JPH0369863B2 - - Google Patents

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JPH0369863B2
JPH0369863B2 JP711086A JP711086A JPH0369863B2 JP H0369863 B2 JPH0369863 B2 JP H0369863B2 JP 711086 A JP711086 A JP 711086A JP 711086 A JP711086 A JP 711086A JP H0369863 B2 JPH0369863 B2 JP H0369863B2
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JP
Japan
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ceramics
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metals
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JP711086A
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Mutsuo Kazuyasu
Akira Kikuchi
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Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 本発明は、窒化物、炭化物を主成分とする非酸
化物系セラミツクスあるいはジルコニア、アルミ
ナ、シリカ、マグネシア等の酸化物を主成分とす
る酸化物系セラミツクスと鉄、銅、ニツケル、ス
テンレス等の金属、合金(本明細書中では合金も
含め金属と記す)との接合方法に関するものであ
る。 〔従来の技術〕 セラミツクスは優れた耐熱、耐食、耐摩耗性を
有しているが、これを有効に利用しようとすると
セラミツクスの脆性、すなわち衝撃に弱いことが
難点であり、構造材として使用する時は靭性の優
れている金属と接合して使用する方が都合の良い
場合が多い。逆にこれにより、この用途も拡大さ
れるものである。 セラミツクスと金属との接合に関しては、種々
研究が行なわれている。すなわち、有機、無機な
どの接着剤によるもの、焼きばめなどの機械的な
接合の併用などもあり、優れた接着剤も開発さ
れ、それなりの評価がなされている。しかして、
耐熱性などの点で化学反応、拡散浸透効果による
接合、セラミツクスの表面に金属を形成させるい
わゆるメタライズ法が注目されている。 このメタライズ法は以下のように大別されてい
る。 高融点金属法とも言われるもので、Mo,
Mo−Mn、W、W−Moまたはこれらにカオリ
ン等を添加し、バインダーと混合し、加湿水素
中で1600℃前後に加熱しMo、Wを浸透させ、
これにNiメツキ等を行なつて、さらに接合金
属とロウ付する方法。 接合機構はMnはMnOとなりセラミツクス中
に溶け込み、またMoは若干酸化されてセラミ
ツクス相のガラス相およびNiメツキ層に浸透
し接合するものである。 セラミツクスと金属との間に容易に反応する
中間インサート材を介在させ、これを介して接
合する方法。該インサート材としては、一般に
硫化銅等の銅系化合物とカオリン等の混合物が
知られている。接合に際しては、上記インサー
ト材をセラミツクスと接合する金属との間に挿
入し、インサート材の融点以上の温度に加熱す
る。機構的にはの方法では工数がかかるた
め、の方法が注目されている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 インサート材を使用する方法において、アルミ
ナ系、マグネシア系、シリカ系などの酸化物系セ
ラミツクスについては、接合に成功している例は
種々報告されている。しかしZrO2を90%以上含
むジルコニア系のセラミツクスに関しては接合は
不可能かまたは極めて脆弱なもので実用には到つ
ていない。 また、非酸化物系セラミツクスに関しても十分
な接合強度が得られていない。 本発明は、アルミナ系、マグネシア系、シリカ
系などの酸化物系セラミツクスはもとより、
ZrO2を90%以上含むジルコニア系のセラミツク
スさらに非酸化物系セラミツクスと金属とを強固
に接合することが可能な接合方法を提案しようと
するものである。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明はジルコニア系セラミツクス、非酸化物
系セラミツクスの安定性に着目し、強制還元によ
る生成相を考慮した結果、セラミツクスの接合予
定面に重量%で、Ca15〜80%、残部Si、Alの1
