JPH01246182A - セラミックス接合用緩衝材 - Google Patents
セラミックス接合用緩衝材Info
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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】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は、セラミックス部材とセラミックス部材あるい
は金属部材との間に介在せしめて両部材を接合するため
に用いる材料に関し、更に詳しくは、両部材に大きな熱
負荷が加わっても両部材間に発生する熱歪みを吸収し両
部材間の強固な接合状態を維持することが可能なセラミ
ックス接合用の緩衝材に関する。
は金属部材との間に介在せしめて両部材を接合するため
に用いる材料に関し、更に詳しくは、両部材に大きな熱
負荷が加わっても両部材間に発生する熱歪みを吸収し両
部材間の強固な接合状態を維持することが可能なセラミ
ックス接合用の緩衝材に関する。
（従来の技術）
一般にセラミックス部材は、金属部材に比べて高温での
使用に耐えることから種々の高温旧材として利用されて
いる。そして、例えばターボロータに用いる場合などに
は、セラミックス部材同士あるいはセラミックス部材と
金属部材とを接合して用いられることがある。
使用に耐えることから種々の高温旧材として利用されて
いる。そして、例えばターボロータに用いる場合などに
は、セラミックス部材同士あるいはセラミックス部材と
金属部材とを接合して用いられることがある。
かかる場合、従来はＣｕ、Ａｒ１等の延性金属や、Ｍｏ
、Ｗ等の高融点金属あるいは他のニッケル基合金等低熱
膨張性合金を緩衝材として両接合部材間に介在させ、こ
れによって熱負荷に伴う両部材間の熱歪みの吸収を図っ
ている。
、Ｗ等の高融点金属あるいは他のニッケル基合金等低熱
膨張性合金を緩衝材として両接合部材間に介在させ、こ
れによって熱負荷に伴う両部材間の熱歪みの吸収を図っ
ている。
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、上記の如き延性金属は融点が低く、また
高温強度が小さい、一方、低熱膨張性金属は延性が小さ
いという問題がある。
高温強度が小さい、一方、低熱膨張性金属は延性が小さ
いという問題がある。
しかも、前記延性金属は熱膨張係数の面でも問題がある
。なぜならば、高温材料として用いられるセラミックス
部材は、一般に熱膨張係数が低く、例えば５ｉ−Ｎ４で
は２．７５ Ｘ Ｉ Ｏ−’／°Ｃ（２０〜１０００°
Ｃ）であるのに対し、前記ＣＩは１４．７ ｘ ｌ Ｏ
−６／”Ｃ（２００〜６００℃）、Ａｆｆは２９Ｘ１０
−’／’Ｃ（０〜６００’Ｃ） とｇく、このため、か
かる延性金属をセラミックス部材間を接合する際の緩衝
材として用いると、以下のような問題を生ずる。すなわ
ち、セラミックス部材の接合によって作られた接合体は
、接合時または使用に伴う繰返しの熱負荷を受けると温
度上昇によるセラミックス部材と緩衝材との熱膨張係数
の相違により両部材間に大きな熱応力が発生して接合部
の破壊が進行し、また接合部近辺にクラックが生じる等
の問題を生ずる。
。なぜならば、高温材料として用いられるセラミックス
部材は、一般に熱膨張係数が低く、例えば５ｉ−Ｎ４で
は２．７５ Ｘ Ｉ Ｏ−’／°Ｃ（２０〜１０００°
Ｃ）であるのに対し、前記ＣＩは１４．７ ｘ ｌ Ｏ
−６／”Ｃ（２００〜６００℃）、Ａｆｆは２９Ｘ１０
−’／’Ｃ（０〜６００’Ｃ） とｇく、このため、か
かる延性金属をセラミックス部材間を接合する際の緩衝
材として用いると、以下のような問題を生ずる。すなわ
ち、セラミックス部材の接合によって作られた接合体は
、接合時または使用に伴う繰返しの熱負荷を受けると温
度上昇によるセラミックス部材と緩衝材との熱膨張係数
の相違により両部材間に大きな熱応力が発生して接合部
の破壊が進行し、また接合部近辺にクラックが生じる等
の問題を生ずる。
以上のように、セラミックス部材同士あるいはセラミッ
クス部材と金属部材との接合に関しては、従来から用い
られている緩衝材には上記の如き問題があり、その解決
が強く望まれていた。
クス部材と金属部材との接合に関しては、従来から用い
られている緩衝材には上記の如き問題があり、その解決
が強く望まれていた。
本発明は、上記問題点を解決し高温強度並びに接合性に
優れたセラミックス接合用緩衝材の提供を目的とする。
優れたセラミックス接合用緩衝材の提供を目的とする。
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
本発明者らは、上記の問題が用いる緩衝材の物理的性質
に起因するものであるという事実に着目した。したがっ
て緩衝材の素材を被接合材と該緩衝材の熱膨張係数の差
が小さい材料であって、かつ緩衝材を複数の金属素材か
ら成るクラツド材とすれば上記の問題点は解消しつると
の着想を得、このような金属素材につき鋭意研究を重ね
た結果、本発明の緩衝材を開発するに到った。
に起因するものであるという事実に着目した。したがっ
て緩衝材の素材を被接合材と該緩衝材の熱膨張係数の差
が小さい材料であって、かつ緩衝材を複数の金属素材か
ら成るクラツド材とすれば上記の問題点は解消しつると
の着想を得、このような金属素材につき鋭意研究を重ね
た結果、本発明の緩衝材を開発するに到った。
すなわち、本発明のセラミックス接合用緩衝材は、高融
点金属からなる母材片と、この母材片の片面あるいは両
面にクラッドされた低熱膨張性合金片とからなることを
特徴とする。
点金属からなる母材片と、この母材片の片面あるいは両
面にクラッドされた低熱膨張性合金片とからなることを
特徴とする。
本明細書において、高融点金属とは、一般に言われてい
るのと同様に２４００℃以上の融点をもつ金属の意味で
あり、具体的にはＷ、Ｍｏ等をいう。
るのと同様に２４００℃以上の融点をもつ金属の意味で
あり、具体的にはＷ、Ｍｏ等をいう。
また、低熱膨張性合金とは、セラミックス部材の熱膨張
係数と、熱膨張係数が近似しているか、あるいは若干偏
倚している台金をいう。
係数と、熱膨張係数が近似しているか、あるいは若干偏
倚している台金をいう。
本発明の緩衝材において母材片は緩衝材の強度に寄与す
る部分で、高温時においても強度が低下せず、熱膨張係
数が低いものであり、それ放置融点であることが必要と
なる。かかる金属としては、例えばＭｏ、Ｗが好適であ
る。一方、前記母材片の片面あるいは両面にクラッドさ
れる合せ材としての合金片は、主として接合するセラミ
ックス部材との伝熱性に寄与する部分である。そして、
接合体の使用温度範囲内では熱膨張係数が温度に対して
直線的に変化する関係、すなわち直線性を有しているこ
とが望ましく、接合するセラミックス部材の熱膨張係数
はもとより、接合体の使用温度における該合金片の熱膨
張係数や引張強さ等を考廖してその素材を選定する。そ
の熱膨張係数としては、使用温度範囲内でｌ０Ｘ１０−
’／’Ｃ以下が好ましい、かかる金属素材として、例え
ばＮｉ２９ｗｔ％、Ｃｏ１７ｗｔ％及び残部Ｆ ｅから
なり、３０〜４５０°Ｃの温度範囲で熱膨張係数が直線
性を有するＦ ｅ−Ｎ ｉ−Ｃｏ合金、Ｎ１４２ｖｔ％
、残部Ｆｅからなり、３０〜３３０°Ｃの温度範囲で直
線性を有するＦｅ−Ｎｉ合金およびＮｉ３６ｗｔ％残部
Ｆｅからなり、３０〜１５０°Ｃの温度範囲で直線性を
有するＦｅ−Ｎｉ合金などは、その熱膨張係数が低い点
で好適である。
る部分で、高温時においても強度が低下せず、熱膨張係
数が低いものであり、それ放置融点であることが必要と
なる。かかる金属としては、例えばＭｏ、Ｗが好適であ
る。一方、前記母材片の片面あるいは両面にクラッドさ
れる合せ材としての合金片は、主として接合するセラミ
ックス部材との伝熱性に寄与する部分である。そして、
接合体の使用温度範囲内では熱膨張係数が温度に対して
直線的に変化する関係、すなわち直線性を有しているこ
とが望ましく、接合するセラミックス部材の熱膨張係数
はもとより、接合体の使用温度における該合金片の熱膨
張係数や引張強さ等を考廖してその素材を選定する。そ
の熱膨張係数としては、使用温度範囲内でｌ０Ｘ１０−
’／’Ｃ以下が好ましい、かかる金属素材として、例え
ばＮｉ２９ｗｔ％、Ｃｏ１７ｗｔ％及び残部Ｆ ｅから
なり、３０〜４５０°Ｃの温度範囲で熱膨張係数が直線
性を有するＦ ｅ−Ｎ ｉ−Ｃｏ合金、Ｎ１４２ｖｔ％
、残部Ｆｅからなり、３０〜３３０°Ｃの温度範囲で直
線性を有するＦｅ−Ｎｉ合金およびＮｉ３６ｗｔ％残部
Ｆｅからなり、３０〜１５０°Ｃの温度範囲で直線性を
有するＦｅ−Ｎｉ合金などは、その熱膨張係数が低い点
で好適である。
また、Ｍｏを母材片とし、低熱膨張性合金としてＦｅを
含有する合金片を合せ材として使用するときは、両金属
素材片間にこれら両金属の拡散防止用の金属片としてＮ
ｉ片をクラッドすることが望ましい、これは、セラミッ
クス部材の接合加工に伴なう熱処理の際に、ＭｏとＦｅ
とが相互拡散して接合界面が脆化し、緩衝材にクラック
が発生することがあるが、かかるＮｉ片を両金属素材間
に介装しておくと、ＭｏとＦｅとの拡散が妨げられ、か
かる脆化が防止されるからである。
含有する合金片を合せ材として使用するときは、両金属
素材片間にこれら両金属の拡散防止用の金属片としてＮ
ｉ片をクラッドすることが望ましい、これは、セラミッ
クス部材の接合加工に伴なう熱処理の際に、ＭｏとＦｅ
とが相互拡散して接合界面が脆化し、緩衝材にクラック
が発生することがあるが、かかるＮｉ片を両金属素材間
に介装しておくと、ＭｏとＦｅとの拡散が妨げられ、か
かる脆化が防止されるからである。
また１本発明のセラミックス接合用緩衝材は、他の接合
用緩衝材に比べ接合強度が大きく製造が容易な点で好ま
しいものである。
用緩衝材に比べ接合強度が大きく製造が容易な点で好ま
しいものである。
以上の如き特徴を有する本発明のセラミックス接合用緩
衝材は、例えば以下のようにして製造される。まず、母
材金属の両面に合せ材となる低熱膨張性合金を配置し、
これを５００℃〜合せ材の融点、更に好ましくは１００
０°Ｃ程度の加熱下で、圧延機により圧延・圧着加工し
てクラツド材とする。ついで、このクラツド材を所定の
大きさ並びに形状に切断して目的とする緩衝材とする。
衝材は、例えば以下のようにして製造される。まず、母
材金属の両面に合せ材となる低熱膨張性合金を配置し、
これを５００℃〜合せ材の融点、更に好ましくは１００
０°Ｃ程度の加熱下で、圧延機により圧延・圧着加工し
てクラツド材とする。ついで、このクラツド材を所定の
大きさ並びに形状に切断して目的とする緩衝材とする。
このように母材金属と合せ材とをクラッドする方法とし
て、上記したロールクラッド法の他爆着圧接による方法
や肉盛溶接クラッド法を用いることも可能である。
て、上記したロールクラッド法の他爆着圧接による方法
や肉盛溶接クラッド法を用いることも可能である。
ここで、得られた緩衝材の母材片の厚さが厚過ぎると、
熱緩衝材としての機能が発揮されず、また薄過ぎると緩
衝材の強度が低下する。このため母材片の厚さ（Ａ）と
低熱膨張性の合金片の厚さ（Ｂ）との間にＡ：Ｂ＝０．
３〜１２・１、好ましくはＡ：Ｂ＝３：２なる関係があ
るとよい。
熱緩衝材としての機能が発揮されず、また薄過ぎると緩
衝材の強度が低下する。このため母材片の厚さ（Ａ）と
低熱膨張性の合金片の厚さ（Ｂ）との間にＡ：Ｂ＝０．
３〜１２・１、好ましくはＡ：Ｂ＝３：２なる関係があ
るとよい。
また、ここにおいて１両金属素材間に介装する拡散防止
用の金属片の厚さとしては、両金属素材間の接触を断つ
ことができれば特に限定はないが、低熱膨張性合金片の
厚さ（Ｂ）の”／１００程度の厚さがあれば十分である
。
用の金属片の厚さとしては、両金属素材間の接触を断つ
ことができれば特に限定はないが、低熱膨張性合金片の
厚さ（Ｂ）の”／１００程度の厚さがあれば十分である
。
以上述べた本発明のセラミックス接合用緩衝材はセラミ
ックス部材間あるいはセラミックス部材と金属部材との
間に介在させて使用するが、両部材とこの緩衝材との間
は、例えば銀ろうを用いたろう付は法で接合される。
ックス部材間あるいはセラミックス部材と金属部材との
間に介在させて使用するが、両部材とこの緩衝材との間
は、例えば銀ろうを用いたろう付は法で接合される。
（実施例）
実施例１〜６
表に示した金属素材を約１０００°Ｃの温度で熱間圧延
加工して圧着させ、それぞれの素材をクラッドしたクラ
ツド材を得た。このクラツド材を冷却後、パンチングマ
シーン等により切断して直径１０ｍｍ、厚さ約３ｍｍ前
後のコイン形状をした６種類の緩衝材を製造した。
加工して圧着させ、それぞれの素材をクラッドしたクラ
ツド材を得た。このクラツド材を冷却後、パンチングマ
シーン等により切断して直径１０ｍｍ、厚さ約３ｍｍ前
後のコイン形状をした６種類の緩衝材を製造した。
この緩衝材を用いて、同じ直径を有する棒状のセラミッ
クス（Ｓ Ｌ３Ｎ ４ ）部材と同様の鉄部材とをろう
イ・１けした。
クス（Ｓ Ｌ３Ｎ ４ ）部材と同様の鉄部材とをろう
イ・１けした。
このＪ：うにして得た接合体を、合金片の熱膨張係数が
温度に対して直線性を有する範囲内の任意の温度を接合
体毎に選定し、この温度に５秒加熱して２０秒間休止す
るという加熱−冷却サイクルを１００回繰り返し、接合
体に熱負荷を加えた。
温度に対して直線性を有する範囲内の任意の温度を接合
体毎に選定し、この温度に５秒加熱して２０秒間休止す
るという加熱−冷却サイクルを１００回繰り返し、接合
体に熱負荷を加えた。
この結果、接合部における破壊やクラックの発生は見ら
れなかった。更に、かかる接合状態を強度的に確認する
ため、これらの接合体を前記各温度に加熱した状態で引
張強度を測定した。その結果を併せて表に示した。
れなかった。更に、かかる接合状態を強度的に確認する
ため、これらの接合体を前記各温度に加熱した状態で引
張強度を測定した。その結果を併せて表に示した。
なお比較のため前記セラミックス部材と鉄部材とを単一
の素材からなる緩衝材、すなわち延性金属であるＣｕと
、低熱膨張性のＭｏを緩衝材として用いて接合体を製造
した。この接合体に同様の加熱−冷却サイクルを繰返し
たところ、接合部の一部にクラックの発生が見られた。
の素材からなる緩衝材、すなわち延性金属であるＣｕと
、低熱膨張性のＭｏを緩衝材として用いて接合体を製造
した。この接合体に同様の加熱−冷却サイクルを繰返し
たところ、接合部の一部にクラックの発生が見られた。
更に、前記と同様にして引張強度を測定した結果を、そ
れぞれ比較例１．２として表に併記した。
れぞれ比較例１．２として表に併記した。
（発明の効果）
本発明のセラミックス接合用緩衝材は、高融点金属のけ
材片の片面又は両面に低熱膨張性の合金片をクラッドし
て構成されているので、緩衝材として十分な高温強度と
延性を有している。また、セラミックス部材間あるいは
セラミックス部材と金属部材との間の熱膨張差による熱
応力を有効に吸収することができる。このため、接合体
を高温材料として使用することによって繰返しの熱負荷
を受けても両部材間の接合部におもづる破壊やクラック
の発生を効果的に抑制し、強固な接合状態を維持できる
などの効果を奏する。
材片の片面又は両面に低熱膨張性の合金片をクラッドし
て構成されているので、緩衝材として十分な高温強度と
延性を有している。また、セラミックス部材間あるいは
セラミックス部材と金属部材との間の熱膨張差による熱
応力を有効に吸収することができる。このため、接合体
を高温材料として使用することによって繰返しの熱負荷
を受けても両部材間の接合部におもづる破壊やクラック
の発生を効果的に抑制し、強固な接合状態を維持できる
などの効果を奏する。
Claims (1)
- １、高融点金属からなる母材片と、この母材片の片面ま
たは両面にクラッドされた低熱膨張性合金片とからなる
ことを特徴とするセラミックス接合用緩衝材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7319988A JPH01246182A (ja) | 1988-03-29 | 1988-03-29 | セラミックス接合用緩衝材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7319988A JPH01246182A (ja) | 1988-03-29 | 1988-03-29 | セラミックス接合用緩衝材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01246182A true JPH01246182A (ja) | 1989-10-02 |
Family
ID=13511238
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7319988A Pending JPH01246182A (ja) | 1988-03-29 | 1988-03-29 | セラミックス接合用緩衝材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01246182A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0441238A3 (en) * | 1990-02-05 | 1993-02-24 | Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. | Electrodeposited invar composite foil |
| US5370837A (en) * | 1990-10-30 | 1994-12-06 | Kabushiki Kaisha Toshiba | High temperature heat-treating jig |
-
1988
- 1988-03-29 JP JP7319988A patent/JPH01246182A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0441238A3 (en) * | 1990-02-05 | 1993-02-24 | Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. | Electrodeposited invar composite foil |
| US5370837A (en) * | 1990-10-30 | 1994-12-06 | Kabushiki Kaisha Toshiba | High temperature heat-treating jig |
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