JPH0547513B2 - - Google Patents
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- JPH0547513B2 JPH0547513B2 JP17256989A JP17256989A JPH0547513B2 JP H0547513 B2 JPH0547513 B2 JP H0547513B2 JP 17256989 A JP17256989 A JP 17256989A JP 17256989 A JP17256989 A JP 17256989A JP H0547513 B2 JPH0547513 B2 JP H0547513B2
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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、セラミツクスと金属との接合方法に
関し、更に詳しくは残留応力が小さく、かつ、接
合強度が大きいセラミツクス金属接合体を得るた
めの方法に関する。
関し、更に詳しくは残留応力が小さく、かつ、接
合強度が大きいセラミツクス金属接合体を得るた
めの方法に関する。
従来、セラミツクスと金属とを接合する方法と
しては、活性金属法、高融点金属法等の金属ソル
ダー法が知られている。
しては、活性金属法、高融点金属法等の金属ソル
ダー法が知られている。
これらの方法の中で活性金属法は、Ti、Zr、
Be等の金属単体またはそれらの合金の活性金属
をセラミツクスと金属との間に介在させ、それに
よりセラミツクス表面の濡れ性を向上させ、セラ
ミツクスと金属とを接合する方法である。
Be等の金属単体またはそれらの合金の活性金属
をセラミツクスと金属との間に介在させ、それに
よりセラミツクス表面の濡れ性を向上させ、セラ
ミツクスと金属とを接合する方法である。
この活性金属法を使用した例として、活性金属
であるTiと共にAg−Cuロウ材を、セラミツクス
であるSiCと金属であるステンレス鋼との間に介
在させて、両者を接合する方法が提案されてい
る。〔矢野豊彦他;窯業協会誌、95(3)(1987)、
P357〜362〕 ところで、上記のように熱膨張係数差の大きい
セラミツクスと金属とを接合する場合、接合後の
冷却過程において、両者の熱膨張の差に起因する
残留応力のうち引張応力が接合界面近傍のセラミ
ツクス自由表面に働き、セラミツクスにクラツク
が入る問題がある。
であるTiと共にAg−Cuロウ材を、セラミツクス
であるSiCと金属であるステンレス鋼との間に介
在させて、両者を接合する方法が提案されてい
る。〔矢野豊彦他;窯業協会誌、95(3)(1987)、
P357〜362〕 ところで、上記のように熱膨張係数差の大きい
セラミツクスと金属とを接合する場合、接合後の
冷却過程において、両者の熱膨張の差に起因する
残留応力のうち引張応力が接合界面近傍のセラミ
ツクス自由表面に働き、セラミツクスにクラツク
が入る問題がある。
上記残留応力を緩和する方法として、第1に
Al、Cu等の軟質金属をセラミツクスと金属との
間に挿入し、軟質金属の塑性変形によつてセラミ
ツクスと金属との間の熱膨張差を吸収する方法、
第2に前記軟質金属が一般に熱膨張係数が大きい
ため、この軟質金属と金属またはセラミツクスと
の間に、W、WC、Mo等の低熱膨張率の金属を
挿入し、前記軟質金属の収縮を抑制し、熱膨張差
の低減を計る方法〔岩本信也;工学材料、36(9)
(1988)、P54〜P57〕があるが、前記両者の方法
においても強固な接合が実現できなかつた。
Al、Cu等の軟質金属をセラミツクスと金属との
間に挿入し、軟質金属の塑性変形によつてセラミ
ツクスと金属との間の熱膨張差を吸収する方法、
第2に前記軟質金属が一般に熱膨張係数が大きい
ため、この軟質金属と金属またはセラミツクスと
の間に、W、WC、Mo等の低熱膨張率の金属を
挿入し、前記軟質金属の収縮を抑制し、熱膨張差
