JPH0788263B2 - セラミック部材と金属部材の接合構造とその接合方法 - Google Patents
セラミック部材と金属部材の接合構造とその接合方法Info
- Publication number
- JPH0788263B2 JPH0788263B2 JP60226371A JP22637185A JPH0788263B2 JP H0788263 B2 JPH0788263 B2 JP H0788263B2 JP 60226371 A JP60226371 A JP 60226371A JP 22637185 A JP22637185 A JP 22637185A JP H0788263 B2 JPH0788263 B2 JP H0788263B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はセラミック部材に熱応力緩衝材としての銅部材
を介して金属部材を接合した接合構造とその接合方法に
関する。
を介して金属部材を接合した接合構造とその接合方法に
関する。
この接合構造は、例えば自動車のカムシャフトと耐磨耗
性のパッドの接合や、ガスタービンのシャフトと他のシ
ャフトとの接合等に適用することができる。
性のパッドの接合や、ガスタービンのシャフトと他のシ
ャフトとの接合等に適用することができる。
セラミックスの有する耐熱性、断熱性等の特性を活かし
つつ、セラミックスの欠点とされる靱性等を補うため、
あるいはセラミックスと金属の双方の長所を活かすため
に、セラミックスに金属部材を接合する技術が種々検討
されている。
つつ、セラミックスの欠点とされる靱性等を補うため、
あるいはセラミックスと金属の双方の長所を活かすため
に、セラミックスに金属部材を接合する技術が種々検討
されている。
しかしながら、セラミックスと金属では、その熱膨張係
数が大きく異なるため（通常１オーダー程度）、セラミ
ック部材と金属部材を接合すると接合部に大きな熱応力
が発生し、セラミック部材にクラック（亀裂）を生じる
ことがある。そこで、セラミック部材と金属部材を接合
する際には、この熱応力を緩和するため、熱応力緩衝材
（バッファ）としてセラミック部材と金属部材の間に銅
やニッケル等の軟質金属部材を介在させる方法が採られ
ている。
数が大きく異なるため（通常１オーダー程度）、セラミ
ック部材と金属部材を接合すると接合部に大きな熱応力
が発生し、セラミック部材にクラック（亀裂）を生じる
ことがある。そこで、セラミック部材と金属部材を接合
する際には、この熱応力を緩和するため、熱応力緩衝材
（バッファ）としてセラミック部材と金属部材の間に銅
やニッケル等の軟質金属部材を介在させる方法が採られ
ている。
上記の如く、セラミック部材と金属部材の間に熱応力緩
衝材を介在させることにより、熱応力に起因するクラッ
クは大幅に改善される。
衝材を介在させることにより、熱応力に起因するクラッ
クは大幅に改善される。
しかしなが、熱応力緩衝材として銅部材を用いた場合に
は、500℃程度に加熱すると銅の粒界酸化を生じる。こ
のため、500℃以上の高温状態では使用できないという
問題があった。
は、500℃程度に加熱すると銅の粒界酸化を生じる。こ
のため、500℃以上の高温状態では使用できないという
問題があった。
そこで、上記セラミック部材、銅部材、金属部材接合体
を、500℃以上の高温状態で使用できるようにする工夫
が望まれていた。
を、500℃以上の高温状態で使用できるようにする工夫
が望まれていた。
上記問題は、次に述べる本発明のセラミック部材と金属
部材の接合構造とすることによって、またその接続方法
により接続することによって解決される。
部材の接合構造とすることによって、またその接続方法
により接続することによって解決される。
即ち、熱応力緩衝材としての銅部材を介してセラミック
部材に金属部材を真空ろう付けにより接合された接合構
造であって、 銅部材と金属部材の間に介在されるろう材を耐酸化性に
優れたろう材とし、更にこのろう材は少なくとも銅部材
と金属部材の接合面および銅部材の側面を被覆している
ことを特徴としている。
部材に金属部材を真空ろう付けにより接合された接合構
造であって、 銅部材と金属部材の間に介在されるろう材を耐酸化性に
優れたろう材とし、更にこのろう材は少なくとも銅部材
と金属部材の接合面および銅部材の側面を被覆している
ことを特徴としている。
また、熱応力緩衝材としての銅部材を介してセラミック
部材に金属部材を真空ろう付けにより接合する方法であ
って、 セラミック部材と銅部材と金属部材を、ろう材を介して
この順あるいはこれとは逆の順に重ね合わせ、かつ銅部
材と金属部材の間に介装されるろう材を耐酸化性に優れ
たろう材とし、更にこのろう材は銅部材と金属部材の接
合面を被覆するのに必要な量に銅部材の側面を被覆する
のに必要な量を加えた量以上とすること特徴としてい
る。
部材に金属部材を真空ろう付けにより接合する方法であ
って、 セラミック部材と銅部材と金属部材を、ろう材を介して
この順あるいはこれとは逆の順に重ね合わせ、かつ銅部
材と金属部材の間に介装されるろう材を耐酸化性に優れ
たろう材とし、更にこのろう材は銅部材と金属部材の接
合面を被覆するのに必要な量に銅部材の側面を被覆する
のに必要な量を加えた量以上とすること特徴としてい
る。
本発明において、セラミック部材と銅部材の接合には、
例えばCuTiろう材を用いることでき、銅部材と金属部材
の接合には、真空ろう付け用銀ろう（JIS BAG−８）や
真空ろう付け用ニッケルろう（JIS Z3265）等を用いる
ことができる。
例えばCuTiろう材を用いることでき、銅部材と金属部材
の接合には、真空ろう付け用銀ろう（JIS BAG−８）や
真空ろう付け用ニッケルろう（JIS Z3265）等を用いる
ことができる。
本発明においては、銅部材と金属部材との接合に用いる
真空ろう付け用銀ろう等の量を、銅部材と金属部材の接
合面を被覆するのに必要な量に銅部材の側面を被覆する
のに必要な量を加えた量以上とする。このとき、セラミ
ック部材、銅部材、金属部材をこの順に重ね合わせる場
合には、真空ろう付け用銀ろう等は加熱時、重力により
たれて銅部材の表面を覆うが、金属部材、銅部材、セラ
ミック部材の順に重ね合わせる場合には、予め真空ろう
付け用銀ろう等を折り曲げて銅部材と接触させるように
しておくことが必要である。
真空ろう付け用銀ろう等の量を、銅部材と金属部材の接
合面を被覆するのに必要な量に銅部材の側面を被覆する
のに必要な量を加えた量以上とする。このとき、セラミ
ック部材、銅部材、金属部材をこの順に重ね合わせる場
合には、真空ろう付け用銀ろう等は加熱時、重力により
たれて銅部材の表面を覆うが、金属部材、銅部材、セラ
ミック部材の順に重ね合わせる場合には、予め真空ろう
付け用銀ろう等を折り曲げて銅部材と接触させるように
しておくことが必要である。
本発明の接続構造によれば、耐酸化性に優れた真空ろう
付け用銀ろう等のろう材が、銅部材と金属部材の接合面
を被覆するとともに、外気中に露出している銅部材の側
面も被覆している。この結果、高温時における銅の酸化
が抑えられ、700℃程度までセラミック部材、銅部材、
金属部材接合体の使用が可能となる。
付け用銀ろう等のろう材が、銅部材と金属部材の接合面
を被覆するとともに、外気中に露出している銅部材の側
面も被覆している。この結果、高温時における銅の酸化
が抑えられ、700℃程度までセラミック部材、銅部材、
金属部材接合体の使用が可能となる。
また、本発明の接続方法によれば、銅部材と金属部材の
間に介装されるろう材の量を、銅部材と金属部材の接合
面を被覆するのに必要な量に銅部材の側面を被覆するの
に必要な量を加えた量以上としているので、真空ろう付
け時に、余分に設けた真空ろう付け用銀ろう等のろう材
が銅部材の側面を覆うため、銅部材側面を被覆するため
の工程を別途設けることなく、銅部材側面の被覆ができ
る。この結果、高温時における銅の酸化が抑えられ、70
0℃程度までセラミック部材、銅部材、金属部材接合体
の使用が可能となる。
間に介装されるろう材の量を、銅部材と金属部材の接合
面を被覆するのに必要な量に銅部材の側面を被覆するの
に必要な量を加えた量以上としているので、真空ろう付
け時に、余分に設けた真空ろう付け用銀ろう等のろう材
が銅部材の側面を覆うため、銅部材側面を被覆するため
の工程を別途設けることなく、銅部材側面の被覆ができ
る。この結果、高温時における銅の酸化が抑えられ、70
0℃程度までセラミック部材、銅部材、金属部材接合体
の使用が可能となる。
次に、本発明の実施例を図面を参考にして説明する。
ここで、第１図は本発明の実施例に係るセラミック部材
と金属部材の接合方法の概要を示す概略構成図である。
と金属部材の接合方法の概要を示す概略構成図である。
窒化珪素（Si3N4）からなる直方体形状（40mm×16mm×1
0mm）のセラミック部材１と、直方体形状（16mm×10mm
×2mm）の熱応力緩衝材として銅部材２と、鉄鋼（SUS40
3）からなる直方体形状（25mm×16mm×10mm）の金属部
材３を準備した。そして、第１図に示すように、このセ
ラミック部材１と銅部材２と金属部材３を重ね合わせ、
このセラミック部材１と銅部材２の間にCuTiろう材４を
介在させ、また銅部材２と金属部材３の間に真空ろう付
け用銀ろう５を介在させた。このとき、CuTiろう材４
