JPH0448754B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0448754B2 JPH0448754B2 JP62057912A JP5791287A JPH0448754B2 JP H0448754 B2 JPH0448754 B2 JP H0448754B2 JP 62057912 A JP62057912 A JP 62057912A JP 5791287 A JP5791287 A JP 5791287A JP H0448754 B2 JPH0448754 B2 JP H0448754B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- intermediate layer
- metal
- ceramic
- base material
- bonding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
（産業上の利用分野）
本発明はターボチヤージヤー、熱交換器、核融
合炉第一壁あるいは電磁気部品等において、強度
の大きなセラミツクスと金属の接合を必要とする
接合体及びその製造方法に関するものである。 （従来の技術） セラミツクスは金属に比べ一般に熱膨脹係数が
小さく、金属と接合させた部品では両者の熱膨脹
差から熱応力が生じて破壊する。とくに熱サイク
ル下で使われるような部品ではこの影響は極めて
大きい。このためこのような応力を減少させるた
めに熱膨脹係数が接合しようとするセラミツクス
と金属の中間にあるような中間層を入れたり、変
形能が大きく軟かな中間層を入れて接合すること
が多い。 最近、特開昭60−231471号公報において中間層
が層からなり、セラミツクスに接する中間層の熱
膨脹係数が当該セラミツクスに近い金属又は合金
を使い、当該金属に接する中間層の熱膨脹係数が
当該セラミツクスのそれより小さい金属又は合金
であることを特徴とする金属セラミツクスの接合
体が発表されている。この方法は中間層の熱膨脹
係数の順序が単調増加又は単調減少になるように
するという通常の概念を打ち破つたものである。
すなわち、以下のような熱膨脹係数αの関係とす
ることを提案している。 α（セラミツクス）≒α（中間層１）＞ α（中間層２）＜α（金属） この発明の実施例ではAl2O3とステンレス鋼を
接合するのにNb及びMoを選びAl2O3／Nb／
Mo／ステンレス鋼の配列で、接合強度の大きな
接合体を得ている。 （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、この例が示すように中間層の
Nb，Moの選択には複雑な考察が必要であり、
又、接合しようとするセラミツクス及び金属とは
異なるので中間層のNb，Moが接合体の性能を左
右することも考えられる。例えばNb，Moを使用
するため高温の空気中での使用ができなくなるな
どの欠点が生じる。 （問題点を解決するための手段） 本発明は上述のような熱応力を緩和する手段と
して中間層を用いるが、従来のように中間層の熱
膨脹係数を順次増加したり、順次減少したりする
のではなく、また特開昭60−231471号公報の如く
中間層材料を高融点金属を複雑に組合せても格別
の解決が得られない点に鑑み、中間層を少なくと
も２層使用することとし、使用する中間層の材質
をそれぞれセラミツクス基材及び金属基材と同材
質としてセラミツクス基材と金属基材とを接合し
ようとするものである。本発明の要旨は次の通り
である。 第１発明 セラミツクス基材と、金属基材との間にこれら
とそれぞれ同材質で熱膨脹係数が同一又は近似し
たセラミツクス中間層と、金属中間層とを介挿し
たものよりなり、セラミツクス中間層は金属中間
層相互又は金属中間層と金属基材との間に挟ま
れ、かつ、金属中間層はセラミツクス中間層相互
又はセラミツクス中間層とセラミツクス基材との
間に挟まれるよう配置して接合されていることを
特徴とするセラミツクスと金属との接合体。 第２発明 セラミツクス基材と金属基材との間に中間層を
少なくとも２層又は２層以上挿入して接合する方
法において、少なくとも材質と熱膨脹係数とが接
合すべきセラミツクス基材と金属基材とにそれぞ
れ同一又は近似したセラミツクス中間層と金属中
間層とを、セラミツクス基材と金属基材との間に
分挿し、前記セラミツクス中間層の両接合界面は
前記金属中間層相互或いは金属中間層と金属基材
とにより挟まれており、前記金属中間層の両接合
界面はセラミツクス中間層相互或いはセラミツク
ス中間層とセラミツクス基材との間に挟まれるよ
う配置して接合することを特徴とするセラミツク
スと金属との接合法。 （作用） 本発明者等はSiCとステンレス鋼を接合するの
に中間層としてTiとMoを選び、SiC／Ti／
Mo／ステンレス鋼の配列で、各界面には銀ろう
箔をはさみ、ろう付することによつて強度の大き
な接合体を得ることについて実験した。 この場合SiC／Mo／Ti／ステンレス鋼という
配列では接合直後に強度を測定すると接合強度は
大きいが、１日程度放置した場合には接合体が自
然に破壊してしまい、中間層の配列順序が重要な
ことがわかつた。このときの熱膨脹係数αの関係
は α（SiC）＜α（Ti）＞α（Mo）＜α（ステンレス
鋼） である。 ここで本発明者は中間層の高融点金属Ti，Mo
の代りに接合すべき基材であるSiC及びステンレ
ス鋼と同材質のものを中間層として使つても熱膨
脹係数の点だけからは α（SiC）＜α（ステンレス鋼）＞α（SiC）＜α（ス
テンレス鋼）であるので、中間層としてステンレ
ス鋼及びSiCそのものを使用すると中間層のステ
ンレス鋼は基材のSiCと中間層のSiCとにより挟
まれ、中間層のSiCは中間層のステンレス鋼と基
材のステンレス鋼とにより挟まれ、介挿する中間
層の両側においては熱膨脹係数が全く同一であ
り、中間層のステンレス鋼の変形を両側のSiCで
拘束し、逆にSiC中間層の変形を両側のステンレ
ス鋼で拘束することになる。例えば金属板の片面
にセラミツクスをコーチングすると熱膨脹係数の
差で板がそるが、金属板の裏面にも同じセラミツ
クスをコーチングすると変形が生じない原理と同
じである。又SiCとステンレス鋼の間はろう付に
よつて接合したが、SiCとステンレス鋼はろう材
を用いないで固相拡散接合により直接接合するこ
とができる。この他の金属−セラミツクスの組合
せでも直接接合できる例が多い。結局、中間層と
して接合しようとするセラミツクスと金属を選び
接合する場合、無機接着剤やフリツトを用いた接
合、反応焼結法による接合なども上記の２方法以
外に使用できる。 本発明のセラミツクスと金属との接合法を図面
をもつて例示し、説明する。 第１Ａ図はセラミツクス基材１と金属基材２と
を接合するために金属中間層３とセラミツクス中
間層４とを交互に介挿し、セラミツクス基材−金
属中間層−セラミツクス中間層−金属基材のよう
に配列して、接合するのであり、このような配列
として接合すると、金属中間層の両側は同材質の
セラミツクスにより挟まれることになるので、金
属中間層の両側の熱膨脹係数が同じであり、何れ
か一方の側に歪を生じてそりかえり破壊すること
がない。セラミツクス中間層も両側より同材質の
金属により挟まれると、中間層の両側で熱膨脹係
数の差が生じないので、金属とセラミツクスとは
それぞれの自由表面の方向に熱膨脹し、接合界面
において剥離又はひび割れ、破壊等が生じない。
第１Ａ図のような接合をする場合にろう材を介挿
して接合して試験したが、接合に際して用いるろ
う材の薄い層は通常延性を有するので、変形能が
あり、中間層両側の熱膨脹係数を総合して実質的
に同一又は近似とすれば破損は生じない。 第１Ｂ図は中間層をそれぞれ２層づつ介挿する
例を示したもので、この場合の金属中間層とセラ
ミツクス中間層とはそれぞれセラミツクス基材ま
たはセラミツクス中間層とにより挟まれ、またセ
ラミツクス中間層は金属基材または金属中間層相
互により挟まれる関係に配置される。従つて、こ
れらがろう材によつてそれぞれ接合されて一体と
なつたときも、第１Ａ図の接合法と全く同様で中
間層が複数となつた場合でも何等の支障なく接合
が可能となり、接合後破壊の惧はない。 第１Ｃ図及び第１Ｄ図は金属中間層を３Ａ，３
Ｂの如く２つ割りとしたり、セラミツクス中間層
を４Ａ，４Ｂの如く２つ割りとして接合する場合
を示し、第１Ｃ図は第１Ａ図の金属中間層３が２
つ割りとしたものに相当し、第１Ｄ図は第１Ａ図
のセラミツクス中間層４が４Ａ，４Ｂの如く２つ
割りとなつたと同様と見做し得る。第１Ｃ図にお
いては２枚の金属中間層３Ａ，３Ｂがセラミツク
ス基材１とセラミツクス中間層４とで挟まれてい
るので、金属中間層３Ａ，３Ｂの両側はセラミツ
クスで挟まれている。また第１Ｄ図においては、
２枚のセラミツクス中間層４Ａ，４Ｂとはその両
側が、金属基材２と金属中間層３とで挟まれてい
る。従つて、第１Ａ図の場合と全く同じく、２枚
の金属の合せ材又はセラミツクスの合せ材の両側
はそれぞれセラミツクス及び金属で挟まれること
になり第１Ａ図と同じで、合せ材を一枚の層と同
じように、見做すことができる。 第１Ｅ図及び第１Ｆ図に示す例は金属基材を２
Ａ，２Ｂの如く２つ割りとしたり、またセラミツ
クス基材を１Ａ，１Ｂの如く２つ割りとしても、
その接合原理は変わらないことを示すもので、こ
れらの層の間にろう材を介挿して接合しても全く
同じで、亀裂、剥離等の破壊は生じない。 この理由としては、厚い中間層よりも薄い中間
層の方が発生する熱応力が小さくなるので多層と
することが好ましい場合もあるためである。 以上の如く本発明により、中間層の選択が容易
