JPH0251478A - 金属・セラミックス接合法 - Google Patents
金属・セラミックス接合法Info
- Publication number
- JPH0251478A JPH0251478A JP20037588A JP20037588A JPH0251478A JP H0251478 A JPH0251478 A JP H0251478A JP 20037588 A JP20037588 A JP 20037588A JP 20037588 A JP20037588 A JP 20037588A JP H0251478 A JPH0251478 A JP H0251478A
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- JP
- Japan
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- metal
- ceramic
- thermal expansion
- bonding
- bonded
- Prior art date
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- Granted
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/001—Interlayers, transition pieces for metallurgical bonding of workpieces
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は金属・セラミックス接合法に係り、特に、金属
とセラミックスとをろう付、拡散接合、活性金属等によ
り接合し、セラミックスの耐熱性、絶縁性、耐摩耗性等
と、金属の靭性、電気伝導性、熱伝導性等の特性を併せ
有し、高温エンジン、海洋開発等の分野に使用するのに
好適な接合体を得るための金属・セラミックス接合法に
関するものである。
とセラミックスとをろう付、拡散接合、活性金属等によ
り接合し、セラミックスの耐熱性、絶縁性、耐摩耗性等
と、金属の靭性、電気伝導性、熱伝導性等の特性を併せ
有し、高温エンジン、海洋開発等の分野に使用するのに
好適な接合体を得るための金属・セラミックス接合法に
関するものである。
金属とセラミックスとの接合体は、金属の有する特性と
セラミックスの有する特性とを併せ有しており、種々の
分野への適用がなされ、また研究が進められている。
セラミックスの有する特性とを併せ有しており、種々の
分野への適用がなされ、また研究が進められている。
金属とセラミックスとの高強度接合体を得るには、第１
には両者の接合面での反応層が界面で結晶接合性、機械
的性質に優れていること、第２には両者の接合操作時、
接合に要する温度に加熱された後に冷却する際、界面に
歪みが発生するため、その応力を緩和させることが重要
な要素である。
には両者の接合面での反応層が界面で結晶接合性、機械
的性質に優れていること、第２には両者の接合操作時、
接合に要する温度に加熱された後に冷却する際、界面に
歪みが発生するため、その応力を緩和させることが重要
な要素である。
従来、上記した第２の０素を達成する方法、すなわち、
応力を緩和させる方法として、＋１１ 金属とセラミ
ックスとの間に両者のそれぞれの熱膨張係数の中間の熱
膨張係数を有する材料（例えば、ｒｔ金合金Ｉ ｎｖａ
ｒ等）を介在させて両者を接合する方法、 （２） 金属とセラミックスとの間に両者の接合操作
時、塑性変形する材料（例えば、Ｃｕ、Ａ１、Ｎｉ５Ｔ
ｉ等）を介在させて両者を接合する方法、等がある。
応力を緩和させる方法として、＋１１ 金属とセラミ
ックスとの間に両者のそれぞれの熱膨張係数の中間の熱
膨張係数を有する材料（例えば、ｒｔ金合金Ｉ ｎｖａ
ｒ等）を介在させて両者を接合する方法、 （２） 金属とセラミックスとの間に両者の接合操作
時、塑性変形する材料（例えば、Ｃｕ、Ａ１、Ｎｉ５Ｔ
ｉ等）を介在させて両者を接合する方法、等がある。
しかしながら、上記した従来の方法では、いずれも金属
とセラミックスとの間に第３の金属を挿入するという工
程を要すると共に第３の金属材料とろう材、活性金属等
の結合材等の反応層を制御しなければならない困難を有
するという問題点がある。
とセラミックスとの間に第３の金属を挿入するという工
程を要すると共に第３の金属材料とろう材、活性金属等
の結合材等の反応層を制御しなければならない困難を有
するという問題点がある。
本発明は、上記した従来の接合法の課題を解決し、金属
とセラミックスとの間に応力を緩和するための第３の金
属を挿入するという煩雑な工程を要することなく、金属
とセラミックスとを接合する際に両者の間に生じる応力
を著しく緩和でき、これによって、強度等の特性に優れ
