JPS60255680A - セラミツクスと金属との拡散接合方法 - Google Patents

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】 （利用分野） この発明は、セラミックスと金属とをインサート材を介
在させて接合する拡散接合方法の改良に関するものであ
る。

（従来技術） 一般にセラミックスは、耐摩耗性、耐熱性、耐食性等に
すぐれており、機械部品、電子部品等への利用は著しい
ものかあ°るが、セラミックスには複雑な形状の部品の
成形、加工が困難であることおよび金属に比べて非常に
高価であることなどの欠点がある。そして、前述の成形
、加工が困難であることに対しては、成形、加工が容易
である金属を成形、加工して得た部品にセラミックスを
接合することによって所望の部品を得ることが行われて
いる。このような接合には拡散接合方法も使用されてお
り、ことにセラミックスと金属との間にインサート材を
介在させて行う拡散接合方法は、強固な接合体が得られ
、かつ経済的であるため非常に有効な方法である。

以下、インサート材は金属であり、部品を形成する金属
と区別するため、それぞれインサート材金属および母材
金属と称する。

しかしながら、接合には高温を必要とするため、接合後
、室温まで冷却すると、セラミックスと母材金属との接
合界面に、熱膨張係数の差による残留応力が発生し、セ
ラミックスの破壊または接合界面での剥離が生じると言
う問題があった。そして、上の高温を作用させると接合
界面に脆性金属間化合物が形成されたり、゛母材金属の
組織変化をおこすという問題があった。

（解決しようとする問題点） この発明は前述のような従来技術の欠点に着目して行わ
れたものであり、セラミックスと母材金属との間にイン
サート材金属を介在させて行う拡散接合方法において、
接合後、セラミックスと金属との接合界面に発生する残
留応力を出来るだけ少なくし、セラミックスの破壊や接
合界面での剥離を防止するとともに、インサート金属と
母材金属の接合界面の脆性金属間化合物の形成を防止し
ようとするものである。

（構　成） この発明によれば、セラミックスとの反応性がよいイン
サート材金属とセラミックスとを高温で拡散接合させて
セラミックス表面の金属化を行なった後、前記接合温度
より低い温度で母材金属と拡散接合する。

（作　用） このようにすると、セラミックスと熱膨張係数に著しい
差のある母材金属は、低温で接合されるので、接合後、
セラミックスに作用する母材金属の熱応力を低減させる
ことができる。また、インサート材金属と母材金属の接
合界面に脆弱な金属間化合物が形成されることや母材金
属の組織変化が防止される。

（実施例） 第１工程において、まず外径　７４期、内径６２朋、厚
さ３朋のシリコンカーバイド焼結体のセラミックスリン
グ１をアセトン叶で１０分間、超音波洗浄した。次に外
径７２絹、内径６４朋、厚さ０，６間の純アルミニウム
（ＪＩＳ　Ａ１０５０）のインサート材金属２をアセト
ンで挿接し、両者を同心的に重ね合わせ、約１０−４〜
１０−８加圧を６０分間行い、セラミックスリング１と
インサート材金属２の拡散接合による接合体を得た。

第２工程において、まず外径　８５朋、内径６０闘、厚
さ１３闘のステンレス鋼製の金属リング３（母材金属）
をアセトン中で１０分間、超音波洗浄した。次に、第１
工程での接合体のアルミニウム面をワイヤーブラシでこ
すった後、この面において金属リング３と同心的に重ね
合わせ、約１Ｑ　”−ＩＱ−３Ｔｏｒｒの真空中、温度
５２０℃で２ｋｇ／ＭＭの加圧を６０分間、行なった。

この結果、セラミックス／アルミニウム／ステンレス鋼
の良好な接合体が得られ、室温に冷却してもセラミック
スの破壊および接合界面での剥離は起らなかった。

すなわち、シリコンカーバイド焼結体、アルミニウム、
ステンレス鋼の接合を、シリコンカーバイド焼結体とア
ルミニウムの最適接合温度で一挙に行うのでなく、シリ
コンカーバイド焼結体とアルミニウムを最適接合温度６
２０℃で接合する第１工程と、第１工程で得られた接合
体をその金属化表面のアルミニウムにおいてステンレス
鋼ト好まし、い接合温度５２０℃で接合する第２工程に
分けて接合するようにしたので、接合界面での残留応力
の発生が防止される。

このため、接合後、室温に冷却したときにシリコンカー
バイド焼結体の破壊や接合界面での剥離が起らない。ま
た、５４０℃以上で形成されるＦｅＡｌ２、ＦｅＡ＃５
などの脆性金属間化合物の生成が防止されるので接合強
度が大になる。

（他の実施例） 他の実施例として、セラミックスには、アルミナ、マグ
ネシア、ジルコニア、部分安定化ジルコニア、サイアロ
ン等の酸化物系セラミックスおよびシリコンナイトライ
ドなどの非酸化物系セラミックスを使用することができ
る。

また、インサート材金属としてのアルミニウムには、ア
ルミニウム合金ならびに繊維強化アルミニウム合金、ア
ルミニウムクラツド板等のアルミニウム複合材を使用す
ることができる。更に、第１工程でセラミックスと接合
したアルミニウム面どのインサート金属と母材金属との
接合にあたり、別のインサート材金属、例えば銀、銅、
ニッケル、金、マンカン、シリコン等の純金属またはそ
れらの合金を使用してもよく、またこれらをインサート
材とする代りにこれらで母材金属をメッキした後、前述
同様拡散接合することができる。

また、母材金属をステンレス鋼以外の鉄およびその合金
とすることができる。更に、インサート材金属となるよ
うな他の金属とすることもできる。

第１工程におけるインサート材金属は、シート状に限る
ことはなく、薄い板状、箔状であってもよく、接合後の
残留応力を小さくするよう配慮されていることが望まし
い。

また、インサート材金属と母材金属との接合においては
、真空中等で接合直前に機械的または物理化学的方法で
接合面の清浄化を行えば、更傾低温での接゛合が可能に
なる。

また、拡散接合を行う雰囲気は、真空中のほか、不活性
ガス中、還元ガス中または大気中とすることができる。

拡散接合時の加圧力は、約０．５〜５ｋｇ／Ｎｉが望ま
しい。

そしてこれらの他の実施例の作用効果は、最初の実施例
と同様である。

なお、セラミックスとインサート材金属の接合すなわち
セラミックス表面の金属化には、メッキ、蒸着、イオン
ブレーティング、ろう付は等拡散接合以外の方法を使用
することもできる。

また、インサート金属と母材金属の接合にも、ろう付け
、はんだ付けなど拡散接合以外の方法を使用することが
できる。

（効果） 以上の通り、この発明によれば、インサート材を介在さ
せて行うセラミックスと金属との拡散接合方法において
、接合界面に発生する残留応力の減小がはかられるので
、セラミックスの破壊や接合界面での剥離を防止できる
と言う顕著な効果がある。また、接合界面における脆性
金属間化合物の形成が防止されるので、接合強度が犬に
なると言う効果もある。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例を示すものであって、第１図は
側面図、第２図は平面図である。 図面において、１はセラミックスリング、２はインサー
ト材金属（インサート材）、３は金属リングである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 セラミックスと金属とをインサート材を介在させて接合
   する拡散接合方法において、 前記セラミックスと前記インサート材を高温セ接合した
   後、前記インサート材と前記金属を低温で接合して、前
   記セラミックスと金属の接合体を得ることを特徴とする
   拡散接合方法。