になり、接合しようとする物質と異なる２種以上
の異なつた中間層を用いる場合に接合条件を各界
面ごとに変える必要はなく、さらにMo，Tiのよ
うな耐酸化性に劣るものが使えない場合にも接合
が可能となり、接合部の特性は損われなくてすむ
大きな効果が期待できる。 実施例 １ 縦横10×10（mm）で厚さ４mmの緻密質Si3N4焼
結体基材１１（ホツトプレス品）と厚さ３mmのス
テンレス鋼基材１２（SUS316）の間に、第２図
に示すようにSi3N4に接する側に厚さ0.4mmのステ
ンレス鋼薄板１３、一方、ステンレス鋼に接する
側に厚さ1.7mmのSi3N4板１４を中間層として入
れ、黒鉛型の内に設置した後、温度1090℃、圧力
200Kg／cm2、雰囲気１×10-4torrの真空中でホツ
トプレス接合、すなわち拡散接合を行つた。昇温
速度は25℃／分で、1090℃に到達後50分間加圧
し、圧力を下げてから、さらに10分間、1090℃に
保持し加圧中の歪をとるようにした。さらに降温
時には、降温速度８℃／分で800℃まで下げ、こ
の温度に１時間保持し、再び降温速度８℃／分で
500℃まで下げこの温度に１時間保持した。接合
後、１週間以上経過した後、せん断試験により接
合強度を測定した。接合強度は4.6Kg／mm2であつ
た。 実施例 ２ 縦横10×10（mm）で厚さ４mmの緻密質SiC焼結
体基材（常圧焼結品）１１とステンレス鋼基材
（SUS316）１２の間に、第３図に示すように、
SiC基材１１に接する側に、厚さ１あるいは0.5mm
のステンレス鋼薄板の中間層１３を、一方、ステ
ンレス鋼基材１２に接する側に厚さ１あるいは、
1.5mmのSiC板を中間層１４として入れ、それぞれ
の間にTi2重量％入り銀ろう１５（組成Ag70.5−
Cu27.5−Ti2）の厚さ70μmの箔を入れ、高周波
加熱により２×10-5torrの真空中でろう付を行つ
た。ろう付における昇温速度は50℃／分で、810
℃まで加熱し、810℃に到達後ただちに10℃／分
で降温し、500℃で１時間一定温度に保つた後、
10℃／分で冷却した。500℃で歪除去の熱処理を
行うことは有効で、もしこれを行わないと接合部
のSiC中間層中にき裂が見られることがあつた。
接合後１週間以上経過した後、せん断試験により
接合強度を測定した。 その結果を表１に示す。
合炉第一壁あるいは電磁気部品等において、強度
の大きなセラミツクスと金属の接合を必要とする
接合体及びその製造方法に関するものである。 （従来の技術） セラミツクスは金属に比べ一般に熱膨脹係数が
小さく、金属と接合させた部品では両者の熱膨脹
差から熱応力が生じて破壊する。とくに熱サイク
ル下で使われるような部品ではこの影響は極めて
大きい。このためこのような応力を減少させるた
めに熱膨脹係数が接合しようとするセラミツクス
と金属の中間にあるような中間層を入れたり、変
形能が大きく軟かな中間層を入れて接合すること
が多い。 最近、特開昭60−231471号公報において中間層
が層からなり、セラミツクスに接する中間層の熱
膨脹係数が当該セラミツクスに近い金属又は合金
を使い、当該金属に接する中間層の熱膨脹係数が
当該セラミツクスのそれより小さい金属又は合金
であることを特徴とする金属セラミツクスの接合
体が発表されている。この方法は中間層の熱膨脹
係数の順序が単調増加又は単調減少になるように
するという通常の概念を打ち破つたものである。
すなわち、以下のような熱膨脹係数αの関係とす
ることを提案している。 α（セラミツクス）≒α（中間層１）＞ α（中間層２）＜α（金属） この発明の実施例ではAl2O3とステンレス鋼を
接合するのにNb及びMoを選びAl2O3／Nb／
Mo／ステンレス鋼の配列で、接合強度の大きな
接合体を得ている。 （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、この例が示すように中間層の
Nb，Moの選択には複雑な考察が必要であり、
又、接合しようとするセラミツクス及び金属とは
異なるので中間層のNb，Moが接合体の性能を左
右することも考えられる。例えばNb，Moを使用
するため高温の空気中での使用ができなくなるな
どの欠点が生じる。 （問題点を解決するための手段） 本発明は上述のような熱応力を緩和する手段と
して中間層を用いるが、従来のように中間層の熱
膨脹係数を順次増加したり、順次減少したりする
のではなく、また特開昭60−231471号公報の如く
中間層材料を高融点金属を複雑に組合せても格別
の解決が得られない点に鑑み、中間層を少なくと
も２層使用することとし、使用する中間層の材質
をそれぞれセラミツクス基材及び金属基材と同材
質としてセラミツクス基材と金属基材とを接合し
ようとするものである。本発明の要旨は次の通り
である。 第１発明 セラミツクス基材と、金属基材との間にこれら
