JPH0247233A - セラミックス接合用アルミニウム合金 - 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 この発明は、セラミックスとの接合に用いるアルミニウ
ム合金に関するものである。

従来の技術 近年、セラミックスの利用分野が益々拡大しつつあり、
その一方では、セラミックスの有する優れた特性、例え
ば断熱性や耐熱性等と、金属の有する特性、例えば高靭
性や高熱伝導性、導電性等との両者を同時に活用するべ
く、セラミックスと金属とを接合した複合部材、複合部
品が種々の分野で使用されるようになっている。

ところで、セラミックスと金属との接合には、従来から
接着剤を用いることが行なわれているが、接着剤を用い
た場合は充分な接合強度が得られず、特にセラミックス
と金属との熱膨張率の差によって接合面で剥離が生じ易
い。

セラミックスと金属とを強固に接着するためには、接合
界面で原子レベルでの結合が行なわれること、すなわち
、いわゆる金属接合がなされることが望ましいが、セラ
ミックスは非金属であるため両者間を直接金属接合する
ことは困難であると考えられていた。そこで、従来、比
較的高い接合強度が得られる方法として、アルミナセラ
ミックスとアルミニウムもしくはその合金との接合の場
合、アルミナセラミックスの表面に予めＱｕもしくはＡ
（ｌを溶射や蒸着あるいはメツキ等によってメタライジ
ングしておき、そのメタライジング層の表面にアルミニ
ウムもしくはその合金を金属接合（拡散接合）すること
が行なわれている。但し、アルミニウムやその合金の表
面には強固な酸化皮膜が生成されているのが通常であっ
て、その酸化皮膜が存在したままでは拡散接合すること
ができないから、塩化物とぶフ化物との混合塩のフラッ
クスを用いてメタライジング層に対する拡散接合処理を
行なうのが通常である。

発明が解決しようとする課題 前述のような従来のアルミナセラミックスとアルミニウ
ムもしくはその合金との接合方法では、予めメタライジ
ング層を形成しておく工程が必要であるため、工程数が
多く、高コストとなる問題があり、また、有害なフラッ
クスを用いなければならないなめ、作業者の安全や公害
防止等に配慮を払わなければならないという問題があっ
た。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、メ
タライジング処理を行なったりフラックスを用いたりす
ることなく、セラミックスに対して高い接合強度で直接
接合することができるアルミニウム合金を提供すること
を目的とするものである。

課題を解決するための手段 本発明者等は、前述の目的を達成し得るアルミニウム合
金の成分子ｉｌｌ織について鋭意実験・検討を重ねた結
果、適量のＭｎ　　（マンガン）およびＳｌ（ケイ素）
を含有させることによって、高い接合強度でアルミニウ
ム合金をセラミックスに拡散接合できることを見出し、
この発明を成すに至った。

すなわち、この発明のセラミックス接合用アルミニウム
合金は、ｌｆｆ１％でＭｎ０．５〜３％、Ｓｉ　０．５
〜５％を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物より
なることを特徴とするものである。

作　　　用 先ずこの発明のアルミニウム合金における成分限定理由
を述べる。

Ｍｎ： Ｍｎは、Ｓｌと共存することによって、アルミニウム合
金基材の強度を高め、ひいては継手強度を向上させる。

特にＭｎをＳｉとともに添加することによって、高温で
接合しても強度の低下が少なくなる効果が得られる。Ｍ
ｎ含有吊が０．５％未満ではその効果が不充分となり、
一方３％を越えればアルミニウム合金の鋳造、圧延が困
難となるから、Ｍｎは０．５〜３％の範囲内に限定した
。

Ｓｉ　： Ｓｉはアルミニウム合金−セラミックス界面において、
アルミニウム合金側からセラミックス側に拡散して、界
面接合強度を高める。また前述のようにＭｎと共存する
ことによってアルミニウム合金基材の強度を高め、ひい
ては継手強度を向上させる。Ｓｉが０．５％未満ではそ
の効果が不充分であり、一方５％を越えれば溶融点が低
下し、接合に必要な温度でアルミニウム合金が溶融して
しまうおそれがある。したがって、３ｉは０．５〜５％
の範囲内とした。

また上記の１ｌＪｎ、３ｉのほかＭｎと同じ理由でＣｒ
、Ｖ、Ｚｒのうちの１種または２種以上を各々０．５０
％未満添加することもある。

以上の各成分のほかはＡＩおよび不可避的不純物とすれ
ば良い。不可避的不純物としてのＦｅは１．０％未満、
ＣＵｊ５よびｚｎはそれぞれ０．５０％未満、Ｍｇは０
．１０％未満であれば特に支障はない。

そのほか、アルミニウム合金鋳塊の製造においては、一
般に鋳塊結晶粒の微細化のためにＴまたはＴＩおよびＢ
を添加することが多いが、この発明の合金の場合もＴｉ
ｑまたはＴｉおよびＢが添加されていても良い。但しそ
の添加量は、Ｔｉ　Ｏ，２％以下、８０．０４％以下が
望ましい。

前述のように、この発明のアルミニウム合金によれば、
セラミックスとの接合時にＳｉが界面においてセラミッ
クス側へ拡散して固相拡散接合が行なわれ、したがって
セラミックスと強固に接合することができ、しかもＭｎ
、５ｉの共存によってアルミニウム合金自体も強度が上
昇して、高い継手強度が得られる。

なお、この発明のアルミニウム合金を製造するにあたっ
ては、先ず常法にしたがって鋳造する。

この鋳造方法としては半連続ｖｆ造法＜ＤＣｔｌｒ造法
）が−膜内であるが、省エネルギや耐軟化性の向上等の
観点から薄板連続功造法（連続鋳造圧延法）を適用して
も良い。

得られた蒋塊に対しては、均熱処理（均質化処理）およ
び熱間圧延を行ない、必要に応じて冷間圧延を行なって
所望の板厚に仕上げる。ここで、冷間圧延の前、後、途
中のいずれかにおいて焼鈍を施すこともある。但し、薄
板連続鋳造板の場合は、これらの工程のうち熱間圧延ま
での工程を省略することができる。

また、この発明のアルミニウム合金をセラミックスと接
合するにあたっては、アルミニウム合金表面を平滑に仕
上げた後、セラミックスと重ね合せて真空雰囲気等の非
酸化性雰囲気にて加圧・加熱すればよい。この時の加熱
温度は特に限定しないが、通常は３００〜６５０℃程度
が好ましい。

実施例 第１表に示す成分組成の各合金ｌ１ｌＯ１〜に３を鋳造
し、熱間圧延および冷間圧延により３ｕ厚まで圧延した
。この圧延板をパフ研磨により鏡面に仕上げ、供試材と
した。各供試材について、次のようにしてセラミックス
との接合強度を調べた。すなわち、接合相手材のセラミ
ックスとしては、Ａｌ２Ｏ３もしくはＺｒ　０２または
ＡＩＮを選んだ。そのセラミックスの寸法は、２０Ｉｌ
ｌｎＸ２０ｒＲｉＸ２０ｚａとし、予め接合部をラッピ
ングにより鏡面に仕上げた。そして、２枚のセラミック
スの間に前記圧延板をサンドインチ状に挾み、真空度１
０−６ｔｏｒｒの雰囲気ニテ、Ｉｌｆ約６００℃、加重
５　ＨＰａで加熱・加圧して接合した。その接合時の詳
細な温度−加重−時間曲線を第１図に示す。

以上のようにして得られた接合部材から第２図に示すよ
うな接合強度試験片１を切出した。なお、第２図におい
て２，３はセラミックス、４はアルミニウム合金圧延板
である。この試験片１について、第３図に示すような４
点曲げ試験用治具を用いて４点曲げ試験を行ない、接合
強度として曲げ強度を調べた。第３図において、５は上
部治具、６は下部治具、７は加圧支点としての丸棒であ
る。

このようにして曲げ試験を行なった結果を第２表に示す
。なお、第２表中には、接合相手材として用いたセラミ
ックスの種類も併せて示す。

第１表：供試材の化学成分（ｗｔ％） 第２表：接合部材の試験結果 第２表に示す結果から、この発明のアルミニウム合金を
セラミックスとの接合に用いた場合の接合強度が著しく
高いことが明らかである。

なお、以上の実施例では接合相手材のセラミックストし
てＡＩ　２０３　、ＡＩ　Ｎ、Ｚｒ　０２を用いた例に
ついて示したが、これらに限らず、他のセラミックスと
の接合の場合にも高い接合強度がをられることは勿論で
ある。

また、この発明のアルミニウム合金は、他の金属をセラ
ミックスと接合する場合に、その金属とセラミックスと
の間におけるインサータとして用いることもできる。

発明の効果 この発明のアルミニウム合金は、セラミックスと接合す
るにあたって、予めセラミックスの表面にＱｕやへ〇等
のメタライジング層を形成しておくことなく、かつ有害
なフラックスを用いることなく、直接セラミックスと固
相拡散接合により、高い接合強度で強固に接合すること
ができる。したがって、この発明のアルミニウム合金に
よれば、セラミックスとアルミニウム合金とが強固に結
合−休止した部材を、低コストでかつ安全や公害上の問
題を招くことなく得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例における接合時の温度−荷重−時間曲線
を示す線図、第２図は実施例における４点曲げ試験用の
試験片を示す斜視図、第３図は実施例における１点曲げ
試験用治具を示す正面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 重量％でＭｎ０．５〜３％、Ｓｉ０．５〜５％を含有し
   、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなることを特徴
   とするセラミックス接合用アルミニウム合金。