JPS6296373A - Joined body of non-oxide base ceramic and metal and joining method - Google Patents

Joined body of non-oxide base ceramic and metal and joining method

Info

Publication number
JPS6296373A
JPS6296373A JP23609585A JP23609585A JPS6296373A JP S6296373 A JPS6296373 A JP S6296373A JP 23609585 A JP23609585 A JP 23609585A JP 23609585 A JP23609585 A JP 23609585A JP S6296373 A JPS6296373 A JP S6296373A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal
oxide
oxide ceramic
joined
ceramics
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP23609585A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
一安 六夫
亮 菊地
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Metals Ltd filed Critical Hitachi Metals Ltd
Priority to JP23609585A priority Critical patent/JPS6296373A/en
Publication of JPS6296373A publication Critical patent/JPS6296373A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、窒化物、炭化物を主成分とする非酸化物系セ
ラミックスと鉄、銅、ニッケル、ステンレス等の金属、
あるいは合金(本明細書中では合金も含め金属と記す)
との接合体および接合方法に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to non-oxide ceramics mainly composed of nitrides and carbides, and metals such as iron, copper, nickel, and stainless steel.
Or an alloy (in this specification, alloys are also referred to as metals)
The present invention relates to a bonded body and a bonding method.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

セラミックスは優れた耐熱、耐食、耐摩耗性を有してい
るが、これを有効に利用しようとするとセラミックスの
脆性すなわち衝撃に弱いことが難点であり、構造材とし
て使用する時は靭性の優れている金属と接合して使用す
る方が都合の良い場合が多い、逆にこれにより、この用
途も拡大されるものである。
Ceramics have excellent heat resistance, corrosion resistance, and abrasion resistance, but when trying to utilize them effectively, the difficulty is that ceramics are brittle, which means they are susceptible to impact. In many cases, it is more convenient to use it in conjunction with other metals, which in turn expands its use.

セラミックスと金属との接合に関しては、種々研究が行
なわれている。すなわち、有機、無機などの接着剤によ
るもの、焼きばめなどの機械的な接合の併用などもあり
、優れた接着剤も開発され、それなりの評価がなされて
いる。しかしながら、耐熱性などの点で化学反応、拡散
浸透効果による接合、セラミックスの表面に金属を形成
させるいわゆるメタライズ法が注目されている。
Various studies have been conducted regarding the bonding of ceramics and metals. That is, there are organic and inorganic adhesives, as well as mechanical bonding such as shrink fitting, and excellent adhesives have been developed and are being evaluated to a certain extent. However, from the viewpoint of heat resistance, etc., chemical reactions, bonding by diffusion and penetration effects, and the so-called metallization method in which metal is formed on the surface of ceramics are attracting attention.

このメタライズ法は以下のように大別されている。This metallization method is broadly classified as follows.

■ 高融点金属法とも言われるもので、 Mo、 M。■It is also called the high melting point metal method, and Mo, M.

−Mn、W、W−Moまたはこれらにカオリン等を添加
し、バインダーと混合し、加湿水素中で1600℃前後
に加熱しMo、Wを浸透させ、これにNiメッキ等を行
なって、さらに接合金属とロウ付する方法。
- Mn, W, W-Mo or kaolin etc. are added to these, mixed with a binder, heated to around 1600℃ in humidified hydrogen to infiltrate Mo and W, plated with Ni etc., and then bonded. How to braze metal.

接合機構はMnはMn○となりセラミックス中に溶は込
み、またMOは若干酸化されてセラミックス相のガラス
相およびNiメッキ層に浸透し接合するものである。
The bonding mechanism is that Mn becomes Mn◯ and melts into the ceramic, and MO is slightly oxidized and penetrates into the glass phase of the ceramic phase and the Ni plating layer to bond.

■ セラミックスと金属との間に容易に反応する中間イ
ンサート材を介在させ、これを介して接合する方法。該
インサート材としては、一般に硫化銅等の銅系化合物と
カオリン等の混合物が知られている。接合に際しては、
上記インサート材をセラミックスと接合する金属との間
に挿入し、インサート材の融点以上の温度に加熱する。
■ A method of joining ceramics and metal by interposing an intermediate insert material that easily reacts with the material. As the insert material, a mixture of a copper compound such as copper sulfide and kaolin is generally known. When joining,
The insert material is inserted between the ceramic and the metal to be joined, and heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the insert material.

機構的には■の方法では工数がかかるため、■の方法が
注目されている。
Mechanically, method (■) requires a lot of man-hours, so method (■) is attracting attention.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

インサート材を使用する方法において、アルミナ系、マ
グネシア系、シリカ系などの酸化物系セラミックスにつ
いては、接合に成功している例は種々報告されている。
In methods using insert materials, various examples have been reported in which oxide-based ceramics such as alumina-based, magnesia-based, and silica-based ceramics have been successfully joined.

