JPS60255679A - セラミックスと金属との接合体 - Google Patents
セラミックスと金属との接合体Info
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- JPS60255679A JPS60255679A JP11225684A JP11225684A JPS60255679A JP S60255679 A JPS60255679 A JP S60255679A JP 11225684 A JP11225684 A JP 11225684A JP 11225684 A JP11225684 A JP 11225684A JP S60255679 A JPS60255679 A JP S60255679A
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- ceramic
- metal
- brazing
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- ceramics
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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】
［産業上の利用分野］
本発明はろう付けにより接合されたセラミックスと金属
との接合体に関するものである。
との接合体に関するものである。
し従来技術］
一般にセラミックスは耐熱性、熱衝撃強度、高温時の機
械的強度、耐摩耗性、あるいは高絶縁性等、優れた特性
を有することから、近年種々の分野に利用されつつある
。ところがセラミックスは余り単独で用いられることは
なく、通常、機械部品などにおいて他の材料、例えば金
属等と共に用いられ、その機能を発揮するようされてい
る。
械的強度、耐摩耗性、あるいは高絶縁性等、優れた特性
を有することから、近年種々の分野に利用されつつある
。ところがセラミックスは余り単独で用いられることは
なく、通常、機械部品などにおいて他の材料、例えば金
属等と共に用いられ、その機能を発揮するようされてい
る。
そこで従来より、このセラミックスと金属とを如何にし
て接合すれば強度の高い接合体を得ると。
て接合すれば強度の高い接合体を得ると。
とができるかという研究が進められ゛ている。これはセ
ラミックスの熱膨張係数と接合される金属の熱膨張係数
との違いにより、単なるろう付（ｊにより接合した場合
には、接合後、熱歪による残留応力によってセラミック
スの接合部分が割れ易くなったり、あるいはろう材が外
れ易くなったりするためであるが、従来ではこの対策の
一つとして、セラミックスと金属との間に残留応力を緩
衝するための金属等からなる緩衝層を設け、ろう付けを
行なう方法が用いられている。
ラミックスの熱膨張係数と接合される金属の熱膨張係数
との違いにより、単なるろう付（ｊにより接合した場合
には、接合後、熱歪による残留応力によってセラミック
スの接合部分が割れ易くなったり、あるいはろう材が外
れ易くなったりするためであるが、従来ではこの対策の
一つとして、セラミックスと金属との間に残留応力を緩
衝するための金属等からなる緩衝層を設け、ろう付けを
行なう方法が用いられている。
ところが、このようにしてセラミックスと金属とを緩衝
層を介してろう付けにより接合した場合であっても、そ
のろう材が接合面以外の場所、例えば接合部分周囲に残
っているような場合には、ろう材とセラミックスとの熱
膨張係数の違いにより接合後ろう材がセラミックス今周
囲から締め付けることとなり、結局セラミックス自体に
残留応力が加わり、割れ易くなってしまうという問題が
あった。
層を介してろう付けにより接合した場合であっても、そ
のろう材が接合面以外の場所、例えば接合部分周囲に残
っているような場合には、ろう材とセラミックスとの熱
膨張係数の違いにより接合後ろう材がセラミックス今周
囲から締め付けることとなり、結局セラミックス自体に
残留応力が加わり、割れ易くなってしまうという問題が
あった。
［発明の目的］
そこで本発明は、セラミックスの残留応力を少しでも緩
和して、強度の高いセラミックスと金属との接合体を提
供することを目的としている。
和して、強度の高いセラミックスと金属との接合体を提
供することを目的としている。
［発明の構成］
かかる目的を達するための本発明の構成は、セラミック
スと金属とをろう付けにより接合したセラミックスと金
属との接合体において、接合後、上配ろう付けによる接
合部分の外周部を、少なくとも上記セラミックスの接合
面以外にろう材が接触しないよう削り加工してなること
を特徴とするセラミックスと金属との接合体を要旨とし
ている。
スと金属とをろう付けにより接合したセラミックスと金
属との接合体において、接合後、上配ろう付けによる接
合部分の外周部を、少なくとも上記セラミックスの接合
面以外にろう材が接触しないよう削り加工してなること
を特徴とするセラミックスと金属との接合体を要旨とし
ている。
ここでセラミックスとしては窒化珪素、ジルコニア、ア
ルミナ、炭化珪素等、通常用いられるセラミックスであ
れば何でもよく、また金属においても同様である。
ルミナ、炭化珪素等、通常用いられるセラミックスであ
れば何でもよく、また金属においても同様である。
次にろう材としては銀糸、ニッケル系、銅系、アルミニ
ウム系等、通常用いられるものであれば何でもよく、そ
のろう付は方法としては、例えば、真空中で金属を強熱
して、その時発生する蒸気をセラミックスの接合面に蒸
着するといった蒸着方法により接合面を一旦金属化し、
その後上記ろう材を用いてろう付けを行なう方法とか、
あるいはチタン、ジルコニウム等の活性金属と、銀、銅
、ニッケル等の金属とを主成分とした金属混合物をセラ
ミックスの接合面に塗布し、非酸化雰囲気にて加熱して
接合面を金属化した後、ろう付けを行なう方法とかが挙
げられる。
ウム系等、通常用いられるものであれば何でもよく、そ
のろう付は方法としては、例えば、真空中で金属を強熱
して、その時発生する蒸気をセラミックスの接合面に蒸
着するといった蒸着方法により接合面を一旦金属化し、
その後上記ろう材を用いてろう付けを行なう方法とか、
あるいはチタン、ジルコニウム等の活性金属と、銀、銅
、ニッケル等の金属とを主成分とした金属混合物をセラ
ミックスの接合面に塗布し、非酸化雰囲気にて加熱して
接合面を金属化した後、ろう付けを行なう方法とかが挙
げられる。
また接合部分においては、単にセラミックスと金属とを
直接ろう付けするのではなく、従来技術の項で述べたよ
うに残留応力緩衝用の緩！Ｉｉ層を設けてもよい。そし
てその接合部分の削り加工としては、例えばダイヤモン
ドホイール等を用いて接合部分の外周部を削ればよいが
、その場合少なくともセラミックスの接合面以外にろう
材が接触しないようにする必要がある。これは例えば第
１図（イ）に示すようにセラミックスａの接合部分外周
部すをろう材Ｃが覆ったり、あるいは第１図（ロ）に示
すようにセラミックスａの接合部分の面取り部分ｄにろ
う材Ｃが接合されていては、接合後のろう材Ｃの冷却に
よりセラミックスａの内部に矢印ｅ方向の応力が残り、
振動等外部の衝撃によってセラミックスａが割れ易くな
ってしまうからである。同図においてｆはセラミックス
ａに接合される金属である。
直接ろう付けするのではなく、従来技術の項で述べたよ
うに残留応力緩衝用の緩！Ｉｉ層を設けてもよい。そし
てその接合部分の削り加工としては、例えばダイヤモン
ドホイール等を用いて接合部分の外周部を削ればよいが
、その場合少なくともセラミックスの接合面以外にろう
材が接触しないようにする必要がある。これは例えば第
１図（イ）に示すようにセラミックスａの接合部分外周
部すをろう材Ｃが覆ったり、あるいは第１図（ロ）に示
すようにセラミックスａの接合部分の面取り部分ｄにろ
う材Ｃが接合されていては、接合後のろう材Ｃの冷却に
よりセラミックスａの内部に矢印ｅ方向の応力が残り、
振動等外部の衝撃によってセラミックスａが割れ易くな
ってしまうからである。同図においてｆはセラミックス
ａに接合される金属である。
［発明の効果］
上記のように構成された本発明の接合体においては、セ
ラミックスの接合面以外に接触されるろう材が取り除か
れるので、ろう材がセラミックスの接合部分の外周部あ
るいは面取り部分から内部方向にセラミックスを締め付
けることはなく、それによる残留応力を取り除くことが
でき、接合体自体の強度を高くすることができる。従っ
て本発明の接合体として、例えばガスタービン部品、タ
ーボチャージ一部品等、高温、高振動の条件で使用され
る内燃機関の周辺部品に適用した場合にも、その強度が
＾く、耐久性があることから、信頼性の高い部品とする
ことができる。
ラミックスの接合面以外に接触されるろう材が取り除か
れるので、ろう材がセラミックスの接合部分の外周部あ