の低減を計る方法〔岩本信也;工学材料、36(9)
(1988)、P54〜P57〕があるが、前記両者の方法
においても強固な接合が実現できなかつた。
また、活性金属法と応力緩和材とを用いてセラ
ミツクスと金属とを接合する前記矢野豊彦他の報
告〔窯業協会誌、95(3)(1987)、P357〜362〕に
よれば、セラミツクスであるSiCと金属であるス
テンレス鋼とを接合するため、第2図に示すよう
に、接合するセラミツクス(SiC)21と金属
(ステンレス鋼)25との間に、3層のAg−Cu
ロウ23,23,23を配設するとともに、セラ
ミツクス21側のAg−Cuロウ23,23間にTi
22をインサートし、金属22側のAg−Cuロウ
23,23間に応力緩和材層(Mo)24をイン
サートして、810℃の温度の熱処理により接合し
ている。
ミツクスと金属とを接合する前記矢野豊彦他の報
告〔窯業協会誌、95(3)(1987)、P357〜362〕に
よれば、セラミツクスであるSiCと金属であるス
テンレス鋼とを接合するため、第2図に示すよう
に、接合するセラミツクス(SiC)21と金属
(ステンレス鋼)25との間に、3層のAg−Cu
ロウ23,23,23を配設するとともに、セラ
ミツクス21側のAg−Cuロウ23,23間にTi
22をインサートし、金属22側のAg−Cuロウ
23,23間に応力緩和材層(Mo)24をイン
サートして、810℃の温度の熱処理により接合し
ている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、前記の方法においては、ろう付
け温度が高融点ろう材(Ag−Cu)の液相線の
800℃以上で行われるため、セラミツクス21と
金属25とを接合した場合、セラミツクス21中
に発生する残留応力の緩和が未だ不充分であつ
た。
け温度が高融点ろう材(Ag−Cu)の液相線の
800℃以上で行われるため、セラミツクス21と
金属25とを接合した場合、セラミツクス21中
に発生する残留応力の緩和が未だ不充分であつ
た。
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解
決し、セラミツクスと金属と接合に際して、両者
間の熱膨張の差に起因する残留応力をさらに抑制
し、セラミツクスにクラツクが発生するのを防止
し、健全で強固な接合体を得ることができるセラ
ミツクスと金属との接合方法を提供することにあ
る。
決し、セラミツクスと金属と接合に際して、両者
間の熱膨張の差に起因する残留応力をさらに抑制
し、セラミツクスにクラツクが発生するのを防止
し、健全で強固な接合体を得ることができるセラ
ミツクスと金属との接合方法を提供することにあ
る。
上記した目的は、セラミツクス部材と金属部材
とを接合する方法において、前記セラミツクス部
材を活性金属と高融点ロウ材とを有する接合材を
介して前記金属部材よりも熱膨張係数が小さい金
属板と第1の熱処理工程により接合し、次いで、
前記金属板と前記金属部材との間に、金属板およ
び金属部材よりも熱処理による塑性変形が大きい
軟質金属を挟んだ前記高融点ろう材の融点よりも
低い融点を有する低融点ろう材を挿入し、前記第
1の熱処理工程よりも低い温度の第2の熱処理工
程により接合することによつて達成される。
とを接合する方法において、前記セラミツクス部
材を活性金属と高融点ロウ材とを有する接合材を
介して前記金属部材よりも熱膨張係数が小さい金
属板と第1の熱処理工程により接合し、次いで、
前記金属板と前記金属部材との間に、金属板およ
び金属部材よりも熱処理による塑性変形が大きい
軟質金属を挟んだ前記高融点ろう材の融点よりも
低い融点を有する低融点ろう材を挿入し、前記第
1の熱処理工程よりも低い温度の第2の熱処理工
程により接合することによつて達成される。
本発明は上記の手段を採用したことにより、高
融点ろう材のろう付け温度で加熱処理される第1
の熱処理工程では、セラミツクス部材と熱膨張率
の小さい金属板との間の熱膨張差が少なく、セラ