は、セラミック部材１と銅部材２の間に16mm×10mmの範
囲が濡れるように設置し、一方、真空ろう付け用銀ろう
５は、銅部材２と金属部材３の接触面全部と銅部材２の
側面が被覆できるように18mm×12mmの大きさとした。こ
れら全体を真空炉内に入れ、10-4Torr以上の真空中で93
0℃で30分間加熱した後、徐冷した。
0mm）のセラミック部材１と、直方体形状（16mm×10mm
×2mm）の熱応力緩衝材として銅部材２と、鉄鋼（SUS40
3）からなる直方体形状（25mm×16mm×10mm）の金属部
材３を準備した。そして、第１図に示すように、このセ
ラミック部材１と銅部材２と金属部材３を重ね合わせ、
このセラミック部材１と銅部材２の間にCuTiろう材４を
介在させ、また銅部材２と金属部材３の間に真空ろう付
け用銀ろう５を介在させた。このとき、CuTiろう材４
は、セラミック部材１と銅部材２の間に16mm×10mmの範
囲が濡れるように設置し、一方、真空ろう付け用銀ろう
５は、銅部材２と金属部材３の接触面全部と銅部材２の
側面が被覆できるように18mm×12mmの大きさとした。こ
れら全体を真空炉内に入れ、10-4Torr以上の真空中で93
0℃で30分間加熱した後、徐冷した。
この結果得られた金属部材付ラミック部材の接合強度を
調べた。即ち、金属部材３に熱応力緩衝材２の接合面と
平行に荷重を掛け、剪断強度を調べた。この結果、剪断
強度は18kg/mm2であった。このとき、接合面には異常は
なく、熱応力緩衝材２が接合しているセラミック部材１
の一部が破損した。
調べた。即ち、金属部材３に熱応力緩衝材２の接合面と
平行に荷重を掛け、剪断強度を調べた。この結果、剪断
強度は18kg/mm2であった。このとき、接合面には異常は
なく、熱応力緩衝材２が接合しているセラミック部材１
の一部が破損した。
また、高温時における接合強度を調べるため、同様な方
法で製造した金属部材付セラミック部材を700℃の高温
状態に120時間保持したのち、上記と同様な方法で剪断
強度を調べた。この結果、剪断強度は16kg/mm2であっ
た。
法で製造した金属部材付セラミック部材を700℃の高温
状態に120時間保持したのち、上記と同様な方法で剪断
強度を調べた。この結果、剪断強度は16kg/mm2であっ
た。
なお、本実施例で得られた金属部材付セラミック部材の
銅部材は、銀ろうによる被覆層に酸化が認められたもの
の、粒界酸化ほとんど認められなかった。
銅部材は、銀ろうによる被覆層に酸化が認められたもの
の、粒界酸化ほとんど認められなかった。
（比較例） 比較例において、実施例と異なる点は、銅部材２と金属
部材３の接合面積を16mm×10mmとして、銅部材２の側面
にたれる銀ろう５をなくしたことにあり、他は実質的に
実施例と同様にしてセラミック部材１に銅部材２を介し
て金属部材３を接合した。
部材３の接合面積を16mm×10mmとして、銅部材２の側面
にたれる銀ろう５をなくしたことにあり、他は実質的に
実施例と同様にしてセラミック部材１に銅部材２を介し
て金属部材３を接合した。
この結果得られた金属部材付セラミック部材の剪断強度
を調べたところ、18kg/mm2〜20kg/mm2であった。
を調べたところ、18kg/mm2〜20kg/mm2であった。
また、同様な方法で製造した金属部材付セラミック部材
を500℃の高温状態に48時間保持したのち、実施例と同
様な方法で剪断強度を調べたところ、剪断強度は13kg/m
m2であった。
を500℃の高温状態に48時間保持したのち、実施例と同
様な方法で剪断強度を調べたところ、剪断強度は13kg/m
m2であった。
更に、同様な方法で製造した金属部材付セラミック部材
を700℃の高温状態に50時間保持したのち、実施例と同
様な方法で剪断強度を調べたところ、剪断強度は6kg/mm
2まで落ちていた。
を700℃の高温状態に50時間保持したのち、実施例と同
様な方法で剪断強度を調べたところ、剪断強度は6kg/mm
2まで落ちていた。
なお、比較例で得られた金属部材付セラミック部材の銅
部材には、著しい粒界酸化が認められた。
部材には、著しい粒界酸化が認められた。
以上の実施例と比較例から明らかなように、本発明によ
れば、比較例と異なり、700℃という高温においても、
常温における接合強度が維持できることが判る。
れば、比較例と異なり、700℃という高温においても、
常温における接合強度が維持できることが判る。
以上、本発明の特定の実施例について説明したが、本発
明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の
範囲内において種々の実施態様を包含するものである。
