JPH02133184A - セラミックス複合体の溶接方法 - 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、セラミックスライナーを形成するためセラミ
ックス複合体を母材金属の表面に取り付ける方法に関す
る。

〔従来の技術〕

金属製部材にセラミックスの耐熱性保護層を設けること
により、炉壁、バーナ、羽口２等の高温雰囲気で使用さ
れる構造材を得ている。或いは、セラミックスの耐摩耗
性を活用し、ブロア、ポンプ等の高速回転機器のライニ
ングとしている。

本発明者等は、このセラミックスライナーを簡単に形成
するため、金属部品を組み込んだセラミックスピースを
開発し、すでに出願している（特開昭６３−１７１２７
２号公報、実開昭６３−１１１２７８号公報等参照）。

たとえば、特開昭６３−１７１２７２号公報で提案した
方法にあっては、金属母材に取り付けられる側のセラミ
ックス表面にスタッドを設け、このスタッドからセラミ
ックスを厚み方向にピンを貫通させている。そして、こ
のビンを介してスタッドから金属母材に電流を流し、ア
ークスタッド溶接している。このようにして、取り付け
られたセラミックスピースは、接着剤やハンダを使用し
た場合に比較して充分に優れた強度で金属母材に接合さ
れている。そして、多数のセラミックスピースを互いに
突き合わせた状態で金属母材の表面に取り付ることによ
り、金属母材の所定個所にセラミックス層が形成される
。

〔発明が解決しようとする課題〕

アーク溶接や抵抗溶接によってセラミックスピースを金
属母材に取り付けることを前提とするとき、導電部材を
金属母材からセラミックス表面側まで延在させることが
必要とされる。この点、特開昭６３−１７１２７２号公
報にあっては、金属母材側に配置されるスタッドからセ
ラミックス中を貫通して、導電ピンが設けられている。

そのため、セラミックス本体に貫通孔が形成され、強度
が劣化する原因となる。

このような貫通孔を形成することなく導電路を形成する
手段として、セラミックスピース表面側からスタッドま
で延びる導電性材料の被膜を、セラミックスの表面に形
成することが考えられる。

しかし、この場合には、金属母材に溶接された後のセラ
ミックスピースの合せ目から導電性被膜が露出したり、
窪みが生じる。そのため、後続する工程で、セラミック
スピースの合せ目を多量の目地材で充填する作業が必要
とされる。

そこで、本発明は、セラミックスピースの取付けに超音
波溶接を採用することにより、前述したセラミックス側
表面から金属母材に至る導電路を形成する必要なく、合
せ目に対する目地材の充填を本質的に不要とし、連続し
た表面をもつセラミックスライナーを形成することを目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、その目的を達成するために、セラミックスと
金属との複合体を母材金属に取り付ける際、前記複合体
の金属を前記母材金属に押し付けながら、前記セラミッ
クス側から超音波をかけることを特徴とする。

〔作用〕

本発明で使用するセラミックス複合体１は、第１図に示
すように、セラミックス本体２に金属層３を形成してい
る。そして、セラミックス複合体１が取り付けられる金
属母材４の表面に金属層３を当接し、セラミックス本体
２０表面側に加圧具５で圧力Ｐを加える。金属層３とし
ては、銅、アルミ、ニッケル、チタン等の金属又は合金
が使用される。加圧具５には振動子６が接触しており、
金属母材４の表面と平行な方向に延びる超音波振動Ｗが
加えられる。

圧力Ｐに起因した静加圧と超音波振動Ｗに起因する滑り
によって、金属母材４と金属層３との間の接触部の酸化
被膜等が破壊・除去される。そのため、清浄な面同士が
互いに接触すると共に、弾性変形、塑性変形、摩擦熱に
よる温度上昇等によって、接合面間に原子間引力が作用
しあう程度まで近接し、金属層３が金属母材４に溶接さ
れる。

このような機構により、金属層３を介してセラミックス
本体２が金属母材４に取り付けられる。

このとき、抵抗溶接やアーク溶接と異なり、金属層３か
らセラミックス本体２表面まで延びる導電路を形成する
必要がないため、セラミックス本体２として、各面が平
滑で中実の六面体を使用することができる。そのため、
応力が集中し易い凹部、孔部等がなく、セラミックス本
体２の強度が向上する。また、セラミックス本体２の側
面が平滑であることから、隣接するセラミックス本体２
との合せ目も本質的に無くなり、仕上げ工程での目地処
理にかかる作業負担を軽減することができる。

また、溶接時にセラミックス本体２が高温に加熱されな
いため、熱応力の発生なくセラミックス複合体１が取り
付けられる。したがって、取り付けられたセラミックス
複合体１のセラミックス本体２に亀裂等の欠陥がない。

また、金属母材４側も熱影響を受けないため、高精度が
必要とされる機械構造のライニングも可能となる。

〔実施例〕

アルミナ系セラミックスで、厚み３　ｍｍで２０ｍｍｘ
２０ｍＩ１１のセラミックス本体２を作り、その−面に
厚みｌ　ｗの金属層３を形成した。得られたセラミック
ス複合体１を圧力Ｐ　８　ｋｇ　／　ａｍ”　で鋼製の
金属母材４に押し付けた。そして、金属母材４の表面と
平行に２０ｋＨｚの超音波振動Ｗを加え、セラミックス
複合体１を金属母材４に溶接した。溶接後のセラミック
ス本体２には、何らの欠損もなく、当初の形状を維持し
ていた。また、金属母材４と金属層３の接合強度は、７
　ｋｇ　／　ｍａｄ’　であった。このようにセラミッ
クス複合体１が取り付けられた金属母材４を温度８００
　℃の高温ガス流に２０時間装いた後でも、セラミック
ス本体２に反りが認められず、接合強度も６．０　ｋｇ
／ａ＋ｍ”　と初期値からほとんど変化していなかった
。

同様なセラミックス複合体１を二枚隣り合わせて金属母
材４に溶接したところ、両者の間の合せ目を０．１順以
下の密接状態で取り付けることができた。

また、金属層３と金属母材４との間に厚み５０μｍの箔
状銀ろうを介在させて同様な条件下で溶接を行ったとこ
ろ、金属層３と金属母材４との間の拡散が促進され、接
合強度を９　ｋｇ　／　ｍｍ’　に向上させることがで
きた。このような拡散促進材としては、銀ろうの他にニ
ッケル、アルミ、銅、チタン等が使用され、特に鋼、ス
テンレス鋼、耐熱鋼等の金属母材４に対して有効である
。更に、銀ろうと金属母材４との間にＢＵＴＥＣＴＯＲ
系フラッグスを介在させて溶接したところ、金属母材４
表面にある酸化被膜の除去が円滑に行われ、非金属介在
物の巻込みが皆無の接合部が得られ、接合強度も１１．
５ｋｇ／ｍｍ”　であった。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明においては、超音波を利
用してセラミックス複合体を金属母材に取り付けている
ため、アーク溶接や抵抗溶接等の場合のように金属母材
側からセラミックス表面側に延びる導電路を形成させる
必要がない。したがって、セラミックス本体に強度の劣
る孔部や窪み等が形成されない。また、セラミックス本
体が熱影響を受けないため、熱応力に起因した反りや強
度低下が生じることなく、長時間にわたり安定した状態
のセラミックスライナーが金属母材の表面に維持される
。更に、複数のセラミックス複合体を互いに突き合わせ
金属母材に取り付ける場合、個々のセラミックス複合体
の間に実質的に隙間がない状態での取付けが可能となる
。そのため、後続する目地処理作業の負担が軽減される
。このようにして、本発明によるとき、耐久性、耐摩耗
性等に優れたセラミックスライナーを簡単な作業によっ
て、各種機械部品の表面に形成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の詳細な説明するための図である。 １：セラミックス複合体　２：セラミックス本体３：金
属層　　　　　　　４：金属母材５：加圧具　　　　　
　　６：振動子 Ｐ：正圧力　　　　　　　Ｗ：超音波振動第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、セラミックスと金属との複合体を母材金属に取り付
   ける際、前記複合体の金属を前記母材金属に押し付けな
   がら、前記セラミックス側から超音波をかけることを特
   徴とするセラミックス複合体の溶接方法。