JPS62167265A - 酸化物系セラミツクスと金属との接合体および接合方法 - Google Patents
酸化物系セラミツクスと金属との接合体および接合方法Info
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Landscapes
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- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
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、ジルコニア、アルミナ、シリカ、マグネシア
等の酸化物系セラミックスと鉄、銅、ニッケル、ステン
レス等の金属、合金（本明細書中では合金も含め金属と
記す）との接合体および接合方法に関するものである。
等の酸化物系セラミックスと鉄、銅、ニッケル、ステン
レス等の金属、合金（本明細書中では合金も含め金属と
記す）との接合体および接合方法に関するものである。
酸化物系セラミックスは優れた耐熱、耐食、耐摩耗性を
有しているが、これを有効に利用しようとするとセラミ
ックスの脆性すなわち衝撃に弱いことが難点であり、ｆ
ｒＸ造材として使用する時は靭性の優れている金属と接
合して使用する方が都合の良い場合が多い。逆にこれに
より、この用途も拡大されるものである。
有しているが、これを有効に利用しようとするとセラミ
ックスの脆性すなわち衝撃に弱いことが難点であり、ｆ
ｒＸ造材として使用する時は靭性の優れている金属と接
合して使用する方が都合の良い場合が多い。逆にこれに
より、この用途も拡大されるものである。
酸化物系セラミックスと金属との接合に関しては１種々
研究が行なわれている。すなわち、有機、無機などの接
着剤によるもの、焼きばめなどの機械的な接合の併用な
どもあり、優れた接着剤も開発され、それなりの評価が
なされている。しかしながら、耐熱性などの点で化学反
応、拡散浸透効果による接合、セラミックスの表面に金
属を形成させるいわゆるメタライズ法が注目されている
。
研究が行なわれている。すなわち、有機、無機などの接
着剤によるもの、焼きばめなどの機械的な接合の併用な
どもあり、優れた接着剤も開発され、それなりの評価が
なされている。しかしながら、耐熱性などの点で化学反
応、拡散浸透効果による接合、セラミックスの表面に金
属を形成させるいわゆるメタライズ法が注目されている
。
このメタライズ法は以下のように大別されている。
■ 高融点金属法とも言われるもので、Ｍｏ、 Ｍ。
−Ｍｎ、Ｗ、Ｗ−Ｍｏまたはこれらにカオリン等を添加
し、バインダーと混合し、加湿水素中で１６００℃前後
に加熱しＭｏ、Ｗを浸透させ、これにＮｉメッキ等を行
なって、さらに接合金属とロウ付する方法。
し、バインダーと混合し、加湿水素中で１６００℃前後
に加熱しＭｏ、Ｗを浸透させ、これにＮｉメッキ等を行
なって、さらに接合金属とロウ付する方法。
接合機構はＭｎはＭ ｎ Ｏとなりセラミックス中に溶
は込み、またＭＯは若干酸化されてセラミックス相のガ
ラス相およびＮｉメッキ層に浸透し接合するものである
。
は込み、またＭＯは若干酸化されてセラミックス相のガ
ラス相およびＮｉメッキ層に浸透し接合するものである
。
■ セラミックスと金属との間に容易に反応する中間イ
ンサート材を介在させ、これを介して接合する方法。該
インサート材としては、一般に硫化銅等の銅系化合物と
カオリン等の混合物が知られている。接合に際しては、
上記インサート材をセラミックスと接合する金属との間
に挿入し、インサート材の融点以上の温度に加熱する１
機構的には■の方法では工数がかかるため、■の方法が
注目されている。
ンサート材を介在させ、これを介して接合する方法。該
インサート材としては、一般に硫化銅等の銅系化合物と
カオリン等の混合物が知られている。接合に際しては、
上記インサート材をセラミックスと接合する金属との間
に挿入し、インサート材の融点以上の温度に加熱する１
機構的には■の方法では工数がかかるため、■の方法が
注目されている。
インサート材を使用する方法において、アルミナ系、マ
グネシア系、シリカ系などの酸化物系セラミックスにつ
いては、接合に成功している例は種々報告されている。
グネシア系、シリカ系などの酸化物系セラミックスにつ
いては、接合に成功している例は種々報告されている。
しかし、ＺｒＯ２を９０％以上有するジルコニア系セラ
ミックスに関しては十分な接合強度が得られていない。
ミックスに関しては十分な接合強度が得られていない。
本発明は、アルミナ系、マグネシア系、シリカ系などの
酸化物系セラミックスはもとよりジルコニア系セラミッ
クスついて、該セラミックスと金属との接合体およびそ
の接合方法を提案しようとするものである。
酸化物系セラミックスはもとよりジルコニア系セラミッ
クスついて、該セラミックスと金属との接合体およびそ
の接合方法を提案しようとするものである。
発明者はジルコニアの安定性に着目し、強制還元による
生成相を考慮した結果７重量％でＣａ １５〜８０％、
Ｔｉ１５％以下、残部Ｓｉ、Ａｌのうち１種または２種
および不可避的不純物からなる薄板又は粉末あるいは該
粉末にバインダーを添加したもの等をインサート材とし
て接合すべき酸化物系セラミックスと金属との間に挟み
込み、非酸化性雰囲気中で９００℃以上、該接合すべき
金属の融点以下の温度にて加熱処理をすることにより、
従来強固な接合が難しかったジルコニア系セラミックス
を含め酸化物系セラミックスと金属が前記インサート材
の構成元素と酸化物系セラミックスならびに前記金属の
構成元素を含有する層を介して一体化している接合体を
得ることに成功した。
生成相を考慮した結果７重量％でＣａ １５〜８０％、
Ｔｉ１５％以下、残部Ｓｉ、Ａｌのうち１種または２種
および不可避的不純物からなる薄板又は粉末あるいは該
粉末にバインダーを添加したもの等をインサート材とし
て接合すべき酸化物系セラミックスと金属との間に挟み
込み、非酸化性雰囲気中で９００℃以上、該接合すべき
金属の融点以下の温度にて加熱処理をすることにより、
従来強固な接合が難しかったジルコニア系セラミックス
を含め酸化物系セラミックスと金属が前記インサート材
の構成元素と酸化物系セラミックスならびに前記金属の
構成元素を含有する層を介して一体化している接合体を
得ることに成功した。
本発明においては強力な還元剤であるカルシウムにより
セラミックス表面を還元し、該セラミックスの表面にセ
ラミックスの成分元素である所の金属ないしこれに近い
組織を生じさせ、これとインサート材との化合物により
金属との接合がされるものと予想される。
セラミックス表面を還元し、該セラミックスの表面にセ
ラミックスの成分元素である所の金属ないしこれに近い
組織を生じさせ、これとインサート材との化合物により
金属との接合がされるものと予想される。
酸化物系セラミックス表面を有効に還元しうるものとし
ては、Ｃａ、Ｂｅ、Ｓｒ、Ｙ、希土類元素などが考えら
れるが、Ｃａ以外は取扱いに難点がある。酸化防止策を
講ずれば有効であろう。
ては、Ｃａ、Ｂｅ、Ｓｒ、Ｙ、希土類元素などが考えら
れるが、Ｃａ以外は取扱いに難点がある。酸化防止策を
講ずれば有効であろう。
次に１本発明法における加熱処理条件について説明する
。
。
還元生成するセラミックスの成分元素であるところの金
属ないしこれに近い組織と接合しようとする金属との拡
散のためには９００℃以上の温度が必要となる。また上
限としては接合すべき金属の融点以下とした。
属ないしこれに近い組織と接合しようとする金属との拡
散のためには９００℃以上の温度が必要となる。また上
限としては接合すべき金属の融点以下とした。
加熱雰囲気は、乾燥水素雰囲気、不活性ガス雰囲気、真
空中などインサート材中のＣａが酸化されない雰囲気す
なわち非酸化性雰囲気である事が大切である。
空中などインサート材中のＣａが酸化されない雰囲気す
なわち非酸化性雰囲気である事が大切である。
次に、本発明に使用するインサート材について説明する
。
。
還元生成するセラミックスの成分元素であるところの金
属ないしこれに近い組織と接合しようとする金属との拡
散のためには９００℃以上の温度が必要となること、ま
た加熱処理時における接合反応が起きる以前にインサー
ト材が溶融すると濡れ性の関係で均一な接合を行なうこ
とが出来なくなるので、インサート材の融点は９００℃
以上の必要がある。Ｃａの融点は約８００℃であるが、
これを合金化し、９００℃以上の融点をもたせる事が必
要であり、適当な合金成分として還元性能を考慮してＣ
ａにＳｉ、Ａｌのうちの１種又は２種を適宜添加したも
のが考えられる６本発明においてはインサート材の濡れ
性を考慮し、かつインサート材の融点を極端に高くしな
い重量％で１５％以下の範囲でのＴｉの添加許容するも
のである。
属ないしこれに近い組織と接合しようとする金属との拡
散のためには９００℃以上の温度が必要となること、ま
た加熱処理時における接合反応が起きる以前にインサー