明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の
範囲内において種々の実施態様を包含するものである。
以上より、本発明のセラミック部材と金属部材の接合構
造によれば、得られた接合体は、700℃まで使用でき、
適用範囲が大幅に向上する。
造によれば、得られた接合体は、700℃まで使用でき、
適用範囲が大幅に向上する。
また、本発明のセラミック部材と金属部材の接合方法に
よれば、銅部材の側面の被覆が、接合時に同時にできる
ため、工程の簡素化が図れる。
よれば、銅部材の側面の被覆が、接合時に同時にできる
ため、工程の簡素化が図れる。
第１図は本発明の実施例に係るセラミック部材と金属部
材の接合方法の概要を示す概略構成図である。 １……セラミック部材 ２……銅部材（熱応力緩衝材） ３……金属部材 ４……CuTiろう材 ５……真空ろう付け用銀ろう
材の接合方法の概要を示す概略構成図である。 １……セラミック部材 ２……銅部材（熱応力緩衝材） ３……金属部材 ４……CuTiろう材 ５……真空ろう付け用銀ろう
Claims (2)
- 【請求項１】熱応力緩衝材としての銅部材を介してセラ
ミック部材に金属部材を真空ろう付けにより接合された
接合構造であって、 銅部材と金属部材の間に介在されるろう材を耐酸化性に
優れたろう材とし、更にこのろう材は少なくとも銅部材
と金属部材の接合面および銅部材の側面を被覆している
ことを特徴とするセラミック部材と金属部材の接合構
造。 - 【請求項２】熱応力緩衝材としての銅部材を介してセラ
ミック部材に金属部材を真空ろう付けにより接合する方
法であって、 セラミック部材と銅部材と金属部材を、ろう材を介して
この順あるいはこれとは逆の順に重ね合わせ、かつ銅部
材と金属部材の間に介装されるろう材を耐酸化性に優れ
たろう材とし、更にこのろう材は銅部材と金属部材の接
合面を被覆するのに必要な量に銅部材の側面を被覆する
のに必要な量を加えた量以上とすることを特徴とするセ
ラミク部材への金属部材の接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60226371A JPH0788263B2 (ja) | 1985-10-10 | 1985-10-10 | セラミック部材と金属部材の接合構造とその接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60226371A JPH0788263B2 (ja) | 1985-10-10 | 1985-10-10 | セラミック部材と金属部材の接合構造とその接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6287469A JPS6287469A (ja) | 1987-04-21 |
| JPH0788263B2 true JPH0788263B2 (ja) | 1995-09-27 |
Family
ID=16844087
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60226371A Expired - Fee Related JPH0788263B2 (ja) | 1985-10-10 | 1985-10-10 | セラミック部材と金属部材の接合構造とその接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0788263B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0725598B2 (ja) * | 1987-06-22 | 1995-03-22 | 静岡県 | 金属とセラミックスとの接合方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3345219C1 (de) * | 1983-12-14 | 1985-03-21 | Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart | Lötfolie zur spannungsfreien Verbindung von Keramikkörpern mit Metall |
-
1985
- 1985-10-10 JP JP60226371A patent/JPH0788263B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6287469A (ja) | 1987-04-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |