラミックスと
金属（ＳＵＳ材）を接合した場合も接着強度は１００〜
２００ｋｇ／Ｊを得た。
を用いて、実施例（１）と同様に導電性セラミックスと
金属（ＳＵＳ材）を接合した場合も接着強度は１００〜
２００ｋｇ／Ｊを得た。
実施例（３）
実施例（１）においてセラミックスと金属、さらに金属
と金属を同時に接合する場合は、第２図に示すように、
金属３と金属５の間にＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ合金箔（耐熱温
度１０００℃、板厚１０〜３０μ）４を介してセラミッ
クスと金属を同時に加熱圧接することができる。
と金属を同時に接合する場合は、第２図に示すように、
金属３と金属５の間にＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ合金箔（耐熱温
度１０００℃、板厚１０〜３０μ）４を介してセラミッ
クスと金属を同時に加熱圧接することができる。
実施例（４）
第４図は、高熱伝導セラミックス（ＳｉＣ−２ｗｔ％Ｂ
ｓ０）１と導電性セラミックス（Ｓ ｉ Ｃ６０ｗｔ％
ＺｒＢｘ）２の成形体をホットプレスで真空焼結（焼結
温度２０５０℃）した複合セラミックスタイルを示す」 第５図は、第４図の複合セラミックスタイルにＮｉ板（
板厚０．３ｍ）３及びＮｉ板３と冷却水の流入孔９及び
流出孔１０を有する円筒管８付き金属容器（ＳＵＳ材）
５の間にＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ箔（板厚３０μ）４を挿入し
て、複合セラミックスタイルとＮｉ板及びＮｉ板と円筒
管付き金属容器を同時に加熱圧接した高温用セラミック
スタイルを示す。加熱圧接の方法は、複合セラミックス
タイル、Ｎｉ板、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ箔及び金属容器の接
合部を２ｋｇ／ｍ”の加圧力で加圧しながら。
ｓ０）１と導電性セラミックス（Ｓ ｉ Ｃ６０ｗｔ％
ＺｒＢｘ）２の成形体をホットプレスで真空焼結（焼結
温度２０５０℃）した複合セラミックスタイルを示す」 第５図は、第４図の複合セラミックスタイルにＮｉ板（
板厚０．３ｍ）３及びＮｉ板３と冷却水の流入孔９及び
流出孔１０を有する円筒管８付き金属容器（ＳＵＳ材）
５の間にＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ箔（板厚３０μ）４を挿入し
て、複合セラミックスタイルとＮｉ板及びＮｉ板と円筒
管付き金属容器を同時に加熱圧接した高温用セラミック
スタイルを示す。加熱圧接の方法は、複合セラミックス
タイル、Ｎｉ板、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ箔及び金属容器の接
合部を２ｋｇ／ｍ”の加圧力で加圧しながら。
接合部をＡｒ雰囲気中で１０００℃に加熱し、 １００
０℃に達した時点で接合部を自然放冷して接合を完成す
る。一方円筒管の周囲と彼属容器の上面は、金属板（Ｓ
ＵＳ材）６でろう接して、円筒管に、流入する冷却水が
金属容器内を循環するようにする。
０℃に達した時点で接合部を自然放冷して接合を完成す
る。一方円筒管の周囲と彼属容器の上面は、金属板（Ｓ
ＵＳ材）６でろう接して、円筒管に、流入する冷却水が
金属容器内を循環するようにする。
金属容器に冷却水を循環させる目的は、高温度（１００
０〜３０００℃）の炉壁にセラミックスタイルを適用し
た場合に、高温度に加熱されたセラミックスの熱伝導に
よる金属容器並びに炉壁外部の高温化を抑制するために
用いる。
０〜３０００℃）の炉壁にセラミックスタイルを適用し
た場合に、高温度に加熱されたセラミックスの熱伝導に
よる金属容器並びに炉壁外部の高温化を抑制するために
用いる。
冷却水の通水経路は、第５図（ｂ）に示すように。
冷却水孔８に流入した冷却水は、７ａの冷却水孔から金
属容器内に流出し、金属容器内を循環して７ａの冷却水
孔を通って１０の冷却水孔から流出する。
属容器内に流出し、金属容器内を循環して７ａの冷却水
孔を通って１０の冷却水孔から流出する。
高温度の炉壁にセラミックスタイルを用いる場合は、第
５（ｃ）に示すように、セラミックスタイルを複数個連
結して、連結部１２をろう接し、各各のタイルの冷却水
孔を外部冷却水管に接合した一連体の高温用セラミック
スタイルを作製する。
５（ｃ）に示すように、セラミックスタイルを複数個連
結して、連結部１２をろう接し、各各のタイルの冷却水
孔を外部冷却水管に接合した一連体の高温用セラミック
スタイルを作製する。
上記高温用セラミックスタイルは、３０００℃以上の高
温度の炉壁材に適用できる。
温度の炉壁材に適用できる。
第６図は、炉温か３０００℃以上である核隔合装置の概
略図を示したもので、炉壁部１３に高温用セラミックス
タイルを適用することができる。
略図を示したもので、炉壁部１３に高温用セラミックス
タイルを適用することができる。
本発明によるセラミック複合部材は耐熱性、高熱伝導性
に優れ、かつ、セラミックスと金属との接着力が大であ
り、接合部の熱膨張差による割れがないので信頼性が大
である。
に優れ、かつ、セラミックスと金属との接着力が大であ
り、接合部の熱膨張差による割れがないので信頼性が大
である。
第１図は、本発明の一実施例の複合セラミックスに金属
を接合した高温用セラミック複合部材の斜視図、第２図
は、複合セラミックスに金属と金属を接合した高温用セ
ラミックス複合部材の斜視図、第３図は、複合セラミッ
ク部材の製造方法を示す斜視図、第４図は、高温用セラ
ミックスタイルの製作方法を示す斜視図、第５図は、核
隔合炉の概略図である。 １・・・高熱伝導ＳｉＣセラミックス、２・・・導電性
セラミックス、３・・・Ｎｉ板、５・・・金属容器、６
・・・ろう接部、７ａ、７ｂ・・・流水孔、９・・・冷
却水流入孔。 １０・・・冷却水流出孔、１２・・・ろう接部、１３・
・・核隔合装置、１４・・・炉壁部、１５・・・真空容
器、１６・・・ソレノイドコイル。
を接合した高温用セラミック複合部材の斜視図、第２図
は、複合セラミックスに金属と金属を接合した高温用セ
ラミックス複合部材の斜視図、第３図は、複合セラミッ
ク部材の製造方法を示す斜視図、第４図は、高温用セラ
ミックスタイルの製作方法を示す斜視図、第５図は、核
隔合炉の概略図である。 １・・・高熱伝導ＳｉＣセラミックス、２・・・導電性
セラミックス、３・・・Ｎｉ板、５・・・金属容器、６
・・・ろう接部、７ａ、７ｂ・・・流水孔、９・・・冷
却水流入孔。 １０・・・冷却水流出孔、１２・・・ろう接部、１３・
・・核隔合装置、１４・・・炉壁部、１５・・・真空容
器、１６・・・ソレノイドコイル。
Claims (1)
- １、炭化珪素質セラミックスに金属を接合してなる積層
複合部材に於いて、炭化珪素質セラミックスと金属との
中間層に熱膨張係数が５０〜７０×１０＾−＾７／℃の
材料を介することを特徴とするセラミックス複合部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21246785A JPS6272573A (ja) | 1985-09-27 | 1985-09-27 | セラミツク複合部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21246785A JPS6272573A (ja) | 1985-09-27 | 1985-09-27 | セラミツク複合部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6272573A true JPS6272573A (ja) | 1987-04-03 |
Family
ID=16623125
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21246785A Pending JPS6272573A (ja) | 1985-09-27 | 1985-09-27 | セラミツク複合部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6272573A (ja) |
-
1985
- 1985-09-27 JP JP21246785A patent/JPS6272573A/ja active Pending
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