JPH0426570A - セラミックスと金属の接合方法 - 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） 本発明は、セラミックスと金属の接合方法に関するもの
である７ （従来の技術） 従来、セラミックス等の粉末成形体と金属とを接合する
方法の１つとして活性金属法かある。

この方紘は、セラミックスと反ｚし易い材料。

すなわち、酸素等と結合し易いチタンやシルコニュムを
ろう材として使用する方法である。この活性金属法に用
いられるろう材は、チタンやシルコニュムを基本とする
合金であり、Ｔｉ　−Ｃｕ　−Ａｇ系の合金かよく用い
られる。

特開昭５９−２３２６９３号公報には、Ｔｉ　−Ｃｕ−
Ａｇ系の合金としたセラミックスと金属の接合に使用す
るクラット型のろう材か提案されている。

従来の活性金属法によるセラミックスと金属の接合方法
ては、Ｔｉ　−Ｃｕ　−Ａｇ系合金によるろう材の接合
性は良好であるか、ろう材に銀を含み、銀の融点が低い
ため、３００℃以上となると接合強度か急激に低下する
。

この点を改善するため４本出願人は、ろう材の銀をニッ
ケルに変更し、高温強度の向上を図った発明について、
先に特許出願（特願モｌ−３１３２２２号）している。

〔発明か解決しようとする課題〕

前記のセラミックスと金属の接合方法では、いずれも熱
応力ＩＩＩ和材としてタングステン板を用いており、こ
のタングステン板が８００℃前後の加熱、冷却により、
酸化して劣化することか判明した。

したかって、大気中における耐熱性は、４００℃程度し
か期待できず、エンジン燃焼室周り竿の高温環境で使用
するには問題か生ずる。

本発明は、上記の課題を解決し、８００℃前後の加熱、
冷却によっても接合強度の低下か起きず、安定した接合
強度を保持することかてきるセラミックスと金属の接合
方法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ｔ段及び作用）本発明は、セラ
ミックスと金属との間にタングステン粒子にニッケル粒
子を被覆して焼結した焼結板とその両側をニッケル板と
した応力緩和材を介在させ、セラミックスと前記ニッケ
ル板との間にろう材を配設し、所定の真空状態て加熱す
るセラミ・フクスと金属の接合方法である。

Ｋ空中での加熱により、セラミックスとニッケル板との
間のろう材か作用してセラミックスと金属か接合される
。応力緩和材のタンクステン焼結板は各タングステン粒
子かニッケル粒子て被覆されているので酸化か充分防出
され、８００℃前後のＭＪ熱、冷却によっても接合強度
の低下か起きず安定した接合強度を保持する。

（実施例） 本発明の実施例を図面について説明する。

第１図は、本発明の一実施例の説明図、第２図は接合時
の加熱条件を示す図である。

第１図に示すように、セラミックスとし・て窒化珪素（
Ｓｉ、Ｎ４　）セラミ・・ｌクス成形体１と、金属とし
てステンレス（ＳＵＳ３０４　）２を接合対象材に選び
、両溝の間に後記の方法で製作した厚さ１．０■■のタ
ンクステン焼結板３をはさんてその両側に厚さ１．０−
一と１．５ｍｍのニッケル板４．５を配置し、また、セ
ラミックス成形体ｌとニッケル板５との間に、厚さ１．
５　ｕ、■のチタン膜７を施した厚さ２０ル爵の＃４箔
６をチタン膜７かセラミックス成形体ｌに当接するよう
に配設する。

タンクステン焼結板３は次の方法で製作する。

平均粒径１〜１０ｕＬｍのタングステン粒子の表面にハ
イツリタイゼージョンシステム簿の表面改質システムを
利用して平均粒径０．１−１μ層の二・ソヶル粒子を被
覆する。この粒子を用い、３　ｘ　１０−’ｒｕｒｒの
真空中で次の条件で加熱焼結する。第７１Ａに広すよう
に、１５０℃、４００℃、７００℃にそれぞれ０．９Ｋ
ｓ保持した後、１２００℃に１．４４Ｋｓ保持するウセ
ラミウクスと金属を接合するには、これらを重ね合せ、
５　Ｘ　ｌ＋）−’□。、、、の真空中で加熱する。

第２図は横軸に時間、縦軸に加勢温度を示し昇温速度ｔ
＝０．ｆｆ４℃／ｓｅｃで、ｔ、　＝１２ＱＱ”Ｃに加
熱してＴ　＋　＝１１．０６Ｋｓ保持し、その後に温度
を１．＝１１５０℃に下げてＴｚ　＝０．６　Ｋｓ保持
し、更に、１゜＝１１００℃に下げてＴ□＝３．６Ｋｓ
保持する。この加熱条件て接合させたところ、４点曲げ
強度２００［’。