しかし、非酸化物系セラミックスに関しては充分な接合
強度が得られていない。
However, sufficient bonding strength has not been achieved with non-oxide ceramics.

本発明は、非酸化物系セラミックスについて、該セラミ
ックスと金属との接合体およびその接合方法を提案しよ
うとするものである。
The present invention aims to propose a bonded body of non-oxide ceramics and a metal and a bonding method therefor.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

発明者はサイアロンの安定性に着目し、強制還元による
生成相を考慮した結果、重量%でCa 15〜80%、
残部SLおよび不可避的不純物、又は重量%でCa 1
5−80%、Ti15%以下、残部Siおよび不可避的
不純物からなる薄板又は粉末あるいは該粉末にバインダ
ーを添加したもの等をインサート材として接合すべき非
酸化物系セラミックスと金属との間に挟み込み、非酸化
性雰囲気中で900℃以上、該接合すべき金属の融点以
下の温度にて加熱処理をすることにより、従来強固な接
合が難しかったサイアロンを含め非酸化物系セラミック
スと金属が前記インサート材の構成元素と非酸化物系セ
ラミックスならびに該金属の構成元素を含有する層を介
して一体化している接合体を得ることに成功した。
The inventor focused on the stability of Sialon, and as a result of considering the phase formed by forced reduction, Ca 15 to 80% by weight,
The remainder SL and unavoidable impurities, or Ca 1 in wt%
A thin plate or powder consisting of 5-80% Ti, 15% or less Ti, the balance Si and unavoidable impurities, or a binder added to the powder, is inserted between the non-oxide ceramic and metal to be joined as an insert material, By heat-treating in a non-oxidizing atmosphere at a temperature of 900°C or higher and below the melting point of the metals to be joined, non-oxide ceramics and metals, including sialon, which have traditionally been difficult to bond firmly, can be bonded to the insert material. We succeeded in obtaining a bonded body in which the constituent elements of the metal are integrated with non-oxide ceramics and a layer containing the constituent elements of the metal.

本発明においては強力な還元剤であるカルシウムにより
セラミックス表面を還元し、該セラミックスの表面にセ
ラミックスの成分元素である所の金属ないしこれに近い
組織を生じさせ、これとインサート材との化合物により
金属との接合がされるものと予想される。
In the present invention, the surface of the ceramic is reduced with calcium, which is a strong reducing agent, and a structure of metal or a structure similar to the metal, which is a component element of the ceramic, is generated on the surface of the ceramic, and a metal structure is formed by the compound of this and the insert material. It is expected that it will be joined with

非酸化物系セラミックス表面を有効に還元しうるものと
しては、Ca、Be、Sr、Y、希土類元素などが考え
られるが、Ca以外は取扱いに難点がある。酸化防止策
を講ずれば有効であろう。
Possible substances that can effectively reduce the surface of non-oxide ceramics include Ca, Be, Sr, Y, rare earth elements, etc. However, there are difficulties in handling other than Ca. It may be effective if measures are taken to prevent oxidation.

還元生成するセラミックスの成分元素であるところの金
属ないしこれに近い組織と接合しようとする金属との拡
散のためには900℃以上の温度が必要であり、またこ
の接合反応が起きる以前にインサート材が溶融すると濡
れ性の関係で均一な接合を行なうことが出来なくなるの
で、インサート材の融点は900℃以上の必要がある。
A temperature of 900°C or higher is required for the diffusion of the metal, which is a component element of the ceramic produced by reduction, or a similar structure to the metal to be bonded, and the insert material is heated before this bonding reaction occurs. If the insert material melts, uniform bonding cannot be achieved due to wettability, so the melting point of the insert material must be 900° C. or higher.

Caの融点は約800℃であるが、これを合金化し、9
00℃以上の融点をもたせる事が必要であり、適当な合
金成分として還元性能を考慮してCaにSiを適宜添加
したものが考えられる。更にインサート材の濡れ性を考
慮し、かつインサート材の融点を極端に高くしない重量
%で15%以下の範囲でのTiの添加も考えられる。
The melting point of Ca is about 800°C, but by alloying it,
It is necessary to have a melting point of 00° C. or higher, and a suitable alloy component may be one in which Si is appropriately added to Ca in consideration of reducing performance. Furthermore, considering the wettability of the insert material, it is also conceivable to add Ti within a range of 15% by weight or less without raising the melting point of the insert material excessively.

次にCa含有量の限定理由を述べる。Ca含有量が1錦
未満では十分な還元反応が得られず、また80%を越え
ると融点が900℃以下になり、良好な接合が出来なく
なるので、Caの含有量は15〜80%とした。尚、本
発明においては、上記Ca、 SL、 T1以外の元素
が含まれていても、Caの強力な還元力と融点が900
℃以上であれば、その他の元素の存在は特に問題になら
ないと考えられる。
Next, the reason for limiting the Ca content will be described. If the Ca content is less than 1 nishiki, a sufficient reduction reaction cannot be obtained, and if it exceeds 80%, the melting point will be below 900°C, making it impossible to form a good bond, so the Ca content was set to 15 to 80%. . In addition, in the present invention, even if elements other than the above-mentioned Ca, SL, and T1 are contained, the strong reducing power and melting point of Ca are 900
As long as the temperature is above ℃, the presence of other elements is considered not to be a problem.

加熱処理温度は、前述したように非酸化物系セラミック
スを還元するためにも、また生成したSiと金属との拡
散のためにも900℃以上が必要となる。また上限とし
ては接合すべき金属の融点以下とした。
As mentioned above, the heat treatment temperature needs to be 900° C. or higher in order to reduce the non-oxide ceramics and also to diffuse the produced Si and metal. The upper limit was set to be below the melting point of the metals to be joined.

加熱雰囲気は、乾燥水素雰囲気、不活性ガス雰囲気、真
空中などインサート材中のCaが酸化されない雰囲気す
なわち非酸化性雰囲気である事が大切である。
It is important that the heating atmosphere be an atmosphere in which Ca in the insert material is not oxidized, such as a dry hydrogen atmosphere, an inert gas atmosphere, or a vacuum, that is, a non-oxidizing atmosphere.

また加熱処理時、わずかな圧力を接合体に加える事も本
発明では考えられ、接合強度向上に寄与する。
The present invention also considers applying a slight pressure to the bonded body during the heat treatment, which contributes to improving the bonding strength.

〔実施例〕〔Example〕

本発明を以下実施例に基づき説明する。 The present invention will be explained below based on Examples.

実施例1 第1表の試料N081.2に示す組成のCa−3j合金
を150メツシニ以下に粉砕した後、インプロピルアル
コールでペースト状にし、サイアロンの板に50mg/
 cx&の割合で塗布した。Ca−Si合金を塗布した
上にCu板(厚さ0 、5 nu )を乗せ、1050
℃、乾燥水素雰囲気中で20分保持し接合せしめた。こ
の接合体のCu板表面に鋼製のφ10の棒材を銀ロール
付し、引張試験を行なったところ、第1表に示したよう
に試料N o 、 1.2ともに強固に接合しており。
Example 1 A Ca-3j alloy having the composition shown in sample No. 081.2 in Table 1 was ground to 150 mesh or less, made into a paste with inpropyl alcohol, and 50 mg/g was applied to a Sialon plate.
It was applied at a ratio of cx&. A Cu plate (thickness 0,5 nu) was placed on top of the Ca-Si alloy coated, and 1050
℃ in a dry hydrogen atmosphere for 20 minutes to bond. A steel bar with a diameter of 10 mm was attached with a silver roll to the surface of the Cu plate of this bonded body, and a tensile test was conducted. As shown in Table 1, both samples No. 1 and 1.2 were firmly bonded. .

9J10n”、9.5kg/nu”の接合強度を得た。A bonding strength of 9J10n'' and 9.5kg/nu'' was obtained.

また第1表に示す試料No、3(50Ca−30Si−
20Tiを用いて上記と同様にサイアロンとCuの接合
を行なったところ、l0kg/nu2の接合強度を得た
In addition, sample No. 3 (50Ca-30Si-
When SiAlON and Cu were bonded using 20Ti in the same manner as above, a bonding strength of 10 kg/nu2 was obtained.

比較例として、第1表の試料No、4に示す、10%の
Caを含むCa−Si合金を用いて上記と同じ条件にて
接合を試みたが、接合体は得られなかった。
As a comparative example, bonding was attempted under the same conditions as above using a Ca--Si alloy containing 10% Ca as shown in Sample No. 4 in Table 1, but no bonded body was obtained.

またインサート材としてこれまでに知られているCaO
(試料No、5)、CuS (試料N o 、 6 )
の150メツシユ以下の粉末とを混合し、サイアロンの
板の表面に塗布後、大気中1250℃で30分保持し、
次に該塗布面にCu板(厚さ5 nu )を重ね水素雰
囲気中で1000℃、20分保持したが、接合体は得ら
れなかっ。
In addition, CaO, which has been known as an insert material,
(Sample No. 5), CuS (Sample No. 6)
After mixing with a powder of 150 mesh or less and applying it to the surface of a Sialon board, hold it in the atmosphere at 1250°C for 30 minutes,
Next, a Cu plate (thickness: 5 nu) was placed on the coated surface and held at 1000° C. for 20 minutes in a hydrogen atmosphere, but no bonded body was obtained.