とそれぞれ同材質で熱膨脹係数が同一又は近似し
たセラミツクス中間層と、金属中間層とを介挿し
たものよりなり、セラミツクス中間層は金属中間
層相互又は金属中間層と金属基材との間に挟ま
れ、かつ、金属中間層はセラミツクス中間層相互
又はセラミツクス中間層とセラミツクス基材との
間に挟まれるよう配置して接合されていることを
特徴とするセラミツクスと金属との接合体。 第２発明 セラミツクス基材と金属基材との間に中間層を
少なくとも２層又は２層以上挿入して接合する方
法において、少なくとも材質と熱膨脹係数とが接
合すべきセラミツクス基材と金属基材とにそれぞ
れ同一又は近似したセラミツクス中間層と金属中
間層とを、セラミツクス基材と金属基材との間に
分挿し、前記セラミツクス中間層の両接合界面は
前記金属中間層相互或いは金属中間層と金属基材
とにより挟まれており、前記金属中間層の両接合
界面はセラミツクス中間層相互或いはセラミツク
ス中間層とセラミツクス基材との間に挟まれるよ
う配置して接合することを特徴とするセラミツク
スと金属との接合法。 （作用） 本発明者等はSiCとステンレス鋼を接合するの
に中間層としてTiとMoを選び、SiC／Ti／
Mo／ステンレス鋼の配列で、各界面には銀ろう
箔をはさみ、ろう付することによつて強度の大き
な接合体を得ることについて実験した。 この場合SiC／Mo／Ti／ステンレス鋼という
配列では接合直後に強度を測定すると接合強度は
大きいが、１日程度放置した場合には接合体が自
然に破壊してしまい、中間層の配列順序が重要な
ことがわかつた。このときの熱膨脹係数αの関係
は α（SiC）＜α（Ti）＞α（Mo）＜α（ステンレス
鋼） である。 ここで本発明者は中間層の高融点金属Ti，Mo
の代りに接合すべき基材であるSiC及びステンレ
ス鋼と同材質のものを中間層として使つても熱膨
脹係数の点だけからは α（SiC）＜α（ステンレス鋼）＞α（SiC）＜α（ス
テンレス鋼）であるので、中間層としてステンレ
ス鋼及びSiCそのものを使用すると中間層のステ
ンレス鋼は基材のSiCと中間層のSiCとにより挟
まれ、中間層のSiCは中間層のステンレス鋼と基
材のステンレス鋼とにより挟まれ、介挿する中間
層の両側においては熱膨脹係数が全く同一であ
り、中間層のステンレス鋼の変形を両側のSiCで
拘束し、逆にSiC中間層の変形を両側のステンレ
ス鋼で拘束することになる。例えば金属板の片面
にセラミツクスをコーチングすると熱膨脹係数の
差で板がそるが、金属板の裏面にも同じセラミツ
クスをコーチングすると変形が生じない原理と同
じである。又SiCとステンレス鋼の間はろう付に
よつて接合したが、SiCとステンレス鋼はろう材
を用いないで固相拡散接合により直接接合するこ
とができる。この他の金属−セラミツクスの組合
せでも直接接合できる例が多い。結局、中間層と
して接合しようとするセラミツクスと金属を選び
接合する場合、無機接着剤やフリツトを用いた接
合、反応焼結法による接合なども上記の２方法以
外に使用できる。 本発明のセラミツクスと金属との接合法を図面
をもつて例示し、説明する。 第１Ａ図はセラミツクス基材１と金属基材２と
を接合するために金属中間層３とセラミツクス中
間層４とを交互に介挿し、セラミツクス基材−金
属中間層−セラミツクス中間層−金属基材のよう
に配列して、接合するのであり、このような配列
として接合すると、金属中間層の両側は同材質の
セラミツクスにより挟まれることになるので、金
属中間層の両側の熱膨脹係数が同じであり、何れ
か一方の側に歪を生じてそりかえり破壊すること
がない。セラミツクス中間層も両側より同材質の
金属により挟まれると、中間層の両側で熱膨脹係
数の差が生じないので、金属とセラミツクスとは
それぞれの自由表面の方向に熱膨脹し、接合界面
において剥離又はひび割れ、破壊等が生じない。
第１Ａ図のような接合をする場合にろう材を介挿
して接合して試験したが、接合に際して用いるろ
う材の薄い層は通常延性を有するので、変形能が
あり、中間層両側の熱膨脹係数を総合して実質的
に同一又は近似とすれば破損は生じない。 第１Ｂ図は中間層をそれぞれ２層づつ介挿する
例を示したもので、この場合の金属中間層とセラ
ミツクス中間層とはそれぞれセラミツクス基材ま
たはセラミツクス中間層とにより挟まれ、またセ
ラミツクス中間層は金属基材または金属中間層相
互により挟まれる関係に配置される。従つて、こ
れらがろう材によつてそれぞれ接合されて一体と
なつたときも、第１Ａ図の接合法と全く同様で中
間層が複数となつた場合でも何等の支障なく接合
が可能となり、接合後破壊の惧はない。 第１Ｃ図及び第１Ｄ図は金属中間層を３Ａ，３
Ｂの如く２つ割りとしたり、セラミツクス中間層
を４Ａ，４Ｂの如く２つ割りとして接合する場合
を示し、第１Ｃ図は第１Ａ図の金属中間層３が２
つ割りとしたものに相当し、第１Ｄ図は第１Ａ図
のセラミツクス中間層４が４Ａ，４Ｂの如く２つ
割りとなつたと同様と見做し得る。第１Ｃ図にお
いては２枚の金属中間層３Ａ，３Ｂがセラミツク
ス基材１とセラミツクス中間層４とで挟まれてい
るので、金属中間層３Ａ，３Ｂの両側はセラミツ
クスで挟まれている。また第１Ｄ図においては、
２枚のセラミツクス中間層４Ａ，４Ｂとはその両
側が、金属基材２と金属中間層３とで挟まれてい
る。従つて、第１Ａ図の場合と全く同じく、２枚
の金属の合せ材又はセラミツクスの合せ材の両側
はそれぞれセラミツクス及び金属で挟まれること
になり第１Ａ図と同じで、合せ材を一枚の層と同
じように、見做すことができる。 第１Ｅ図及び第１Ｆ図に示す例は金属基材を２
Ａ，２Ｂの如く２つ割りとしたり、またセラミツ
クス基材を１Ａ，１Ｂの如く２つ割りとしても、
その接合原理は変わらないことを示すもので、こ
れらの層の間にろう材を介挿して接合しても全く
同じで、亀裂、剥離等の破壊は生じない。 この理由としては、厚い中間層よりも薄い中間
層の方が発生する熱応力が小さくなるので多層と
することが好ましい場合もあるためである。 以上の如く本発明により、中間層の選択が容易
になり、接合しようとする物質と異なる２種以上
の異なつた中間層を用いる場合に接合条件を各界
面ごとに変える必要はなく、さらにMo，Tiのよ
うな耐酸化性に劣るものが使えない場合にも接合
が可能となり、接合部の特性は損われなくてすむ
大きな効果が期待できる。 実施例 １ 縦横10×10（mm）で厚さ４mmの緻密質Si3N4焼
結体基材１１（ホツトプレス品）と厚さ３mmのス
テンレス鋼基材１２（SUS316）の間に、第２図
に示すようにSi3N4に接する側に厚さ0.4mmのステ
ンレス鋼薄板１３、一方、ステンレス鋼に接する
側に厚さ1.7mmのSi3N4板１４を中間層として入
れ、黒鉛型の内に設置した後、温度1090℃、圧力
200Kg／cm2、雰囲気１×10-4torrの真空中でホツ
トプレス接合、すなわち拡散接合を行つた。昇温
速度は25℃／分で、1090℃に到達後50分間加圧
し、圧力を下げてから、さらに10分間、1090℃に
保持し加圧中の歪をとるようにした。さらに降温
時には、降温速度８℃／分で800℃まで下げ、こ
の温度に１時間保持し、再び降温速度８℃／分で
500℃まで下げこの温度に１時間保持した。接合
後、１週間以上経過した後、せん断試験により接
合強度を測定した。接合強度は4.6Kg／mm2であつ
た。 実施例 ２ 縦横10×10（mm）で厚さ４mmの緻密質SiC焼結
体基材（常圧焼結品）１１とステンレス鋼基材
（SUS316）１２の間に、第３図に示すように、
SiC基材１１に接する側に、厚さ１あるいは0.5mm
のステンレス鋼薄板の中間層１３を、一方、ステ
ンレス鋼基材１２に接する側に厚さ１あるいは、
1.5mmのSiC板を中間層１４として入れ、それぞれ
の間にTi2重量％入り銀ろう１５（組成Ag70.5−
Cu27.5−Ti2）の厚さ70μmの箔を入れ、高周波
加熱により２×10-5torrの真空中でろう付を行つ
た。ろう付における昇温速度は50℃／分で、810
℃まで加熱し、810℃に到達後ただちに10℃／分
で降温し、500℃で１時間一定温度に保つた後、
10℃／分で冷却した。500℃で歪除去の熱処理を
行うことは有効で、もしこれを行わないと接合部
のSiC中間層中にき裂が見られることがあつた。
接合後１週間以上経過した後、せん断試験により
接合強度を測定した。 その結果を表１に示す。
【表】
実施例 ３
縦横10×10（mm）で厚さ４mmの緻密質Si3N4焼
結体基材１１とステンレス鋼基材１２との間に第
４図に示すようにSi3N4に接する側に厚さ0.5mmの
ステンレス鋼板よりなる中間層１３を、ステンレ
ス鋼に接する側に厚さ１mmのSi3N4板を中間層１
４として入れ、実施例２に従つてろう材１５をそ
れぞれ介挿しろう付けを行つた。ただし、この場
合810℃までの昇温速度は30℃／分とした。得ら
れた接合体のせん断強度は26.5Kg／mm2であつた。 実施例 ４ 実施例３と同じ接合を行つたが、中間層として
第５図に示すように、0.5mm厚さのSi3N4１４Ａ，
１４Ｂとステンレス鋼板１３Ａ，１３Ｂとを交互
に２枚ずつ計４枚入れて、Si3N4基材１１−ステ
ンレス鋼中間層１３Ａ−Si3N4中間層１４Ａ−ス
テンレス鋼中間層１３Ｂ−Si3N4中間層１４Ｂ−
ステンレス鋼基材１２の順序に配列し、これらの
間にそれぞれTi入りろう材１５を介挿して高周
波加熱により接合して接合体を得た。得られた接
合体のせん断強度は18.6Kg／mm2であつた。 実施例 ５ 実施例３と同じSi3N4焼結体基材１１とステン
レス鋼１２Ａの間に、第６図に示すように、Si3
N4基材１１側から厚さ１mmのステンレス鋼板１
３、厚さ1.5mmのSi3N4板１４、厚さ0.15mmのステ
ンレス鋼板１２Ｂを中間層としてステンレス鋼基
材１２に接するよう配列し、これらの間にろう材
１５を介挿し、実施例２に従つてろう付けを行つ
た。ただし昇温速度は40℃／分、加熱最高温度を
850℃とした。得られた接合体のせん断強度は5.4
Kg／mm2であつた。 （発明の効果） (1) 本発明によると、セラミツクス基材と金属基
材との間に中間層を少なくとも２層又は２層以
上挿入して接合する場合に、中間層の材質を基
材と同一又は近似の組成のものを使用し、セラ
ミツクス中間層は金属基材と金属中間層或いは
金属中間層相互により挟まれると共に、金属中
間層はセラミツクス基材とセラミツクス中間層
或いはセラミツクス中間層相互によりその両面
を挟まれる配置とし、これらを直接接合する
か、ろう材を介挿して接合するようにしたの
で、中間層の両側面における熱膨脹率が殆んど
或いは全く変わらないので、接合後、セラミツ
クス中間層の亀裂、剥離が生じない工業上大な
る利益がある。 (2) セラミツクス中間層と金属中間層又はこれら
とセラミツクス基材或いは金属基材との間の接
合には加熱による拡散接合又は反応焼結法によ
る接合或いはろう材による接合などの何れでも
よく、接合法を自由に選択することができる利
点がある。何れの接合法によつても中間層の両
側面には基材と同一又は近似の材質のものによ
り挟まれるように配置して接合するので、接合
後、中間層の両側の材料の熱膨脹係数の差によ
り剥離、亀裂等の破損が生ずる惧がない利点が
ある。 (3) 中間層相互または中間層と基材との間の接合
にろう材を使用しても、接合したろう材の層は
基材又は中間層と比して極めて薄く、またろう
材自体に延性が有り変形能があるので、熱応力
を緩和することができ、ろう材を介挿して接合
したためにその接合界面で剥離、亀裂等の破損
が生じない。 (4) 本発明によると、中間層の選択が容易とな
り、従来法（特開昭60−231471号）の如く、接
合しようとするセラミツクス及び金属と異なる
２種以上の異なつた中間層を用いる場合の如
く、接合条件を各界面ごとに変える必要なく、
かつ、接合部の特性は損なわれなくてすむこと
が期待できる工業上大なる利点がある。 本発明の方法による接合体は高温ガス送風器、
タービンブレード、ターボチヤージヤー、粉砕機
内張り、熱交換器、核融合炉第１壁等に使用して
有用である。
結体基材１１とステンレス鋼基材１２との間に第
４図に示すようにSi3N4に接する側に厚さ0.5mmの
ステンレス鋼板よりなる中間層１３を、ステンレ
ス鋼に接する側に厚さ１mmのSi3N4板を中間層１
４として入れ、実施例２に従つてろう材１５をそ
れぞれ介挿しろう付けを行つた。ただし、この場
合810℃までの昇温速度は30℃／分とした。得ら
れた接合体のせん断強度は26.5Kg／mm2であつた。 実施例 ４ 実施例３と同じ接合を行つたが、中間層として
第５図に示すように、0.5mm厚さのSi3N4１４Ａ，
１４Ｂとステンレス鋼板１３Ａ，１３Ｂとを交互
に２枚ずつ計４枚入れて、Si3N4基材１１−ステ
ンレス鋼中間層１３Ａ−Si3N4中間層１４Ａ−ス
テンレス鋼中間層１３Ｂ−Si3N4中間層１４Ｂ−
ステンレス鋼基材１２の順序に配列し、これらの
間にそれぞれTi入りろう材１５を介挿して高周
波加熱により接合して接合体を得た。得られた接
合体のせん断強度は18.6Kg／mm2であつた。 実施例 ５ 実施例３と同じSi3N4焼結体基材１１とステン
レス鋼１２Ａの間に、第６図に示すように、Si3
N4基材１１側から厚さ１mmのステンレス鋼板１
３、厚さ1.5mmのSi3N4板１４、厚さ0.15mmのステ
ンレス鋼板１２Ｂを中間層としてステンレス鋼基
材１２に接するよう配列し、これらの間にろう材
１５を介挿し、実施例２に従つてろう付けを行つ
た。ただし昇温速度は40℃／分、加熱最高温度を
850℃とした。得られた接合体のせん断強度は5.4
Kg／mm2であつた。 （発明の効果） (1) 本発明によると、セラミツクス基材と金属基
材との間に中間層を少なくとも２層又は２層以
上挿入して接合する場合に、中間層の材質を基
材と同一又は近似の組成のものを使用し、セラ
ミツクス中間層は金属基材と金属中間層或いは
金属中間層相互により挟まれると共に、金属中
間層はセラミツクス基材とセラミツクス中間層
或いはセラミツクス中間層相互によりその両面
を挟まれる配置とし、これらを直接接合する
か、ろう材を介挿して接合するようにしたの
で、中間層の両側面における熱膨脹率が殆んど
或いは全く変わらないので、接合後、セラミツ
クス中間層の亀裂、剥離が生じない工業上大な
る利益がある。 (2) セラミツクス中間層と金属中間層又はこれら
とセラミツクス基材或いは金属基材との間の接
合には加熱による拡散接合又は反応焼結法によ
る接合或いはろう材による接合などの何れでも
よく、接合法を自由に選択することができる利
点がある。何れの接合法によつても中間層の両
側面には基材と同一又は近似の材質のものによ
り挟まれるように配置して接合するので、接合
後、中間層の両側の材料の熱膨脹係数の差によ
り剥離、亀裂等の破損が生ずる惧がない利点が
ある。 (3) 中間層相互または中間層と基材との間の接合
にろう材を使用しても、接合したろう材の層は
基材又は中間層と比して極めて薄く、またろう
材自体に延性が有り変形能があるので、熱応力
を緩和することができ、ろう材を介挿して接合
したためにその接合界面で剥離、亀裂等の破損
が生じない。 (4) 本発明によると、中間層の選択が容易とな
り、従来法（特開昭60−231471号）の如く、接
合しようとするセラミツクス及び金属と異なる
２種以上の異なつた中間層を用いる場合の如
く、接合条件を各界面ごとに変える必要なく、
かつ、接合部の特性は損なわれなくてすむこと
が期待できる工業上大なる利点がある。 本発明の方法による接合体は高温ガス送風器、
タービンブレード、ターボチヤージヤー、粉砕機
内張り、熱交換器、核融合炉第１壁等に使用して
有用である。
第１Ａ図、第１Ｂ図、第１Ｃ図、第１Ｄ図、第
１Ｅ図、第１Ｆ図は本発明のセラミツクスと金属
との接合法の各種の中間層の接合配列を示す説明
図、第２図ないし第６図は本発明のセラミツクス
と金属との中間層の具体的配列及びろう材を介挿
した場合の実施例を示す図面である。 １……セラミツクス基材、２……金属基材、３
……金属中間層、４……セラミツクス中間層、１
１……SiC又はSi3N4のセラミツクス基材、１２
……ステンレス鋼の金属基材、１３Ａ，１３Ｂ…
…ステンレス鋼の金属中間層、１４，１４Ａ，１
４Ｂ……Si3N4のセラミツクス中間層、１５……
銀ろう箔。
１Ｅ図、第１Ｆ図は本発明のセラミツクスと金属
との接合法の各種の中間層の接合配列を示す説明
図、第２図ないし第６図は本発明のセラミツクス
と金属との中間層の具体的配列及びろう材を介挿
した場合の実施例を示す図面である。 １……セラミツクス基材、２……金属基材、３
……金属中間層、４……セラミツクス中間層、１
１……SiC又はSi3N4のセラミツクス基材、１２
……ステンレス鋼の金属基材、１３Ａ，１３Ｂ…
…ステンレス鋼の金属中間層、１４，１４Ａ，１
４Ｂ……Si3N4のセラミツクス中間層、１５……
銀ろう箔。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ セラミツクス基材と、金属基材との間にこれ
らとそれぞれ同材質で熱膨脹係数が同一または近
似したセラミツクス中間層と、金属中間層とを介
挿したものよりなり、セラミツクス中間層は金属
中間層相互又は金属中間層と金属基材との間に挟
まれ、かつ金属中間層はセラミツクス中間層相互
又はセラミツクス中間層とセラミツクス基材との
間に挟まれるよう配置して接合されていることを
特徴とするセラミツクスと金属との接合体。 ２ セラミツクス中間層と金属中間層とはそれぞ
れ複数の中間層よりなる特許請求の範囲第１項記
載のセラミツクスと金属との接合体。 ３ セラミツクス基材又は金属基材はそれぞれセ
ラミツクス中間層又は金属中間層と接して接合さ
れている特許請求の範囲第１項又は第２項の何れ
かに記載のセラミツクスと金属との接合体。 ４ セラミツクス基材と金属基材との間に中間層
を少なくとも２層又は２層以上挿入して接合する
方法において、少なくとも材質と熱膨脹係数とが
接合すべきセラミツクス基材と金属基材とにそれ
ぞれ同一又は近似したセラミツクスス中間層と金
属中間層とを、セラミツクス基材と金属基材との
間に介挿し、前記セラミツクス中間層と金属基材
とにより挟まれており、前記金属中間層の両接合
界面はセラミツクス中間層相互或いはセラミツク
ス中間層とセラミツクス基材との間に挟まれるよ
うに配置して接合することを特徴とするセラミツ
クスと金属との接合法。 ５ セラミツクス中間層と金属中間層とはそれぞ
れ複数中間層よりなる特許請求の範囲第４項記載
のセラミツクスと金属との接合法。 ６ セラミツクス基材又は金属基材はそれぞれセ
ラミツクス中間層又は金属中間層と接している特
許請求の範囲第４項又は第５項の何れかに記載の
セラミツクスと金属との接合法。 ７ セラミツクス基材とセラミツクス中間層、金
属中間層、金属基材との各接合界面にろう材介し
ててろう付けする特許請求の範囲第４項ないし第
６項の何れかに記載のセラミツクスと金属との接
