JPH04342480A - 金属とセラミックスの複合体およびその製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は金属とセラミックスの複
合体およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属とセラミックスとの複合体を得る方
法として、セラミックス成形時に粒状有機物を接合面近
傍に配して加熱除去後、焼成してホールの形成を行い、
金属を鋳込んでホールを利用したアンカー効果により、
両者を結合させる特開昭６１−２５９８０５号公報に示
された方法や、セラミックスの表面を機械的に荒らした
後、金属を貼り合せて溶融させ、表層の荒らした溝部内
に金属を入り込ませて機械的に結合させる特開昭６１−
２１５２７１号公報に示された方法などが知られている
。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述の特許公報に示さ
れたいずれの方法でも、金属部とセラミックスとの間に
、わずかの間隙が生ずるとともに、その部分の強度レベ
ルも低いという問題がある。

【０００４】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであり、その目的は金属とセラミックスとの複合に
際し、両者の間が隙間なく密着されているような金属と
セラミックスの複合体およびその製造方法を提供しよう
とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに本発明によれば、開気孔を有する多孔質セラミック
ス素材の片側に緻密なセラミックス素材を焼成により一
体化して焼結せしめ、該焼結された多孔質セラミックの
他側の気孔部を金属の鋳込みにより閉塞せしめて前記緻
密なセラミックスと金属とを強固に連結せしめた金属と
セラミックスの複合体と、Ｓｉを含むスラリーを多孔質
材からなるギャビティ内に鋳込み吸水固化せしめ成型す
るステップと、該成型体の上方からセラミック粒子／ウ
ィスカーを含むスラリーを注入して吸水固化せしめて成
型し、これらを焼結するステップと、該焼結体の気孔内
に、溶融金属を含浸させ凝固せしめるステップと備えた
金属とセラミックスの複合体の製造方法とが提供される
。

【０００６】

【実施例】つぎに、本発明の実施例について詳細に説明
する。

【０００７】まず本発明の第１の実施例として、Ｓｉを
含んだスラリーを石膏型からなるキャビティ内に流し込
み、吸水固化させる。これを所定時間の経過後に、その
上にＳｉ３　Ｎ４　ウィスカーを含むスラリーを入れて
、前記と同様に吸水固化させる。そして十分な時間の経
過後は、Ｓｉが下層、Ｓｉ３　Ｎ４　ウィスカーが上層
に形成された両者が一体の成型品が得られる。

【０００８】これを型から取出し充分に乾燥させた後、
Ｎ２　雰囲気中にて１４００℃で焼成し、一体の焼結体
を得る。この際、Ｓｉ３　Ｎ４　ウィスカーによる多孔
部は気孔が開気孔で、体積率が約５５％であり、下層の
反応焼結セラミックスは気孔が約１２％含まれているこ
とが確認されている。

【０００９】つぎに、このような多孔部を備えたセラミ
ックス坩堝に入れ、Ａｌ−Ｓｉ系合金を溶融過熱して流
し込み、該セラミックスの気孔中に溶湯を含浸させた後
に凝固させ鋳造する。

【００１０】上記の結果、Ａｌ−Ｓｉ系合金はセラミッ
クス多孔体中に３次元的に入り込んでおり、このような
構造によってＡｌ合金とセラミックスとが、その界面に
隙間なく連結し、強固に結合している複合体が得られた
。

【００１１】そして、金属部とセラミックスの境界近傍
の引張り応力を試験するため、上記のブロックから曲げ
試験片を切出して、４点曲げ試験を行った処、σ４ｂ＝
１３．８ｋｇｆ　／ｍｍ２　（ｎ＝２３）の値が得られ
、また、室温と２００℃との間の熱サイクル処理後の界
面近傍の組織観察を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて行
った結果、クラックなどの発生がなく、両者の接合が安
定していることが確認された。

【００１２】第２の実施例として、前述の第１の実施例
における前半の行程によりＳｉとＳｉ３　Ｎ４　とによ
る多孔質部分を有する焼結体を作製する。そしてこの多
孔部側を上層として、これに有機珪素ポリマーの例えば
ポリカルボシラン、またはポリシラザンの溶液を塗布し
、これを焼成して片面にセラミックス膜を形成させると
ともに、気孔を閉塞して気孔率を減じた図１（Ａ）に示
すような接合体を作製する。このような処理によりセラ
ミックス部分の強度を向上したものを、第１の実施例の
後半の工程と同様に坩堝に収めてＡｌ−Ｓｉ系合金の鋳
造を行って気孔に含浸させ、該合金を凝固させて金属と
セラミックスの複合体を得る。図１（Ｂ）はこの状態を
示す模写図である。