た。Ta.

第1表 実施例2 第1表の試料N o 、 7のCaを50%含むCa−
Si合金を150メツシユ以下に粉砕し、イソプロピル
アルコールでペースト状にした後、サイアロン板に30
邦/mm’の割合で塗布し、更に該塗布面にNi板(厚
さ1 mm )を乗せ、水素雰囲気中、 1200℃で
30分保持し接合体を得た。この接合体は強固に接合さ
れており、実施例1と同様に引張試験を行なった結果、
接合強度は9.3kg/nn+”を示した。
Table 1 Example 2 Sample No. 7 in Table 1 Ca- containing 50% Ca
After crushing the Si alloy to 150 mesh or less and making it into a paste with isopropyl alcohol, 30
Further, a Ni plate (thickness: 1 mm) was placed on the coated surface and held at 1200° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere to obtain a bonded body. This joined body was firmly joined, and as a result of performing a tensile test in the same manner as in Example 1,
The bond strength was 9.3 kg/nn+''.

本発明において接合時にわずかな圧力を加えることによ
り、良好な接合体を得ることが可能であろう。以下にそ
の例を示す。
In the present invention, it may be possible to obtain a good bonded body by applying a slight pressure during bonding. An example is shown below.

第1表の試料N o 、 6のCaを50%含むCa−
3i合金を150メツシユ以下に粉砕し、イソプロピル
アルコールでペースト状にした後、サイアロン板に30
mg/nm2の割合で塗布し、更に該塗布面にNi板(
厚さl ro )を乗せ、150メツシユ以下に粉砕し
、イソプロピルアルコールでペースト状にした。このペ
ースト状合金をサイアロンの板の表面に30mg10w
I+2の割合で塗布し、この上にCu板(厚さl ah
 )を乗せ、20、、/cotの圧力をかけ、アルゴン
雰囲気中1050℃で20分保持した。得られた接合体
について実施例1と同様に引張試験を行なった結果、第
1表に示すように10kg/mm2の接合強度を獲得し
た。
Ca- containing 50% Ca of Sample No. 6 in Table 1
After crushing the 3i alloy to 150 mesh or less and making it into a paste with isopropyl alcohol, apply the 3i alloy to a sialon plate.
It was applied at a rate of mg/nm2, and a Ni plate (
It was ground to a thickness of 150 mesh or less and made into a paste with isopropyl alcohol. Apply 30mg10w of this paste-like alloy to the surface of the Sialon plate.
Coat at a ratio of I + 2, and on top of this a Cu plate (thickness l ah
) was placed thereon, a pressure of 20,./cot was applied, and the temperature was maintained at 1050° C. for 20 minutes in an argon atmosphere. The obtained bonded body was subjected to a tensile test in the same manner as in Example 1, and as a result, as shown in Table 1, a bond strength of 10 kg/mm2 was obtained.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば、従来インサート
材を用いた接合が困難であった非酸化物系セラミックス
と金属との接合が強固に行なえ。
As explained above, according to the present invention, non-oxide ceramics and metal can be firmly joined to each other, which has been difficult to join using conventional insert materials.