ト材が溶融すると濡れ性の関係で均一な接合を行なうこ
とが出来なくなるので、インサート材の融点は９００℃
以上の必要がある。Ｃａの融点は約８００℃であるが、
これを合金化し、９００℃以上の融点をもたせる事が必
要であり、適当な合金成分として還元性能を考慮してＣ
ａにＳｉ、Ａｌのうちの１種又は２種を適宜添加したも
のが考えられる６本発明においてはインサート材の濡れ
性を考慮し、かつインサート材の融点を極端に高くしな
い重量％で１５％以下の範囲でのＴｉの添加許容するも
のである。
Ｃａ含有量が１５％未満では十分な還元反応が得られず
、また８０％を越えると融点が９００℃以下になり、良
好な接合が出来なくなるので、Ｃａの含有量は１５〜８
０％とした。尚、本発明においては、上記Ｃａ、Ｓｉ、
Ｔｉ以外の元素が含まれていても、Ｃａの強力な還元力
と融点が９００℃以上であれば、その他の元素の存在は
特に問題にならないと考えられる。
、また８０％を越えると融点が９００℃以下になり、良
好な接合が出来なくなるので、Ｃａの含有量は１５〜８
０％とした。尚、本発明においては、上記Ｃａ、Ｓｉ、
Ｔｉ以外の元素が含まれていても、Ｃａの強力な還元力
と融点が９００℃以上であれば、その他の元素の存在は
特に問題にならないと考えられる。
また加熱処理時、わずかな圧力を接合体に加える事も本
発明では考えられ、接合強度向上に寄与する。
発明では考えられ、接合強度向上に寄与する。
本発明を以下実施例に基づき説明する。
実施例１
第１表の試料Ｎｏ、１．２に示す組成の合金を１５０メ
ツシユ以下に粉砕した後、イソプロピルアルコールでペ
ースト状にし、ジルコニアの板に５０ｍｇ／ｄの割合で
塗布した。Ｃａ−Ｓｉ合金を塗布した上にＣｕ板（厚さ
０ 、５ ｍｍ ）を乗せ、１０５０℃、乾燥水素雰囲
気中で２０分保持し接合せしめた。この接合体のＣｕ板
表面にＷ４製のφ１０の棒材を銀ロウ付し、引張試験を
行なったところ、第１表に示したように試料Ｎｏ、１．
２ともに強固に接合しており９ｋｇ／国”、９．５ｋｇ
／ｍｓ”の接合強度を得た。
ツシユ以下に粉砕した後、イソプロピルアルコールでペ
ースト状にし、ジルコニアの板に５０ｍｇ／ｄの割合で
塗布した。Ｃａ−Ｓｉ合金を塗布した上にＣｕ板（厚さ
０ 、５ ｍｍ ）を乗せ、１０５０℃、乾燥水素雰囲
気中で２０分保持し接合せしめた。この接合体のＣｕ板
表面にＷ４製のφ１０の棒材を銀ロウ付し、引張試験を
行なったところ、第１表に示したように試料Ｎｏ、１．
２ともに強固に接合しており９ｋｇ／国”、９．５ｋｇ
／ｍｓ”の接合強度を得た。
また第１表に示す試料Ｎｏ、３（５０Ｃａ−３０Ｓ １
−２０Ｔｉを用いて上記と同様にジルコニアとＣｕの接
合を行なったところ、１０ｋｇ／ａｍ”の接合強度を得
た。
−２０Ｔｉを用いて上記と同様にジルコニアとＣｕの接
合を行なったところ、１０ｋｇ／ａｍ”の接合強度を得
た。
比較例として、第１表の試料Ｎｏ、４に示す、１０％の
Ｃａを含むＣａ−Ｓｉ合金を用いて上記と同じ条件にて
接合を試みたが、接合体は得られなかった。
Ｃａを含むＣａ−Ｓｉ合金を用いて上記と同じ条件にて
接合を試みたが、接合体は得られなかった。
またインサート材としてこれまでに知られているＣｕＯ
（試料Ｎ ｏ 、 ５ ）、ＣｕＳ （試料Ｎｏ、６）
の１５０メツシユ以下の粉末とを混合し、ジルコニアの
板の表面に塗布後、大気中１２５０℃で３０分保持し１
次に該塗布面にＣｕ板（厚さ５ ｔｎ ）を重ね水素雰
囲気中で１０００℃、２０分保持したが、接合体は得ら
れなかった。
（試料Ｎ ｏ 、 ５ ）、ＣｕＳ （試料Ｎｏ、６）
の１５０メツシユ以下の粉末とを混合し、ジルコニアの
板の表面に塗布後、大気中１２５０℃で３０分保持し１
次に該塗布面にＣｕ板（厚さ５ ｔｎ ）を重ね水素雰
囲気中で１０００℃、２０分保持したが、接合体は得ら
れなかった。
第１表
実施例２
第１表の試料Ｎ ｏ 、 ７のＣａを５０％含むＣａ−
Ｓｉ合金を１５０メツシユ以下に粉砕し、イソプロピル
アルコールでペースト状にした後、ジルコニア板に３０
ｍｇ／ｍｍ”の割合で塗布し、更に該塗布面にＮｉ板（
厚さ１ ｎｕ ）を乗せ、水素雰囲気中、１２００℃で
３０分保持し接合体を得た。この接合体は強固に接合さ
れており、実施例１と同様に引張試験を行なった結果、
接合強度は９．３ｋｇ／＋ｍ＋”を示した。
Ｓｉ合金を１５０メツシユ以下に粉砕し、イソプロピル
アルコールでペースト状にした後、ジルコニア板に３０
ｍｇ／ｍｍ”の割合で塗布し、更に該塗布面にＮｉ板（
厚さ１ ｎｕ ）を乗せ、水素雰囲気中、１２００℃で
