JPS6096583A - 接合用セラミツクス部材及びその接合方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は接合用セラミックス部材及びその接合方法に係
シ、特に活性金属を利用した接合用セラミックス部材及
びその接合方法に関するものである。

〔従来技術〕

近年、高温高強度構造材料として窒化珪素、炭化珪素、
サイアロンなどの非酸化物セラミックス、あるいは酸化
アルミニウム、酸化ジルコニウムナど、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、ガスタービンのロータ、ディーゼルエンジンのシリ
ンダ、その他高温用機械部品として数多くあるが、いず
れも形状や寸法精度の要求が厳しく、始めから一体のも
のとして成形製作することは困難であることが多い。

このために部分的な製品同志を接着させて、複雑な形状
のものに仕上げる必要があシ、セラミックス同志、ある
いはセラミックスと金属とを強固に接合させる方法の開
発が望まれている。

従来、セラミックス間に接着材を介在させて高温加圧す
るいわゆるホットプレス接合法が、セラミックスの接合
方法として一般的に行われているが、複雑異形の部材の
接着は困難である。

また無機接着材も複数種類のものが開発されつつあり、
日本国内でも各種のものが製造市販されている。しかる
にこれらの無機接着材の多くは、通常、シリカ、アルミ
ナ、あるいはジルコニアを主原料としておシ、耐熱性を
有してはいるものの接着面をはがすような力に対しては
弱いという欠点がある。

またこのような無機接着材よりも接合強度の高い接合方
法として、ろう付法がある。ところでセラミックスをろ
う付する条件としては、ろう材によって被接着物がぬれ
、被接合部材とろう材とが密実に接合することが必要で
あるが、セラミックスとりわけ非酸化物系セラミックス
は一般に溶融物に対する親和性（いわゆるぬれ性）が悪
く、また各種の物質との反応性も低いために必ずしも十
分なろう付強度が得られないのが現状である。

セラミックスとろう材とのぬれ性を改良し、良好な接合
を行なう方法として活性金属法がある。

この方法は非常に活性であるＴｉ、Ｚｒなどと、これと
比較的低融点の合金をっくるＮｉ　、　ＣｕｌＡｇとを
共晶組成になるようにセラミックス部材と相手方部材と
の間に挿入し、真空中または不活性ガス中で、１回の加
熱操作によシ接合する方法である。

この活性金Ｍ法は、１回の加熱操作で接合が完了すると
ともに、サファイアなどの単結晶、その他ｔ１とんどの
セラミックに使用でき便利であるが、Ｔｉ、Ｚｒ等が非
常に活性であることがら極めて酸化されやすく、接合処
理の際にこれらが酸化するのを防ぐために、真空または
不活性ガス雰囲気中で操作しなければならないという問
題点がある。

〔発明の目的〕

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、その
目的とするところは、大気中においても活性金属を用い
てセラミックスを強固に接合することができる接合用セ
ラミックス部材及びその接合方法を提供することにある
。

〔発明の構成〕

この目的を達成するために、本発明はセラミックス部側
の接合予定面に形成する活性金属層を非活性金属層で被
覆し、この非活性金属層によって活性金属の酸素との結
合を防止するようにしたものである。

以下に本発明を図面を参照して詳細に説明する。

第１図ないし一第３図は本発明の接合用セラミックス部
材の実施例を示す断面図である。

本発明の接合用セラミックス部材は、第１図ないし第３
図に示す如くセラミックス部材１の接合予定面に活性金
属の層２が設けられ、さらにこれを被覆する非活性金属
層３が形成されている。

接合予定面に設ける活性金属の層２の活性金属としては
、具体的にはＴｉ、　ＺｒｌＨｆ％Ｔａ、Ｎｂ、Ｃｅ％
Ｌａ、Ｙ等が挙げられ、特にＴｉ、Ｚｒ及びＨｆの第１
Ｖａ族金属、とシわけＴｉ、Ｚｒが好ましい。

活性金属層２を形成させる方法としては特に制限はなく
、スパッタ蒸着あるいは活性金属の箔を取シ付ける等の
方法が好適に採用可能である。特にセラミックス部材ｌ
が多孔質の場合には蒸着によるのが好ましい。このよう
な活性金属層２をスパッタ蒸着によシ形成させる場合に
は、０．５〜２０μｍの層を、また箔を用いる場合には
１０〜１００μｍの箔を用いて形成させるのが好ましい
。

活性金属層２を被覆する非活性金属層３としてはＡｕ、
Ｐｔ、　Ａｇ、　Ｐｄ％Ｒｈ等ｏｌ金Ｒあるいはこれら
の貴金属の合金の層、またはろう材組成の合金等の層が
挙げられる。貴金属としてはコスト面からＡｇが好まし
く、道金属合金としてはろう材組成のＡｇ−Ｃｕ合金が
好ましい。

