JPS59184776A - セラミツク部材と金属部材との接合方法 - Google Patents
セラミツク部材と金属部材との接合方法Info
- Publication number
- JPS59184776A JPS59184776A JP5962883A JP5962883A JPS59184776A JP S59184776 A JPS59184776 A JP S59184776A JP 5962883 A JP5962883 A JP 5962883A JP 5962883 A JP5962883 A JP 5962883A JP S59184776 A JPS59184776 A JP S59184776A
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- Japan
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- metal
- powder
- bonding
- reaction
- ceramic
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明はセラミック部材と金属部材との接合方法に係り
、特に発熱反応する接合用粉末を用いた上記接合方法に
関する。
、特に発熱反応する接合用粉末を用いた上記接合方法に
関する。
近年高温高強度構造材料として窒化珪素、炭化珪素、サ
イアロン等の非酸化物セラミックス、あるいは酸化アル
ミニウム、酸化ジルコニウム等、いわゆるニューセラミ
ックスが急速にクローズアップされ、多くの研究や開発
がなされている。これらのセラミックスの用途は、ガス
タービンブレードや燃焼器、ディーゼルエンジンのシリ
ンダやピストン、その他高温用機械部品として数多くあ
る。
イアロン等の非酸化物セラミックス、あるいは酸化アル
ミニウム、酸化ジルコニウム等、いわゆるニューセラミ
ックスが急速にクローズアップされ、多くの研究や開発
がなされている。これらのセラミックスの用途は、ガス
タービンブレードや燃焼器、ディーゼルエンジンのシリ
ンダやピストン、その他高温用機械部品として数多くあ
る。
しかして周知の如くセラミックは脆性材料であ９、上記
のニューセラミックスと言えども金属材料に比べれば亀
裂の伝播が速く破断しやすいという基本的な欠点を有し
ている。
のニューセラミックスと言えども金属材料に比べれば亀
裂の伝播が速く破断しやすいという基本的な欠点を有し
ている。
このような問題点を解消すべく、セラミック部材と金属
部材とを複合した素材の開発・利用が種々の分野で推進
されているが、より接合強度が高くしかも接合作業が容
易な接合方法の開発が期待されている。
部材とを複合した素材の開発・利用が種々の分野で推進
されているが、より接合強度が高くしかも接合作業が容
易な接合方法の開発が期待されている。
従来、接合強度の高いセラミックと金属との接合方法と
してろう付方法がある。しかるに従来のろう有力法によ
って接合されたものは、セラミック部材と金属部材との
少なくともろう付予定部近傍部分を全体的に加熱する必
要があるところから接合部に残留応力が負荷され、これ
がために破壊が生じやすいという問題がある。また加熱
装置等の設備が必要でちゃ、このため大型部品の接合等
に対して多くの不都合があった。
してろう付方法がある。しかるに従来のろう有力法によ
って接合されたものは、セラミック部材と金属部材との
少なくともろう付予定部近傍部分を全体的に加熱する必
要があるところから接合部に残留応力が負荷され、これ
がために破壊が生じやすいという問題がある。また加熱
装置等の設備が必要でちゃ、このため大型部品の接合等
に対して多くの不都合があった。
本発明の目的は上記従来技術の問題点を解消し、接合強
度が極めて高いと共に、加熱装置等の設備投資の必要も
なく部品の形状にも制約されにくい工業的に極めて有利
な接合方法を提供することにある。
度が極めて高いと共に、加熱装置等の設備投資の必要も
なく部品の形状にも制約されにくい工業的に極めて有利
な接合方法を提供することにある。
この目的を達成するために本発明は、金属粉末と金属酸
化物の粉末の混合粉末からなり、該金属粉末と金属酸化
物の粉末とは発熱反応するものである接合用粉末音用い
る接合方法であって、金属部材とセラミック部材との間
にろう材および前記接合用粉末を介在させた後、該接合
用粉末の反応を開始させ、この反応熱によってろう材を
浴かして接合することを特徴とするセラミック部材と金
属部材との接合方法全要旨とするものである。
化物の粉末の混合粉末からなり、該金属粉末と金属酸化
物の粉末とは発熱反応するものである接合用粉末音用い
る接合方法であって、金属部材とセラミック部材との間
にろう材および前記接合用粉末を介在させた後、該接合
用粉末の反応を開始させ、この反応熱によってろう材を
浴かして接合することを特徴とするセラミック部材と金
属部材との接合方法全要旨とするものである。
即ち本発明は、発熱反応する接合用粉本とろう材とを用
い、接合用粉末の反応熱でろう材全浴かして接合するよ
うにしたものである。
い、接合用粉末の反応熱でろう材全浴かして接合するよ
うにしたものである。
上記反応は一般的に次式で示される。
ｘＡ−１−ＢｙＯｚ→ＡｘＯｚ−１−ｙＢ＋△Ｈ−・−
−・＝＝ （１）（１）式において、八は金属、Ｂｙ
ｏｚは金属酸化物であジ、ＡｘＯｚは反応で生じた金属
酸化物、Ｂは反応で生じた金属である。首だ△Ｈは反応
熱であシ、この反応熱によってろう材を溶かすのである
。
−・＝＝ （１）（１）式において、八は金属、Ｂｙ
ｏｚは金属酸化物であジ、ＡｘＯｚは反応で生じた金属
酸化物、Ｂは反応で生じた金属である。首だ△Ｈは反応
熱であシ、この反応熱によってろう材を溶かすのである
。
上記金属粉末Ａとしては、単一種類の金属又は合金であ
っても良いし、異なる種類の金属又は合金粉末の混合物
であっても良い。また、複数種類の粉末を混合し、反応
速度を調節することも可能である。
っても良いし、異なる種類の金属又は合金粉末の混合物
であっても良い。また、複数種類の粉末を混合し、反応
速度を調節することも可能である。
金属酸化物ＢｙＯ２としても、単一１Ｓ［ｌｉｊの金＠
酸化物であっても良く、異なる金属酸化物または複酸化
物の混合したものであっても良い。
酸化物であっても良く、異なる金属酸化物または複酸化
物の混合したものであっても良い。
上記（１）式の反応の具体例を次に示す。
０２ Ｂ＋３ＣｕＯ−＋８２０３＋３ Ｃ１１＋△Ｈ・
川面・・・曲・・（２〕・１０Ｂ＋３Ｖ２０ｆｌ→５Ｂ
２０３＋６Ｖ＋ΔＨ・・・曲・・曲・・（３）ψ２ Ａ
ｌ−１−ＭｏＯ３→Ａ１２０３ ＋ＭＯ＋ΔＨ・用四用
・・曲直の’４Ｌｉ＋ＩＶｉｎＯ２→２ＬｉＯ＋Ｍｎ＋
△Ｈ−−・−・−川−・・・−＝（５）−（７，１％）
ｔｉｌ！！！砂（Ｎａ２Ｂ４０７）＋１６．４％ＳｉＯ
２＋６．４％Ｂ＋７０．１％ＣｕＯ→５５３％Ｃｕ＋４
４７％ＭａＯｂ＋△Ｈ−（６）＃２５％Ｍｇ ＋ ５２
．３％Ｎ ４０ ＋ ２２．８％ＭｎＯ２→５９％Ｎｊ
Ｍｎ＋４１％ＭｇＯ＋△Ｈ・曲・四面・・曲・（７）（
６）、（７）式中チは重量係であり、ＭａＯｂは生じた
金属酸化物を一括して示す。
川面・・・曲・・（２〕・１０Ｂ＋３Ｖ２０ｆｌ→５Ｂ
２０３＋６Ｖ＋ΔＨ・・・曲・・曲・・（３）ψ２ Ａ
ｌ−１−ＭｏＯ３→Ａ１２０３ ＋ＭＯ＋ΔＨ・用四用
・・曲直の’４Ｌｉ＋ＩＶｉｎＯ２→２ＬｉＯ＋Ｍｎ＋
△Ｈ−−・−・−川−・・・−＝（５）−（７，１％）
ｔｉｌ！！！砂（Ｎａ２Ｂ４０７）＋１６．４％ＳｉＯ
２＋６．４％Ｂ＋７０．１％ＣｕＯ→５５３％Ｃｕ＋４
４７％ＭａＯｂ＋△Ｈ−（６）＃２５％Ｍｇ ＋ ５２
．３％Ｎ ４０ ＋ ２２．８％ＭｎＯ２→５９％Ｎｊ
Ｍｎ＋４１％ＭｇＯ＋△Ｈ・曲・四面・・曲・（７）（
６）、（７）式中チは重量係であり、ＭａＯｂは生じた
金属酸化物を一括して示す。
本発明においては上記（２）〜（７）式に示される以外
にも各種の組成の接合用粉末が採用できる。、２おこの
組成を決定するに際しては、反応によって生じる酸化物
ＭａＯｂが接合強度全低下させないよう決定するのが好
ましい。壕だこの酸化物ΔＸＯＺが７ラツクス作用を有
するものとなるように組成全選択すれば一層有利である
。このようなどシックス作用ヲ弔するものとしては例え
ばＬｉ（ｈ、Ｂ２０３Ｎａ２ Ｂ４０７等、又はそれら
の複合酸化物などが挙げられる。
にも各種の組成の接合用粉末が採用できる。、２おこの
組成を決定するに際しては、反応によって生じる酸化物
ＭａＯｂが接合強度全低下させないよう決定するのが好
ましい。壕だこの酸化物ΔＸＯＺが７ラツクス作用を有
するものとなるように組成全選択すれば一層有利である
。このようなどシックス作用ヲ弔するものとしては例え
ばＬｉ（ｈ、Ｂ２０３Ｎａ２ Ｂ４０７等、又はそれら
の複合酸化物などが挙げられる。
また反応によって生じた金属Ｂがろう材に対してろう接
金属の強度低下などの不利をもたらさない組成のもの全
選択するのが好ましい。なおろう材を選定するに除して
（ｄ、逆に、反応によって生じた金属Ｂによって上記の
如き不利を受けないもの全選定するのが好捷しい。ただ
しろう材それ自身は各種のものが採用可能であって、銀
ろう、ニッケルろう、銅ろう、パラジウムろう、チタニ
ウムろうなどが採用できる２、 なおろう材として銅系のものを使用した場合には、上記
（２）式や（６）式の反応で生じるＣｕなど銅合金全吸
収するようになる。
金属の強度低下などの不利をもたらさない組成のもの全
選択するのが好ましい。なおろう材を選定するに除して
（ｄ、逆に、反応によって生じた金属Ｂによって上記の
如き不利を受けないもの全選定するのが好捷しい。ただ
しろう材それ自身は各種のものが採用可能であって、銀
ろう、ニッケルろう、銅ろう、パラジウムろう、チタニ
ウムろうなどが採用できる２、 なおろう材として銅系のものを使用した場合には、上記
（２）式や（６）式の反応で生じるＣｕなど銅合金全吸
収するようになる。
ろう材は粉末、シート状のいずれでも良く、また、接合
される金と部材に予めクラッドあるいはバタリング等で
表面に密着処理をさせておいても良い。
される金と部材に予めクラッドあるいはバタリング等で
表面に密着処理をさせておいても良い。
本発明において、接合されるセラミック部材として（弓
何ら限定されるものではないが、反応熱を蓄熱し２やす
いところから熱伝導率の低いものが好適である。捷だ多
孔質、緻密質のいずれでも良いが、少なくとも接合予定
面が多孔質のものであると、投錨効果が発揮されて接合
強度が高いと共に、この多孔質部が接合後に応力緩衝層
として作用し熱的、機械的な応力に対する抵抗性が高い
。捷たこのように少々くとも接合予定面が多孔質である
と、接合時に溶融した金属、酸化物などが気孔中に浸み
込むようになって、不要な酸化物等が接合部外に排出さ
れると共にセラミックと金属との接合間隔が小さくなり
接合強度が高められる。なおセラミック部材の接合予定
面を予めメタライズ処理しておけば、ろう材とのなじみ
が良くなり接合強度が高められる。
何ら限定されるものではないが、反応熱を蓄熱し２やす
いところから熱伝導率の低いものが好適である。捷だ多
孔質、緻密質のいずれでも良いが、少なくとも接合予定
面が多孔質のものであると、投錨効果が発揮されて接合
強度が高いと共に、この多孔質部が接合後に応力緩衝層
として作用し熱的、機械的な応力に対する抵抗性が高い
。捷たこのように少々くとも接合予定面が多孔質である
と、接合時に溶融した金属、酸化物などが気孔中に浸み
込むようになって、不要な酸化物等が接合部外に排出さ
れると共にセラミックと金属との接合間隔が小さくなり
接合強度が高められる。なおセラミック部材の接合予定
面を予めメタライズ処理しておけば、ろう材とのなじみ
が良くなり接合強度が高められる。
本発明において接合される金属部材は何ら限定されるも
のではなく、各種の金属、合金部材が接合可能である。
のではなく、各種の金属、合金部材が接合可能である。
しかして金属部材はそのま壕接合に供し得るが、予めそ
の表面を多孔質化しておいても良い。このように多孔質
化しておけば、上記と同様に、投錨効果、応力緩衝効果
、接合面の間隔を小さくする効果などが奏される。
の表面を多孔質化しておいても良い。このように多孔質
化しておけば、上記と同様に、投錨効果、応力緩衝効果
、接合面の間隔を小さくする効果などが奏される。
しかして本発明は上述の如きセラミック部材と金属部相
との間にろう材と接合用粉末とを介在させておき、この
接合用粉末の発熱反応を開始するのであるが、この反応
を開始する方法としては尚周波誘導加熱手段などによシ
加熱しても良く、あるいは、組成によっては、加圧、着
火、衝撃、摩擦、超音波などの方法を用いても良い。反
応の開始は一部分から始めてもよく、接合面全体で一度
に始めても良い。
との間にろう材と接合用粉末とを介在させておき、この
接合用粉末の発熱反応を開始するのであるが、この反応
を開始する方法としては尚周波誘導加熱手段などによシ
加熱しても良く、あるいは、組成によっては、加圧、着
火、衝撃、摩擦、超音波などの方法を用いても良い。反
応の開始は一部分から始めてもよく、接合面全体で一度
に始めても良い。
また不発明においては、反応熱によりろう材が溶融して
いるときに、セラミック部材と金属部材とを押し付けて
セラミック側及び金属側でのろう材の密着度がよシ高め
られることが期待され、より一層接合強度を高めること
も可能である。
いるときに、セラミック部材と金属部材とを押し付けて
セラミック側及び金属側でのろう材の密着度がよシ高め
られることが期待され、より一層接合強度を高めること
も可能である。
また、接合中に、外部から加熱を行っても良い。
気孔率４０チのジルコニア質のセラミック部材と、炭素
、鋼材（Ｃ０，２％）とを本発明方法に従って接合した
。
、鋼材（Ｃ０，２％）とを本発明方法に従って接合した
。
即ち、ろう材として銀ろう（Ａｇ５７％、Ｃｕ２２飴、
Ｚｎ２１％）なる組成のものを０．３５７／ｄの割合で
鋼材の表面に展開し、次いでＢ：６．４％、ＣｕＯニア
０．１％、硼砂＝７．１％、５ｉＯｚ ： １６．４％
なる組成の接合用粉末’ｋ Ｏ，Ｉ Ｐ／Ｃｎｔ の割
合でろう月の上に展開した。
Ｚｎ２１％）なる組成のものを０．３５７／ｄの割合で
鋼材の表面に展開し、次いでＢ：６．４％、ＣｕＯニア
０．１％、硼砂＝７．１％、５ｉＯｚ ： １６．４％
なる組成の接合用粉末’ｋ Ｏ，Ｉ Ｐ／Ｃｎｔ の割
合でろう月の上に展開した。
次いで尚周波誘導コイルを用いてこの接合面を瞬間的に
加熱すると共に、油圧シリンダｒ用いて２０に９／ｄの
圧力でセラミック部材と金属部材とを押し付けた。
加熱すると共に、油圧シリンダｒ用いて２０に９／ｄの
圧力でセラミック部材と金属部材とを押し付けた。
この状態を５分間保持した彼、加圧を解除した。
その結果セラミック部材と鋼材とは強固に接合している
ことが認められた。
ことが認められた。
以上の通ｐ本発明によれば部材全体全加熱することなく
接合ができるので、残留応力が小でいと共に、部材への
熱的影響が小さい。また本発明の反応熱による加熱は、
セラミックスが断熱性に富むことから、この反応熱が極
めて効果的に接合に利用されることとなる。さらに本発
明方法によれば、局側な加熱装置が不要でわシ、設備投
資の問題が解消され、しかも取扱いも容易である。しか
して接合部位の補修等も現場で行うことが可能であり、
工業的に極め−ご有利である。
接合ができるので、残留応力が小でいと共に、部材への
熱的影響が小さい。また本発明の反応熱による加熱は、
セラミックスが断熱性に富むことから、この反応熱が極
めて効果的に接合に利用されることとなる。さらに本発
明方法によれば、局側な加熱装置が不要でわシ、設備投
資の問題が解消され、しかも取扱いも容易である。しか
して接合部位の補修等も現場で行うことが可能であり、
工業的に極め−ご有利である。
代理人 鵜 沼 辰 ２
（ほか１名）
Claims (4)
- （１）金属粉末と金属酸化物の粉末の混合粉末からなシ
、該金属粉末と金属酸化物の粉末とは発熱反応するもの
である接合用粉末を用いる接合方法であって、金属部材
とセラミック部材との間にろう材および接合用粉末全介
在させた後、該接合用粉末の反応を開始させ、この反応
熱によってろう材を溶かして接合することを特徴とする
セラミックス部材と金属部材との接合方法。 - （２）金属粉末と金属酸化物の粉末とは、発熱反応後に
、フラックス作用を有する金属酸化物を生じさせるもの
である特許請求の範囲第１項記載の接合方法。 - （３） ろう材が溶けている間に金属部材とセラミッ
ク部材とを互いに押し付けることを特徴とする特許請求
の範囲第１項または第２項記載の接合方法。 - （４）接合すべきセラミック部材の表面が、多孔質化処
理及び／又は金属化処理されていることを特徴とする特
許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項に記載
の接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5962883A JPS59184776A (ja) | 1983-04-05 | 1983-04-05 | セラミツク部材と金属部材との接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5962883A JPS59184776A (ja) | 1983-04-05 | 1983-04-05 | セラミツク部材と金属部材との接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59184776A true JPS59184776A (ja) | 1984-10-20 |
| JPS6327309B2 JPS6327309B2 (ja) | 1988-06-02 |
Family
ID=13118684
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5962883A Granted JPS59184776A (ja) | 1983-04-05 | 1983-04-05 | セラミツク部材と金属部材との接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59184776A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0352115U (ja) * | 1989-09-29 | 1991-05-21 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51107307A (ja) * | 1975-03-17 | 1976-09-22 | Urarusukii N Itsusureedowacher | Kanseihinnoseisakuho |
-
1983
- 1983-04-05 JP JP5962883A patent/JPS59184776A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51107307A (ja) * | 1975-03-17 | 1976-09-22 | Urarusukii N Itsusureedowacher | Kanseihinnoseisakuho |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6327309B2 (ja) | 1988-06-02 |
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