JPS6081072A - 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】 本発明は窒化ケイ素質などの高強度セラミックスとコバ
ールなどの金属との接合方法に関し、詳しくはかかる高
強度セラミックスをエツチング処理した後に特定のメッ
キ層を形成せしめ、その後にこのセラミックスと金属と
をろう付けする接合方法に関する。

窒化ケイ素質、炭化ケイ素質又はサイアロン質の高強度
を有するセラミックスに関する近年の技術開発はめざま
しく、ターボチャージャ、タービンブレード、ラジアン
トチューブ、高温熱交換器など高耐熱性、高耐食性、高
強度性などを必要とされる用途分野への応用が積極的に
検討されている。これらのセラミ−、クスを各種用途に
使用するにあたり、金属軸などの金属部材とセラミック
スとを接合することが必要となる。

従来より、アルミナセラミックスと金属部材とをろう付
けなどにより高強度をもって接合する方法はいくつか知
られている。現在多用されているＮｏ−にｎ法＋ｒ−１
ｒｉ（−Ｍｎ、Ｎｏ、Ｗなどの高融点金属でアルミナセ
ラミックス表面をメタライジングしたのち金属とろう付
けするものであり、活性金属法はＴｉ　、Ｚｒ又はこれ
らを含む合金をアルミナセラミックスと金属との接着剤
とするものであるが、ともに高温還元雰囲気処理が必要
であり、またアルミナセラミックスに代えて窒化ケイ素
質などのセラミックスに対して適用しようとしても充分
な接合強度が得られない。またＮｏ蒸着法、Ｓｉメタラ
イズ法、硫化銅−炭酸銀法、貴金属ブレージング法など
も知られているが、特殊な装置や工程を要したり、高価
な貴金属を必要としたり、窒化ケイ素質などのセラミッ
クスに対しては均一な接着層が得られない、適当なろう
材が得がたい、接着強度が不足するなどの問題点がある
。

さらにアルミナ、ＰＺＴといった酸化物セラミックスに
対し、フッ化水素酸水溶液でエツチングし、ついでフッ
化第１スズ水溶液で鋭敏化処理し、ついで銀塩、パラジ
ウム塩水溶液で活性化処理した後にニッケルの無電解メ
ッキ層を形成せしめるセラミックス上へのパターン形成
方法が知られている（本間芙夫他。

「金属表面技術」第３３巻第８号第２２〜２Ｂ頁）。

しかしかかる方法も、窒化ケイ素質などのセラミックス
に対しては充分な強度をもって金属とろう付は接合する
には好適ではなかった。

本発明者はかかる従来技術の問題点を解決すべく検討を
重ねた上で本発明に到達したものであって、本発明の目
的は前述したような問題点をなくし、充分な強度をもっ
て窒化ケイ素質などのセラミックスと金属とをろう付は
接合する方法を提供することにある。

すなわち本発明は、窒化ケイ素質、炭化ケイ素質又はサ
イアロン質のセラミックスを、エツチング液で処理して
エツチング層厚をｌｏｐａ以上とした後に、該セラミッ
クスの表面にコバルト及び／又はニッケルのメッキ層を
形成せしめ、その後に該セラミックスと金属とをろう材
でろう付けしてなることを特徴とするセラミックスと金
属との接合方法である。

本発明は、窒化ケイ素質、炭化ケイ素質又はサイアロン
質のセラミックスと金属との接合に適用されるものであ
るが、ここでサイアロンとはＳ１６’−ｏ＋ＡＩ＋ｘＯ
ｏ＋Ｎ　Ｂ　−ｔｘ　（０＜αく４．２）なる一般式で
表わされる物質を指すものとされる。かかるセラミック
スのうちでも本発明の接合方法は、常圧焼結法又は反応
焼結法によって得られたセラミックスに適用するのが望
ましい、すなわち他の焼結法、例えば高圧焼結法などに
よって得られたセラミックスにあっては一般にセラミッ
クスの組織が緻密であって、エツチング液による処理が
円滑に進行しにくい場合もあるからである。

なお、これらの窒化ケイ素質などのセラミックスにおい
て、セラミックス原料粉末中に含まれていた不可避的不
純物、焼結助剤などとして添加されたアルミナ分、イツ
トリア分、マグネシア分、ベリリア分、ホウ素分、炭素
分、主成分以外の非酸化物系化合物分など、又は、未反
応原料であるケイ素分、炭素分、炭化ケイ素分などが適
宜少量含有されていてもさしつかえない。