るいは面取り部分から内部方向にセラミックスを締め付
けることはなく、それによる残留応力を取り除くことが
でき、接合体自体の強度を高くすることができる。従っ
て本発明の接合体として、例えばガスタービン部品、タ
ーボチャージ一部品等、高温、高振動の条件で使用され
る内燃機関の周辺部品に適用した場合にも、その強度が
＾く、耐久性があることから、信頼性の高い部品とする
ことができる。
［実施例］
以下本発明の実施例を図面と共に説明する。
本実施例においては、第２図に示す如き、セラミックス
１と金属２を銅板３を介在させてろう材４によりろう付
けした接合体Ａを作成し、その後接合部分を削り加工し
た第３図に示す如き接合体Ｂと上配ろう付けしただけの
接合体Ａとの強度を夫々アイゾツト衝撃試験により測定
した。
１と金属２を銅板３を介在させてろう材４によりろう付
けした接合体Ａを作成し、その後接合部分を削り加工し
た第３図に示す如き接合体Ｂと上配ろう付けしただけの
接合体Ａとの強度を夫々アイゾツト衝撃試験により測定
した。
ここでセラミックス１としては窒化珪素を８６％含有す
るセラミック材を直径１５［ｉｎ］の棒状に焼結したも
のを用い、また金属２としてはセラミックス１と同様に
直径１５し■］のクロムモリブデン鋼ＬＩ Ｉｓ’−８
ＣＭ４３５）からなる金属棒を用いた。そして各々の接
合面には面取り加工を施こし、更にセラミックス１の接
合面にはろう付けがし易いように、ジルコニウム、クロ
ム、銅を夫々０．２ ［μｍ ｌ、０．２ Ｃμｍ ｌ
、Ｏ，’５［μＩｌｌ］の厚さで順次蒸着し、金属化し
た。その後ろう材４に銀７２％、銅２８％の共晶ろうを
用いて９００ ［’Ｃ］の水素炉中にてろう付けを行な
い、上記接合体Ａを得た。また接合休日は上記のように
作成された接合体への接合部分周囲、つまりセラミック
ス１、金属２、銅板３及びろう材４が積層された周囲を
ダイヤモンドホイールを用いて表面あらさ０．５−ｓ以
下に削り加工した。尚セラミックス１と金属２とを介在
する銅板３には板厚２［Ｉ］の銅板を用いた。
るセラミック材を直径１５［ｉｎ］の棒状に焼結したも
のを用い、また金属２としてはセラミックス１と同様に
直径１５し■］のクロムモリブデン鋼ＬＩ Ｉｓ’−８
ＣＭ４３５）からなる金属棒を用いた。そして各々の接
合面には面取り加工を施こし、更にセラミックス１の接
合面にはろう付けがし易いように、ジルコニウム、クロ
ム、銅を夫々０．２ ［μｍ ｌ、０．２ Ｃμｍ ｌ
、Ｏ，’５［μＩｌｌ］の厚さで順次蒸着し、金属化し
た。その後ろう材４に銀７２％、銅２８％の共晶ろうを
用いて９００ ［’Ｃ］の水素炉中にてろう付けを行な
い、上記接合体Ａを得た。また接合休日は上記のように
作成された接合体への接合部分周囲、つまりセラミック
ス１、金属２、銅板３及びろう材４が積層された周囲を
ダイヤモンドホイールを用いて表面あらさ０．５−ｓ以
下に削り加工した。尚セラミックス１と金属２とを介在
する銅板３には板厚２［Ｉ］の銅板を用いた。
上述のようにして接合体Ａ及び接合体Ｂを夫々５個作成
し、これらの接合体を金属２を固定してセラミックス１
の接合面から１０［ｍｍ］の点を打点としてアイゾツト
衝撃試験を行なった結果、接合部分周囲の削り加工を施
こしていない接合体Ａの場合には平均で６．０［ｋｇ−
ＣＩｌｌ］、最小で３゜３［ｋｏ・ｃｎ＋］のアイゾツ
ト衝撃値を得たのに対して、削り加工を施こした接合体
Ｂの場合には平均で７．３ ［ｋｏ−ｃｍ］ 、最小で
６．４［ｋＯ・ｃ、ｍ ］のアイゾツト衝撃値を得た。
し、これらの接合体を金属２を固定してセラミックス１
の接合面から１０［ｍｍ］の点を打点としてアイゾツト
衝撃試験を行なった結果、接合部分周囲の削り加工を施
こしていない接合体Ａの場合には平均で６．０［ｋｇ−
ＣＩｌｌ］、最小で３゜３［ｋｏ・ｃｎ＋］のアイゾツ
ト衝撃値を得たのに対して、削り加工を施こした接合体
Ｂの場合には平均で７．３ ［ｋｏ−ｃｍ］ 、最小で
６．４［ｋＯ・ｃ、ｍ ］のアイゾツト衝撃値を得た。
このことからセラミックスと金属とをろう付けにより接
合した場合、その接合部分周辺を削り加工すると接合体
自体の強度が増すことがわかった。
合した場合、その接合部分周辺を削り加工すると接合体
自体の強度が増すことがわかった。
これは、単にろう付けをしただけの場合には、その接合
面の面取り加工を施こした部分等にろうだ“まりができ
、このろう材の冷却によりセラミックスの接合部分を周
囲から締め付ける応力が加わって強度が弱くなってしま
うからであると考えられる。
面の面取り加工を施こした部分等にろうだ“まりができ
、このろう材の冷却によりセラミックスの接合部分を周
囲から締め付ける応力が加わって強度が弱くなってしま
うからであると考えられる。
そこで次に上記と同様のセラミックス１、金属２、銅板
３及びろう材４を用いて、第４図に示す如くろう材４が
セラミックス１及び金属２の面取り部分を全て覆うよう
にろうだまり部７を多くした接合体Ｃを５個作成し、ア
イゾツト衝撃試験を行なおうとしたが、この場合単に接
合後の冷却のみによってセラミックス１にクラック８が
入ったものが３個も発生してしまった。
３及びろう材４を用いて、第４図に示す如くろう材４が
セラミックス１及び金属２の面取り部分を全て覆うよう
にろうだまり部７を多くした接合体Ｃを５個作成し、ア
イゾツト衝撃試験を行なおうとしたが、この場合単に接
合後の冷却のみによってセラミックス１にクラック８が
入ったものが３個も発生してしまった。
従ってセラミックスと金属との接合体を高い強度となる
ようするためには、ろう付けの際にろうだまりが多くな
らないよう、少ないろう材でろう付けし、その接合部分
を、少なくともろう材がセラミックスの接合面以外の部
分に接触しないよう削り加工すべきであることがわかっ
た。
ようするためには、ろう付けの際にろうだまりが多くな
らないよう、少ないろう材でろう付けし、その接合部分
を、少なくともろう材がセラミックスの接合面以外の部
分に接触しないよう削り加工すべきであることがわかっ
た。
［適用例］
次に本発明の適用例として、本発明をセラミック相と金
属軸とを接合してなるタービン軸に適用した場合につい
て述べる。
属軸とを接合してなるタービン軸に適用した場合につい
て述べる。
まず第５図に示すタービン軸１ｏは、接合部分の削り加
工部１１がガスシール部となるようセラミック軸１２と
金属軸１３とを夫々形成し、前記実施例と同様に銅板１
４を介してろう付けによって接合したタービン軸を示し
ており、また第６図及び第７図に示すタービン軸２０は
、接合部分２１が当該タービン軸２０の軸受−２２より
図示しないコンプレッサ側に位置し、金属軸２３に対し
て耐熱性、耐摩耗性のよいセラミック軸２４が軸受２２
に支持されるよう上記タービン軸１ｏと同様に接合し形
成したタービン軸を示している。尚セラミック軸と金属
軸とを介在する板は銅板の他にもセラミック軸を構成す
るセラミック材からなる薄板を用いてもよい。
工部１１がガスシール部となるようセラミック軸１２と
金属軸１３とを夫々形成し、前記実施例と同様に銅板１
４を介してろう付けによって接合したタービン軸を示し
ており、また第６図及び第７図に示すタービン軸２０は
、接合部分２１が当該タービン軸２０の軸受−２２より
図示しないコンプレッサ側に位置し、金属軸２３に対し
て耐熱性、耐摩耗性のよいセラミック軸２４が軸受２２
に支持されるよう上記タービン軸１ｏと同様に接合し形
成したタービン軸を示している。尚セラミック軸と金属
軸とを介在する板は銅板の他にもセラミック軸を構成す
るセラミック材からなる薄板を用いてもよい。
このようにタービン軸のセラミック軸と金属軸との接合
部分を削り加工した場合、接合部分の熱歪による残留応
力が少なく、強度の高い、耐久性のあるタービン軸とす
ることができるだけでなく、外観上も美しく、その削り
加工部分を例えば上記タービン軸１０のようにガスシー
ル部に用いる・といったこともできるようになる。そし
てこのタービン軸を製造する場合においては、各セラミ
ック軸、金属軸を予め最終形状に仕上げておき、最後に
接合してその接合部分を削り加工すればよい。
部分を削り加工した場合、接合部分の熱歪による残留応
力が少なく、強度の高い、耐久性のあるタービン軸とす
ることができるだけでなく、外観上も美しく、その削り
加工部分を例えば上記タービン軸１０のようにガスシー
ル部に用いる・といったこともできるようになる。そし
てこのタービン軸を製造する場合においては、各セラミ
ック軸、金属軸を予め最終形状に仕上げておき、最後に
接合してその接合部分を削り加工すればよい。
第１図は本発明の作用効果の説明図、第２図ないし第４
図は本発明の実施例を示し、第２図は削り加工前の接合
体Ａを表わす断面図、第３図は削り加工後の接合体Ｂを
表わす断面図、第４図はろう材４を多く使用した場合の
接合体Ｃを表わす断面図、第５図ないし第７図は本発明
をタービン軸に適用した適用例であり、タービン軸の接
合部分を表わす半断面正面図である。 １、ａ・・・セラミックス ２、ｆ・・・金属 ３ ・・・銅板 ４、Ｃ・・・ろう材 代理人 弁理士 足立 勉 他１名 第１図 （イ） （ロ） 第２図 第３図 β八 第４図 第５図 第６図
図は本発明の実施例を示し、第２図は削り加工前の接合
体Ａを表わす断面図、第３図は削り加工後の接合体Ｂを
表わす断面図、第４図はろう材４を多く使用した場合の
接合体Ｃを表わす断面図、第５図ないし第７図は本発明
をタービン軸に適用した適用例であり、タービン軸の接
合部分を表わす半断面正面図である。 １、ａ・・・セラミックス ２、ｆ・・・金属 ３ ・・・銅板 ４、Ｃ・・・ろう材 代理人 弁理士 足立 勉 他１名 第１図 （イ） （ロ） 第２図 第３図 β八 第４図 第５図 第６図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ セラミックスと金属とをろう付けにより接合したセ
ラミックスと金属との接合体において、接合後、上記ろ
う付げによる接合部分の外周部を、少なくとも上記セラ
ミックスの接合面以外にろう材が接触しないよう削り加
工してなることを特徴とするセラミックスと金属との接
合体。 ２ 接合部分に、接合後の残留応力を緩衝するための応
力緩衝層を備えた特許請求の範囲第１項記載のセラミッ
クスと金属との接合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11225684A JPS60255679A (ja) | 1984-05-31 | 1984-05-31 | セラミックスと金属との接合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11225684A JPS60255679A (ja) | 1984-05-31 | 1984-05-31 | セラミックスと金属との接合体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60255679A true JPS60255679A (ja) | 1985-12-17 |
| JPH0371391B2 JPH0371391B2 (ja) | 1991-11-13 |
Family
ID=14582148
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11225684A Granted JPS60255679A (ja) | 1984-05-31 | 1984-05-31 | セラミックスと金属との接合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60255679A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4959258A (en) * | 1987-12-28 | 1990-09-25 | Ngk Insulators, Ltd. | Joined metal-ceramic assembly method of preparing the same |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59111984A (ja) * | 1982-12-17 | 1984-06-28 | 日産自動車株式会社 | セラミツクスと金属との接合構造 |
-
1984
- 1984-05-31 JP JP11225684A patent/JPS60255679A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59111984A (ja) * | 1982-12-17 | 1984-06-28 | 日産自動車株式会社 | セラミツクスと金属との接合構造 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4959258A (en) * | 1987-12-28 | 1990-09-25 | Ngk Insulators, Ltd. | Joined metal-ceramic assembly method of preparing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0371391B2 (ja) | 1991-11-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |