JPH0579631B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0579631B2 JPH0579631B2 JP60113922A JP11392285A JPH0579631B2 JP H0579631 B2 JPH0579631 B2 JP H0579631B2 JP 60113922 A JP60113922 A JP 60113922A JP 11392285 A JP11392285 A JP 11392285A JP H0579631 B2 JPH0579631 B2 JP H0579631B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- weight
- metal
- present
- thermal expansion
- ceramics
- Prior art date
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- Laminated Bodies (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明はセラミクス材料と金属との接合構造に
関するものである。 〔発明の背景・従来技術〕 最近内燃機関の副燃焼室やシリンダー等にセラ
ミクスを用いることが検討されているが、セラミ
クスは加工性が悪くまた固くて脆いためこれを材
料とする部分は機械的強度が満足なものではな
く、また装置への組付けにも困難性があつた。上
記セラミクスの欠点を補うために金属を接合して
複合体とすることが行われている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながらセラミクスと金属とは熱膨張係数
αが大きく異なり、具体的にはこの種の複合体に
用いられるセラミクスのαは下記の通りである。
関するものである。 〔発明の背景・従来技術〕 最近内燃機関の副燃焼室やシリンダー等にセラ
ミクスを用いることが検討されているが、セラミ
クスは加工性が悪くまた固くて脆いためこれを材
料とする部分は機械的強度が満足なものではな
く、また装置への組付けにも困難性があつた。上
記セラミクスの欠点を補うために金属を接合して
複合体とすることが行われている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながらセラミクスと金属とは熱膨張係数
αが大きく異なり、具体的にはこの種の複合体に
用いられるセラミクスのαは下記の通りである。
【表】
一方金属のαは下記の通りである。
本発明は上記従来の問題点を解決する手段とし
て、20℃〜300℃までの平均熱膨張係数が12×
10-6／℃以下のセラミクスと、Ni32〜45重量％、
Ｃ＜0.05重量％、Cr0.1〜４重量％、Mo0.1〜２重
量％、Si＋Mn＋Cr＋Mo＜５重量％、Co8〜20重
量％、Ti＋Nb＋Ta＋Al1〜10重量％、残余はFe
および不可避的不純物である組成を有する金属と
を接合したことを特徴とする接合構造を提供する
ものである。 本発明を以下に詳細に説明する。 本発明の接合構造に用いられる金属（以下本発
明の金属と言う）の組成は下記の通りである。 Ni：32〜45重量％（以下単に％とする） Ｃ＜0.05％ Cr0.1〜４％ Mo0.1〜２％ Si＋Mn＋Cr＋Mo＜５％ Co：８〜20％ Ti＋Nb＋Ta＋Al1〜10％ 残余はFeおよび不可避的不純物 上記組成における各元素の作用は下記の通りで
ある。 Ni：材料の熱膨張係数を調整するための主たる
元素であつて32〜45％の範囲で低熱膨張係数
を材料に与えるものである。 Ｃ：脱酸元素であり溶製上有利に作用するが材料
の熱膨張係数を大きくする方にも作用するか
ら含有量を0.05％以下に制限する。 Si，Mn，Cr，Mo：Si，MnはＣと同様に脱酸元
素であり溶製上有利に作用する。Cr，Moは
Cr0.1〜４重量％、Mo0.1〜２重量％の範囲で
材料の耐食性、耐酸化性を向上させる。しか
し、Si，Mn，Cr，Moは材料の熱膨張係数を
大きくする方にも作用するから含有量を合計で
５％以下に制限する。 Co：Niと同じく熱膨張係数を調整するために添
加される元素であり、特に本発明の金属が
Ti，Nb，Al，Taを含有する場合の熱膨張
係数の増加を抑制する効果がある。そして８
％以下ではその効果が殆んど認められず20％
以上は却つてαを大きくする。 Ti，Nb，Ta，Al：Niとの化合物を生成するこ
とによつて材料の強度を確保するための主た
る元素であつて合計１％以上で上記所定の高
強度が得られるが、材料の熱膨張係数を大き
くする方にも作用するから含有量を合計10％
以下に制限する。 上記組成を有する本発明の金属は熱膨張係数α
が約10×10-6／℃以下でありかつ常温での引張り
強度は70Kgｆ／mm2以上になる。本発明の金属の強
度は上記したようにTi，Nb，Ta，AlとNiとの
化合物の折出によるものであるために該化合物の
折出をさらに促進する処理を行うことにより、よ
り強度を向上させることができる。該処理は具体
的には本発明の金属を900〜1150℃程度から急冷
した場合には約100Kgｆ／mm2以下の強度が発現さ
れるが500〜700℃で１〜20時間程度保持すること
により該化合物が折出して約100Kgｆ／mm2以上の
強度となる。したがつて本発明の金属とセラミク
スとの接合を強度が低い状態で行い接合時に発生
する応力を低く抑えてセラミクス側の破損を防止
し、接合後に上記したような加熱によつて適当な
折出処理を行い、接合構造の強度を高めることが
可能である。 本発明の接合構造の一方を構成するセラミクス
は本発明金属と熱膨張係数において大巾な差がな
いものを用いる。即ち該セラミクスとしては20℃
〜300℃までの平均熱膨張係数が12×10-6／℃以
下のものが選択される。このようなセラミクスと
して例えばAl2O3，ZrO2，SiC，ZrC，TiN，
ZrN，Si3N4等が例示される。 〔発明の効果〕 本発明は上記したような構成・作用を有するか
ら本発明の金属の熱膨張係数がセラミクスに近い
ものでありしかも強度、耐食性および耐酸化性が
充分に大であり、本発明の金属をセラミクスと他
の金属との接合部における中間層として用いた場
合、中間層の厚みを充分大きくしても接合構造全
体の強度は低下することがない。 実施例 １ 縦横10×10mm、長さ25mmの普通焼結SiC焼結体
の端面を研摩後、Moを主体とするペーストを塗
布し真空中で1650℃に加熱することによりメタラ
イズを施こし接合用試験片を得た。 一方上記試験片と同一形状、即ち縦横10×10
mm、長さ25mmの金属材料を第１表に示すように各
種用意し、上記試験片と上記金属材料とを0.1mm
厚の銀ロウ板および適当な金属緩衝層を介して真
空ホツトプレス装置を用いて0.5Kg／cm2の圧力を
かけるとともに850℃に加熱することによつて接
合した。 接合後、上記試験片のワレを調べてワレのない
ものについて縦横５×５mm、長さ50mmの試料を削
り出し、該試料について上部スパン10mm、下部ス
パン30mm、一接合部を上部スパンの中央にして４
点折曲げ試験を行い強度を測定した。 更に上記金属材料単独での引張り試験を行いそ
の強度を測定した。また20〜500℃の範囲におけ
る平均のαを測定した。 以上の試験の結果を第１表に示す。表中〇はワ
レがなく×はワレが存在した場合を示す。
て、20℃〜300℃までの平均熱膨張係数が12×
10-6／℃以下のセラミクスと、Ni32〜45重量％、
Ｃ＜0.05重量％、Cr0.1〜４重量％、Mo0.1〜２重
量％、Si＋Mn＋Cr＋Mo＜５重量％、Co8〜20重
量％、Ti＋Nb＋Ta＋Al1〜10重量％、残余はFe
および不可避的不純物である組成を有する金属と
を接合したことを特徴とする接合構造を提供する
ものである。 本発明を以下に詳細に説明する。 本発明の接合構造に用いられる金属（以下本発
明の金属と言う）の組成は下記の通りである。 Ni：32〜45重量％（以下単に％とする） Ｃ＜0.05％ Cr0.1〜４％ Mo0.1〜２％ Si＋Mn＋Cr＋Mo＜５％ Co：８〜20％ Ti＋Nb＋Ta＋Al1〜10％ 残余はFeおよび不可避的不純物 上記組成における各元素の作用は下記の通りで
ある。 Ni：材料の熱膨張係数を調整するための主たる
元素であつて32〜45％の範囲で低熱膨張係数
を材料に与えるものである。 Ｃ：脱酸元素であり溶製上有利に作用するが材料
の熱膨張係数を大きくする方にも作用するか
ら含有量を0.05％以下に制限する。 Si，Mn，Cr，Mo：Si，MnはＣと同様に脱酸元
素であり溶製上有利に作用する。Cr，Moは
Cr0.1〜４重量％、Mo0.1〜２重量％の範囲で
材料の耐食性、耐酸化性を向上させる。しか
し、Si，Mn，Cr，Moは材料の熱膨張係数を
大きくする方にも作用するから含有量を合計で
５％以下に制限する。 Co：Niと同じく熱膨張係数を調整するために添
加される元素であり、特に本発明の金属が
Ti，Nb，Al，Taを含有する場合の熱膨張
係数の増加を抑制する効果がある。そして８
％以下ではその効果が殆んど認められず20％
以上は却つてαを大きくする。 Ti，Nb，Ta，Al：Niとの化合物を生成するこ
とによつて材料の強度を確保するための主た
る元素であつて合計１％以上で上記所定の高
強度が得られるが、材料の熱膨張係数を大き
くする方にも作用するから含有量を合計10％
以下に制限する。 上記組成を有する本発明の金属は熱膨張係数α
が約10×10-6／℃以下でありかつ常温での引張り
強度は70Kgｆ／mm2以上になる。本発明の金属の強
度は上記したようにTi，Nb，Ta，AlとNiとの
化合物の折出によるものであるために該化合物の
折出をさらに促進する処理を行うことにより、よ
り強度を向上させることができる。該処理は具体
的には本発明の金属を900〜1150℃程度から急冷
した場合には約100Kgｆ／mm2以下の強度が発現さ
れるが500〜700℃で１〜20時間程度保持すること
により該化合物が折出して約100Kgｆ／mm2以上の
強度となる。したがつて本発明の金属とセラミク
スとの接合を強度が低い状態で行い接合時に発生
する応力を低く抑えてセラミクス側の破損を防止
し、接合後に上記したような加熱によつて適当な
折出処理を行い、接合構造の強度を高めることが
可能である。 本発明の接合構造の一方を構成するセラミクス
は本発明金属と熱膨張係数において大巾な差がな
いものを用いる。即ち該セラミクスとしては20℃
〜300℃までの平均熱膨張係数が12×10-6／℃以
下のものが選択される。このようなセラミクスと
して例えばAl2O3，ZrO2，SiC，ZrC，TiN，
ZrN，Si3N4等が例示される。 〔発明の効果〕 本発明は上記したような構成・作用を有するか
ら本発明の金属の熱膨張係数がセラミクスに近い
ものでありしかも強度、耐食性および耐酸化性が
充分に大であり、本発明の金属をセラミクスと他
の金属との接合部における中間層として用いた場
合、中間層の厚みを充分大きくしても接合構造全
体の強度は低下することがない。 実施例 １ 縦横10×10mm、長さ25mmの普通焼結SiC焼結体
の端面を研摩後、Moを主体とするペーストを塗
布し真空中で1650℃に加熱することによりメタラ
イズを施こし接合用試験片を得た。 一方上記試験片と同一形状、即ち縦横10×10
mm、長さ25mmの金属材料を第１表に示すように各
種用意し、上記試験片と上記金属材料とを0.1mm
厚の銀ロウ板および適当な金属緩衝層を介して真
空ホツトプレス装置を用いて0.5Kg／cm2の圧力を
かけるとともに850℃に加熱することによつて接
合した。 接合後、上記試験片のワレを調べてワレのない
ものについて縦横５×５mm、長さ50mmの試料を削
り出し、該試料について上部スパン10mm、下部ス
パン30mm、一接合部を上部スパンの中央にして４
点折曲げ試験を行い強度を測定した。 更に上記金属材料単独での引張り試験を行いそ
の強度を測定した。また20〜500℃の範囲におけ
る平均のαを測定した。 以上の試験の結果を第１表に示す。表中〇はワ
レがなく×はワレが存在した場合を示す。
【表】
第１表によれば本実施例１の試料は接合後にお
いてワレの発生を見ず強度も高いことが明らかで
ある。 比較例１、２はNi含有量が本発明の範囲外に
あり、比較例３はSi＋Mn＋Cr＋Mo含有量が本
発明の範囲外にあり、比較例５はTi＋Nb＋Al含
有量が本発明の範囲以上にあり、比較例６、７は
Co含有量が本発明の範囲外にあり、何れも熱膨
張係数が本発明の範囲より大きくなつて接合後に
ワレを発生し、比較例４はTi＋Al含有量が本発
明の範囲以下にあり熱膨張係数は本発明の範囲内
にあるからワレは発生しないが強度が低下する。 実施例 ２ 実施例１と同様なSiC焼結体に第１表に示す本
発明の金属材料No.３の厚さ３mmの層を介し
SUS304を接合する。SiC焼結体と金属材料No.３
および金属材料No.３とSUS304との間は実施例１
と同様に銀ロウにより接合したところSiC焼結体
にはワレは発生しなかつたが、一方金属材料No.３
を介せずして直接SiC焼結体とSUS304とを接合
したものは接合後にワレが発生した。 実施例 ３ 第１図および第２図に示すように円盤状の普通
焼結Si3N4焼結体１に凸部２を設け、その上に金
属層３を鋳造して接合した。即ち該焼結体１の接
合面を実施例１と同様にしてメタライズ処理を行
なつてから鋳型内に挿入し、第１表に示す本発明
の金属材料No.３を温度1470℃において注湯して金
属層３を鋳造したところ焼結体１にはワレが発生
しなかつた。一方第１表に示す比較例No.３、No.４
を用いて同様に焼結体１上に鋳造したところNo.３
では焼結体１側にワレが発生し、No.４では金属層
３側にワレが発生した。
いてワレの発生を見ず強度も高いことが明らかで
ある。 比較例１、２はNi含有量が本発明の範囲外に
あり、比較例３はSi＋Mn＋Cr＋Mo含有量が本
発明の範囲外にあり、比較例５はTi＋Nb＋Al含
有量が本発明の範囲以上にあり、比較例６、７は
Co含有量が本発明の範囲外にあり、何れも熱膨
張係数が本発明の範囲より大きくなつて接合後に
ワレを発生し、比較例４はTi＋Al含有量が本発
明の範囲以下にあり熱膨張係数は本発明の範囲内