た金属・セラミックス接合体を得ることができる金属・
セラミックス接合法を提供することを目的とする。
とセラミックスとの間に応力を緩和するための第３の金
属を挿入するという煩雑な工程を要することなく、金属
とセラミックスとを接合する際に両者の間に生じる応力
を著しく緩和でき、これによって、強度等の特性に優れ
た金属・セラミックス接合体を得ることができる金属・
セラミックス接合法を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために本発明は、金属とセラミッ
クスをろう付、拡散接合、活性金属等により接合する金
属・セラミックス接合法において、前記セラミックスと
接合される前記金属側の少なくとも接合面付近であって
、該接合面に平行する方向の前記金属の熱膨張を抑制す
る部材を配置すると共に該部材の熱膨張係数が前記金属
の熱膨張係数よりも小さくした手段を採用したものであ
る。
クスをろう付、拡散接合、活性金属等により接合する金
属・セラミックス接合法において、前記セラミックスと
接合される前記金属側の少なくとも接合面付近であって
、該接合面に平行する方向の前記金属の熱膨張を抑制す
る部材を配置すると共に該部材の熱膨張係数が前記金属
の熱膨張係数よりも小さくした手段を採用したものであ
る。
本発明は上記の手段を採用したことにより、セラミック
スに接合される金属の少なくとも接合面付近で、接合面
に平行する方向の金属の熱膨張を抑制する部材が配置さ
れるから、金属の熱膨張は、その部材の熱膨張係数に対
応して抑制される。
スに接合される金属の少なくとも接合面付近で、接合面
に平行する方向の金属の熱膨張を抑制する部材が配置さ
れるから、金属の熱膨張は、その部材の熱膨張係数に対
応して抑制される。
この部材の熱膨張係数５よ、セラミックスに接合される
金属の熱膨張係数よりも小さいのでセラミックスの熱膨
張係数よりも小さくできる。
金属の熱膨張係数よりも小さいのでセラミックスの熱膨
張係数よりも小さくできる。
したがって、接合操作時の加熱によるセラミックスと金
属との熱膨張量の差が少なくなり、接合完了後の金属の
収縮代が小さくなり、接合面付近の残留応力が減少する
。
属との熱膨張量の差が少なくなり、接合完了後の金属の
収縮代が小さくなり、接合面付近の残留応力が減少する
。
以下、図面に示す本発明の実施例について説明する。
第１図は本発明の金属・セラミックス接合法を示す説明
図である。
図である。
第１図において、円柱体からなるセラミックスｌと、こ
のセラミックスｌよりも直径の大きい円柱からなる金属
３とをろう材２によって接合する例を示している。
のセラミックスｌよりも直径の大きい円柱からなる金属
３とをろう材２によって接合する例を示している。
そして、前記セラミックスｌとしてＳｉＣが使用され、
金属３として５ＵＳ３０４が使用され、ろう材２として
Ａｇ−Ｃｕが使用される。
金属３として５ＵＳ３０４が使用され、ろう材２として
Ａｇ−Ｃｕが使用される。
また、セラミックスｌとの接合面付近の金属３の外周囲
には金属３の熱膨張を抑制する部材としての円環状のセ
ラミックス治具４が配置される。
には金属３の熱膨張を抑制する部材としての円環状のセ
ラミックス治具４が配置される。
このセラミックス治具４は、金属３の熱膨張係数よりも
小さい熱膨張係数を有する材料からなるものが使用され
る。
小さい熱膨張係数を有する材料からなるものが使用され
る。
なお、ＳｉＣからなるセラミックスｌの熱膨張係数αは
３ Ｘ １０−’／℃、５ＵＳ３０４からなる金属３の
熱膨張係数αは１７ Ｘ Ｉ Ｏ−’／℃である。
３ Ｘ １０−’／℃、５ＵＳ３０４からなる金属３の
熱膨張係数αは１７ Ｘ Ｉ Ｏ−’／℃である。
このセラミックス１と金属３とをＡｇ−Ｃｕからなるろ
う材２によって接合するためには、ろう材２の反応する
温度、すなわち１０００℃まで昇温される。
う材２によって接合するためには、ろう材２の反応する
温度、すなわち１０００℃まで昇温される。
この場合、金属３は、セラミックス治具４により接合面
と平行する方向の熱膨張が拘束され、セラミックスｌと
の熱膨張差が小さくなる。
と平行する方向の熱膨張が拘束され、セラミックスｌと
の熱膨張差が小さくなる。
したがって、セラミックスｌと金属３との界面における
歪み等の発生がなく、金属・セラミックス接合体の機械
的強度等が向上する。
歪み等の発生がなく、金属・セラミックス接合体の機械
的強度等が向上する。
このような金属とセラミックスとの接合法の例を第１図
を基にさらに具体的に説明する。
を基にさらに具体的に説明する。
実施例１
セラミックス１として５ｉＣ１ろう材２としてＡｇ
Ｃｕ、金属３としてＳＵＳ ３０４を用い、環状のセラ
ミックス治具４としてセラミックスｌと同材質のＳｉＣ
を用いた。
Ｃｕ、金属３としてＳＵＳ ３０４を用い、環状のセラ
ミックス治具４としてセラミックスｌと同材質のＳｉＣ