３０分保持し接合体を得た。この接合体は強固に接合さ
れており、実施例１と同様に引張試験を行なった結果、
接合強度は９．３ｋｇ／＋ｍ＋”を示した。
本発明において接合時にわずかな圧力を加えることによ
り、良好な接合体を得ることが可能であろう。以下にそ
の例を示す。
り、良好な接合体を得ることが可能であろう。以下にそ
の例を示す。
第１表の試料Ｎｏ、６のＣａを５０％含むＣａ−５ｉ合
金を１５０メツシユ以下に粉砕し、イソプロピルアルコ
ールでペースト状にした後、ジルコニア板に３０ｍｇ／
ｌｌ１ｌｌ”の割合で塗布し、更に該塗布面にＮｉ板（
厚さ１ ａｍ ）を乗せ、１５０メツシユ以下に粉砕し
、イソプロピルアルコールでペースト状にした。このペ
ースト状合金をジルコニアの板の表面に３０ｍｇ／ｍｕ
”の割合で塗布し、この上にＣｕ板（厚さ１ ｎｕ ）
を乗せ、２０ｇ／ ｃｄの圧力をかけ、アルゴン雰囲気
中１０５０℃で２０分保持した。得られた接合体につい
て実施例１と同様に引張試験を行なった結果、第１表に
示すように１０ｋｇ／ｍ１１”の接合強度を獲得した。
金を１５０メツシユ以下に粉砕し、イソプロピルアルコ
ールでペースト状にした後、ジルコニア板に３０ｍｇ／
ｌｌ１ｌｌ”の割合で塗布し、更に該塗布面にＮｉ板（
厚さ１ ａｍ ）を乗せ、１５０メツシユ以下に粉砕し
、イソプロピルアルコールでペースト状にした。このペ
ースト状合金をジルコニアの板の表面に３０ｍｇ／ｍｕ
”の割合で塗布し、この上にＣｕ板（厚さ１ ｎｕ ）
を乗せ、２０ｇ／ ｃｄの圧力をかけ、アルゴン雰囲気
中１０５０℃で２０分保持した。得られた接合体につい
て実施例１と同様に引張試験を行なった結果、第１表に
示すように１０ｋｇ／ｍ１１”の接合強度を獲得した。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 酸化物系セラミックスと金属との接合体において重
量％で、Ｃａ１５〜８０％、Ｔｉ１５％以下、残部Ｓｉ
、Ａｌのうち１種または２種および不可避的不純物から
なるインサート材の構成元素と、酸化物系セラミックス
の構成元素ならびに前記金属の構成元素を含む層を介し
て一体化していることを特徴とする酸化物系セラミック
スと金属との接合体。 ２ 酸化物系セラミックスがジルコニアセラミックスで
ある特許請求の範囲第１項記載の酸化物系セラミックス
と金属との接合体。 ３ 酸化物系セラミックスと接合すべき金属との間に、
重量％で、Ｃａ１５〜８０％、Ｔｉ１５％以下、残部Ｓ
ｉ、Ａｌのうち１種または２種および不可避的不純物か
らなるインサート材を挟み、非酸化性雰囲気中で９００
℃以上、前記接合すべき金属の融点以下の温度にて加熱
処理することを特徴とする酸化物系セラミックスと金属
との接合方法。 ４ 酸化物系セラミックスがジルコニアセラミックスあ
る特許請求の範囲第３項記載の酸化物系セラミックスと
金属との接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP710986A JPS62167265A (ja) | 1986-01-16 | 1986-01-16 | 酸化物系セラミツクスと金属との接合体および接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP710986A JPS62167265A (ja) | 1986-01-16 | 1986-01-16 | 酸化物系セラミツクスと金属との接合体および接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62167265A true JPS62167265A (ja) | 1987-07-23 |
Family
ID=11656920
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP710986A Pending JPS62167265A (ja) | 1986-01-16 | 1986-01-16 | 酸化物系セラミツクスと金属との接合体および接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62167265A (ja) |
-
1986
- 1986-01-16 JP JP710986A patent/JPS62167265A/ja active Pending
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