JPH0223501B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0223501B2 JPH0223501B2 JP59098765A JP9876584A JPH0223501B2 JP H0223501 B2 JPH0223501 B2 JP H0223501B2 JP 59098765 A JP59098765 A JP 59098765A JP 9876584 A JP9876584 A JP 9876584A JP H0223501 B2 JPH0223501 B2 JP H0223501B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal
- composite
- thermal stress
- coefficient
- ceramics
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、新規なセラミツクスと金属との複合
体に関し、特にセラミツクスが熱応力により破壊
するのを防止するのに最適な複合体に係る。
体に関し、特にセラミツクスが熱応力により破壊
するのを防止するのに最適な複合体に係る。
セラミツクスと金属とを接合した場所、両者の
物理的性質、特に熱膨張率が大きく異なるため接
合過程又は熱的負荷を受ける使用条件下において
熱応力が発生し、セラミツクスの破壊や接合部の
剥離等が生じる。この傾向は特に被接合体が大き
い程顕著になる。従つて特に大型構造体のセラミ
ツクスと金属は極めて困難であつた。
物理的性質、特に熱膨張率が大きく異なるため接
合過程又は熱的負荷を受ける使用条件下において
熱応力が発生し、セラミツクスの破壊や接合部の
剥離等が生じる。この傾向は特に被接合体が大き
い程顕著になる。従つて特に大型構造体のセラミ
ツクスと金属は極めて困難であつた。
従来、セラミツクスの熱応力破壊を防止する方
法として、セラミツクスと金属とのほゞ中間の熱
膨張率を有するMo，Ｗ，コバール、フアーニ鋼
等の熱応力緩衝材を介して接合している。また金
属繊維と金属マトリツクスまたは無機質繊維と金
属マトリツクスとの複合体を熱応力緩衝材として
接合している例もある。例えば特開昭58−176182
号ではコバール等を又特願昭58−37598号（特開
昭59−162185号）ではＣ繊維とCuマトリツクス
との複合体を熱応力緩衝材として接合している。
法として、セラミツクスと金属とのほゞ中間の熱
膨張率を有するMo，Ｗ，コバール、フアーニ鋼
等の熱応力緩衝材を介して接合している。また金
属繊維と金属マトリツクスまたは無機質繊維と金
属マトリツクスとの複合体を熱応力緩衝材として
接合している例もある。例えば特開昭58−176182
号ではコバール等を又特願昭58−37598号（特開
昭59−162185号）ではＣ繊維とCuマトリツクス
との複合体を熱応力緩衝材として接合している。
しかし、前記従来方向で接合されるセラミツク
スと金属との接合体の大きさには限界があり、高
い熱的負荷を受ける条件下ではセラミツクス又は
接合部に破壊が生じ、使用条件が限定されてい
る。
スと金属との接合体の大きさには限界があり、高
い熱的負荷を受ける条件下ではセラミツクス又は
接合部に破壊が生じ、使用条件が限定されてい
る。
本発明の目的は、従来の欠点を回避し、特にセ
ラミツクスの熱応力破壊を防止するのに最適なセ
ラミツクスと金属との複合体を提供するにある。
ラミツクスの熱応力破壊を防止するのに最適なセ
ラミツクスと金属との複合体を提供するにある。
発明者らは従来技術の欠点を防止するためセラ
ミツクスと金属体との中間の熱膨張係数を有する
複合体を介して接合することを検討した。すなわ
ち、本発明は熱応力緩和材を介してろう材によつ
て接合されているセラミツクスと金属との接合体
において、前記熱応力緩和材の熱膨張率が、金属
と接する側が該金属の熱膨張率に近似した値を持
ち、かつセラミツクスに接する側が該セラミツク
スの熱膨張率に近似した値を持つように接合間の
厚さ方向に連続的または段階的に変化しており、
前記熱応力緩和材は、無機質繊維と金属マトリツ
クスとの複合体からなることを特徴とするセラミ
ツクスと金属との複合体にある。
ミツクスと金属体との中間の熱膨張係数を有する
複合体を介して接合することを検討した。すなわ
ち、本発明は熱応力緩和材を介してろう材によつ
て接合されているセラミツクスと金属との接合体
において、前記熱応力緩和材の熱膨張率が、金属
と接する側が該金属の熱膨張率に近似した値を持
ち、かつセラミツクスに接する側が該セラミツク
スの熱膨張率に近似した値を持つように接合間の
厚さ方向に連続的または段階的に変化しており、
前記熱応力緩和材は、無機質繊維と金属マトリツ
クスとの複合体からなることを特徴とするセラミ
ツクスと金属との複合体にある。
即ち、セラミツクスと金属との接合において、
中間部材としては熱膨張係数がセラミツクスと金
属体の中間の値で、かつ弾性係数の小さい金属又
は複合材を使用して熱応力緩和作用をもたせる必
要がある。中間部材自身に熱応力緩和作用をもた
せるには無機質繊維と金属マトリツクスとの複合
体を２層以上重ねた構成体を用いるのが有効であ
ることを実験により確認した。
中間部材としては熱膨張係数がセラミツクスと金
属体の中間の値で、かつ弾性係数の小さい金属又
は複合材を使用して熱応力緩和作用をもたせる必
要がある。中間部材自身に熱応力緩和作用をもた
せるには無機質繊維と金属マトリツクスとの複合
体を２層以上重ねた構成体を用いるのが有効であ
ることを実験により確認した。
一方、無機質繊維と金属との複合体の中で炭素
繊維とCuマトリツクスとの複合体が熱応力緩和
作用が大きく、この複合体で熱膨張係数の異なる
ものを２層以上重ねた複合体が最も熱応力緩和作
用が大きいことを実験により確認した。
繊維とCuマトリツクスとの複合体が熱応力緩和
作用が大きく、この複合体で熱膨張係数の異なる
ものを２層以上重ねた複合体が最も熱応力緩和作
用が大きいことを実験により確認した。
炭素繊維とCuとの複合体として、炭素繊維の
体積％が１層目は30〜40％、２層目は40〜50％、
３層目は50〜60％になるようにすれば望ましく、
この複合体の熱膨張係数は４〜12×10-6／℃の間
で変化する。また、弾性係数が５〜13×103Kg／
mm2となつて接合体の熱応力を複合体の変形し易さ
で緩和する結果、良好な接合体が得られることを
確認した。
体積％が１層目は30〜40％、２層目は40〜50％、
３層目は50〜60％になるようにすれば望ましく、
この複合体の熱膨張係数は４〜12×10-6／℃の間
で変化する。また、弾性係数が５〜13×103Kg／
mm2となつて接合体の熱応力を複合体の変形し易さ
で緩和する結果、良好な接合体が得られることを
確認した。
本発明の接合体は核融合装置の真空容器第１
壁、MHD発電用絶縁壁に好適である。
壁、MHD発電用絶縁壁に好適である。
比較例
先ずセラミツクスとして厚さ10mm、30mm角の
BeOを２重量％含むSiC焼結体を用い、金属とし
て厚さ５mm、30mm角のSuS304ステンレス鋼板を
接合する場合、前記２つの接合部材間にCu―Ｃ
繊維複合構成体を用いた。
BeOを２重量％含むSiC焼結体を用い、金属とし
て厚さ５mm、30mm角のSuS304ステンレス鋼板を
接合する場合、前記２つの接合部材間にCu―Ｃ
繊維複合構成体を用いた。
実施例 １
前記複合構成体の２層構成体を中間部材とした
場合に１層目のＣ繊維の体積％が30〜40％で、２
層目が40〜50％となつている複合体を用いた。即
ち、SiC焼結体と複合構成体の間にCu−40％Mn
を、複合構成体とSuS304鋼板の間にもCu―40％
Mn箔を介在させて870℃、５〜10Kg／cm2の条件
で、Ar雰囲気中で加圧加熱し接合することによ
り熱応力が小さく良好な接合体が得られた。
場合に１層目のＣ繊維の体積％が30〜40％で、２
層目が40〜50％となつている複合体を用いた。即
ち、SiC焼結体と複合構成体の間にCu−40％Mn
を、複合構成体とSuS304鋼板の間にもCu―40％
Mn箔を介在させて870℃、５〜10Kg／cm2の条件
で、Ar雰囲気中で加圧加熱し接合することによ
り熱応力が小さく良好な接合体が得られた。
実施例 ２
同様にセラミツクスとして厚さ10mm、40mm角
で、BeOを２重量％含むSiC焼結体を用い金属と
して40mm角のSuS304ステンレス鋼板を用いた場
合にも前記２つの接合部材間に前記Cu―Ｃ繊維
複合構成体を用いて接合した。第１図のようにま
ず複合構成体５、とSiC焼結体７、を接合し次い
で複合構成体３、側にSuS304ステンレス鋼板１、
をろう材２、でろう付した。SiC焼結体は、熱伝
導率が0.6cal／cm・sec，℃、比抵抗が1013Ω・cm
でBeO，0.1〜3.5重量％を含むものである。Cu―
Ｃ繊維複合体の熱膨張係数はＣ繊維30〜40％部材
で10〜12×10-6／℃、40〜50％部材で６〜７×
10-6／℃、50〜60％部材で４〜６×10-6／℃の値
となる。前記のCu―Ｃ繊維複合構成体５、側と
SiC焼結体７との間にCu―40％Mn、50μm厚さの
箔６、を介在させ、870℃、５〜10Kg／cm2の条件
でAr雰囲気中で加圧加熱し接合した。次に
SuS304ステンレス鋼板１、と複合構成体３、側
の間に100μm厚さの銀ろう箔２、を介在させて
700〜710℃、５〜10Kg／cm2の条件でAr雰囲気中
で加熱し接合することにより熱応力が小さく良好
な接合体が得られた。こゝで第３図に示すように
接合体の接合時の冷却過程において複合構成体と
SiC焼結体の熱膨張率がほぼ同じになるので接合
体の熱応力を小さくすることができその結果、良
好な接合体が得られた。
で、BeOを２重量％含むSiC焼結体を用い金属と
して40mm角のSuS304ステンレス鋼板を用いた場
合にも前記２つの接合部材間に前記Cu―Ｃ繊維
複合構成体を用いて接合した。第１図のようにま
ず複合構成体５、とSiC焼結体７、を接合し次い
で複合構成体３、側にSuS304ステンレス鋼板１、
をろう材２、でろう付した。SiC焼結体は、熱伝
導率が0.6cal／cm・sec，℃、比抵抗が1013Ω・cm
でBeO，0.1〜3.5重量％を含むものである。Cu―
Ｃ繊維複合体の熱膨張係数はＣ繊維30〜40％部材
で10〜12×10-6／℃、40〜50％部材で６〜７×
10-6／℃、50〜60％部材で４〜６×10-6／℃の値
となる。前記のCu―Ｃ繊維複合構成体５、側と
SiC焼結体７との間にCu―40％Mn、50μm厚さの
箔６、を介在させ、870℃、５〜10Kg／cm2の条件
でAr雰囲気中で加圧加熱し接合した。次に
SuS304ステンレス鋼板１、と複合構成体３、側
の間に100μm厚さの銀ろう箔２、を介在させて
700〜710℃、５〜10Kg／cm2の条件でAr雰囲気中
で加熱し接合することにより熱応力が小さく良好
な接合体が得られた。こゝで第３図に示すように
接合体の接合時の冷却過程において複合構成体と
SiC焼結体の熱膨張率がほぼ同じになるので接合
体の熱応力を小さくすることができその結果、良
好な接合体が得られた。
実施例 ３
第２図に示すように金属として30mm角銅板を用
い前述のCu―Ｃ繊維複合構成体を中間部材とし、
MoメタライズしたSi3N4焼結体１４、と複合構
成体１２の間にCu―40％Mn箔１３、銅板８、と
複合構成体１０の間にもCu―40％Mn箔９、を介
在させて870℃、５〜10Kg／cm2の条件でAr雰囲気
中で加圧加熱し接合することにより熱応力を小さ
くすることができ、良好な接合体が得られた。
い前述のCu―Ｃ繊維複合構成体を中間部材とし、
MoメタライズしたSi3N4焼結体１４、と複合構
成体１２の間にCu―40％Mn箔１３、銅板８、と
複合構成体１０の間にもCu―40％Mn箔９、を介
在させて870℃、５〜10Kg／cm2の条件でAr雰囲気
中で加圧加熱し接合することにより熱応力を小さ
くすることができ、良好な接合体が得られた。
本発明によればセラミツクスと金属との接合に
おいて、接合過程及び熱的負荷を受ける使用条件
下での熱応力を小さくすることができ、セラミツ
クスのき裂発生を防止できるので熱伝導性の良い
セラミツクスと金属との健全な接合体が容易に得
られる効果がある。
おいて、接合過程及び熱的負荷を受ける使用条件
下での熱応力を小さくすることができ、セラミツ
クスのき裂発生を防止できるので熱伝導性の良い
セラミツクスと金属との健全な接合体が容易に得
られる効果がある。
第１図および第２図は本発明の複合体の断面
図、第３図は接合時の加熱冷却における複合体と
SiC焼結体の熱膨張変化を示す線図である。 １…SuS304ステンレス鋼板、２…銀ろう箔、
３…Cu―30〜40％Ｃ繊維複合体、４…Cu―40〜
50％Ｃ繊維複合体、５…Cu―50〜60％Ｃ繊維複
合体、６…Cu―40％Mn箔、７…SiC焼結体、８
…銅板、９…Cu―40％Mn箔、１０…Cu―30〜
40％Ｃ繊維複合体、１１…Cu―40〜50％Ｃ繊維
複合体、１２…Cu―50〜60％Ｃ繊維複合体、１
３…Cu―40％Mn箔、１４…Si3N4，Moメタライ
ズ焼結体。
図、第３図は接合時の加熱冷却における複合体と
SiC焼結体の熱膨張変化を示す線図である。 １…SuS304ステンレス鋼板、２…銀ろう箔、
３…Cu―30〜40％Ｃ繊維複合体、４…Cu―40〜
50％Ｃ繊維複合体、５…Cu―50〜60％Ｃ繊維複
合体、６…Cu―40％Mn箔、７…SiC焼結体、８
…銅板、９…Cu―40％Mn箔、１０…Cu―30〜
40％Ｃ繊維複合体、１１…Cu―40〜50％Ｃ繊維
複合体、１２…Cu―50〜60％Ｃ繊維複合体、１
３…Cu―40％Mn箔、１４…Si3N4，Moメタライ
ズ焼結体。
Claims (1)
- １ 熱応力緩和材を介してろう材によつて接合さ
れているセラミツクスと金属との接合体におい
て、前記熱応力緩和材の熱膨張率が、金属と接す
る側が該金属の熱膨張率に近似した値を持ち、か
つセラミツクスに接する側が該セラミツクスの熱
膨脹率に近似した値を持つように接合間の厚さ方
向に連続的または段階的に変化しており、前記熱
応力緩和材は、無機質繊維と金属マトリツクスと
の複合体からなることを特徴とするセラミツクス
と金属との複合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9876584A JPS60246276A (ja) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | セラミツクスと金属との複合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9876584A JPS60246276A (ja) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | セラミツクスと金属との複合体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60246276A JPS60246276A (ja) | 1985-12-05 |
| JPH0223501B2 true JPH0223501B2 (ja) | 1990-05-24 |
Family
ID=14228492
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9876584A Granted JPS60246276A (ja) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | セラミツクスと金属との複合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60246276A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS645983A (en) * | 1987-06-26 | 1989-01-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Method for joining ceramic to metal |
| US5561321A (en) * | 1992-07-03 | 1996-10-01 | Noritake Co., Ltd. | Ceramic-metal composite structure and process of producing same |
| JP6285271B2 (ja) * | 2014-04-24 | 2018-02-28 | 株式会社ノリタケカンパニーリミテド | 接合材およびその利用 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5926984A (ja) * | 1982-07-30 | 1984-02-13 | 川惣電材工業株式会社 | セラミツクスと金属のメタライジング溶着法 |
| JPS5935075A (ja) * | 1982-08-20 | 1984-02-25 | 東陶機器株式会社 | セラミツクスと金属との接合方法 |
| JPS60231472A (ja) * | 1984-04-26 | 1985-11-18 | 住友電気工業株式会社 | セラミツクスと金属の接合体及びその接合方法 |
-
1984
- 1984-05-18 JP JP9876584A patent/JPS60246276A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60246276A (ja) | 1985-12-05 |
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