ミツクス部材に発生する残留応力はセラミツクス
強度に対して無視し得る程度に小さいものとな
り、次の低融点ろう材のろう付け温度で加熱処理
される第2の熱処理工程では、加熱温度が低くセ
ラミツクス部材側と金属部材側との熱膨張差が少
なく、また、前記第1の熱処理工程時における残
留応力を焼鈍し効果により緩和できることとな
る。
融点ろう材のろう付け温度で加熱処理される第1
の熱処理工程では、セラミツクス部材と熱膨張率
の小さい金属板との間の熱膨張差が少なく、セラ
ミツクス部材に発生する残留応力はセラミツクス
強度に対して無視し得る程度に小さいものとな
り、次の低融点ろう材のろう付け温度で加熱処理
される第2の熱処理工程では、加熱温度が低くセ
ラミツクス部材側と金属部材側との熱膨張差が少
なく、また、前記第1の熱処理工程時における残
留応力を焼鈍し効果により緩和できることとな
る。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。
る。
第1図A,B,C,Dは本発明のセラミツクス
と金属との接合方法の一実施例を示す工程図であ
る。
と金属との接合方法の一実施例を示す工程図であ
る。
第1図Aにおいて、まず、セラミツクス部材1
と低熱膨張率の金属板2との間に、活性金属3と
高融点ろう材4とを積層状態とした接合材5を挿
入して第1の熱処理工程を施す。
と低熱膨張率の金属板2との間に、活性金属3と
高融点ろう材4とを積層状態とした接合材5を挿
入して第1の熱処理工程を施す。
セラミツクス部材1としては、SiC、SiN等の
炭化物、窒化物等を採用することができる。
炭化物、窒化物等を採用することができる。
また、低熱膨張率の金属板2としては、セラミ
ツクス部材1と接合されるべき金属部材7の熱膨
張率よりも小さい金属、望ましくは、熱膨張係数
8×10-6/℃以下の金属、例えば、W、WC、
Mo等が好ましい。
ツクス部材1と接合されるべき金属部材7の熱膨
張率よりも小さい金属、望ましくは、熱膨張係数
8×10-6/℃以下の金属、例えば、W、WC、
Mo等が好ましい。
前記接合材5としては、活性金属3と高融点ろ
う材4とが上記のように積層状態あるものの他、
高融点ろう材4中に塊状の活性金属3が含有され
て存在する形態等、活性金属3と高融点ろう材4
とを有するものであればその形態に制限はない。
う材4とが上記のように積層状態あるものの他、
高融点ろう材4中に塊状の活性金属3が含有され
て存在する形態等、活性金属3と高融点ろう材4
とを有するものであればその形態に制限はない。
前記活性金属3としては、Ti、Zr、Beおよび
これらの合金等を挙げることができる。
これらの合金等を挙げることができる。
前記高融点ろう材4としては、後段の第1図C
の工程で使用されるろう材よりも高い融点を有す
るろう材、例えば融点750℃以上のろう材が使用
される。このような高融点ろう材としては、Ag
−Cuロウ、Agロウ、Niロウ、Pdロウ等が挙げ
られる。
の工程で使用されるろう材よりも高い融点を有す
るろう材、例えば融点750℃以上のろう材が使用
される。このような高融点ろう材としては、Ag
−Cuロウ、Agロウ、Niロウ、Pdロウ等が挙げ
られる。
上記第1の熱処理工程では、前記高融点ろう
材4の液相線よりも高い温度でろう付に必要な雰
囲気で所定時間加熱される。
材4の液相線よりも高い温度でろう付に必要な雰
囲気で所定時間加熱される。
この第1の熱処理工程によつて、セラミツク
ス部材1中に残留応力が発生するが、低熱膨張率
の金属板2とセラミツクス部材1との熱膨張の差
が小さく、セラミツクス部材1に発生する残留応
力はその強度に対して無視できる程度である。
ス部材1中に残留応力が発生するが、低熱膨張率
の金属板2とセラミツクス部材1との熱膨張の差
が小さく、セラミツクス部材1に発生する残留応
力はその強度に対して無視できる程度である。
この第1の熱処理工程によつて、第1図Bに
示すようなセラミツクス部材1と低熱膨張率の金
属板2との間に接合材5の反応層6が形成され
