JPS63111203A - セラミツク部材と金属部材の接合体 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はガスタービンエンジンやエンジン等の高温構造
部品あるいは耐磨耗部品に適したセラミック部材と金属
部材の接合体に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、各種の産業機械装置における高温雰囲気下で使用
される機構部品には、金属材料に比べて耐熱性、機械的
強度、耐磨耗性、耐腐食性等の点で遥かに優れた性能を
示し、比重の小さいセラミック部材、とりわけジルコニ
ア、窒化珪素、サイア０ン、炭化珪素等の焼結体を適用
せんとして積極的に研究されている。

しかしながら、上記セラミック部材は加工性に雌点があ
ること、その上、脆いという性質等から、上記セラミッ
ク部材単体で機構部品として使用することが討雉であり
、高荷重が作用する部分には、例えばターボチャージャ
ーやガスタービンエンジン等の回転軸には高強度で加工
性の帰れた金属部材で構成するとともに、上記セラミッ
ク部材と組み合わせた複合構造体とすることが注目され
ており、そのため機械的結合法や接合法及び熱膨張法等
によるセラミック部材と金属部材の接合体等が研究され
提案されてきた。

従来の接合法としてセラミック部材と金属部材をロウ材
で接合する方法によりセラミック部材と金属部材の接合
体を得るものでは、高温での接合強度を保持すべく融点
の高いロウ材を用いて接合を行なうため冷却時のセラミ
ック部材と金属部材との熱膨張の差によりセラミック部
材に大きな残留応力が生じ易く、これがセラミック部材
の破壊につながったり、また物質の拡散現象を利用する
接合法等によりセラミック部材と金属部材の接合体を得
るものでは、上記両部材の熱膨張差に起因するセラミッ
ク部材の破壊を完全に防げず、いずれの接合技術も未完
成であり、強度上、信頼性に欠けるという問題があった
。

また、材料の熱膨張差を利用した方法として、セラミッ
ク部材を金属部材への焼散め法により接合体を得るもの
がある。

しかしながら、かかる焼散め接合体においては、セラミ
ック部材および金属部材の接合部における寸法精度及び
平滑度を極めて厳密に管理する必要があり、それらの加
工及び仕上げが容易でなく、セラミック部材の外周にか
かる圧縮応力が不均一となり易く、応力集中個所を生じ
セラミック部材が破損する恐れが極めて大であった。ま
た、上記圧縮応力が不十分であると高温下では熱膨張の
差により温度上昇と共に金属部材が大きく膨張し、該圧
縮応力が低下し、焼散め時の温度以上ではセラミック部
材と金属部材との接合の機能をなさないという問題があ
った。

上記の如く、従来の接合法によるセラミック部材と金属
部材の接合体では接合強度の高い、信頼性の優れたもの
が得られなかった。

そこで従来の焼散め法に代るものとして金属部材を塑性
流動させてセラミック部材外周に金属部材を密着させた
接合体が提案されている。本方法はセラミック部材の接
合部を金属部材の凹部に挿入し、該凹部の金属部材を加
熱し、該金属部材が軟化した状態で金属部材を押圧しセ
ラミック部材外周に金属部材を密着させ接合するもので
ある。

〔発明が解決しようと、する問題点〕

しかしながら、金属部材を加熱軟化させた状態で該金属
部材を押圧し、セラミック部材外周に金属部材を密着さ
せた接合体においては、冷却後のセラミック部材の接合
部外局番こかかる圧縮応力が大となりセラミック部材の
接合部に破損を起こし勝ちであり、該圧縮応力を最適に
制御することが極めて討難であった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は前記欠点に鑑み神々の実験の結果案出されたも
ので、セラミック部材に一体的に突設した接合部を、外
周に凹部の内径寸法が外径寸法の０、６乃至０．８倍の
スプライン状部を形成せしめ、かつその内面に銅等の軟
質金属層を被着せしめた金属部材に嵌装し、該金属部材
の接合部を加熱・軟化させた状態で該接合部の長手方向
に押圧し、セラミック部材に密着させ、冷却後、該接合
部の外周に断続的かつ均等な圧縮応力をもたせる如く金
属部材をｔｅｃＨすることにより、セラミック部材の接
合部に破壊を生じる恐れがないセラミック部材と金属部
材の接合体が提供される。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例によって具体的に詳述する。

第１図は本発明の接合体の一実施例を示す斜視図である
。ｌは直径１８１１１１の丸棒状の例えば窒化珪素焼結
体から成るセラミック部材で、２はインコロイ等の鉄・
コバルト系合金から成る金属部材であり、該金属部材２
には軸芯方向にセラミック部材１とはゾ同直径の深さ１
０絹の凹部が形成されており、該凹部の内面には銅等の
軟質金属層（図示せず）がめつき法により被着されてい
る。

次いで該金属部材２の凹部にセラミック部材１を隙間嵌
めし、第２図の接合装置図に示す如く接合部近傍を高周
波誘尋加熱装置４にて６００乃至１０００°Ｃまで加熱
して軟化させる。なお第８図に示すように、セラミック
部材１を金属部材２の四部に嵌入した状態では、セラミ
ック部材１の外周と金属部材２の凹部の内径との間に数
十乃至数百μｍ程度の隙間があっても良い。

次いでリング状の押治具６を該金属部材２の外周部に配
置した等分割の締付は治具７に押付け、該金属部材２を
長手方向に押圧し、金属部材２を塑性変形させてセラミ
ック部材１に密着さセ、シかる後に放冷することにより
第４図に示すように、セラミック部材１と金属部材２の
熱膨張差によりセラミック部材１の外周に生じる金属部
材２の長小方向の断続的な圧縮応力によってセラミック
部材１が締付けられ、両部材は強固に接合する。

なお、金属部材２を押圧し塑性変形させるのはセラミッ
ク部材１との隙間５が零となるまでとし、それ以上の抑
圧はセラミック部材１の破損を招き不適当である。

以上の知＜シて、第１表に示すセラミック部材と金属部
材の接合体を各々１０本づつ作製し、該接合体のセラミ
ック部材側に研削加工された平行な平坦部を治具にて固
定し、一方、金属部材の端部に設けられた切り溝にトル
クレンチを装着して該両部材の接合部がすべり始めるか
、いずれかが破損するまでのねじりトルクを測定し、該
両部材の接合強度の評価とした。

以上の結果を第１表に示す。

なお、金属部材をセラミック部材の全周に均一に加熱押
圧した接合体を比較例（試料番号２８）とした。

第１表から明らかな様に、金ｈ４部材のスプライン状部
の四部寸法の内径寸法が外径寸法の０．６倍未６４．０
．８倍を越えるもの（試料番号１，２７．）、金属部材
のスプライン状部の巾が軸芯からの角度で１５度未満、
２７度を越えるもの（試料番号２゜６．１０，１５，１
９，２Ｂ）、軟質金属層を被着しないもの（試料番号７
，１６．２４）と軟質金Ｘ／（１の厚さが１０μｍ未満
、３０μｍを越えるもの（試料番号８，９，１７，１８
，２５．２６）および金属部材をセラミック部材の全周
に均一に加熱押圧した比較例（試料番号２８）において
は、いずれもねじりトルクが８．　ｇ　ｋｇ・ｍ以下で
あることから、上記内径寸法は外径寸法の０．６倍乃至
０．８倍、金属部材スプライン状部の巾は１５度乃至２
７度、軟質金属層の厚さは１０μｍ乃至８０μｍの範囲
であることが望ましい。

また、第５図は本発明の他の実施例によるセラミック製
ローター８と金属製回転軸９の接合体を示すセラミック
製回転体の一部破断面図である。

本実施例では、セラミック製ローター８と金属製回転軸
９が嵌入された部分でのみスプライン状部８が金属製回
転軸９の周方向に沿って等間隔に配する様に押圧され、
接合されている。

上記の知＜シて得られたセラミック製回転体は回転トル
クおよび引張り力の両方に強い接合強度を得ることがで
き、高速回転耐久テストにおいても満足すべき結果を得
た。

〔発明の効果〕 以上、詳州に説明したように、本発明の接合体はセラミ
ック部材の外周に四部の内径寸法が外径寸法の０．６倍
乃至０．８倍のスプライン状部を形成した金属部材を長
手方向に加熱・押圧して固着させ、セラミック部材に対
し、断続的な圧縮応力をもたせるようにして嵌フａさせ
たもので、冷却後のセラミック部材に破損を生じること
のない信傾性の高い高強度の接合を得ることができ、加
えて、セラミック部材および金属部材の接合部が数十μ
ｍ乃至数百μｍの精度で済み、加工および仕上げが極め
て容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例によるセラミック部材と施例によ
るセラミック製ローターと金属製回転軸の接合体を示す
セラミック製回転体の一部破断面図である。 １・・・・・・セラミック部材、２・・団・金属部材、
３・・・・・・スプライン状部、８・・・・・・セラミ
ック製ローター、９・・・・・・金属製回転軸。 特許出願人　　　京セラ株式会社 第２図 手続（甫正書惰発） 昭和６１年１２月１６日

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属部材に形成したスプライン状部にセラミック
   部材を嵌入固着せしめたことを特徴とするセラミック部
   材と金属部材の接合体。
2. （２）上記金属部材の嵌入固着前のスプライン状部の内
   径寸法が、外径寸法の０．６乃至０．８倍であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のセラミック部材
   と金属部材の接合体。