非活性金属層３を形成させる方法としては特に制限はな
く、スパッタＭＭなどの蒸着、非活性金属箔の圧着、め
っき、溶射、バック処理等が採用し得る。非活性金属層
３は活性金属の酸化を防止するためのものであるので、
活性金属層２を被覆するように形成させる。従って第１
図に示す如く、活性金ＪＩｉ層２とともにセラミックス
部材１全体をＡｇ等の貴金属で被覆するもの、第２図の
如く、活性金属層２の部分のみＡｇ等の貴金属の層を設
け、その他の部分はＡｌ又はステンレス等ｆ）１６３’
を設けて被覆するものでも良い。また非活性金属ＩＮ　
３とセラミックス部材１との接合部１１が密着している
場合には、第３図の如く、活性金属層２のみを被覆する
ものでも良い。第２図、第３図のようにすれば第１図の
ものよりもＡｇ使用量が少なくて足シ、低コスト化しう
る。

非活性金属層３０層厚は、非活性金属の種類、形成方法
等により異なるが、例えばＡｇ層を蒸着等によシ形成す
る場合には１０〜４０μｍの層厚とし、Ａｇ箔を圧着し
て形成する場合には３０〜２００　／ａの箔を用いるの
が好ましい。

非活性金属層３は、活性金属の酸化を極力防止するため
にセラミックス部材１に活性金属層２を形成させた後、
すぐに形成するのが好ましく、また非活性金属層３をパ
ック処理等で形成する場合には、活性金属層２と非活性
金属層３との間な真空ポンプ等で脱気するのが好ましい
。さらに非活性金属層３と活性金属層２との間には、適
当な応力緩和層又はＴｉ　、Ｍｇ　、　Ｃａ等の脱酸剤
を介在させてもよい。

これらの他、予めｒ　ｉ　／　Ａｇ又はＴｉ／Ａｇ−Ｃ
ｕ合金等の活性金属と非活性金属とのクラツド材を形成
させておき、これをセラミックス部材の接合予定面に接
着する方法も採用し得る。

次に本発明の接合方法について第４図ないし第６図を参
照して説明する。

本発明の接合方法は、上述の如き本発明の接合用セラミ
ックス部材を接合する方法であシ、接合予定面に活性金
属の層と活性金属層を被覆する非活性金属の層を形成さ
せた後、これを接合材を介して相手方部材と当接し、加
熱して接合する第１の方法、及び、活性金属層をろう材
組成の層で被覆した後これを相手方部材と当接し加熱し
て接合する第２の方法、を含む。

本発明の接合方法の第１の方法は、例えば第４図の如く
、活性金属層２及び非活性金属層３を形成させたセラミ
ックス部材１同志を、接合材４を介して当接し、加熱し
て接合材４を溶融させて接合するものである。接合材４
としては、ろう材又は非活性金属と融合してろう材組成
となる成分の金属又は合金が挙げられる。ろう材として
は貴金属ろう、特に大気中で（又は必要に応じ簡単なＡ
ｒシールドによシ）使用可能なセルフフラックス型Ａｇ
ろう等が好ましい。非活性金属と融合してろう材組成と
なるものとしては、非活性金属がＡｇの場合にはＣｕ又
はＣｕ合金等が好ましい。

また本発明の接合方法の第２の方法は、第５図の如く活
性金属層２をろう材組成の層５で被覆したセラミックス
部材１同志を当接し、加熱してろう材組成の層５を溶融
させて接合するものである。

この方法においては、ろう材等の接合材を介在させる必
要はないが、これを介在させて接合することは何らさし
つかえない。

第４図及び第５図は、いずれも本発明の方法によりセラ
ミックス部材同志を接合する場合を示すもので、従って
、両部材ともに活性金属層及びこれを被覆する層が設け
られているが、本発明においては、セラミックス部材を
金属部材等の他の相手方部材に接合することも可能であ
る。相手方部材が金属部材の場合には、金属部材には伺
ら処理を施す仁となく、そのまま本発明を適用すること
ができる。

本発明において、セラミックス部材を相手方部材に当接
した後の加熱方法としては、通常採用し得る加熱方法が
いずれも採用可能であるが、高周波誘導加熱とするのが
最も好ましい。

このような本発明の方法は、特に大型の板状セラミック
スの接合にも極めて有効であるが、その場合には、例え
ば第６図に示す如く、活性金属層２及びこれを被覆する
ろう材組成の層５を形成させたセラミックス部材１を金
属等の相手方部材１４に当接し、接合面と反対の側から
高周波コイル１２を有する鉄芯１５を用いて加熱し、接
合を行なうことができる。この鉄芯１５は円盤形状であ
って、中央部の一方には円形の凸部１６が設けられてお
り、前記コイル１２は凸部１６と同心的に巻回配置され
ている。セラミックス部材１と相手方部材１４とを接合
するには、まず両部材を当接した後、鉄芯１５を図の如
くその凸部１６がセラミックス部材１と接する様に配置
する。そして鉄芯１５のコイル１２に通電しろう材組成
の層５を加熱・溶融して接合する。この場合、活性金属
の酸化をより確実に防止するためにノズル１３等により
アルゴンガスＧ等の不活性ガスでシールドするのが好ま
しい。

