JPH07165475A - セラミックス部材と金属部材の接合体 - Google Patents
セラミックス部材と金属部材の接合体Info
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- JPH07165475A JPH07165475A JP28427194A JP28427194A JPH07165475A JP H07165475 A JPH07165475 A JP H07165475A JP 28427194 A JP28427194 A JP 28427194A JP 28427194 A JP28427194 A JP 28427194A JP H07165475 A JPH07165475 A JP H07165475A
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Landscapes
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- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 如何なる環境下でもまた如何なる形状でも安
定した接合状態が低コストで実現可能なＳｉ 3Ｎ4又はＳ
ｉＣセラミック部材と金属部材の接合体を提供する。 【構成】 ＳｉＮ又はＳｉＣからなるセラミックス部材
１と金属部材３の接合体であって、両者の間に接合層と
して該セラミックス部材側からＡｌ、Ｃｕ、Ａｉ−Ｓ
ｉ、Ｔｉ、Ｎｂのいずれかの軟質金板、超硬合金板２の
２種の板を介在させたセラミックス部材と金属部材の接
合体。
定した接合状態が低コストで実現可能なＳｉ 3Ｎ4又はＳ
ｉＣセラミック部材と金属部材の接合体を提供する。 【構成】 ＳｉＮ又はＳｉＣからなるセラミックス部材
１と金属部材３の接合体であって、両者の間に接合層と
して該セラミックス部材側からＡｌ、Ｃｕ、Ａｉ−Ｓ
ｉ、Ｔｉ、Ｎｂのいずれかの軟質金板、超硬合金板２の
２種の板を介在させたセラミックス部材と金属部材の接
合体。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はセラミックス部材と金
属部材を接合した接合体に関するものである。
属部材を接合した接合体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】Ｓｉ3Ｎ4やＳｉＣなどのセ
ラミックスを自動車部品や耐摩耗用部品あるいは切削工
具として使用する場合、金属と接合することが不可欠で
ある。ところが、Ｓｉ3Ｎ4やＳｉＣなどのセラミックス
は金属と濡れにくいため、該Ｓｉ3Ｎ4やＳｉＣの表面を
メタライズしたり、酸化処理などで表面層の改質を行な
ったのち、加圧下、非酸化性雰囲気で接合を行なってい
た。
ラミックスを自動車部品や耐摩耗用部品あるいは切削工
具として使用する場合、金属と接合することが不可欠で
ある。ところが、Ｓｉ3Ｎ4やＳｉＣなどのセラミックス
は金属と濡れにくいため、該Ｓｉ3Ｎ4やＳｉＣの表面を
メタライズしたり、酸化処理などで表面層の改質を行な
ったのち、加圧下、非酸化性雰囲気で接合を行なってい
た。
【０００３】Ｓｉ3Ｎ4やＳｉＣなどのセラミックスと金
属の接合技術は実験室規模での検討はなされているが、
生産規模、実際の製品での検討は現状ではまだ不充分で
あり、安定して高い強度のえられる接合は得られていな
い。特に複雑形状の場合はバルク・形状の影響を受けや
すいため非常に難しい。
属の接合技術は実験室規模での検討はなされているが、
生産規模、実際の製品での検討は現状ではまだ不充分で
あり、安定して高い強度のえられる接合は得られていな
い。特に複雑形状の場合はバルク・形状の影響を受けや
すいため非常に難しい。
【０００４】
【問題点を解決するための手段】この発明は上述の現状
に鑑みて、如何なる環境下でもまた如何なる形状でも安
定した接合状態が実現可能なＳｉ3Ｎ4又はＳｉＣセラミ
ックス部材と金属部材の接合体について検討の結果、こ
の発明に至ったものである。
に鑑みて、如何なる環境下でもまた如何なる形状でも安
定した接合状態が実現可能なＳｉ3Ｎ4又はＳｉＣセラミ
ックス部材と金属部材の接合体について検討の結果、こ
の発明に至ったものである。
【０００５】即ち、この発明はＳｉ3Ｎ4又はＳｉＣセラ
ミックス部材の一端面に金属部材との接合を助けるため
薄い超硬合金を接合したことを特徴とするものである。
尚、この発明における超硬合金とはＷＣやＴｉＣ等の硬
質炭化物系主成分とこれを結合させるＣｏ等の金属から
構成されるサーメット材である。
ミックス部材の一端面に金属部材との接合を助けるため
薄い超硬合金を接合したことを特徴とするものである。
尚、この発明における超硬合金とはＷＣやＴｉＣ等の硬
質炭化物系主成分とこれを結合させるＣｏ等の金属から
構成されるサーメット材である。
【０００６】この発明の構成はＳｉ3Ｎ4、ＳｉＣなどの
セラミックスと金属部材との間にセラミックス側から順
にＡｌ、Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ、Ｔｉ、Ｎｂのいずれかの軟
質金属板および薄い超硬合金板の２種の介在層を設けて
接合してＳｉ3Ｎ4又はＳｉＣセラミックス部材と金属部
材の接合体とするものであるが、この複合化によってこ
の接合層の超硬合金部を介してセラミックス部材と金属
部材とのロウ付け、半田付け接合を容易にしたものであ
る。
セラミックスと金属部材との間にセラミックス側から順
にＡｌ、Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ、Ｔｉ、Ｎｂのいずれかの軟
質金属板および薄い超硬合金板の２種の介在層を設けて
接合してＳｉ3Ｎ4又はＳｉＣセラミックス部材と金属部
材の接合体とするものであるが、この複合化によってこ
の接合層の超硬合金部を介してセラミックス部材と金属
部材とのロウ付け、半田付け接合を容易にしたものであ
る。
【０００７】また、この発明は熱膨張率の低いＳｉ
3Ｎ4、ＳｉＣとサーメットのうちでも最も熱膨張率の低
い超硬質合金とを組み合わせて接合したことを特徴とす
るものである。このような組み合わせとすることによっ
てこの発明のセラミックス部材と金属部材とを接合する
現場において、ロウ付けやＡｌの鋳込みの等の接合時に
熱が加わるが、この時にこの発明の接合体の場合、セラ
ミックス部材と接合層の超硬合金との間の熱膨張差が小
さいので加熱によって主として発生するＳｉ3Ｎ4／Ｓｉ
Ｃセラミックスと超硬合金の接合層間の応力を小さくす
ることができる。即ち、接合後、再加熱してもＳｉ3Ｎ4
又はＳｉＣセラミックスは外れるおそれが極めて少な
い。
3Ｎ4、ＳｉＣとサーメットのうちでも最も熱膨張率の低
い超硬質合金とを組み合わせて接合したことを特徴とす
るものである。このような組み合わせとすることによっ
てこの発明のセラミックス部材と金属部材とを接合する
現場において、ロウ付けやＡｌの鋳込みの等の接合時に
熱が加わるが、この時にこの発明の接合体の場合、セラ
ミックス部材と接合層の超硬合金との間の熱膨張差が小
さいので加熱によって主として発生するＳｉ3Ｎ4／Ｓｉ
Ｃセラミックスと超硬合金の接合層間の応力を小さくす
ることができる。即ち、接合後、再加熱してもＳｉ3Ｎ4
又はＳｉＣセラミックスは外れるおそれが極めて少な
い。
【０００８】第１図はこの発明のＳｉ3Ｎ4又はＳｉＣセ
ラミックス部材と金属部材の接合中間体Ａの一例として
Ｓｉ3Ｎ4セラミックス１と超硬合金２を接合した状態、
第２図は応用例として、この発明の接合中間体Ａをロッ
カーアーム部材３に現場にてロウ付け接合した状態を示
すものである。
ラミックス部材と金属部材の接合中間体Ａの一例として
Ｓｉ3Ｎ4セラミックス１と超硬合金２を接合した状態、
第２図は応用例として、この発明の接合中間体Ａをロッ
カーアーム部材３に現場にてロウ付け接合した状態を示
すものである。
【０００９】この発明の第１の実施の態様としてはＳｉ
3Ｎ4又はＳｉＣと超硬合金の接合を助けるためＳｉ3Ｎ4
又はＳｉＣと超硬合金板の接合面に軟質金属の介在層を
設け接合を行うことを特徴とする。
3Ｎ4又はＳｉＣと超硬合金の接合を助けるためＳｉ3Ｎ4
又はＳｉＣと超硬合金板の接合面に軟質金属の介在層を
設け接合を行うことを特徴とする。
【００１０】これによってセラミックスＳｉ3Ｎ4、Ｓｉ
Ｃ部と超硬合金部との熱膨張率差で生じる熱応力が当該
軟質金属の塑性変形により吸収されるためセラミックス
部の熱応力による欠陥の発生が防止され強力な接合層が
得られる。
Ｃ部と超硬合金部との熱膨張率差で生じる熱応力が当該
軟質金属の塑性変形により吸収されるためセラミックス
部の熱応力による欠陥の発生が防止され強力な接合層が
得られる。
【００１１】第３図は介在層４にてＳｉ3Ｎ4１と超硬合
金板２を接合した状態の中間体Ｂの１例を示すものであ
る。そしてこの場合介在層としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｌ
−Ｓｉ、Ｔｉ、Ｎｂなどの軟質金属から選ばれた材料と
する。
金板２を接合した状態の中間体Ｂの１例を示すものであ
る。そしてこの場合介在層としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｌ
−Ｓｉ、Ｔｉ、Ｎｂなどの軟質金属から選ばれた材料と
する。
【００１２】さらに超硬合金とＳｉ3Ｎ4又はＳｉＣを接
合するこの発明のより好ましい別の実施態様として、Ｓ
ｉ3Ｎ4又はＳｉＣの表面をスパッタリングしたのち、Ｔ
ｉ、Ｎｂ、Ｚｒなどの活性金属をコーティングし、その
後、前記Ａｌなどの軟質金属を重ねる方法である。
合するこの発明のより好ましい別の実施態様として、Ｓ
ｉ3Ｎ4又はＳｉＣの表面をスパッタリングしたのち、Ｔ
ｉ、Ｎｂ、Ｚｒなどの活性金属をコーティングし、その
後、前記Ａｌなどの軟質金属を重ねる方法である。
【００１３】予め活性金属をＳｉ3Ｎ4、ＳｉＣ表面にコ
ーティングするのはこれらのセラミックス接合界面は金
属との反応性に乏しいため超硬合金との接合をより一層
確実にするためである。
ーティングするのはこれらのセラミックス接合界面は金
属との反応性に乏しいため超硬合金との接合をより一層
確実にするためである。
【００１４】以上の二態様ともに加圧下あるいは無負荷
で加圧することにより接合可能である。
で加圧することにより接合可能である。
【００１５】尚、本発明では、セラミックス部材と金属
部材との接合部間には前記Ａｌなどの軟質金属と超硬合
金のみを介挿し、他の介在物は存在しないようにしてい
るので、接合部の強度は高く保たれ、低コストでの接合
が可能となる。
部材との接合部間には前記Ａｌなどの軟質金属と超硬合
金のみを介挿し、他の介在物は存在しないようにしてい
るので、接合部の強度は高く保たれ、低コストでの接合
が可能となる。
【００１６】
【実施例】以下、この発明を実施例により説明する。
【００１７】実施例１ 外径３０ｍｍ、厚み１０ｍｍのＳｉ3Ｎ4の端面を＃２０
０のダイヤ砥石で研摩した後、炉中で真空下１０-6 Ｔｏ
ｒｒにて排気し、その後炉内が１０-3Ｔｏｒｒになるよ
うにＡｒガスを導入し、スパッタリングを行なった。さ
らにＳｉ3Ｎ4表面にＴｉを０．５μｍコーティングし
た。
０のダイヤ砥石で研摩した後、炉中で真空下１０-6 Ｔｏ
ｒｒにて排気し、その後炉内が１０-3Ｔｏｒｒになるよ
うにＡｒガスを導入し、スパッタリングを行なった。さ
らにＳｉ3Ｎ4表面にＴｉを０．５μｍコーティングし
た。
【００１８】次いで、このＴｉコーティングしたＳｉ 3
Ｎ4と外径３０ｍｍ、厚さ２ｍｍの超硬合金板を合わ
せ、その間に介在層として板厚０．５ｍｍのＡｌ板を挿
入した。この状態でＡｒ気流中６６０〜７００℃で無加
圧下加熱を行なった結果、接合剪断強度１５ｋｇ／ｍｍ
2の強固な接合体が得られた。
Ｎ4と外径３０ｍｍ、厚さ２ｍｍの超硬合金板を合わ
せ、その間に介在層として板厚０．５ｍｍのＡｌ板を挿
入した。この状態でＡｒ気流中６６０〜７００℃で無加
圧下加熱を行なった結果、接合剪断強度１５ｋｇ／ｍｍ
2の強固な接合体が得られた。
【００１９】その後該接合体を２０ｍｍ角の形状に切出
しＡｇロウを用いてロッカーアームにロウ付けを行なっ
た。熱応力による接合部の割れは生じなかった。該Ｓｉ
3Ｎ4複合体は自動車の部品として高性能を示した。
しＡｇロウを用いてロッカーアームにロウ付けを行なっ
た。熱応力による接合部の割れは生じなかった。該Ｓｉ
3Ｎ4複合体は自動車の部品として高性能を示した。
【００２０】実施例２ 実施例１に示した方法で得たＳｉ 3Ｎ 4複合部材をタペッ
トとして鋼部品とロウ付けを行なった。この場合も接合
部の割れはみられなかった。このＳｉ3Ｎ4タペットは耐
摩耗性に優れたもので寿命は従来の鋼タペットの１０倍
以上であった。
トとして鋼部品とロウ付けを行なった。この場合も接合
部の割れはみられなかった。このＳｉ3Ｎ4タペットは耐
摩耗性に優れたもので寿命は従来の鋼タペットの１０倍
以上であった。
【００２１】実施例３ 外径３０ｍｍ、厚さ２０ｍｍのＳｉＣに外径３０ｍｍ、
厚み５ｍｍの超硬合金を実施例１の方法に１００ｋｇ／
ｃｍ2 の加圧を追加した条件で接合した。
厚み５ｍｍの超硬合金を実施例１の方法に１００ｋｇ／
ｃｍ2 の加圧を追加した条件で接合した。
【００２２】該ＳｉＣ複合部材をピストンヘッドにＣｕ
ロウ付けしたところロウ付けによる接合部の熱応力損傷
はみられなかった。この接合部品を自動車エンジン試験
装置にエンジンのピストンヘッドとして取付けて連続運
転を行なったところ破損のおそれもなく使用できること
がわかった。
ロウ付けしたところロウ付けによる接合部の熱応力損傷
はみられなかった。この接合部品を自動車エンジン試験
装置にエンジンのピストンヘッドとして取付けて連続運
転を行なったところ破損のおそれもなく使用できること
がわかった。
【００２３】
【発明の効果】以上、詳述したように、この発明のセラ
ミックスと金属部材の接合体はその超硬合金層を介して
容易に金属部材と接合することができるため、自動車エ
ンジンや耐摩耗部品あるいは切削工具としていた場合セ
ラミックスの優れた特性を利用することが可能となり、
その結果長時間の使用が可能となった。
ミックスと金属部材の接合体はその超硬合金層を介して
容易に金属部材と接合することができるため、自動車エ
ンジンや耐摩耗部品あるいは切削工具としていた場合セ
ラミックスの優れた特性を利用することが可能となり、
その結果長時間の使用が可能となった。
【図１】この発明のセラミックスと金属部材の接合中間
体の一例を示す説明図。
体の一例を示す説明図。
【図２】ロッカーアームに接合中間体をロウ付けした状
態のこの発明のセラミックス部材と金属部材の接合体を
示す説明図。
態のこの発明のセラミックス部材と金属部材の接合体を
示す説明図。
【図３】介在層をもってセラミックスと超硬合金を接合
したこの発明の接合中間体を示す説明図。
したこの発明の接合中間体を示す説明図。
１ セラミックス ２ 超硬合金 ４ 介在層
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｓｉ3Ｎ4又はＳｉＣからなるセラミック
ス部材と金属部材の接合体であって、両者の間に接合層
として該セラミックス部材側からＡｌ、Ｃｕ、Ａｌ−Ｓ
ｉ、Ｔｉ、Ｎｂのいずれかの軟質金属板、超硬合金板の
２種の板を介在させたことを特徴とするセラミックス部
材と金属部材の接合体。 - 【請求項２】 前記特許請求の範囲第１項記載の接合体
において、予め前記セラミックス部材表面をスパッタリ
ングし、さらにＴｉ、Ｎｂ、Ｚｒのいずれかの活性金属
層を設けた後、前記軟質金属板を介在させたことを特徴
とするセラミックス部材と金属部材の接合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28427194A JPH07165475A (ja) | 1994-10-24 | 1994-10-24 | セラミックス部材と金属部材の接合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28427194A JPH07165475A (ja) | 1994-10-24 | 1994-10-24 | セラミックス部材と金属部材の接合体 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP872285A Division JPS61168577A (ja) | 1985-01-21 | 1985-01-21 | セラミツクス複合部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07165475A true JPH07165475A (ja) | 1995-06-27 |
Family
ID=17676373
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28427194A Pending JPH07165475A (ja) | 1994-10-24 | 1994-10-24 | セラミックス部材と金属部材の接合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07165475A (ja) |
-
1994
- 1994-10-24 JP JP28427194A patent/JPH07165475A/ja active Pending
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