を用いた。
そして、円柱体からなる金属３の直径１つと環状のセラ
ミックス治具穐の内径！、との関係を１．＝Ｉｌ、とし
た。
ミックス治具穐の内径！、との関係を１．＝Ｉｌ、とし
た。
この状態でろう材２の反応に要する温度まで昇温すると
、円柱体からなる金属３は熱膨張するがこの場合、金属
３は環状のセラミックス治具４によってその熱膨張作用
が拘束される。
、円柱体からなる金属３は熱膨張するがこの場合、金属
３は環状のセラミックス治具４によってその熱膨張作用
が拘束される。
このセラミックス治具４はセラミックス１と同材質から
なるので金属３の熱膨張はセラミックス１とほぼ同一の
熱膨張を呈する。
なるので金属３の熱膨張はセラミックス１とほぼ同一の
熱膨張を呈する。
したがって、セラミックス】と金属３との間の熱膨張量
の差がほとんどなくなる。
の差がほとんどなくなる。
実施例２
円柱体からなる金属３の直径１２と環状のセラミックス
治具４の内径１３との関係を２．＜！、とした他は、実
施例１と同様にして接合操作を行った。
治具４の内径１３との関係を２．＜！、とした他は、実
施例１と同様にして接合操作を行った。
この場合、金属３の熱膨張と同時にセラミックス治具４
自体も熱膨張し、その内径が拡大し、その拡大した範囲
内で金属３が熱膨張する。
自体も熱膨張し、その内径が拡大し、その拡大した範囲
内で金属３が熱膨張する。
したがって、１０００℃に加熱したときの金属３の熱膨
張は、（ｌ、（αｎ＋ｔ）ｌ／１ｔ−１１（但し、α４
はセラミック治具４の熱膨張係数を表わす、）の値で示
される見掛は上の熱膨張係数αまで抑制される。
張は、（ｌ、（αｎ＋ｔ）ｌ／１ｔ−１１（但し、α４
はセラミック治具４の熱膨張係数を表わす、）の値で示
される見掛は上の熱膨張係数αまで抑制される。
このため、セラミックス１と金属３との間の熱膨張量の
差が少なくな（なる。
差が少なくな（なる。
実施例３
セラミックス治具４として、熱膨張係数αがセラミック
ス■を構成するＳｉＣと金属３を構成するＳＵＳ ３０
４のそれぞれの熱膨張係数αの中間の値を有するＡＮｚ
ＯｓＣ熱膨張係数α： ８ ｘ １０−’／℃）を用い
た他は、実施例１と同様にして接合操作を行った。
ス■を構成するＳｉＣと金属３を構成するＳＵＳ ３０
４のそれぞれの熱膨張係数αの中間の値を有するＡＮｚ
ＯｓＣ熱膨張係数α： ８ ｘ １０−’／℃）を用い
た他は、実施例１と同様にして接合操作を行った。
この場合、金属３はＡ１．Ｏ，からなるセラミックス治
具４の熱膨張に追従するので、金属３の熱膨張係数αは
８ Ｘ １０−”／℃に抑制され、セラミックス１と金
属３との間の熱膨張量の差が少なくなくなる。
具４の熱膨張に追従するので、金属３の熱膨張係数αは
８ Ｘ １０−”／℃に抑制され、セラミックス１と金
属３との間の熱膨張量の差が少なくなくなる。
上記した方法によってセラミックス１と金属３との熱膨
張量の差が小さくなるので接合反応完了後、冷却する過
程での金属３の収縮代は、セラミックス治具４を使用し
ない場合に比較して少なくなる。
張量の差が小さくなるので接合反応完了後、冷却する過
程での金属３の収縮代は、セラミックス治具４を使用し
ない場合に比較して少なくなる。
したがって、セラミックス１と金属３との接合面付近の
残留応力が減少し、接合強度が向上する。
残留応力が減少し、接合強度が向上する。
なお、実施例３の方法で接合して得られた接合体は、セ
ラミックス治具４を使用しない従来の接合方法に得られ
た接合体と比較して接合強度が３ｋｇ／ｍｍ”向上した
。
ラミックス治具４を使用しない従来の接合方法に得られ
た接合体と比較して接合強度が３ｋｇ／ｍｍ”向上した
。
上記した実施例では、金属３の熱膨張を拘束する治具と
してセラミックスの例を示したが、本発明において、治
具は必ずしもセラミックスに制約されるものでなく、金
属３の熱膨張係数αよりも小さい熱膨張係数αを有する
金属を使用してもよい。
してセラミックスの例を示したが、本発明において、治
具は必ずしもセラミックスに制約されるものでなく、金
属３の熱膨張係数αよりも小さい熱膨張係数αを有する
金属を使用してもよい。
本発明は前記のように構成したことにより、金属とセラ
ミックスと接合操作時、金属の熱膨張が拘束されてセラ
ミックスの熱膨張量に近くなり、接合反応完了後の金属
の収縮代が極めて少なくなり、残留応力の減少により強
度の高い接合体を得ることができるなどのすぐれた効果
を有するものである。
ミックスと接合操作時、金属の熱膨張が拘束されてセラ
ミックスの熱膨張量に近くなり、接合反応完了後の金属
の収縮代が極めて少なくなり、残留応力の減少により強
度の高い接合体を得ることができるなどのすぐれた効果
を有するものである。
第１図は本発明は金属・セラミックス接合法を示す説明
図である。 １・・・・・・セラミックス ２・・・・・・ろう材 ３・・・・・・金属 ４・・・・・・セラミックス治具
図である。 １・・・・・・セラミックス ２・・・・・・ろう材 ３・・・・・・金属 ４・・・・・・セラミックス治具
Claims (1)
- （１）金属とセラミックスをろう付、拡散接合、活性金
属等により接合する金属・セラミックス接合法において
、前記セラミックスと接合される前記金属側の少なくと
も接合面付近であって、該接合面に平行する方向の前記
金属の熱膨張を抑制する部材を配置すると共に該部材の
熱膨張係数が前記金属の熱膨張係数よりも小さいことを
特徴とする金属・セラミックス接合法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20037588A JPH0251478A (ja) | 1988-08-11 | 1988-08-11 | 金属・セラミックス接合法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20037588A JPH0251478A (ja) | 1988-08-11 | 1988-08-11 | 金属・セラミックス接合法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0251478A true JPH0251478A (ja) | 1990-02-21 |
| JPH055791B2 JPH055791B2 (ja) | 1993-01-25 |
Family
ID=16423269
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20037588A Granted JPH0251478A (ja) | 1988-08-11 | 1988-08-11 | 金属・セラミックス接合法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0251478A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5946142A (en) * | 1995-12-11 | 1999-08-31 | Hitachi Ltd. | Projection lens system and projection image display apparatus using the same |
-
1988
- 1988-08-11 JP JP20037588A patent/JPH0251478A/ja active Granted
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5946142A (en) * | 1995-12-11 | 1999-08-31 | Hitachi Ltd. | Projection lens system and projection image display apparatus using the same |
| US6046860A (en) * | 1995-12-11 | 2000-04-04 | Hitachi, Ltd. | Projection lens system and projection image display apparatus using the same |
| US6243211B1 (en) * | 1995-12-11 | 2001-06-05 | Hitachi, Ltd. | Projection lens system and projection image display apparatus using the same |
| US6396641B2 (en) * | 1995-12-11 | 2002-05-28 | Hitachi, Ltd. | Projection lens system and projection image display apparatus using the same |
| US6624950B2 (en) * | 1995-12-11 | 2003-09-23 | Hitachi, Ltd. | Projection lens system and projection image display apparatus using the same |
| US6801366B2 (en) * | 1995-12-11 | 2004-10-05 | Hitachi, Ltd. | Projection lens system and projection image display apparatus using the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH055791B2 (ja) | 1993-01-25 |
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