JPH0229635B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0229635B2
JPH0229635B2 JP59233853A JP23385384A JPH0229635B2 JP H0229635 B2 JPH0229635 B2 JP H0229635B2 JP 59233853 A JP59233853 A JP 59233853A JP 23385384 A JP23385384 A JP 23385384A JP H0229635 B2 JPH0229635 B2 JP H0229635B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal film
metal
ceramic material
joining
film
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
Application number
JP59233853A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS61111981A (ja
Inventor
Osami Kamigaito
Haruo Doi
Masaharu Noda
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.)
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Central R&D Labs Inc
Priority to JP59233853A priority Critical patent/JPS61111981A/ja
Publication of JPS61111981A publication Critical patent/JPS61111981A/ja
Priority to US07/005,396 priority patent/US4697325A/en
Publication of JPH0229635B2 publication Critical patent/JPH0229635B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D1/00—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
    • F16D1/06—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end
    • F16D1/08—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end with clamping hub; with hub and longitudinal key
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
    • C04B37/02—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles
    • C04B37/023—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles characterised by the interlayer used
    • C04B37/026—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles characterised by the interlayer used consisting of metals or metal salts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/026—Shaft to shaft connections
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B4/00—Shrinkage connections, e.g. assembled with the parts at different temperature; Force fits; Non-releasable friction-grip fastenings
    • F16B4/006—Shrinkage connections, e.g. assembled with the parts being at different temperature
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/66—Specific sintering techniques, e.g. centrifugal sintering
    • C04B2235/667—Sintering using wave energy, e.g. microwave sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/12—Metallic interlayers
    • C04B2237/122—Metallic interlayers based on refractory metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/12—Metallic interlayers
    • C04B2237/123—Metallic interlayers based on iron group metals, e.g. steel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/12—Metallic interlayers
    • C04B2237/124—Metallic interlayers based on copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32—Ceramic
    • C04B2237/34—Oxidic
    • C04B2237/343—Alumina or aluminates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32—Ceramic
    • C04B2237/34—Oxidic
    • C04B2237/345—Refractory metal oxides
    • C04B2237/348—Zirconia, hafnia, zirconates or hafnates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32—Ceramic
    • C04B2237/36—Non-oxidic
    • C04B2237/365—Silicon carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32—Ceramic
    • C04B2237/36—Non-oxidic
    • C04B2237/368—Silicon nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/70—Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness
    • C04B2237/708—Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness of one or more of the interlayers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/72—Forming laminates or joined articles comprising at least two interlayers directly next to each other
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/84—Joining of a first substrate with a second substrate at least partially inside the first substrate, where the bonding area is at the inside of the first substrate, e.g. one tube inside another tube
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B2200/00—Constructional details of connections not covered for in other groups of this subclass
    • F16B2200/85—Ceramic-to-metal-connections
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49316—Impeller making
    • Y10T29/4932—Turbomachine making
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49826—Assembling or joining
    • Y10T29/49863—Assembling or joining with prestressing of part
    • Y10T29/49865—Assembling or joining with prestressing of part by temperature differential [e.g., shrink fit]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49826—Assembling or joining
    • Y10T29/49885—Assembling or joining with coating before or during assembling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49826—Assembling or joining
    • Y10T29/49945—Assembling or joining by driven force fit
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T403/00—Joints and connections
    • Y10T403/48—Shrunk fit

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 本願にかかる発明は、セラミツク部品と金属部
品を機械的に結合する方法に関するものである。 〔従来技術およびその問題点〕 窒化珪素、炭化珪素等のセラミツク材は、耐熱
性、耐熱衝撃性に優れているため、構造用部品と
して有望な材料といわれている。現実には、たと
えばデイーゼルエンジンの部品として使用され始
めている。しかし、このような部品において耐熱
性を要求される部分には、セラミツク材を使用
し、耐熱性を必要としない部分には金属材を使用
するのが、製造技術面、コスト面からみて望まし
い。 そのためには、セラミツク材と金属材とを結合