合法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5791287A JPS63225585A (ja) | 1987-03-14 | 1987-03-14 | セラミックスと金属との接合体及びその接合法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5791287A JPS63225585A (ja) | 1987-03-14 | 1987-03-14 | セラミックスと金属との接合体及びその接合法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63225585A JPS63225585A (ja) | 1988-09-20 |
| JPH0448754B2 true JPH0448754B2 (ja) | 1992-08-07 |
Family
ID=13069202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5791287A Granted JPS63225585A (ja) | 1987-03-14 | 1987-03-14 | セラミックスと金属との接合体及びその接合法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63225585A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4556307B2 (ja) * | 2000-08-11 | 2010-10-06 | 三菱マテリアル株式会社 | パワーモジュール及びパワーモジュール用緩衝材の製造方法 |
| JP6790945B2 (ja) * | 2017-03-17 | 2020-11-25 | 三菱マテリアル株式会社 | 絶縁回路基板の製造方法、及び、ヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60226464A (ja) * | 1984-04-20 | 1985-11-11 | 日本特殊陶業株式会社 | セラミックと金属との接合構造 |
| JPS6191073A (ja) * | 1984-10-06 | 1986-05-09 | 日本特殊陶業株式会社 | セラミツク軸と金属軸の接合構造 |
-
1987
- 1987-03-14 JP JP5791287A patent/JPS63225585A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63225585A (ja) | 1988-09-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0249267B2 (ja) | ||
| JPH0454825B2 (ja) | ||
| JPH0448754B2 (ja) | ||
| JP2568332B2 (ja) | 少なくとも一部が金属間化合物からなる複合材の製造方法 | |
| JPH069907B2 (ja) | 黒鉛と金属からなる複合材の製造方法 | |
| JPH0328391B2 (ja) | ||
| JP2797020B2 (ja) | 窒化珪素と金属との接合体およびその製造法 | |
| JPH0492871A (ja) | セラミックス―金属接合体及びその製造方法 | |
| JPH069906B2 (ja) | 黒鉛と銅または銅合金からなる複合材 | |
| JPH0243704B2 (ja) | Seramitsukusutokinzokutonosetsugohoho | |
| JPH0776137B2 (ja) | セラミツクスと金属との高耐熱衝撃性接合方法および接合製品 | |
| JP5275224B2 (ja) | 反応性多層接合処理を用いた大寸法結合を形成する方法 | |
| JPS61136969A (ja) | サイアロンと金属の接合方法 | |
| JPS5935074A (ja) | セラミツク板 | |
| JPH07187839A (ja) | 窒化物系セラミックス−金属接合体およびその製造方法 | |
| JPH0292873A (ja) | 熱膨張率の異なる部材の複合体 | |
| JPS62235270A (ja) | 焼結セラミツクと金属との接合構造及び接合方法 | |
| JPH0240631B2 (ja) | ||
| JPH0776138B2 (ja) | セラミツクスと金属との高耐熱衝撃性接合方法および接合製品 | |
| JP2522124B2 (ja) | セラミックスとセラミックスとの接合方法 | |
| JPH01208374A (ja) | ＳｉＣセラミックス部材と金属部材との接合体 | |
| JPH05237967A (ja) | 断熱構造体 | |
| JPH0371393B2 (ja) | ||
| JPH0547514B2 (ja) | ||
| JPS62130843A (ja) | 金属セラミツクス接合体 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |