JPS63134577A - Ceramic sintered body with mixed layer on joined surface - Google Patents

Ceramic sintered body with mixed layer on joined surface

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JPS63134577A
JPS63134577A JP27644786A JP27644786A JPS63134577A JP S63134577 A JPS63134577 A JP S63134577A JP 27644786 A JP27644786 A JP 27644786A JP 27644786 A JP27644786 A JP 27644786A JP S63134577 A JPS63134577 A JP S63134577A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal
mixed layer
sintered body
ceramics
ceramic sintered
Prior art date
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Pending
Application number
JP27644786A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
片山 昌
弘之 本間
修司 浅田
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.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP27644786A priority Critical patent/JPS63134577A/en
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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。
(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〕 本発明は金属又は金属合金との接合が容易なセラミック
ス、特にその接合面に前記金属等の混合層を有するセラ
ミックスに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to ceramics that can be easily bonded to metals or metal alloys, and particularly to ceramics that have a mixed layer of the metal or the like on the bonding surface.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

各種工業分野で技術革新が進むにつれて、従来よりも部
材の使用環境はますます多様化している。
As technological innovation progresses in various industrial fields, the environments in which parts are used are becoming more diverse than ever before.

そのため金属部材の一部をたとえば耐熱性、耐蝕性、耐
摩耗性、耐凝着性など特定の特性にすぐれたセラミック
スに置きかえたいわゆる複合化された部材が使用されつ
つある。その際生ずる技術課題は金属又は金″属合金と
セラミックスとの接合である。
For this reason, so-called composite members are being used in which a part of the metal member is replaced with ceramics that have specific properties such as heat resistance, corrosion resistance, abrasion resistance, and adhesion resistance. The technical problem that arises in this case is the joining of metals or metal alloys and ceramics.

現在使用されているセラミックスは、接合する前工程に
於いて真空蒸着、スパッタリング、イオンブレーティン
グ、溶射、塗布又は高融点金属を加熱する方法等によっ
て、°その表面に金属膜をつける加工、いわゆるメタラ
イズ加工が行なわれ、次工程で金属又は金属合金とろう
付性、固相加圧法などの拡散接合が行なわれる。
Ceramics currently in use are manufactured by applying a metal film to their surface by vacuum evaporation, sputtering, ion blating, thermal spraying, coating, or heating a high-melting point metal in the pre-joining process, which is called metallization. Processing is performed, and in the next step, metal or metal alloy is bonded to the metal or metal alloy, and diffusion bonding such as brazing or solid phase pressing is performed.

あるいは特開昭59−182282号公報で開示されて
いるように、金属又は金属合金とセラミックスとを混合
したインサート材を介して、高温下で加圧する固相反応
と拡散により、セラミノクスが金属あるいは金属合金に
接合されている。いずれも接合しようとするセラミック
スと金属との間に、事前に第3Nを介在させた後、接合
させる方法であって、その接合法が繁雑であり、又接合
時間を長時間必要とするので、直接金属に接合できるセ
ラミックスの出現が待たれている。
Alternatively, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-182282, Ceraminox is formed into a metal or metal through a solid phase reaction and diffusion under pressure at high temperature through an insert material that is a mixture of metal or metal alloy and ceramics. Bonded to alloy. In both of these methods, tertiary N is interposed between the ceramic and metal to be bonded in advance, and the bonding is performed, and the bonding method is complicated and requires a long bonding time. The emergence of ceramics that can be directly bonded to metal is awaited.

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

本発明はかかる実情に鑑み、セラミックスと金属又は金
属合金との間に事前にメタライズなどにより第3層を介
在させることによって生ずるかかる問題点をなくし、直
接金属又は金属合金と強固な接合可能な工業的に有益な
セラミックス焼結体を提供することを目的とするもので
ある。
In view of these circumstances, the present invention eliminates such problems caused by interposing a third layer between ceramics and metals or metal alloys by metallization in advance, and provides an industrial technology that can be directly bonded to metals or metal alloys. The purpose of the present invention is to provide a ceramic sintered body that is beneficial in terms of performance.

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

本発明者等は種々横針を重ねた結果、接合面側に接合対
象物と固溶する元素とセラミックスとの混合層を有する
セラミックスは、事前にメタライズ処理をすることなく
、単にろう付あるいは高温高圧下における拡散などの方
法により直接、金属又は金属合金に強固に接合されるこ
とを見出したものである。
As a result of repeated efforts by the present inventors, we found that ceramics, which have a mixed layer of ceramics and elements that form a solid solution with the objects to be joined on the joint surface side, can be manufactured by simply brazing or high temperature without metalizing treatment in advance. It has been discovered that it can be firmly bonded directly to metals or metal alloys by methods such as diffusion under high pressure.

即ち、本発明はセラミックス(ZrO2,A 1zOx
、^I N % 5IJ4.5iC1およびBNの1種
よりなるもの)の接合面に該接合面に接合する接合対象
物と固?容するFes C0% CLISMO% Cr
s A 1 、、W  、Zrs Nb5Si、Mnの
1種又は2種以上を接合面に近接するに従いその濃度を
漸増せしめた混合層から成る。
That is, the present invention uses ceramics (ZrO2, A1zOx
, ^I N % 5IJ4.5iC1 and BN), and the object to be joined to the joint surface. Fes C0% CLISMO% Cr
It consists of a mixed layer in which the concentration of one or more of s A 1 , , W , Zrs Nb5Si, and Mn is gradually increased as it approaches the bonding surface.

〔作用〕[Effect]

本発明のセラミックス焼結体は所定の形状の型に、まず
セラミックス単体粉末を所定の量挿入し、さらに接合対
象物と固溶関係にある上記に示した元素のうち1種又は
2種以上の粉体とセラミックス単体粉末とを所定の比率
で混合した混合層を堆積させたものである。
The ceramic sintered body of the present invention is produced by first inserting a predetermined amount of ceramic single powder into a mold having a predetermined shape, and then adding one or more of the above-mentioned elements that are in a solid solution relationship with the object to be welded. A mixed layer is deposited in which powder and single ceramic powder are mixed at a predetermined ratio.

混合層における対象物を固溶する元素の濃度は接触面で
20〜100%、セラミック単体側で0〜20%が望ま
しく、その間における濃度勾配は直線的、又は段階的に
変化していることが必要である。これを成形後、真空中
又は不活性ガス中で焼成する。
The concentration of the element that dissolves the target object in the mixed layer is preferably 20 to 100% on the contact surface and 0 to 20% on the ceramic side, and the concentration gradient therebetween may change linearly or stepwise. is necessary. After shaping this, it is fired in vacuum or in an inert gas.

この混合層を存するセラミックスは接合時の電気抵抗熱
、ろう付の際の入熱、その他の入熱と圧力により接合界
面の一部又は全面がメタライズされた状態となるため、
接合面は金属と金属との接触による接合となる結果、強
固かつ容易な接合が可能である。
Ceramics containing this mixed layer become metallized at part or all of the joint interface due to electrical resistance heat during bonding, heat input during brazing, and other heat inputs and pressures.
Since the bonding surfaces are bonded by metal-to-metal contact, strong and easy bonding is possible.

でラミノクスと金属とを混合したインサート材を使用す
る場合は、セラミックスと金属との混合材との接合とな
るため、高温、高圧における長時間接合加工が必要であ
り、接合の施工性とりわけフィールドにおける施工性、
接合強度の点において、本セラミックスを使用する場合
よりも不利である。
When using an insert material that is a mixture of laminox and metal, the joining is a mixture of ceramic and metal, which requires long-term bonding processing at high temperatures and pressures, and the workability of the bond is particularly poor in the field. Workability,
In terms of bonding strength, this is more disadvantageous than using this ceramic.

混合層において濃度勾配をつける理由は、熱膨張率の変
化によって生ずる残留応力の発生を抑制するためである
。4度勾配を直線的、又は段階的とすることによって、
接合部からセラミックス側に発生するクランク、あるい
は破壊は十分防止される0本発明のセラミックスはセラ
ミックス同志の接合も当然可能である。
The reason for creating a concentration gradient in the mixed layer is to suppress the generation of residual stress caused by changes in the coefficient of thermal expansion. By making the 4 degree gradient linear or stepwise,
The ceramic of the present invention can of course be used to join ceramics together, since cranking or breakage occurring from the joint to the ceramic side is sufficiently prevented.

次に混合層に添加する元素をFe、Cus MO% C
r、^j! 、 W 、Zr、 Nb、 Si、 Mn
に特定した理由は、接合する相手の金属又は金属合金は
通常、鋼、鉄の高合金、A1、^1合金、Ti、 Ti
合金、Cu、Cu合金であり、これらと固溶関係にある
元素は拡散あるいは溶融により、接合が容易かつ強固な
ためである。
Next, the elements added to the mixed layer are Fe, Cus MO% C
r, ^j! , W, Zr, Nb, Si, Mn
The reason for this is that the metal or metal alloy to be joined is usually steel, high alloy of iron, A1, ^1 alloy, Ti, Ti.
This is because the elements that are in a solid solution relationship with these alloys, Cu, and Cu alloys, can be easily and strongly joined by diffusion or melting.

〔実施例〕〔Example〕

実施例1 第1表に示す固相加圧接合法(隘1.2.5.7.8)
について述べる。
Example 1 Solid phase pressure bonding method shown in Table 1 (1.2.5.7.8)
Let's talk about.

混合層中の金属元素の溶融点±200℃の範囲の温度に
加熱して、加圧25kft/龍”で固相加圧接合するこ
とにより、すぐれた接合強度で欠陥のない継手部が得ら
れた。接合部強度は3点曲げ試験法により測定した。
By heating to a temperature in the range of ±200°C from the melting point of the metal elements in the mixed layer and performing solid-state pressure welding at a pressure of 25 kft/dragon, a joint with excellent bonding strength and no defects can be obtained. The joint strength was measured by a three-point bending test method.

実施例2 第1表に示するう付接合法(寛3.4.6.9.10)
について述べる。
Example 2 Mounting method shown in Table 1 (Kan 3.4.6.9.10)
Let's talk about.

高融点金属用ろうによりろう付することにより、接合強
度は10〜20 kg/ nz 、欠陥のない継手部が
得られた。
By brazing with a high-melting point metal braze, a joint with a bonding strength of 10 to 20 kg/nz and no defects was obtained.

セラミックスをメタライズ加工する既存の方法と比較し
てみると、本発明では一工程省略されるにかかわらず、
継手部強度、継手部品質(欠陥)に関して同等の性能が
得られた。
When compared with existing methods for metallizing ceramics, although the present invention omits one step,
Equivalent performance was obtained in terms of joint strength and joint quality (defects).

またセラミックスと金属を混合したインサート材を使用
して接合する既存方法と比較すると、接合強度および接
合部品質共に同等である上に、接合面が2ケ所から1ケ
所に減少するため、部材としての信頬性の点において、
本発明セラミックス接合部の方がすぐれていた。
In addition, compared to the existing method of joining using an insert material that is a mixture of ceramics and metal, the joint strength and quality of the joint are the same, and the number of joint surfaces is reduced from two to one, making it easier to use as a component. In terms of credibility,
The ceramic joint of the present invention was superior.

(以下余白、次頁へつづく) 第1表 〔発明の効果〕 以上の実施例からも明らかな如く、本発明によって事前
にメタライズなどにより第3Nを介在させることなく、
直接金属又は金属合金と強固な接合可能なセラミックス
を提供できるので、産業上の効果は極めて顕徴なものが
ある。
(Margins below, continued on next page) Table 1 [Effects of the invention] As is clear from the above examples, the present invention allows
Since it is possible to provide ceramics that can be strongly bonded directly to metals or metal alloys, the industrial effects are extremely significant.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)セラミックスの接合面に、該接合面に接合する接
合対象物と固溶する元素の濃度を、該接合面に近接する
に従い漸増せしめた混合層を有することを特徴とするセ
ラミックス焼結体。
(1) A ceramic sintered body characterized by having a mixed layer on a ceramic bonding surface in which the concentration of an element in solid solution with the object to be bonded to the bonding surface gradually increases as it approaches the bonding surface. .
(2)セラミックスとして、ZrO_2、Al_2O_
3、AlN、Si_3N_4、SiC、BN、の1種か
らなる特許請求の範囲第1項記載のセラミックス焼結体
(2) As ceramics, ZrO_2, Al_2O_
3. The ceramic sintered body according to claim 1, which is made of one of AlN, Si_3N_4, SiC, and BN.
(3)接合対象物と固溶する元素としてFe、Ni、C
o、Cu、Cr、Al、W、Zr、Nb、Si、Mnの
1種又は2種以上からなる特許請求の範囲第1項記載の
セラミックス焼結体。
(3) Fe, Ni, and C as elements that form a solid solution with the objects to be welded.
The ceramic sintered body according to claim 1, comprising one or more of the following.
JP27644786A 1986-11-21 1986-11-21 Ceramic sintered body with mixed layer on joined surface Pending JPS63134577A (en)

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