する方法が必要となる。結合方法には、メタライ
ズ法等のろう付け、融接、固相接合等の溶接、無
機系接着剤によるものあるいは焼ばめ等が知られ
ている。これらのうちでも、焼ばめる方法は、最
も簡単な方法である。また、板状部品の場合に
は、ボルト−ナツトで締結することも行われる。 しかしながら、焼ばめ又は、ボルト締めの場合
には、金属材により締め付けられたセラミツク材
の表面部には圧縮応力、これに隣接する自由表面
には引張応力が発生する。この部分の応力分布状
況は引張から圧縮へと急激な変化を示しており、
この部分からセラミツク材が破壊しやすいという
欠点がある。 出願人は、先に、セラミツク材の表面に金属膜
を形成し、その表面から高エネルギーイオンを照
射することにより、金属膜をセラミツク材に強固
に接着するとともに、セラミツク材の靭性を向上
させる方法発明を出願した（特願昭59−31880
号）。 そこで発明者らは、上記発明をセラミツク材と
金属材との結合に応用してセラミツク材の性質を
変えれば、セラミツク材の表面に発生する引張応
力を減少させることができて、結合部でのセラミ
ツク材の破壊が防止できるものと考えた。 本発明者らは、これを試みるべく種々検討した
結果、本発明を為すに至つた。 本発明の目的は、セラミツク部品と金属部品と
の結合部において、セラミツク材の破壊を防止で
きる結合方法を提供することである。 〔本発明の構成および作用〕 本願にかかる第１の発明（以下、第１発明とい
う）は、セラミツク材と金属材とを機械的に結合
する方法において、セラミツク材の結合部表面に
膜厚が0.1〜0.5μｍの金属膜を形成する膜形成工
程と、該金属膜表面に高エネルギーイオンを照射
して該金属膜とセラミツク材とを融合させるイオ
ン照射工程と、セラミツク材と金属材とを、その
両者間に上記金属膜を挟持して、結合する結合工
程とからなるセラミツク部品と金属部品との結合
方法である。 本願にかかる第２の発明（以下、第２発明とい
う）は、セラミツク材と金属材とを機械的に結合
する方法において、セラミツク材の結合部表面に
膜厚が0.1〜0.5μｍの金属膜を形成する膜形成工
程と、該金属膜表面に高エネルギーイオンを照射
して、金属膜とセラミツク材とを融合させるイオ
ン照射工程と、該金属膜表面を、エツチングした
のちさらに金属をメツキするメツキ工程と、セラ
ミツク材と金属材とを、その両者間に上記メツキ
した金属膜を挟持して結合する結合工程とからな
ることを特徴とするセラミツク部品と金属部品と
の結合方法である。本第２発明は、前記第１発明
にメツキ工程を付加したものである。 本発明によれば、セラミツク材と金属材とを機
械的に強く締結してもセラミツク材に破壊を生ず
ることが極く少なくなる。 以下、本願にかかる発明をより詳細に説明す
る。 本願において、セラミツク材とは、酸化アルミ
ニウム（Al2O3）、ジルコニア（ZrO2）等の酸化
物セラミツク材、窒化珪素（Si3N4）、炭化珪素
（SiC）を主体とする非酸化物セラミツク材が代
表的なものである。これらのセラミツク材は、上
記物質の粉末を所望の形状に焼結したものであ
る。焼結体には、酸化イツトリウム等の焼結用助
剤等、その他の添加成分が含まれていてもよい。
該セラミツク材の製造法としては、常圧焼結、ホ
ツトプレス等、いずれの方法で製造したものでも
よい。 上記セラミツク材の、金属材と結合する部分を
含む部分の表面に、膜形成工程を施し金属膜を形
成する。該膜の形成は、結合によつて引張応力が
発生する部分すなわち、結合部に隣接する部分、
と直接結合に与かる部位とにまたがつて被覆す
る。該金属膜を形成するための金属としては、い
わゆる金属であればよい。しかし、本願にかかる
発明のより大きな効果を得るためには、チタン
（Ti）、ジルコニウム（Zr）、ハフニウム（Hf）、
バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Nb）、クロム（Cr）、
ニツケル（Ni）、コバルト（Co）がよい。 上記金属膜を形成する方法としては、電子ビー
ム蒸着、スパツタ蒸着等の物理的蒸着法（PVD）
でもよいし、化学的気相蒸着法（CVD）でもよ
い。金属膜形成部位は、膜成形に先立つてアセト
ン洗浄等によつて清浄な面にしておくのが望まし
い。その後、上記方法により膜を形成する。形成
する膜の厚さは、次工程であるイオン照射工程に
おける照射イオンのエネルギー量によつて異な
り、一概に決まらないが、0.1〜0.5μｍが実用的
である。また、結合工程での結合精度との関連
で、膜厚を選択するのがよい。膜厚が薄いと、一
様な膜を形成するのが困難となり、むらが生じや
すくなる。また、結合部においてセラミツク材に
生ずる応力集中を柔らげる効果が発揮されなくな
る。一方、膜厚が大きくなると、照射イオンのエ
ネルギーを無やみに大きくしなければならないと
いう問題が生じる。セラミツク材上に形成した金
属膜は、通常の場合、セラミツク材と強固に結合
していない。それ故、引つかいたりすると、はく
離することがあるので、取扱いには注意する必要
がある。 次に、上記金属膜にイオン照射工程を施し、高
エネルギーイオンを照射する。イオン照射には、
例えばコツククロフト型加速器、バンデグラー
フ、線形加速器、サイクロトロン等を使用するこ
とができる。照射イオンとしては、電場で容易に
加速できるものであればよい。特に、常温で気体
状態のものであると照射作業が簡単である。具体
的なイオン種としては窒素（Ｎ）、ネオン（Ne）、
アルゴン（Ar）、キセノン（Xe）等がある。そ
の他、チタン（Ti）、ニツケル（Ni）、クロム
（Cr）、セレン（Ce）等の金属イオンであつても
よい。照射イオンに与えるエネルギーの大きさ
は、金属膜中でのイオン飛程が、膜厚程度になる
ようにするのがよい。これは、セラミツク材と金
属膜との界面での原子混合を起こさせて、両者を
融合させるためである。それ故、イオンに与える
エネルギーは30keV〜5MeV程度が望ましい。高
エネルギーイオンの照射量は、照射面積１cm2当た
り１×1013〜１×1018個くらいがよい。より多く
のイオンを照射しても、これに見合うだけの効果
は得られない。また少ないとイオン照射の効果が
得られない。イオン照射工程を施すと、金属膜は
セラミツク材に強固に付着し、ダイヤモンド針で
引つかいてもはがれにくくなる。 イオン照射工程を施したのち、第１発明では結
合工程を施すが、第２発明ではメツキ工程を施
す。該メツキ工程では、まずイオン照射した金属
膜表面を清浄にするために、極く薄膜除去する。
薄膜除去する方法としては、微粒砥粒による研
磨、アルゴン等不活性ガスによるスパツタで、約
100Å程度エツチングするのがよい。その後金属
膜表面に、ニツケル（Ni）、銅（Cu）等の比較的
軟質の金属を厚さで0.5〜50μｍ程度メツキする。
メツキ層は結合材間の緩衝材としての作用をす
る。 以上の工程を施したセラミツク材に結合工程を
施す。該結合工程は、上記セラミツク材と金属材
とを、ボルト締め、あるいは焼ばめにより結合す
る工程である。セラミツク材と金属材との結合部
は焼ばめ、あるいは、セラミツク材を金属材によ
り挟持し、ボルト−ナツト等により締結するもの
等の形式のものがよい。 焼ばめによる場合には、セラミツク材と金属材
とは常温状態で焼ばめ代を有し、金属材を昇温し
て、上記焼ばめ代を減少又は消滅せしめ両者を結
合せしめる。焼ばめ代としては、結合部が円柱、
円筒の組合せの場合には、使用最高温度において
焼ばめ代を５〜10μｍ程度になるようにとるのが
よい。当然のことながら焼ばめ代が大きいとセラ
ミツク材が破壊するおそれがあり、注意を要す
る。 第２発明の場合には、メツキ層の厚さにより、
該焼ばめ代を調節することができという利点があ
る。 一方、金属材によりセラミツク材を挟持し、ネ
ジで締結する場合には、ネジ締付け強さをセラミ
ツク材が破壊しないように、強くしすぎないよう
に注意する必要がある。いずれの型式の結合にお
いても、金属材の端部とセラミツク材の当たり部
では、金属材とセラミツク材との間に金属膜が挟
持されている必要がある。さらに金属膜が金属材
端部からセラミツク材側へ少なくとも10mm程度余
分に形成されているのがよい。セラミツク材は、
前記のように、イオン照射工程を受けているの
で、金属膜と強固に結合している。この金属膜の
存在によつて、応力集中が起こりにくくなり、結
合部での亀裂の発生が抑制される。このため、結
合部の強度が向上するものと思われる。金属材の
材質としては、鋼が一般的であるが、他のAl合
金、銅合金でもよい。本発明は、たとえば、内燃
機関用のターボチヤージヤ内の金属製圧縮タービ
ン軸とセラミツクス製排気タービン軸との結合等
高温部と低温部にまたがる部品の結合に有用なも
のである。 〔本発明の効果〕 本第１発明により結合したセラミツク材と金属
材との結合部では、結合力によりセラミツク材に
発生する引張応力値が、膜形成工程、イオン照射
工程を施していない場合に比べて小さくなるとと
もに、応力集中度合も低下するので、セラミツク
材の耐折損性が向上する。 また、メツキ工程を施す第２発明によれば、結
合材にさらに、大きな負荷が加わつても破壊が生
じにくくなり、耐折損性が一層向上する。 〔実施例〕 実施例 １ 図に示すように、セラミツク結合部１１の形状
が直径15mmの棒状である窒化珪素製排気タービン
１と、金属結合部２１が肉厚２mmの円筒状である
SCM5製軸部とを焼ばめにより結合した。 まず、結合部１１の外表面を粗さ0.3s程度で研
磨したのち、表の試料番号１〜６に示す条件で電
子ビーム蒸着による膜形成工程、コツククロフト
型加速器によるイオン照射工程を施した。
【表】 なお、金属膜の形成時およびイオン照射時に
は、一様な厚さの金属膜の形成と、一様なイオン
照射とが行えるように結合部を10rpmで回転させ
た。 その後、金属結合部を600℃に加熱してセラミ
ツク材の結合部にはめ合わせて組付け、放冷する
ことによりターボチヤージヤ用タービンを得た。 これらのタービンをターボチヤージヤに取付け
150000rpmでの運転を行つたのち、再び取りはず
し、抗折試験に供した。その結果を表の最下欄に
示す。 なお、比較例として、膜形成工程、イオン照射
工程を行わないで焼ばめを行つたもの（試料番号
C1）を製作し、その抗折力をも求めた。 これらの結果からわかるように、上記膜形成工
程、イオン照射工程を行うことにより抗折強度が
高くなる。 実施例 ２ 表の試料番号１および５と同様の条件でセラミ
ツク材の結合部に金属膜を形成、イオン照射した
のち、金属表面をアルゴンによるスパツタエツチ
ングし、金属膜表面を約100Å除去した。そして、
チタン膜の上には厚さ5μｍの無電解ニツケルメ
ツキ層を、ニツケル膜の上には厚さ10μｍの湿式
メツキによる銅メツキ層を形成した。その後、実
施例１と同様の焼ばめ代を有する金属結合部を焼
ばめ、タービンを得た。さらに、これらのタービ
ンを実施例１と同様の運転を行い、抗折試験に供
した。その結果、チタン膜上にニツケルメツキを
施したものは、70Kg／mm2、ニツケル膜の上に銅メ
ツキを施したものは65Kg／mm2の抗折力を示した。
【図面の簡単な説明】
図は、実施例を示し、セラミツク材としての排
気タービンと金属材としての圧縮タービンを示す
断面図である。 １……セラミツク製排気タービン、１１……セ
ラミツク結合部、２……金属製軸部、３……アル
ミニウム製コンプレツサ部、２１……金属結合
部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ セラミツク材と金属材とを機械的に結合する
    方法において、セラミツク材の結合部表面に膜厚
    が0.1〜0.5μｍの金属膜を形成する膜形成工程と、