なお、第６図においては、活性金属層をろう材組成の層
で被覆したセラミックス部材を用いた場合について示し
たが、活性金属層をろう柱以外の金属層で被覆したセラ
ミックス部材の場合においても、セラミックス部材と相
手方部材との間にろう材等の接合材を介在させて、同様
な手法により容易に接合を行なうことができる。

〔発明の実施例〕

以下に本発明を実施例によシ更に具体的に説明するが、
本発明はその要旨を越えない限ル、以下の実施例に限定
されるものではない。

実施例１ 市販のジルコニア板（組成：　ＺｒＯ，−３ｍｏ＃％Ｙ
、０３．大きす：　３０ｍＸ　３０ｍｇＸ　１０ＦＪ　
）を本発明方法によＪ）　ＣｒＭｏ鋼板に接合した。

上記ジルコニア板を表面粗度ＩＳに仕上げた後、洗浄し
、接合面（３０＋ｕｓＸ３０順の面）に５μｍ厚のＴｉ
層を蒸着した。しかる後、Ｔｉ層を全て覆うように１０
μｍ厚のＡｇ層を蒸着した。このようにして１１層及び
Ａｇ層を形成させたジルコニア板の接合面とＣｒＭｏ鋼
板との間に厚さ０．１露の銀ろうシートを介在させて、
第６図に示す方法で大気中にてＡｒシールドをしながら
９００°Ｃに高周波誘導加熱して両者を接合した。

ナオ用イタ銀ろうはＢＡｇ４（Ａｇ　３０ωｔ、％　Ｃ
ｕ　−固に接合された。

実施例２ 実施例１と同じジルコニア板の接合面上に厚さ５μｍの
Ｔｉ層を蒸着し、さらに上記ＢＡｇ４組成の銀ろうシー
トをこのＴｉ層の上に圧着した。

このジルコニア板とＣｒＭｏ鋼板とを実施例１と同様の
方法によって接合したところ極めて強固に接合された。

比較例Ｉ Ｔｉ層上にＡｇ層を被覆させなかった以外は実施例１と
同様にして接合処理を行なったが、ジルコニア板とＣｒ
Ｍｏ鋼板とは接合されなかった。

比較例２ ２と同様にして接合処理を行なった。

その結果ジルコニア板とＣｒＭｏ鋼板とは接合されたが
、その強度は実施例２よりも遥かに低かった。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く、本発明はセラミックス部材に活性金
属層とこれを被覆する非活性金属層を形成するものであ
シ、セラミックス部材とろう材とのぬれ性を改良すると
いう活性金属の特徴を生かすと共に、この活性金属の酸
化を防止するようにしたものであり、極めて強固なセラ
ミックスの接合を、厳密な雰囲気コントロールをするこ
となく、大気中で容易に実施することができる。従って
、超大型部材同志の接合が可能でアシ、また屋外での接
合も可能であシ、接合の作業性が極めて良好である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の接合用セラミックス部材
の実施例を示す断面図、第４図及び第５図は本発明によ
りセラミックス部材同志を接合する方法を説明する断面
図、第６図は本発明により板状セラミックスを相手方部
材に接合する方法を説明する断面図である。 １・・・セラミックス部材、２・・・活性金属層、３・
・・非活性金属層、　４・・・接合材、５・・・ろう材
組成層、　１２・・・高周波コイル、１３・・・ノズル
、　１４・・・相手方部材。 代理人　弁理士　重　野　剛 第１図　第２図 第３図　第４図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （り　セラミックス部材の接合予定面に、活性金属の層
   と該活性金属層を被覆する非活性金属層とを設けてなる
   接合用セラミックス部材。 （２）　前記非活性金属は、貴金属又は貴金属の合金で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の接
   合用セラミックス部材。 （３）　前記非活性金属は、ろう材組成の合金であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の接合用セ
   ラミックス部材。 （４）　セラミックス部材を相手方部材に接合する方法
   において、セラミックス部材の接合予定面に活性金屑の
   層と該活性金属層を被覆する非活性金属の層とを形成し
   た後、接合材を介して相手方部材と当接し、加熱して該
   接合部材を溶融して接合するようにしたことを特徴とす
   るセラミックス部材の接合方法。 （５）前記非活性金属は貴金属又は貴金属の合金であシ
   、前記接合材はろう材であることを特徴とする特許請求
   の範囲第４項に記載の接合方法。 （６）前記非活性金属は貴金属又は貴金属の合金であシ
   、前記接合材は該貴金属又は貴金属の合金と融合してろ
   う材組成となる成分の金属又は合金であることを特徴と
   する特許請求の範囲第４項に記載の接合方法。 （７）　セラミックス部材を相手方部材に接合する方法
   において、セラミックス部材の接合予定面に活性金属の
   層と、該活性金属層を被覆するろう材組成の層とを形成
   した後、相手方部材と当接し加熱して該ろう材組成の層
   を溶融して接合するようにしたことを特徴とするセラミ
   ックス部材の接合方法。