にあるからワレは発生しないが強度が低下する。 実施例 ２ 実施例１と同様なSiC焼結体に第１表に示す本
発明の金属材料No.３の厚さ３mmの層を介し
SUS304を接合する。SiC焼結体と金属材料No.３
および金属材料No.３とSUS304との間は実施例１
と同様に銀ロウにより接合したところSiC焼結体
にはワレは発生しなかつたが、一方金属材料No.３
を介せずして直接SiC焼結体とSUS304とを接合
したものは接合後にワレが発生した。 実施例 ３ 第１図および第２図に示すように円盤状の普通
焼結Si3N4焼結体１に凸部２を設け、その上に金
属層３を鋳造して接合した。即ち該焼結体１の接
合面を実施例１と同様にしてメタライズ処理を行
なつてから鋳型内に挿入し、第１表に示す本発明
の金属材料No.３を温度1470℃において注湯して金
属層３を鋳造したところ焼結体１にはワレが発生
しなかつた。一方第１表に示す比較例No.３、No.４
を用いて同様に焼結体１上に鋳造したところNo.３
では焼結体１側にワレが発生し、No.４では金属層
３側にワレが発生した。
第１図は実施例３の接合構造を示す斜視図、第
２図はその断面図である。 図中、１……焼結体、３……金属層。
２図はその断面図である。 図中、１……焼結体、３……金属層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 20℃〜300℃までの平均熱膨張係数が12×
10-6／℃以下のセラミクスと、Ni32〜45重量％、
Ｃ＜0.05重量％、Cr0.1〜４重量％、Mo0.1〜２重
量％、Si＋Mn＋Cr＋Mo＜５重量％、Co8〜20重
量％、Ti＋Nb＋Ta＋Al1〜10重量％、残余はFe
および不可避的不純物である組成を有する金属と
を接合したことを特徴とする接合構造。 ２ 20℃〜300℃までの平均熱膨係数が12×
10-6／℃以下のセラミクスと、Ni32〜45重量％、
Ｃ＜0.05重量％、Cr0.1〜４重量％、Mo0.1〜２重
量％、Si＋Mn＋Cr＋Mo＜５重量％、Co8〜20重
量％、Ti＋Nb＋Ta＋Al1〜10重量％、残余はFe
および不可避的不純物である組成を有する金属と
を接合し、更に上記金属側には他の金属を接合し
たことを特徴とする接合構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11392285A JPS61270270A (ja) | 1985-05-27 | 1985-05-27 | 接合構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11392285A JPS61270270A (ja) | 1985-05-27 | 1985-05-27 | 接合構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61270270A JPS61270270A (ja) | 1986-11-29 |
| JPH0579631B2 true JPH0579631B2 (ja) | 1993-11-04 |
Family
ID=14624550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11392285A Granted JPS61270270A (ja) | 1985-05-27 | 1985-05-27 | 接合構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61270270A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5066458A (en) * | 1989-02-22 | 1991-11-19 | Carpenter Technology Corporation | Heat resisting controlled thermal expansion alloy balanced for having globular intermetallic phase |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0627301B2 (ja) * | 1985-04-04 | 1994-04-13 | 東北特殊鋼株式会社 | セラミック接合用の高強度低熱膨張合金 |
-
1985
- 1985-05-27 JP JP11392285A patent/JPS61270270A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61270270A (ja) | 1986-11-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |