JPS60180968A

JPS60180968A - 窒化物系セラミツクスの接合用インサ−ト材

Info

Publication number: JPS60180968A
Application number: JP3478784A
Authority: JP
Inventors: 中尾　嘉邦; 横島　直彦; 西内　摂郎; 堅田　寛治
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1984-02-24
Filing date: 1984-02-24
Publication date: 1985-09-14
Also published as: JPH0571544B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】この発明は窒化物系セラミックス用の接合用インサート
材に関するもので、特にＳｔうＮ４同士、あるいはＳｉ
３Ｎ４と他の金属とを接合するのに用いるインサート材
に係る。

近年におけるセラミックス材料の進歩はめざましく、高
純度の酸化物、炭化物、窒化物、硼化物及び珪化物等を
原料として、より一層高度な性能を有する種々のセラミ
ックスが開発されている。

これらは、天然の原料から製造される従来のセラミック
スに対して、ニューセラミックスと呼ばれ、耐熱用、電
子機器用、光学用等の各種分野において広く活用されて
いる。

ところで、上記のように各種性質の改善されたニューセ
ラミックスにおいても、機械的衝撃及び熱的衝撃に弱い
という共通の欠点があり、この欠点を解消することが望
まれている。この欠点を補い、さらにはセラミックスの
応用分野を拡大するために、セラミックスを他の材料、
例えば金属と接合することが考えられる。現在のところ
、ニューセラミックスの内でも、酸化物系のセラミック
スに関しては、種々の接合法が提案され、また実用化さ
れている。しかしながら、ニューセラミックスの内でも
、ファインセラミックスと呼ばれている窒化物系のセラ
ミックスに関しては、その開発歴史も浅いことから、未
だにその接合方法が確立されていないのが現状である。

この発明は上記に鑑みなれたもので、その目的は、上記
のような窒化物系セラミックス同士を、あるいは窒化物
系セラミックスとＩｎｃｏｎｅｌ等の金属とを、良好な
状態で接合し得るインサート材を提供することにある。

上記目的に沿うこの発明の窒化物系セラミックスの接合
用インサート材は、Ｃｒを２０％〜７０％（重量比率）
含有すると共に、さらに残部にＦｅ及び／又はＮｉを含
有することを特徴とするものとなる。

上記のようなインサート材を、被接合面間に介設して、
１０、〜１０Ｔｏｒｒ程度の真空中、あるいは不活性ガ
ス気中に保持すると共に、若干の加圧（０，２〜０．３
　ｇ　／　＊：程度）を行イ、全体を１３００−１３５
０℃に加熱してインサート材を溶融することによって、
良好な接合部を得ることができる。

Ｃｒを２０〜７０％（重量％以下同じ）としたの・は、
Ｃｒが２０％未満の場合にはセラミックス側に剥離状の
き裂や不完全溶解が発生し、一方Ｃｒが７０％を越えた
場合には融点が著しく高くなり、反応性が悪くなり、良
好な接合部を得ることが出来ないためである。

上記インサート材の残部は、７０％以下の範囲内のＦｅ
と、５〜７０％の範囲内のＮｉとの両者を含有するのが
好末しいが、いずれか一方を単独で用いることもある。

また、上記インサート材の残部にはＦｅ及び／またはＮ
ｉ以外の他の元素、例えばＣ、Ｔｉ、Ｎｂ、■、ＡＩ等
を含むことがある。

次にこの発明のインサート材の具体的な実施例につき、
図面を参照しつつ詳細に説明する。

種々の組成を有するインサート材を用いて接合テストを
行っためで、最初にその際の接合条件について説明する
。なお、試片としては、直径Ｌｏｗ、長さ１０鶴の５ｔ
）Ｎ４製の丸棒を用いた。

まず、試片の接合面間に１０〜５０μ謡程度の厚さのイ
ンサート材を載置し、１０　〜１０　Ｔｏｒｒ程度の真
空容器中に配置すると共に、試片に対して２０ｇ程度の
加圧力を負荷しておく。この常温の状態から、第１図に
示すように、２〜３時間の昇温時間（Ｔｌ）でもって、
１３００〜１３５０℃にまで加熱する。

この温度に達した直後に、あるいはこの温度で２時間以
内の適当な時間（Ｔ２）だけ保持した後に、加熱を停止
して炉内冷却を行う。炉内冷却時間（Ｔ３）は５時間程
度である。なお、上記における１３００〜１３５０℃で
の保持時間は零でもよい訳であるが、インサート材をよ
り一層確実に溶融させるため、加熱作業の安定性を考慮
して、所定時間だけ保持するようにするのが好ましい、
また１、保持時間を２時間より長くしても接合状態に変
化はみられないために、長時間にわたって加熱下に保持
することも可能ではあるが、作業能率を考慮して２時間
以下の時間とするのが好ましい。

第２図には、Ｃｒ−創−Ｆｅ系において、種々の成分を
有するインサート材を用いた接合テストの結果を示す。

図のように、Ｃｒが２０％未満の場合には、セラミック
スに剥離状のき裂が発生し、またＣｒが７０％より多い
場合には、インサート材の融点の上昇に起因する不完全
溶解が発生しており、Ｃｒが２０〜７０％の範囲内のも
のが比較的良好な結果を示すことが明らかである。

第３図には、上記範囲内の成分（Ｃｒ　：　２４％、Ｎ
ｉ：２５％、Ｆｅ　：　５１％）を有するインサート材
を用い、加熱温度１３５０℃、保持時間０分にてＳｉ３
Ｎ４同士を接続した場合の接合部分の顕微鏡写真を示す
。同図に示すように、セラミックスとインサート材との
間に遷移層が形成され、良好な接続状態の得られること
が明らかである。また、第４図には上記継手の剪断強度
のテスト結果を示すが、同図から比較的強度を有する継
手が得られることが明らかでる。

なお、上記のような遷移層の形成されるメカニズム及び
遷移層における具体的な成分分布等につい゛ては明確で
はないが、セラミックス中に含有されていた酸化アルミ
、酸化カリウムがインサート打倒へと拡散すると共に、
インサート打倒からはニッケルがセラミックス側へと拡
散していること、及びセラミックスとインサート材との
境界部にはクロムが比較的多量に存することを確認して
いる。

このことから、上記のような接合は、上記した相互拡散
によって行われると共に、さらに境界部にクロム窒化物
が形成され゛、このクロム窒化物を介してセラミックス
とインサート材との化学的な接合が行われたためであろ
うと推察される。

第１表には、Ｃｒ、　Ｎｉ、　Ｆｅ以外の他の成分（Ｔ
ｉ。

Ｎｂ、　Ｖ、ＡＩ）を含有するインサート材を用いた接
合テストの結果を示す。同表においてＯは接合状態が良
好なもの、×は良好でないものをそれぞゎ示しているが
、同表から、Ｃｒが本発明の範囲門番ご存するインサー
ト材においては、他の成分が存在しても良好な接合状態
の得られることが明らかである。

また上記インサート材（Ｃｒ　：　２３．５％、Ｎｉ　
：　２４．５％、Ｆｅ　：　４８．５％、Ｔｉ：２％、
Ｎｂ　：　１．５％）を用いて、加熱温度１３００℃、
保持時間３０分にてセラミックス同士を接合した場合の
接合部の顕微鏡写真を第５図に、またその場合の継手の
剪断強度のテスト結果を第６図にそれぞれ示すが、これ
から、他の成分を有するインサート材を用いても良好な
接合状態の得られることが明らかである。

以上にこの発明のインサート材の実施例の説明したが、
この発明のインサート材は上記実施例に限られるもので
はなく種々変更して実施することが可能である。例えば
上記においては、セラミックス（Ｓｉ３Ｎ４　）同士を
接合したテスト結果を示したが、インサート材とＩｎｃ
ｏｎｅｌ　７Ｌ３Ｃ等の金属との接合性は良好な訳であ
り、セラミックと金属との間に上記インサート材を介設
することにより、上記と同様に良好な接合状態の得られ
ることを確認している。また、インサート材中へは上記
以外の成分も添加し得ること、及びさらに上記インサー
ト材中には若干の、Ｃ等の不可避不純物が含まれてもそ
の性能に影響を及ぼさないことも確認している。

この発明の窒化物系セラミックスの接合用インサート材
は上記のように構成されたものであり、したがってこの
発明のインサート材を用いれば、従来よりその接合が不
可能とされていた窒化物系セラミックスを、それ同士で
、あるいは他の金属と接合することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のインサート材を用いた接合法での温
度履歴を示すグラフ、第２図はこの発明のインサート材
の成分範囲の一例を示すためのＣｒ−Ｎｒ−Ｆｅ三元系
状％３図、第３図は上記インサート材を用いた接合部の
金属組織を示す図、第４図は前記継手の剪断強度のテス
ト結果を示すグラフ、第５図は他の成分を有するインサ
ート材を用いた接合部の金属組織を示す図、第６図は前
記継手の剪断強度のテスト結果を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

１、Ｃｒを２０％〜７０％（重量比率）含有すると共に
、さらに残部にＦｅ及び／又はＮｉを含有することを特
徴とする窒化物系セラミックスの接合用インサート材。