本発明においてはかがるセラミックスをエツチング液で
処理してエツチング液厚を１０終（至）以上とする。エ
ツチング層厚が１０　ｐ、ｍに満たない場合には後述す
るメッキ層とセラミックスとの接合性が充分でなく、ひ
いては金属とセラミックスとの接合強度が不足すること
となる。エツチング層厚は１０　ｐＬｍ以上であれば一
般に層厚が大きいほど接合強度も大きくなるが、あまり
にエツチング層厚を大きくしすぎると、セラミックス自
身の強度が低下してくる。したがってエツチング層厚は
４０〜１００ｇｍとするのが好ましい。

かかるエツチング層厚を得るには各種のエツチング液が
採用でき、るながで、フッ化水素を含有する水溶液、特
にはフッ化水素と塩化水素とを含有する水溶液をエツチ
ング液とするのが望ましい、゛フラ化水素含有水溶液は
他のエツチング液に比べて一般にエツチング速度が大き
くてよく、さらにフッ化水素と塩化水素とを含有する水
溶液にあっては接合に好ましいエツチング層を得ること
ができる。実験の結果によればフッ化水素５〜２０重量
％および塩化水素２〜１０重量％とを含有する水溶液を
エツチング液とした場合にエツチング速度は充分に大き
く、かつ得られる接合体の接合強度なども充分であるこ
とが判明した。

なお、上記のような特定のエツチング層厚を得、かつ、
充分な接合強度を得るには、エツチング液で処理する処
理時間を８〜４８時間とするのが望ましい。処理時間が
これより短いと所望のエツチング層厚が得られない場合
が多く、また、これより長いとエツチング層厚が大きく
なりすぎることが多い。

本発明の方法においては、エツチング処理後にセラミッ
クスの表面にコバルト及び／又はニッケルのメッキ層を
形成せしめるが、このメッキ暦形成に先立って、−上ツ
チング処理されたセラミックスを超音波処理することが
望ましい、すなわちエツチング処理によりエツチング液
成分とセラミックスとが反応してセラミックスの表面に
反応生成物が付着するが、この反応生成物は脆く、これ
が残存していると充分な接合強度が得られない、またエ
ツチング層の微細な間隙にはしばしばフッ素イオンなど
のエツチング液成分が残存し、これを残したままメッキ
処理などを行なうと、局部的にエツチングがさらに進行
して好ましくない、そこでエツチング処理されたセラミ
ックスを超音波処理することにより、エツチング液成分
及び反応生成物の洗浄・除去が短時間で確実にできる利
点がある。

メッキ層は電解メッキ層であっても無電解メッキ層であ
ってもよいが、下地の無電解メッキ層とその上に形成さ
れた電解メッキ層とからなるメッキ層とするのが望まし
い、すな小さく、したがってかかるセラミックスに一門
接に電解メッキ層を形成するのは困難である。

一方、無電解メッキ層をかかるセラミックスに直接に形
成するのは容易であるが、−回の無電解メッキ処理によ
り形成されるメッキ層厚は一般に薄く、したがって所望
のメッキ層厚を得るには無電解メッキ処理して下地の無
電解メッキ層を形成し、ついでこの上に電解メッキ処理
による電解メッキ層を形成するのが望ましい。

またメッキ層は全体として２０〜５０ｇｍの厚さである
ことが好ましい。メッキ層厚が２゜ｐ、ｍより薄いと、
ろう付は工程においてメッキ層の全部がろう材と合金化
するために、ろう材とセラミックスとが直接に接触して
充分な接合強度を得がたくなる。またメッキ層厚が５０
ｐ、より厚いとメッキ材消費量が多くなりすぎる。

セラミックスと接合される金属としては適Ｊ バールを採用するのが好ましい０周知のようにコバール
はニッケル２８％前後、コバルト１７％前後、残部鉄か
らなる合金で、上述した窒化ケイ素質などのセラミック
スと膨張係数が比較的近いうえに、加工性もよく、かつ
セラミックスの耐熱性には劣るが、これを活かすに足る
耐熱性を有していて好ましい、ただし、コバールは比較
的高級な合金でもあるので、通常は必要最小限の使用量
とし、このコバール材は、より汎用性のある鋼材などの
金属材と接合又は結合される。

セラミックスとコバールなどの金属とはろう付は接合さ
れる。各種のろう材が採用できるが、銀ろうを用いるこ
とが、コバールなどの金属ともコバルト及び／又はニッ
ケルのメッキ層とも良好に接合できて好ましい。

本発明の接合方法によれば、高温還元雰囲気処理を必要
とせず、蒸着法などのような特殊な装置も必要とせず、
入手や調製の容易な補助材料を要するのみで、窒化ケイ
素質などのセラミ−４スと金属とを充分な強度をもって
接合することができ１例えばターボチャージャなどを構
成するにあたり、従来から困難とされていたセラミック
ス製ロータと金属軸との接合を簡便に実施できるように
するものである。

以下実施例によって本発明をよりくわしく説明する。

実施例１ 径＋２＋ａｍの円柱状頭部を有し、第１図において１で
示されるような断面形状をもつ窒化ケイ素質セラミック
スを常圧焼結法により作成した。このセラミックスをフ
ッ化水素１０１１量％および塩化水素５重量％とを含有
する水溶液に２４時間浸漬した。ついでこれをとりだし
、水中で超音波洗浄処理して、エツチング処理で生成し
たセラミックス表面付着物などを除去し、その後、セラ
ミックスを真空脱気処理した。このセラミックス表面の
エツチング層厚ハ８０ＩＬ、であった。ひきつづきこの
セラミックスにコバルトの無電解メッキを施し、ついで
コバルトの電解メッキを施した。メッキ層厚は３５ｐｍ
であった。ついで第１図において２で示されるような断
面形状をもつコバール製円環の内周と上記セラミックス
の頭部側周とを銀ろう３によりろうイづけ接合した。第
１図に示すようにこの接合体の円環部を鋼製治具４で支
え、セラミックス部に鋼製治具５を介して矢印で示す方
向に荷重を加え、接合体の破断荷重から接合面の剪断強
度を測定したところ剪断強度は１５Ｋｇ重／　＋＋＋ｓ
２であった。

実施例２〜５．比較例１〜３ セラミックス、エツチング液組成、浸漬時間、メッキ層
厚、メッキ金属などを表１の各欄に示すように変えた他
は実施例１と同様にして接合体を作成し、エツチング層
厚、メッキ層厚、剪断強度を測定した。測定結果も表１
に示す。

なお※を付したものは反応焼結法によ−リｌ、”１７他
のセラミックスは常圧焼結法によって得た。

またーを付したものはエツチング処理を行なわなかった
ことを示す、また※※を付したも゛のはメッキ層がセラ
ミックス表面から剥離して剪断強度を測定できなかった
ことを示す。

比較例４ エツチング液による処理に代えてサンドブラスト処理を
行なってセラミックスの表面の約１５川腸を粗くした他
は実施例１と同様にして窒化ケイ素質セラミックスと金
属との接合体を得た。この接合体の剪断強度はｌ−５Ｋ
ｇ／■２であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法で得られた接合体の剪断強度の測
定方法の説明図である。 １：セラミックス ２：円環 ４．５＝鋼製治具 茅／　唄

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、窒化ケイ素質、炭化ケイ素質又はサイアロン質のセ
   ラミックスを、エツチング液で処理してエツチング層厚
   を１０終■以上とした後に。 該セラミックスの表面にコバルト及び／又はニッケルの
   メッキ層を形成せしめ、その後に該セラミックスと金属
   とをろう材でろう付け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方法。 ２、前記セラミックスは常圧焼結法又は反応焼結法によ
   って得られたセラミックスである特許請求の範囲第１項
   の接合方法。 ３、前記エツチング液はフッ化水素を含有する水溶液で
   ある特許請求の範囲第１項又は第２項の接合方法。 ４、　前記エツチング液はフッ化水素と塩化水素と【含
   有する。水溶液である特許請求の範囲第３項の接合方法
   。 ５、前記エツチング層厚を４０〜１００　ＩＬ鵬とした
   特許請求の範囲第１〜４項のいずれかの接合方法。 ６、前記処理するにあたり、処理時間を６〜４８時間と
   する特許請求の範囲第１〜５項のいずれかの接合方法。 ７、　前記メッキ層は無電解メッキ層とその上に形成さ
   れた電解メッキ層とからなる特許請求の範囲！ｓ１〜６
   項のいずれかの接合方法。 ８、前記エツチング層厚を１０ｐｍ以上とした後に、前
   記セラミックスを超音波処理し、ついで該セラミックス
   の表面に前記メッキ層を形成せしめる特許請求の範囲第
   １〜７項のいずれかの接合方法。 ８、前記金属はコバールである特許請求の範囲第１〜８
   項のいずれかの接合方法。 １０、前記ろう材は銀ろうである特許請求の範囲第１〜
   ９項のいずれかの接合方法。