種又は2種および不可避的不純物からなるインサ
ート材、あるいは重量%で、Ca15〜80%、Ti15
%以下、残部Si、Alの1種又は2種および不可
避的不純物からなるインサート材を載置し、非酸
化性雰囲気中1150℃以上で加熱処理し、その後前
記接合予定面に接合しようとする金属を接しせし
め、非酸化性雰囲気中900℃以上前記接合すべき
金属の融点以下の温度にて加熱処理することによ
り従来強固な接合が難しかつたジルコニア系セラ
ミツクスおよび非酸化物系セラミツクスと金属と
を強固に接合することに成功したものである。 〔作 用〕 本発明においては強力な還元剤であるカルシウ
ムによりセラミツクス表面を還元し、該セラミツ
クスの表面にセラミツクスの成分元素である所の
金属ないしこれに近い組織を生じさせ、これとイ
ンサート材との化合物により金属との接合がされ
るものと予想される。 セラミツクス表面を有効に還元しうるものとし
ては、Ca、Be、Sr、Y、希土類元素などが考え
られるが、Ca以外は取扱いに難点がある。 次に、加熱処理条件について説明する。 セラミツクス表面を還元し、該表面をセラミツ
クスの構成元素であるところの金属ないしこれに
近い組織とし、同時にこの相とインサート材とを
十分反応結合させるためには、1150℃以上、好ま
しくはインサート材の融点より200℃以上高い温
度が望ましい。また第2回加熱では、このインサ
ート材と当該金属との拡散接合のためには、900
℃以上の加熱処理が必要であり、このときの上限
は、接合すべき金属の融点以下とした。 加熱雰囲気は、乾燥水素雰囲気、不活性ガス雰
囲気、真空中などインサート材中のCaが酸化さ
れない雰囲気すなわち非酸化性雰囲気である事が
大切である。 つぎに、本発明に使用するインサート材につい
て説明する。 上述した加熱処理温度の関係から、インサート
材の融点は900℃以上の必要がある。Caの融点は
約800℃であるが、これを合金化し、900℃以上の
融点をもたせる事が必要であり、適当な合金成分
として還元性能を考慮してCaにSiあるいはAlを
適宜添加したものが考えられる。Ca含有量が15
%未満では十分な還元反応が得られず、また80%
を越えると融点が900℃未満になり、良好な接合
が出来なくなるので、Caの含有量は15〜80%と
した。更にインサート材の濡れ性を考慮し、かつ
インサート材の融点を極端に高くしない重量%で
15%以下の範囲でのTiの添加も考えられる。 尚、本発明においては、上記Ca、Si、Ti以外
の元素が含まれていても、Caの強力な還元力と
融点が900℃以上であれば、その他の元素の存在
は特に問題にならないと考えられる。 また本発明において加熱処理時、圧力を接合体
に加えるとは、接合強度向上に寄与する。 〔実施例〕 本発明を以下実施例に基づき説明する。 実施例 1 第1表の試料No.1,2に示す組成のCa−Si合
金を150メツシユ以下に粉砕した後、イソプロピ
ルアルコールでペースト状にし、サイアロンの板
に50mg/cm2の割合で塗布した。これを水素雰囲気
中1300℃で10分間加熱しサイアロンをメタライズ
した。ついで、メタライズされた面にCu板(厚
さ0.5mm)を乗せ、1050℃、乾燥水素雰囲気中で
15分保持し接合せしめた。この接合体のCu板表
面に鋼製のφ10の棒材を銀ロウ付し、引張試験を
行なつたところ、第1表に示すように試料No.1,
2ともに強固に接合しており、9.4Kg/mm2、9.5
Kg/mm2の接合強度を得た。 また第1表に示す試料No.3(50Ca−30Si−
15Ti)を用いて上記と同様にサイアロンとCuの
接合を行なつたところ、11Kg/mm2の接合強度を得
た。 比較例として、第1表の試料No.4に示す、10%
のCaを含むCa−Si合金を用いて上記と同じ条件
にて接合を試みたが、接合体は得られなかつた。
またインサート材としてこれまでに知られている
CuO(試料No.5)、CuS(試料No.6)の150メツシユ
以下の粉末とを混合し、サイアロンの板の表面に
塗布後、大気中1250℃で30分保持し、次に該塗布
面にCu板(厚さ5mm)を重ね水素雰囲気中で
1000℃、20分保持したが、接合体は得られなかつ
た。
【表】 第1表の試料No.7のCaを50%含むCa−Si合金
を150メツシユ以下に粉砕し、イソプロピルアル
コールでペースト状にした後、サイアロン板に30
mg/mm2の割合で塗布し、水素雰囲気中1180℃で13
分加熱処理した。ついで該塗布面にNi板(厚さ
1mm)を乗せ、水素雰囲気中、1200℃で15分保持
し接合体を得た。この接合体は強固に接合されて
おり、前述と同様に引張試験を行なつた結果、接
合強度は10.5Kg/mm2を示した。 また、第1表の試料No.9に示すようにCaを50
%含むCa−Si合金の粉末(150メツシユ以下)を
イソプロピルアルコールでペースト状とした後、
これをサイアロン板に50mg/mm2の割合で塗布乾燥
後、水素雰囲気中1300℃で10分加熱した。ついで
このうえSUS304の丸棒(8φ)を乗せ水素雰囲気
中1300℃で10分加熱したところ、接合強度12Kg/
mm2を得た。 本発明において接合時にわずかな圧力を加える
ことにより、良好な接合体を得ることが可能であ
ろう。以下にその例を示す。 第1表の試料No.8のCaを40%含むCa−Si合金
を150メツシユ以下に粉砕し、イソプロピルアル
コールでペースト状にした後、サイアロン板に30
mg/mm2の割合で塗布し、水素雰囲気中1180℃で13
分加熱処理した。ついで該塗布面にNi板(厚さ
1mm)を乗せ、20g/cm2の圧力をかけ、アルゴン
雰囲気中1050℃で10分保持した。得られた接合体
について実施例1と同様に引張試験を行なつた結
果、第1表に示すように10.5Kg/mm2の接合強度を
獲得した。 実施例 2 第2表の試料No.10,11に示す組成のCa−Si合
金を150メツシユ以下に粉砕した後、イソプロピ
ルアルコールでペースト状にし、ZrO2が90%以
上のジルコニアセラミツクスの表面にに50mg/cm2
の割合で塗布した。これを水素雰囲気中1150℃で
10分間加熱しサイアロンをメタライズした。つい
で、メタライズされた面にCu板(厚さ0.4mm)を
乗せ、1050℃、水素雰囲気中で10分保持し接合せ
しめた。この接合体のCu板表面に鋼製のφ10の棒
材を銀ロウ付し、引張試験を行なつたところ、第
2表に示すように試料No.10,11ともに強固に接合
しており、9.5Kg/mm2、10.0Kg/mm2の接合強度を
得た。 比較例として、第2表の試料No.12に示す、10%
のCaを含むCa−Si合金を用いて上記と同じ条件
にて接合を試みたが、接合体は得られなかつた。
またインサート材としてこれまでに知られている
CuO(試料No.13)、CuS(試料No.14)の150メツシユ
以下の粉末とアルミナ粉末とを混合し、ZrO2が
90%以上のジルコニアセラミツクスの表面に50
mg/cm2の割合で塗布後、大気中1250℃で30分保持
し、次に該塗布面にCu板(厚さ4mm)を重ね水
素雰囲気中で1000℃、20分保持したが、接合体は
得られなかつた。 第2表の試料No.15の150メツシユ以下に粉砕し
たインサート材をイソプロピルアルコールでペー
スト状にした後、アルミナセラミツクス板に70
mg/mm2の割合で塗布し、水素雰囲気中1200℃で10
分加熱処理した。ついで該塗布面にNi板(厚さ
4mm)を乗せ、水素雰囲気中、1200℃で10分保持
し接合体を得た。この接合体は強固に接合されて
おり、実施例1と同様に引張試験を行なつた結
果、接合強度は10.5Kg/mm2を示した。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、従来イ
ンサート材を用いた接合が困難であつたセラミツ
クスと金属との接合が強固に行なえ、セラミツク
スの用途を拡大させるものである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 セラミツクスの接合予定面に重量%で、
    Ca15〜80%、残部Si,Alの1種又は2種および
    不可避的不純物からなるインサート材を載置し、
    非酸化性雰囲気中1150℃以上で加熱処理し、その
    後前記接合予定面に接合しようとする金属を接し
    せしめ、非酸化性雰囲気中900℃以上前記接合す
    べき金属の融点以下の温度にて加熱処理すること
    を特徴とするセラミツクスと金属との接合方法。 2 セラミツクスの接合予定面に重量%で、
    Ca15〜80%、Ti15%以下、残部Si,Alの1種又
    は2種および不可避的不純物からなるインサート
    材を載置し、非酸化性雰囲気中1150℃以上で加熱
    処理し、その後前記接合予定面に接合しようとす
    る金属を接しせしめ、非酸化性雰囲気中900℃以
    上前記接合すべき金属の融点以下の温度にて加熱
    処理することを特徴とするセラミツクスと金属と
    の接合方法。
JP711086A 1986-01-16 1986-01-16 セラミツクスと金属との接合方法 Granted JPS62166087A (ja)

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CN109133964A (zh) * 2018-09-26 2019-01-04 北京无线电测量研究所 异种陶瓷连接方法

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