て、両者が接合したセラミツクス金属複合体7が
形成される。
示すようなセラミツクス部材1と低熱膨張率の金
属板2との間に接合材5の反応層6が形成され
て、両者が接合したセラミツクス金属複合体7が
形成される。
次に第1図Cに示すようにセラミツクス金属複
合体7とステンレス鋼等の金属部材8との間に、
前記第1図Aにおけるろう材よりも融点の低い2
層の低融点ろう材9a,9b間に前記金属板2お
よび金属部材8より熱処理による塑性変形が大き
い軟質金属10を挟持したものを挿入し、第2の
熱処理工程を施す。
合体7とステンレス鋼等の金属部材8との間に、
前記第1図Aにおけるろう材よりも融点の低い2
層の低融点ろう材9a,9b間に前記金属板2お
よび金属部材8より熱処理による塑性変形が大き
い軟質金属10を挟持したものを挿入し、第2の
熱処理工程を施す。
上記の低融点ろう材9a,9bとしては、例え
ば融点700℃以下のAg−Cu−Zn−Cdロウ等が挙
げられ、また、軟質金属10としては、Al、Cu
等が挙げられる。
ば融点700℃以下のAg−Cu−Zn−Cdロウ等が挙
げられ、また、軟質金属10としては、Al、Cu
等が挙げられる。
上記第2の熱処理工程では、前記低融点ろう
材9a,9bの液相線付近の温度でろう付に必要
な雰囲気で所定時間加熱される。
材9a,9bの液相線付近の温度でろう付に必要
な雰囲気で所定時間加熱される。
この第2の熱処理工程においては、必要に応
じてフラツクスを用いることが望ましい。
じてフラツクスを用いることが望ましい。
フラツクスを使用することによつて、フラツク
スの酸化膜除去作用により、低熱膨張率の金属板
2、軟質金属10およびステンレス鋼等の金属部
材8のろう付けする面を活性化させ、これらの金
属に対する低融点ろう材9a,9bの濡れを良好
にすることができる。
スの酸化膜除去作用により、低熱膨張率の金属板
2、軟質金属10およびステンレス鋼等の金属部
材8のろう付けする面を活性化させ、これらの金
属に対する低融点ろう材9a,9bの濡れを良好
にすることができる。
また、この第2の熱処理工程においては、前
記第1の熱処理工程で発生したセラミツクス部
材1と低熱膨張率の金属板2と間の残留応力が焼
鈍の作用により緩和できるとともに、第1の熱処
理工程のろう付けの熱処理温度に比べて低い温
度で熱処理されるため、前記セラミツクスの金属
複合体7と金属部材8との熱膨張の差が、従来法
の如く、高融点ろう材のろう付け温度で一度に加
熱してセラミツクス部材とステンレス鋼等の金属
部材とを接合する方法の場合に比べて、セラミツ
クス部材中に発生する最大主応力を最大50%程度
まで減少させることができる。
記第1の熱処理工程で発生したセラミツクス部
材1と低熱膨張率の金属板2と間の残留応力が焼
鈍の作用により緩和できるとともに、第1の熱処
理工程のろう付けの熱処理温度に比べて低い温
度で熱処理されるため、前記セラミツクスの金属
複合体7と金属部材8との熱膨張の差が、従来法
の如く、高融点ろう材のろう付け温度で一度に加
熱してセラミツクス部材とステンレス鋼等の金属
部材とを接合する方法の場合に比べて、セラミツ
クス部材中に発生する最大主応力を最大50%程度
まで減少させることができる。
したがつて、第1の熱処理工程および第2の
熱処理工程を経てセラミツクス部材1とステン
レス鋼等の金属部材8との間が、上記のような
種々の金属が2段階の熱処理により形成される挿
入金属層11を介して強固に接合されるととも
に、セラミツクス部材1側には、残留応力による
クラツクの発生しないものとなる。
熱処理工程を経てセラミツクス部材1とステン
レス鋼等の金属部材8との間が、上記のような
種々の金属が2段階の熱処理により形成される挿
入金属層11を介して強固に接合されるととも
に、セラミツクス部材1側には、残留応力による
クラツクの発生しないものとなる。
以下、さらに具体例で説明する。
実施例 1
第1図Aにおいて、
セラミツクス部材1:SiC
低熱膨張率の金属板2:タングステン(W)板800μ
m 接合材5の活性金属3:チタン(Ti)箔1.5μm 接合材5の高融点ろう材4:BAg8ロウ板10μm
液相線780℃ を用い、真空炉にてろう付温度820℃、保持時間
3分の条件で第1の熱処理工程を施した。
m 接合材5の活性金属3:チタン(Ti)箔1.5μm 接合材5の高融点ろう材4:BAg8ロウ板10μm
液相線780℃ を用い、真空炉にてろう付温度820℃、保持時間
3分の条件で第1の熱処理工程を施した。
次に第1図Cにおいて、
低融点ろう材9a,9b:BAg1ロウ板10μm液
相線620℃ 軟質金属10:銅(Cu)板200μm を用い、フラツクスを使用して高周波加熱により
ろう付け温度620℃、保持時間3分の条件で第2
の熱処理工程を施した。
相線620℃ 軟質金属10:銅(Cu)板200μm を用い、フラツクスを使用して高周波加熱により
ろう付け温度620℃、保持時間3分の条件で第2
の熱処理工程を施した。
この結果、セラミツクス部材1にクラツクのな
い健全で強固なセラミツクスと金属との接合体が
得られた。
い健全で強固なセラミツクスと金属との接合体が
得られた。
以上のように本発明によれば、セラミツクス部
材を活性金属と高融点ロウ材とを有する接合材を
介して前記金属部材よりも熱膨張係数が小さい金
属板と第1の熱処理工程により接合し、次いで、
前記金属板と前記金属部材との間に、金属板およ
び金属部材よりも熱処理による塑性変形が大きい
軟質金属を挟んだ前記高融点ろう材の融点よりも
低い融点を有する低融点ろう材を挿入し、前記第
1の熱処理工程よりも低い温度の第2の熱処理工
程により接合するので、熱膨張係数差の大きいセ
ラミツクス部材と金属部材とを接合する際、セラ
ミツクス部材側に発生する熱膨張差に起因する残
留応力を確実に抑制できるとともに、健全で強固
なセラミツクス金属接合を製造することができる
ものである。
材を活性金属と高融点ロウ材とを有する接合材を
介して前記金属部材よりも熱膨張係数が小さい金
属板と第1の熱処理工程により接合し、次いで、
前記金属板と前記金属部材との間に、金属板およ
び金属部材よりも熱処理による塑性変形が大きい
軟質金属を挟んだ前記高融点ろう材の融点よりも
低い融点を有する低融点ろう材を挿入し、前記第
1の熱処理工程よりも低い温度の第2の熱処理工
程により接合するので、熱膨張係数差の大きいセ
ラミツクス部材と金属部材とを接合する際、セラ
ミツクス部材側に発生する熱膨張差に起因する残
留応力を確実に抑制できるとともに、健全で強固
なセラミツクス金属接合を製造することができる
ものである。
第1図A,B,C,Dは本発明のセラミツクス
と金属との接合方法の一実施例を示す工程図、第
2図は従来の接合方法の一例を示す説明図であ
る。 1……セラミツクス部材、2……金属板(低熱
膨張率)、3……活性金属、4……高融点ろう材、
5……接合材、6……反応層、7……セラミツク
ス金属複合体、8……金属部材(ステンレス鋼)、
9a,9b……低融点ろう材、10……軟質金
属、11……挿入金属層。
と金属との接合方法の一実施例を示す工程図、第
2図は従来の接合方法の一例を示す説明図であ
る。 1……セラミツクス部材、2……金属板(低熱
膨張率)、3……活性金属、4……高融点ろう材、
5……接合材、6……反応層、7……セラミツク
ス金属複合体、8……金属部材(ステンレス鋼)、
9a,9b……低融点ろう材、10……軟質金
属、11……挿入金属層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 セラミツクス部材と金属部材とを接合する方
法において、前印セラミツクス部材を活性金属と
高融点ロウ材とを有する接合材を介して前記金属
部材よりも熱膨張係数が小さい金属板と第1の熱
処理工程により接合し、次いで、前記金属板と前
記金属部材との間に、金属板および金属部材より
も熱処理による塑性変形が大きい軟質金属を挟ん
だ前記高融点ろう材の融点よりも低い融点を有す
る低融点ろう材を挿入し、前記第1の熱処理工程
よりも低い温度の第2の熱処理工程により接合す
ることを特徴とするセラミツクスと金属との接合
方法。 2 前記高融点ろう材が、融点750℃以上のろう
材であり、前記低融点ろう材が、融点700℃以下
のろう材である請求項1記載のセラミツクスと金
属との接合方法。 3 前記金属板が、熱膨張係数8×10-6/℃以下
の金属からなる請求項1記載のセラミツクスと金
属との接合方法。 4 前記融点750℃以上のろう材がAg−Cuロウ、
Agロウ、NiロウおよびPdロウから選ばれる少な
くとも1種であり、前記融点700℃以下のろう材
がAg−Cu−Zn−Cdロウである請求項2記載の
セラミツクスと金属との接合方法。 5 前記セラミツクス部材がSiC系セラミツクス
であり、前記金属部材がステンレス鋼である請求
項1記載のセラミツクスと金属との接合方法。 6 前記活性金属が、Ti、ZrおよびBeから選ば
れる少なくとも1種である請求項1記載のセラミ
ツクスと金属との接合方法。 7 前記金属板が、W、WCおよびMoから選ば
れる少なくとも1種である請求項1記載のセラミ
ツクスと金属との接合方法。 8 前記軟質金属が、CuまたはAlである請求項
1記載のセラミツクスと金属との接合方法。 9 前記活性金属と高融点ろう材とを有する接合
材が、高融点ろう材層に活性金属層を積層したも
のである請求項1記載のセラミツクスと金属との
接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17256989A JPH0337166A (ja) | 1989-07-04 | 1989-07-04 | セラミックスと金属との接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17256989A JPH0337166A (ja) | 1989-07-04 | 1989-07-04 | セラミックスと金属との接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0337166A JPH0337166A (ja) | 1991-02-18 |
| JPH0547513B2 true JPH0547513B2 (ja) | 1993-07-16 |
Family
ID=15944269
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17256989A Granted JPH0337166A (ja) | 1989-07-04 | 1989-07-04 | セラミックスと金属との接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0337166A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN102728918B (zh) * | 2012-06-13 | 2014-06-25 | 陕西渭河煤化工集团有限责任公司 | 一种通过热粘结连接wc阀芯与不锈钢阀杆的方法 |
| CN102924109B (zh) * | 2012-10-18 | 2013-12-11 | 北京科技大学 | 一种Cf/SiC陶瓷基复合材料连接方法 |
| CN103273155B (zh) * | 2013-05-10 | 2015-07-08 | 山东大学 | 一种碳化硅陶瓷与铁素体不锈钢的扩散连接方法 |
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-
1989
- 1989-07-04 JP JP17256989A patent/JPH0337166A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0337166A (ja) | 1991-02-18 |
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