    該金属膜表面に高エネルギーイオンを照射して該
    金属膜とセラミツク材とを融合させるイオン照射
    工程と、セラミツク材と金属材とを、その両者間
    に上記金属膜を挟持して、結合する結合工程とか
    らなるセラミツク部品と金属部品との結合方法。 ２ 上記金属膜は、チタン（Ti）、ジルコニウム
    （Zr）、ハフニウム（Hf）、バナジウム（Ｖ）、ニ
    オブ（Nb）、クロム（Cr）、ニツケル（Ni）、コ
    バルト（Co）のいずれかにより形成することを
    特徴とする特許請求の範囲第１項記載の結合方
    法。 ３ 上記金属膜は、電子ビーム蒸着、スパツタ蒸
    着又は、化学的気相蒸着により形成することを特
    徴とする特許請求の範囲第１項記載の結合方法。 ４ 上記高エネルギーイオンは、窒素（Ｎ）、ネ
    オン（Ne）、アルゴン（Ar）、キセノン（Xe）で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
    の結合方法。 ５ 上記結合工程は、焼ばめにより行うことを特
    徴とする特許請求の範囲第１項記載の結合方法。 ６ セラミツク材と金属材とを機械的に結合する
    方法において、セラミツク材の結合部表面に膜厚
    が0.1〜0.5μｍの金属膜を形成する膜形成工程と、
    該金属膜表面に高エネルギーイオンを照射して、
    金属膜とセラミツク材とを融合させるイオン照射
    工程と、該金属膜表面を、エツチングしたのちさ
    らに金属をメツキするメツキ工程と、セラミツク
    材と金属材とを、その両者間に上記メツキした金
    属膜を挟持して結合する結合工程とからなること
    を特徴とするセラミツク部品と金属部品との結合
    方法。 ７ 上記金属膜は、チタン（Ti）、ジルコニウム
    （Zr）、ハフニウム（Hf）、バナジウム（Ｖ）、ニ
    オブ（Nb）、クロム（Cr）、ニツケル（Ni）、コ
    バルト（Co）のいずれかにより形成することを
    特徴とする特許請求の範囲第６項記載の結合方
    法。 ８ 上記金属膜は、電子ビーム蒸着、スパツタ蒸
    着又は、化学的気相蒸着により形成することを特
    徴とする特許請求の範囲第６項記載の結合方法。 ９ 上記高エネルギーイオンは、窒素（Ｎ）、ネ
    オン（Ne）、アルゴン（Ar）、キセノン（Xe）で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第６項記載
    の結合方法。 １０ 上記結合工程は、焼ばめにより行うことを
    特徴とする特許請求の範囲第６項記載の結合方
    法。
JP59233853A 1984-11-05 1984-11-05 セラミツク部品と金属部品との結合方法 Granted JPS61111981A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59233853A JPS61111981A (ja) 1984-11-05 1984-11-05 セラミツク部品と金属部品との結合方法
US07/005,396 US4697325A (en) 1984-11-05 1987-01-09 Method for joining ceramic parts to metallic parts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59233853A JPS61111981A (ja) 1984-11-05 1984-11-05 セラミツク部品と金属部品との結合方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS61111981A JPS61111981A (ja) 1986-05-30
JPH0229635B2 true JPH0229635B2 (ja) 1990-07-02

Family

ID=16961596

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59233853A Granted JPS61111981A (ja) 1984-11-05 1984-11-05 セラミツク部品と金属部品との結合方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US4697325A (ja)
JP (1) JPS61111981A (ja)

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2574783B1 (fr) * 1984-12-19 1991-07-26 Honda Motor Co Ltd Dispositif d'assemblage d'un element ceramique a un element metallique, notamment pour turbo-surcompresseurs de moteurs a combustion interne
JPS61286501A (ja) * 1985-06-12 1986-12-17 Ngk Insulators Ltd タ−ビンロ−タ−およびその製造法
JPS63239172A (ja) * 1987-03-27 1988-10-05 株式会社日立製作所 非金属と金属の接合方法
JPH043129Y2 (ja) * 1987-05-11 1992-01-31
US5365661A (en) * 1988-02-25 1994-11-22 Ngk Insulators, Ltd. Ceramic-metal composite joint body