セラミックスの用途を拡大させるものである。This will expand the uses of ceramics.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 非酸化物系セラミックスと金属とが重量%で、Ca
15〜80%、残部Siおよび不可避的不純物からなる
インサート材の構成元素と、非酸化物系セラミックスの
構成元素ならびに前記金属の構成元素を含む層を介して
一体化していることを特徴とする非酸化物系セラミック
スと金属との接合体。 2 非酸化物系セラミックスと金属とが重量%でCa1
5〜80%、Ti15%以下、残部Siおよび不可避的
不純物からなるインサート材の構成元素と、非酸化物系
セラミックスの構成元素ならびに前記金属の構成元素を
含む層を介して一体化していることを特徴とする非酸化
物系セラミックスと金属との接合体。 3 非酸化物系セラミックスがサイアロンである特許請
求の範囲第1項又は第2項記載の非酸化物系セラミック
スと金属との接合体。 4 非酸化物系セラミックスと接合すべき金属との間に
、重量%で、Ca15〜80%、残部Siおよび不可避
的不純物からなるインサート材を挟み、非酸化性雰囲気
中で900℃以上、前記接合すべき金属の融点以下の温
度にて加熱処理することを特徴とする非酸化物系セラミ
ックスと金属との接合方法。 5 非酸化物系セラミックスと接合すべき金属との間に
、重量%で、Ca15〜80%、Ti15%以下、残部
Siおよび不可避的不純物からなるインサート材を挟み
、非酸化性雰囲気中で900℃以上、前記接合すべき金
属の融点以下の温度にて加熱処理することを特徴とする
非酸化物系セラミックスと金属との接合方法。 6 非酸化物系セラミックスがサイアロンである特許請
求の範囲第3項又は第4項記載の非酸化物系セラミック
スと金属との接合方法。
[Claims] 1 The non-oxide ceramic and the metal are in weight percent, Ca
15 to 80%, the balance being Si and unavoidable impurities, which are integrated through a layer containing the constituent elements of the insert material, the constituent elements of the non-oxide ceramic, and the constituent elements of the metal. A bonded body of oxide ceramics and metal. 2 Non-oxide ceramics and metals are Ca1 in weight%
5 to 80% Ti, 15% or less Ti, the balance Si and unavoidable impurities, which are integrated through a layer containing the constituent elements of the non-oxide ceramic and the metal. A bonded body of non-oxide ceramics and metal. 3. A joined body of non-oxide ceramic and metal according to claim 1 or 2, wherein the non-oxide ceramic is Sialon. 4. An insert material consisting of 15 to 80% Ca, the balance Si and unavoidable impurities is sandwiched between the non-oxide ceramic and the metal to be joined, and the above-mentioned joining is carried out at 900°C or higher in a non-oxidizing atmosphere. A method for joining non-oxide ceramics and metals, characterized by heat treatment at a temperature below the melting point of the metal to be bonded. 5 An insert material consisting of 15 to 80% Ca, 15% or less Ti, the balance Si and unavoidable impurities is sandwiched between the non-oxide ceramic and the metal to be joined, and heated at 900°C in a non-oxidizing atmosphere. As described above, the method for joining non-oxide ceramics and metals is characterized in that heat treatment is performed at a temperature below the melting point of the metals to be joined. 6. The method of joining a non-oxide ceramic and a metal according to claim 3 or 4, wherein the non-oxide ceramic is Sialon.
JP23609585A 1985-10-22 1985-10-22 Joined body of non-oxide base ceramic and metal and joining method Pending JPS6296373A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23609585A JPS6296373A (en) 1985-10-22 1985-10-22 Joined body of non-oxide base ceramic and metal and joining method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23609585A JPS6296373A (en) 1985-10-22 1985-10-22 Joined body of non-oxide base ceramic and metal and joining method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS6296373A true JPS6296373A (en) 1987-05-02

Family

ID=16995650

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP23609585A Pending JPS6296373A (en) 1985-10-22 1985-10-22 Joined body of non-oxide base ceramic and metal and joining method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6296373A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4630767A (en) Method of brazing using a ductile low temperature brazing alloy
US4980243A (en) Direct bonding of ceramic parts by a silver alloy solder
JPH05148053A (en) Ceramics-metal joined material
JPS6296373A (en) Joined body of non-oxide base ceramic and metal and joining method
JPS593077A (en) Method of bonding ceramic member and metal
JPH02217372A (en) Method for jointing silicon nitride and metal
JPS62167265A (en) Joined body and joining method of oxide type ceramics to metal
JPH10194860A (en) Brazing filler metal
JPS62166087A (en) Joining method for ceramics and metal
JP3302714B2 (en) Ceramic-metal joint
JPH0460946B2 (en)
JPS62166086A (en) Joint body of nonoxide ceramics and metal and joining method
JPS63169348A (en) Amorphous alloy foil for jointing ceramics
JPH0364474B2 (en)
JP2541837B2 (en) Method for manufacturing bonded body of ceramics and metal
JPS61242964A (en) Joined body and joining method of oxide base ceramic and metal
JPH03103385A (en) Metallization of ceramic and bonding of ceramic to metal
JPS63170279A (en) Ceramic joining method
JPH0215874A (en) Method and material for joining metal and ceramics
JPS6317267A (en) Solder material for joining ceramics each other or ceramic and metal
JP2001048670A (en) Ceramics-metal joined body
JP3119759B2 (en) Ceramics-ceramic joints
JPH0240028B2 (en) SERAMITSUKUSUTOKINZOKU * DOSHUSERAMITSUKUSUDOSHIMATAHAISHUSERAMITSUKUSUKANNOSETSUGOHOHO
JPS62179893A (en) Brazing filler metal for joining metal and ceramics
JPH0369866B2 (en)