か得られた。

１−記の接合方法でセラミックスｌとステンレス２との
間にタンクステン焼結板３及びニッケル板４．５を配設
してＮ１−Ｗ−Ｎｉ層を設けたのは、セラミックスと金
属との線膨張係数の相違により発生する熱応力の緩和を
図ったものであり、ニッケル板５．銅？ｅＪ６．チタン
膜７か「Ｎ１−Ｃｕ−ＴｉＪ系のろう材として作用する
。

上記の接合条件において加熱温度ｔ□（１ｔＯｏ゛（：
）て時間Ｔ、（１６Ｋｓ）保持したのは、ろう材中の銅
の拡散を運行させ。銅濃度を下げて耐熱性の向上を図っ
たものである。また、銅箔６とタングステン板ＩＭのニ
ッケル板５の厚さの設定か重要てあり、その厚さにより
接合強度か変化する。このニッケル板５の厚さと接合強
度との関係を第３図に示す。同図において、横軸はニッ
ケル板５の厚さ、縦軸は４点曲げ強度を示す。

図から明らかなように、ニッケル板５の厚さは１．５ｍ
ｍとするのか最適であり、１．０〜１．７−−の範囲て
も４点曲げ強度２（１（ｌｌＩＩＰａか得られる。

ろう材として銀を用いず、ニッケルを使用したｒＮｉ　
−Ｃｕ　−Ｔｉ　Ｊ系のろう材としたことにより接合部
の耐熱性か向上する。８４図に従来の「Ｔｉ　−Ｃｕ　
−Ａｇ　Ｊ系のろう利を使用した嚇合と、ｒＮｉ　−Ｃ
ｕ　−Ｔｉ　Ｊ系のろう材を使用した場合の接合強度と
温度との関係を示す。

ｒＮｉ　−Ｃｕ　−Ｔｉ　Ｊ系のろう材を使用した１合
（実線■）では、室温から６００℃まで４点曲番・強度
２００１１Ｐａ′Ｊｔ＃ｌ持するか、従来のｒＴｉ　−
Ｃｕ−ＡｇＪ系のろう材を使用した場合（破線■）ζは
、４００℃で４点曲げ強度か２００１１Ｐａ以下と九り
、以下温度の上昇につれて接合強度が急激に低下する。

一方、熱応力緩和材としてタングステン板を使用した場
合には、これか酸化により劣化する。ン５図に、窒化珪
素セラミックス成形体とステンレスの接合に、厚さ１．
０−一のタングステン板を熱地力緩和材として使用し、
酸化温度を８００℃とした場合の酸化時間と４点曲げ強
度との関係を示す。

タングステン板か酸化して劣化し、４点曲げ強度か急速
に低下している。

第６図は本発明のタングステン焼結板の酸化の影響を示
す図で、酸化温度を同じ８００℃とした場合の酸化時間
と４点曲げ強度との関係を示す。図から明らかなように
、：１６０　Ｋｓ経過した後も４点曲げ強度の低下か見
られない。

本発明では、熱応力緩和材のタングステン板をタングス
テン粒子にニッケル粒子を被覆して焼結したタングステ
ン焼結板としたことにより、タングステンの酸化か充分
防止される。特に、接合体に追加して加工を施した場合
、［々のタングステン粒子の全てかニッケル粒子で被覆
されているので、酸化による劣化の恐れか生じない。

したがって、８０（１℃前後の加熱、冷却によっても接
合強度の低下が起きず、安定した接合強度か維持でき、
エンジン燃焼室周り等の高温環境で使用することが可能
となる。

Ｅ記の実施例では、接合対象の金属をステンレスとした
ものを示したが、ステンレス以外の金属とセラミックス
の接合にも適用できる。

（発明の効果） 本発明は、セラミックスと金属の接合部に使用する熱応
力緩和材の酸化による劣化を充分防止して安定した接合
強度か維持でき、　８００　’Ｃ前後の加熱、冷却によ
っても接合部の強度低下か起きず、セラミックスと金属
の接合体を高温環境で使用することかできる効果か有る
。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の一実施例の説明図、第２図は接合時
の加熱条件を示す図、第３図はニッケル板の厚さと接合
強度との関係を示す図、第４図は接合強度と温度の関係
を示す図、第５図は従来方法による製品の酸化による曲
げ強度の低下を示す図、＠６図は本発明の接合方法によ
る製品の酸化の影響を示す図、Ｍ４７図はタングステン
焼結板の焼結条件を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. セラミックスと金属との間にタングステン粒子にニッケ
   ル粒子を被覆して焼結した焼結板とその両側をニッケル
   板とした応力緩和材を介在させ、セラミックスと前記ニ
   ッケル板との間にろう材を配設し、所定の真空状態で加
   熱することを特徴とするセラミックスと金属の接合方法
   。