DE3816796A1 (de) * 1988-05-17 1989-11-30 Kempten Elektroschmelz Gmbh Laufzeug mit mechanischer kupplung
US4887528A (en) * 1988-10-31 1989-12-19 Ceradyne, Inc. Dampening system roller for offset printing presses
JPH02134350U (ja) * 1989-04-12 1990-11-07
JPH0774613B2 (ja) * 1990-01-10 1995-08-09 日本碍子株式会社 セラミックターボチャージャロータの製造方法
US5264295A (en) * 1990-08-03 1993-11-23 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Combined body of ceramics and metal
JPH04349176A (ja) * 1990-12-11 1992-12-03 Nippon Steel Corp 窒化珪素・サイアロン系セラミックスと金属との接合方法
US5108025A (en) * 1991-05-20 1992-04-28 Gte Laboratories Incorporated Ceramic-metal composite article and joining method
US5327813A (en) * 1992-06-12 1994-07-12 Ford Motor Company Wrist pin having a ceramic composite core
JP2747757B2 (ja) * 1992-07-30 1998-05-06 新日本製鐵株式会社 セラミックススリーブを内装した円筒部品
CH689342A5 (de) * 1994-07-26 1999-02-26 Optosys Ag Näherungsschalter mit keramischer Stirnfläche und Verfahren zu dessen Herstellung.
US5832768A (en) * 1994-12-16 1998-11-10 Yugen Kaisha Yano Engineering Die assembly for extruding hollow articles
US5571235A (en) * 1995-02-27 1996-11-05 Yugen Kaisha Yano Engineering Die assembly for extruding hollow articles
US5865850A (en) * 1997-03-10 1999-02-02 Johnson & Johnson Professional, Inc. Coated load bearing surface for a prosthetic joint
USD415242S (en) * 1997-05-16 1999-10-12 Fuji Kogyo Co., Ltd. Line guide for fishing rod
DE19813074A1 (de) * 1998-03-25 1999-09-30 Ceram Tec Ag Innovative Cerami Klemmsitz-Verbindung zwischen Prothesenkomponenten von Gelenk-Prothesen
JP2001048667A (ja) * 1999-08-13 2001-02-20 Asahi Glass Co Ltd セラミックス部品の接合方法
DE10160301A1 (de) * 2001-12-07 2003-06-18 Bosch Gmbh Robert Abdichtungvorrichtung und Verfahren zur Abdichtung
US8312612B2 (en) * 2002-04-11 2012-11-20 Blue Sky Vision Partners, Llc Refurbished punch tip and method for manufacture and refurbishing
US7033156B2 (en) * 2002-04-11 2006-04-25 Luka Gakovic Ceramic center pin for compaction tooling and method for making same
US20070012047A1 (en) * 2005-07-15 2007-01-18 Pratt & Whitney Canada Corp. Multi-material turbine engine shaft
GB201014059D0 (en) * 2010-08-24 2010-10-06 Element Six Production Pty Ltd Wear part
US10047614B2 (en) * 2014-10-09 2018-08-14 Rolls-Royce Corporation Coating system including alternating layers of amorphous silica and amorphous silicon nitride
DE102022129324B3 (de) * 2022-11-07 2024-02-08 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Rotor für eine Ladeeinrichtung

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1191547A (en) * 1915-01-25 1916-07-18 Henry C Wiedeman Tank construction.
US2274961A (en) * 1938-10-14 1942-03-03 Timken Roller Bearing Co Process of producing wheel and axle assemblies
US3099083A (en) * 1958-02-27 1963-07-30 Dow Chemical Co Method of suppressing bimetallic couple corrosion of magnesium metal articles
NL301760A (ja) * 1962-12-14
US3371413A (en) * 1966-10-26 1968-03-05 Amphenol Corp Hermetically sealed connector
GB1574804A (en) * 1976-05-20 1980-09-10 Chloride Silent Power Ltd Metal-to-ceramic seals
DE2734747A1 (de) * 1977-08-02 1979-02-15 Daimler Benz Ag Verbindung eines keramischen turbinenrades mit einer metallischen welle
JPS5641879A (en) * 1979-09-14 1981-04-18 Tokyo Shibaura Electric Co Ceramiccmetal bonded body
JPS56156767A (en) * 1980-05-02 1981-12-03 Sumitomo Electric Ind Ltd Highly hard substance covering material
DE3129220A1 (de) * 1981-07-24 1983-02-10 MTU Motoren- und Turbinen-Union München GmbH, 8000 München "einrichtung zur verbindung eines keramischen laufrades, insbesondere turbinenlaufrades einer stroemungsmaschine, z.b. eines gasturbinentriebswerks, mit einer metallischen welle"
US4532149A (en) * 1981-10-21 1985-07-30 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Method for producing hard-surfaced tools and machine components
JPS58221271A (ja) * 1982-06-18 1983-12-22 Citizen Watch Co Ltd イオンプレ−テイング法による被膜形成方法
US4526624A (en) * 1982-07-02 1985-07-02 California Institute Of Technology Enhanced adhesion of films to semiconductors or metals by high energy bombardment
DE3304938C1 (de) * 1983-02-12 1984-05-03 Didier-Werke Ag, 6200 Wiesbaden Verfahren zum Aufbringen eines metallischen Spannbandes auf die Umfangsflaeche einer Verschlussplatte fuer einen Schiebeverschluss
US4468309A (en) * 1983-04-22 1984-08-28 White Engineering Corporation Method for resisting galling

Also Published As

Publication number Publication date
JPS61111981A (ja) 1986-05-30
US4697325A (en) 1987-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH0229635B2 (ja)
Suganuma Recent advances in joining technology of ceramics to metals
US5161908A (en) Joined structure comprising members of different coefficients of thermal expansion and joining method thereof
WO1996009266A1 (en) Bonded body of aluminum and silicon nitride and production method thereof
JPS6357392B2 (ja)
EP0232603B1 (en) A method of bonding members having different coefficients of thermal expansion
JPH0229634B2 (ja)
JP2999760B2 (ja) ベリリウムと銅合金のｈｉｐ接合体の製造方法およびｈｉｐ接合体
JP2519578B2 (ja) 金属部材とセラミックス或はサ―メット部材の接合方法
JP3501834B2 (ja) セラミック材と金属材との接合体の製造方法
JP2568332B2 (ja) 少なくとも一部が金属間化合物からなる複合材の製造方法
JPH01308884A (ja) 材料接合方法および接合体
JPS5918184A (ja) セラミツクスのメタライズ方法
JPH07110795B2 (ja) 接合強度の優れたセラミツクスと金属の接合体
JPS61117171A (ja) 熱応力緩和体
JPH09268304A (ja) 傾斜組成型断熱層を有する金属製部材及びその製造方法
KR930009665B1 (ko) 응력완화층을 이용한 세리믹과 금속과의 접합방법
JPS6197174A (ja) セラミツクスと金属との拡散接合方法
JPS6177681A (ja) 窒化物セラミツクスの接合方法
JP3698575B2 (ja) セラミックス−金属接合体
JP3153872B2 (ja) 金属−窒化物系セラミックスの接合構造
Samandi et al. A Novel Approach to Ceramic/Metal Joining
JP3685630B2 (ja) セラミックス−金属接合体
JPS61215272A (ja) セラミツクス部材と金属部材との接合方法
JP2000183476A (ja) セラミックス回路基板