【００１３】つぎに第３の実施例としては、第１の実施
例における前半の工程の内のＳｉ３Ｎ４　ウィスカーの
代りにサイアロン粉末に替えて、Ｓｉのスラリーの吸水
個化した成形体の上に固化させ、焼成して多孔の焼結体
を作製する。

【００１４】そして、前述の後半の工程と同様に坩堝を
用いＡｌ合金の鋳造を行って複合体を作製する。そして
、該複合体の境界部分の試験片を切出し、４点曲げ試験
の結果、界面強度として σ４ｂ＝１６．３ｋｇｆ　／ｍｍ２　（ｎ＝２１）が得
られている。

【００１５】つぎに第４の実施例であるが、第２の実施
例の前半の工程と同様に多孔質の焼結体の片面に図２（
Ａ）に示すようなセラミックス膜を形成させたものに対
し、該片面に酸化物粉末をペースト状にしたものをソル
ダー剤として塗布して充分に乾燥させ、表面を充分に平
滑にする。ついで密度９９％以上のＳｉ３　Ｎ４　焼結
体を貼り合わせ、炉内で荷重を与えながら加熱を行って
図２（Ｂ）に示すように接合する。

【００１６】このように処理したセラミックス接合体の
他面の多孔の気孔部に対し、金属の鋳込みを前述の実施
例と同様に行って凝固させ、図２（Ｃ）に示すようなセ
ラミックスと金属の複合体を作製する。

【００１７】以上、本発明を上述の実施例によって説明
したが、本発明の主旨の範囲内で種々の変形が可能であ
り、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

【００１８】

【発明の効果】上述の実施例によって説明したように本
発明によれば、開気孔を有する多孔のセラミックス素材
の片側に緻密なセラミックス素材を加えて焼成によって
両者の一体焼結体を作製し、その多孔側の気孔には溶融
した金属を含浸させて鋳込んで凝結させるので、緻密な
セラミックスと金属とは強固に連結して隙間なく密着さ
れた金属とセラミックスの複合体が得られるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における製造工程を示す模写
図である。

【図２】本発明の他の実施例における製造工程を示す模
写図である。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】開気孔を有する多孔質セラミックス素材の
   片側に緻密なセラミックス素材を焼成により一体化して
   焼結せしめ、該焼結された多孔質セラミックの他側の気
   孔部を金属の鋳込みにより閉塞せしめて前記緻密なセラ
   ミックスと金属とを強固に連結せしめたことを特徴とす
   る金属とセラミックスの複合体。
2. 【請求項２】前記の焼結された緻密なセラミックスの表
   面に緻密質セラミックス膜を形成せしめたことを特徴と
   する請求項１記載の金属とセラミックスの複合体。
3. 【請求項３】前記の緻密なセラミックスの外側に、別の
   緻密なセラミックスを接合せしめたことを特徴とする請
   求項１または請求項２記載の金属とセラミックスの複合
   体。
4. 【請求項４】前記の金属はＡｌ系合金であることを特徴
   とする請求項１記載の金属とセラミックスの複合体。
5. 【請求項５】前記の多孔質セラミックス素材はＳｉ３　
   Ｎ４　，ＳｉＣのいずれかの粒子／ウィスカーからなる
   ことを特徴とする請求項１記載の金属とセラミックスの
   複合体。
6. 【請求項６】Ｓｉを含むスラリーを多孔質材からなるキ
   ャビティ内に鋳込み吸水固化せしめて成型するステップ
   と、該成型体の上方からセラミック粒子／ウィスカーを
   含むスラリーを注入して吸水固化せしめて成形し、これ
   らを焼結するステップと、該焼結体の気孔内に、溶融金
   属を含浸させ凝固せしめるステップと備えたことを特徴
   とする金属とセラミックスの複合体の製造方法。
7. 【請求項７】前記の焼結するステップに続き、常温にて
   液状の有機珪素系ポリマーを所定面に塗布し焼成せしめ
   てセラミックス膜に転化せしめるステップを加えたこと
   を特徴とする請求項６記載の金属とセラミックスの複合
   体の製造方法。
8. 【請求項８】前記の焼結するステップに続き、ソルダー
   剤により緻密なセラミックスを所定面に接合するステッ
   プを加えたことを特徴とする請求項６記載の金属とセラ
   ミックスの複合体の製造方法。
9. 【請求項９】前記の有機珪素系ポリマーはポリカルボシ
   ランか、ポリシラザンのうちのいずれかであることを特
   徴とする請求項７記載の金属とセラミックスの複合体の
   製造方法。