JPS6320794B2 - - Google Patents

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JPS6320794B2
JPS6320794B2 JP58223816A JP22381683A JPS6320794B2 JP S6320794 B2 JPS6320794 B2 JP S6320794B2 JP 58223816 A JP58223816 A JP 58223816A JP 22381683 A JP22381683 A JP 22381683A JP S6320794 B2 JPS6320794 B2 JP S6320794B2
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JP
Japan
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metal
ceramic
filler material
cermet
ceramics
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JP58223816A
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JPS60118679A (ja
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Tooru Degawa
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.)
Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Original Assignee
Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕 本発明はセラミツクス部材の接合方法に係り、
特に接合部材間に生ずる熱膨張差に起因した熱応
力が緩和される上記接合方法に関する。 〔発明の背景〕 近年、高温構造材料としてセラミツクスが注目
され、多くの産業分野でその実用化が検討されて
いる。而して、セラミツクスを構造材料として実
用化する際の技術的障壁の一つとして、セラミツ
クスの難加工性が挙げられる。即ち、ニユーセラ
ミツクスとしてしられる最近のセラミツクス材料
でも金属材料に比べ高硬度であると共に脆性を有
しているところから、切削、研削等の機械加工が
容易ではなく、所望の形状や寸法精度のものをは
じめから一体のものとして成形、製作することは
甚だ困難である。そのため、セラミツクス同志あ
るいはセラミツクスと金属とを接合して一体物の
構造部材とする研究が注目を集めている。 従来、セラミツクス同志あるいはセラミツクス
と金属とを接合する主な方法として、焼ばめ等の
嵌め合せ法、接着剤を用いる方法、ろう付法など
が行なわれているが、焼ばめ等の嵌め合せ法は結
合部の形状に制約があると共に、応力集中により
セラミツクスが破損し易いという問題がある。接
着剤のうち無機系のものによる方法は総じて強度
が低く、また有機系接着剤では耐用温度が高々
200℃程度と低い。 ろう付法は、ろう材とセラミツクスとの結合を
良くすれば(例えば、互いになじみの良い材質の
ものを選定する、あるいはセラミツクスの接合予
定面の粗度を高める等)、かなりの程度にまで接
合強度を高めることができる。 しかしながら、このろう付法においても接合さ
れる部材の熱膨張係数の差が大きいと、使用時の
温度の昇降によつて大きな熱応力が生じ、接合破
壊の生じるおそれがある。 この熱膨張差による熱応力を緩和する接合法と
して、セラミツクス部材と相手方部材との間にサ
ーメツト(特願昭52―158735)、軟質金属(特願
昭48―47664,49―52336)、多孔質金属(特願昭
47―6692,54―135477)あるいはウール(特願昭
47―6692)などの応力緩衝層を介在させて接合
(ろう付)させる方法があるが、セラミツクスと
の接合界面においては、いかにこの様な緩衝層を
間に挾んでも、セラミツクス/金属ろう/緩衝
層/金属ろう/金属という構成になり、特に緩衝
層とセラミツクスとの間に熱膨張差の大きいろう
材層が必らずするようになるところから耐熱衝撃
性が低下し、高強度な接合を行なうことは困難で
あつた。 〔発明の目的〕 本発明は、上記従来技術の内、特にサーメツト
を接合部の緩衝層とする方法に関し、サーメツ
ト/セラミツクス又はサーメツト/金属界面にお
ける問題点を解消する方法を提供しようとするも
のである。 即ち本発明の目的は、セラミツクス/サーメツ
ト層/金属という理想的な構成が可能となり従来
法ではさけることが出来なかつたセラミツクスと
サーメツト層又は金属とサーメツト層の接合に必
要な金属ろう材の存在による、熱膨張差に起因し
た熱応力の発生が緩和され、高強度な接合部が得
られるセラミツクス部材の接合方法を提供するこ
とにある。 〔発明の構成〕 この目的を達成するために本発明の接合方法
は、 ろう材成分に易酸化性金属元素が添加された組
成のフイラー材をセラミツクス部材と相手方部材
との間に挾み非酸化性雰囲気中で加熱して前記フ
イラー材を溶融し、次いで降温しフイラー材を凝
固させて前記両部材を接合させた後、酸化性雰囲
気のもとで熱処理して前記易酸化性金属元素を内
部酸化させ、フイラー材をサーメツトとすること
を特徴とするセラミツクス部材の接合方法、 を要旨とするものである。 即ち、本発明はセラミツクス部材をサーメツト
を介して相手方部材に接合する方法に関するもの
であるが、セラミツクス/サーメツト又はサーメ
ツト/金属間に中間接合層を全く設けることな
く、セラミツクス部材の熱膨張係数に近い値の熱
膨張係数を有するサーメツトを、直にセラミツク
ス部材に接合し、これによつてセラミツクスとサ
ーメツト(フイラー材)との間に生ずる熱応力を
著しく低減するように構成したものである。 また、このサーメツトは内部酸化法によつて形
成されたものであり、極めて微細な酸化物粒子が
母相金属中に分散された高強度なものであるとこ
ろから、セラミツクス部材と相手方部材との接合
強度も顕著に高められるのである。 以下、本発明の構成をさらに詳細に説明する。 本発明において、接合されるセラミツクス部材
の種類は何ら限定されるものではなく、ZrO2系、
Al2O3系、SiO2系など各種の酸化物セラミツク
ス、Si3N4、BN等の窒化物セラミツクス、SiC等
の炭化物セラミツクス、その他サイアロン、ほう
化物、珪化物などのセラミツクスも接合可能であ
る。これらは焼結体であつても良く、また単結晶
であつても良い。 これらセラミツクス部材と接合される相手方部
材としてはセラミツクスもしくは金属などが挙げ
られる。このうちセラミツクスとしては上記と同
様に各種のものが接合される。金属としても、
鋼、銅合金など各種の金属、合金部材が接合され
る。 本発明において、フイラー材としては、ろう材
成分に易酸化性金属元素が添加されたもの、例え
ば、ろう材に易酸化性金属元素が固溶されたもの
等が用いられる。このろう材としては、易酸化性
金属元素よりも酸素親和性の低い金属元素から構
成された種々のものが用いられる。具体的には、
金ろう、銀ろう、パラジウムろうなどの貴金属ろ
うの他、銅ろう、ニツケルろうなどがあげられ
る。 易酸化性金属元素としては、ろう材を構成する
元素よりも酸素親和性の高い元素、例えば、Ti,
Zr,Hf,Ta,Nb,La,Y,Ce,Si,Cr,Alな
どが用いられる。これらの易酸化性金属元素は、
1種類だけ用いても良く、また2種以上を用いて
も良い。なお、易酸化性金属は接合されるセラミ
ツクスを構成する主要な元素を選択するようにす
るのが好ましい。即ち、例えばZrO2系セラミツ
クス部材を接合する場合には、易酸化性金属とし
てZrを用いるのが良く、またAl2O3系セラミツク
スに対してはAlを用いるのが好ましい。これは、
易酸化性金属が酸化してフイラー材がサーメツト
化した際、このサーメツトの熱膨張係数をセラミ
ツクス部材の熱膨張係数に近づけるためである。 フイラー材中における易酸化性金属の含有率
は、接合性を確保し得る範囲であれば特に限定さ
れるものではないが、一般には、内部酸化によつ
て生成するサーメツト中において、酸化物粒子の
占める体積が60%以下とりわけ10〜50%となるよ
うに易酸化性金属の含有率を決定するのが好まし
い。(なお易酸化性金属の含有量が過度に多いと、
酸化スケールを形成してしまい、逆に少な過ぎる
と酸化物粒子の数が少なくなり、サーメツトとし
ての強度の増加が期待できなくなる。) Ni中にAl又はSiを固溶させ、このAl,Siを内
部酸化してサーメツトとした場合、該サーメツト
においてAl2O3,SiO2の体積の占める%は次の第
1表,第2表の通りとなる。
【表】
〔発明の実施例〕
以下実施例について説明するが、本発明はその
要旨を超えない限り、以下の実施例に限定される
ものではない。 実施例 1 第1図に示す如き円筒形状のセラミツクス部材
(内径15mm、外径25mm、材質ZrO2―3mol%Y2O3
2と、パイプ状でありその一端の端面より少し引
込んだ部分には封塞板8が設けられた金属部材
(内径25mm、材質STB鋼)3との間にフイラー材
(材質:Ni―P系ろう材成分にZrを添加したも
の。組成Ni85%、P10%,Zr5%。厚さ0.05mm)
1を挾み、1050℃に加熱し5分間保持し、次いで
950℃にまで降温した。この際の雰囲気はアルゴ
ン雰囲気であり、加熱手段としては高周波誘導加
熱を採用した。次いで950℃の状態に保持したま
ま雰囲気を酸素分圧1×104Paのアルゴン雰囲気
とし、3時間保持した後、室温まで徐冷した。 その後、セラミツクス部材2と金属部材3とを
加熱炉4から取り出し、それらの軸心方向と反対
方向に引張荷重を加えた。この際、金属部材3の
端部はチヤツクにて把持した。また、セラミツク
ス部材2の端部はエポキシ樹脂で固め、このエポ
キシ樹脂をチヤツクにて把持した。引張試験機
は、(株)島津製作所製インストロンタイプの引張試
験機であり、荷重速度はほぼ100Kg/cm2/minで
ある。引張荷重が1200Kg/cm2に達したときに、セ
ラミツクス部材2が破壊されたが、両部材2,3
の結合部は破壊されなかつた。 なお、この結合部の断面には接合部の金属母材
中に微細な異相が分散していることが認められ
た。これをX線マイクロアナライザで分析したと
ころ、この異相はZrの酸化物であることが認め
られ、また母材はNi,Pを含むことが認められ
た。 上記と全く同様にしてセラミツクス部材2と金
属部材3とを接合したものを多数作成し、4つの
グループに分けた。第1のグループでは、接合さ
れた部材を500℃に加熱した後0℃の氷水中に浸
漬する熱衝撃試験を20回行なつた。第2,第3,
第4のグループはそれぞれ25回,30回,35回の同
様の熱衝撃試験を行なつた。その結果、この加
熱・急冷サイクルを30回行なうまで結合部の強度
が維持されることが認められた。 一方、フイラー材を内部酸化しなかつたこと以
外は実施例1と同様にして結合された部材を多数
作成し、3つのグループに分けた。そして、上記
と同様の熱衝撃試験を第1のグループでは3回、
第2のグループは5回、第3のグループでは7回
行なつた。 その結果、第1,2のグループでは破壊は生じ
なかつたが、第3のグループでは部材結合部が破
壊され、引張試験強度は35Kg/cm2程度しか認めら
れなかつた。 実施例 2 寸法100×20w×5t(mm)の市販の高純度アル
ミナ板(Al2O399%)と、同一寸法の純Ni板
(Ni99.9%)とを第2図に示す如くして接合した。 まず上記アルミナ板2′の接合予定面にTiを厚
さ3μmスパツタリングした。そして上記Ni板
3′との間にろう材(組成Ni81wt%、P11wt%、
Al8wt%、厚さ0.05mm)1′を介在させつつ、第
2図の如く先端近傍の部分だけ重ね合わせ、容器
5中に装入し、5×10-4の真空に引いた後、1100
℃5分間加熱し板2′,3′を接合した。なお板
2′と3′との重ね合わせ代は5mmである。 降温後、接合部の周囲にNiOの粉末6を填めた
後、再度真空に引き、1000℃に3時間保持した。 室温まで徐冷し、容器5から接合された部材を
取り出し、その断面を顕微鏡で観察したところ、
接合部には微細な異相が析出していることが認め
られた。この異相はAl2O3であることがX線マイ
クロアナライザによる調査により認められた。 このようにして接合された部材につき、実施例
1と同様な熱衝撃試験を行なつたところ、加熱急
冷サイクルを15回行なうまで結合部の強度が維持
されることが認められた。 一方、この実施例2の工程において、接合部の
周囲にNiOの粉末を填めてろう材の内部酸化を行
なう処理を施さなかつた接合部材につき、同様の
熱衝撃試験を行なつたところ、2回目の加熱・急
冷時に結合部が破壊した。 〔発明の効果〕 以上詳述した通り、本発明の接合法はセラミツ
クス同志又はセラミツクスと金属とをフイラー材
を用いて接合するに際し、金属フイラー中に内部
酸化し易い金属元素を添加しておき、フイラーを
加熱溶融して接合した後、この易酸化性金属元素
を酸化してフイラー材自体をサーメツト化させる
ようにしたものであり、セラミツクスとサーメツ
ト層(フイラー層)間に金属層がなく接合される
部材同志の熱膨張差による熱応力が格段に低減さ
れ、耐熱衝撃性が大幅に高められる。またフイラ
ー材(サーメツト)とセラミツクス表面との結合
強度が高いと共に、サーメツトも分散強化されて
おり、セラミツクス部材の高強度の接合が可能と
される。 而して本発明方法は薄肉円筒体、板状部材、棒
状部材等の重ね合せ、突き合せ継手の接合に適用
するに好適である。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図はそれぞれ本発明方法を説明
する概略図である。 1…フイラー材、2…セラミツクス部材、3…
相手方部材、4…加熱炉、6…酸化物粉末。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ろう材成分に易酸化性金属元素が添加された
    組成のフイラー材をセラミツクス部材と相手方部
    材との間に挾み非酸化性雰囲気中で加熱して前記
    フイラー材を溶融し、次いで降温しフイラー材を
    凝固させて前記両部材を接合させた後、酸化性雰
    囲気のもとで熱処理して前記易酸化性金属元素を
    内部酸化させ、フイラー材をサーメツトとするこ
    とを特徴とするセラミツクス部材の接合方法。 2 易酸化性金属元素の含有率が厚さ方向におい
    て異なつているフイラー材を前記セラミツクス部
    材と相手方部材との間に挾むことを特徴とする特
    許請求の範囲第1項に記載の接合方法。 3 易酸化性金属元素の含有率の異なる複数枚の
    フイラー材を前記セラミツクス部材と相手方部材
    との間に挾むことを特徴とする特許請求の範囲第
    1項に記載の接合方法。 4 セラミツクス部材の接合予定面にあらかじめ
    活性金属をコーテイングしておくことを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項ないし第3項のいずれか
    1項に記載の接合方法。
JP22381683A 1983-11-28 1983-11-28 セラミツクス部材の接合方法 Granted JPS60118679A (ja)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4859113A (ja) * 1971-11-26 1973-08-18

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4859113A (ja) * 1971-11-26 1973-08-18

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63304970A (ja) * 1987-06-03 1988-12-13 Nippon Banotsuku:Kk 被乾燥物の係止方法

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