JPS6236076A - 異種材料の結合方法 - Google Patents
異種材料の結合方法Info
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- JPS6236076A JPS6236076A JP17219185A JP17219185A JPS6236076A JP S6236076 A JPS6236076 A JP S6236076A JP 17219185 A JP17219185 A JP 17219185A JP 17219185 A JP17219185 A JP 17219185A JP S6236076 A JPS6236076 A JP S6236076A
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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】
[発明の目的]
(産業上の利用分野)
この発明は、炭素縁fa/炭素複合材料または金属繊維
・度素繊!it/炭素複合材料と耐熱金属材料とを結合
するのに利用される異種材料の結合方法に関するもので
ある。
・度素繊!it/炭素複合材料と耐熱金属材料とを結合
するのに利用される異種材料の結合方法に関するもので
ある。
(従来の技術)
従来、セラミックス等の無機質材料と金属材料とを結合
(接合)する方法としては1例えば、セラミ、ツクスの
表面にメタライジングを施し、必要に応じて金属めっき
を行ったのち、金属とろう付けを行う高融点金属法や、
非常に活性な金属と、この金属と比較的低融点の合金を
つくる金属とを共晶組成となるようにセラミックスと金
属との間に挿入し、真空中または不活性雰囲気中で加熱
する活性金属法や、セラミックスと金属との間に酸化物
ソルダーを入れて加熱する方法などがあった。(セラミ
ックス技術集成、セラミックス材料技術編集委員会線、
昭和54年4月10日発行。
(接合)する方法としては1例えば、セラミ、ツクスの
表面にメタライジングを施し、必要に応じて金属めっき
を行ったのち、金属とろう付けを行う高融点金属法や、
非常に活性な金属と、この金属と比較的低融点の合金を
つくる金属とを共晶組成となるようにセラミックスと金
属との間に挿入し、真空中または不活性雰囲気中で加熱
する活性金属法や、セラミックスと金属との間に酸化物
ソルダーを入れて加熱する方法などがあった。(セラミ
ックス技術集成、セラミックス材料技術編集委員会線、
昭和54年4月10日発行。
第738頁〜第747頁二日木金属学会報第22巻第1
号第3頁〜第7頁)。
号第3頁〜第7頁)。
(発明、が解決しようとする問題点)
このような従来のセラミックス材料と金属材料とを結合
する方法では、ろう材や酸化物ソルダーを使用している
ため、結合部に例えば酸化物ソルダーとしてAl120
3 、CaOを゛主成分とするものを用いたとしてその
融点が約1500℃程度であり、とくに無機質材料とし
て、炭素繊維/炭素複合材料や、金属繊維・炭素繊維/
炭素複合材料のように、耐熱温度が2000°C〜25
00″C以上にも及ぶような材料と高融点金属材料とを
接合する場合には、上記した従来の結合では結合強度の
維持が困難であるという問題点があった。
する方法では、ろう材や酸化物ソルダーを使用している
ため、結合部に例えば酸化物ソルダーとしてAl120
3 、CaOを゛主成分とするものを用いたとしてその
融点が約1500℃程度であり、とくに無機質材料とし
て、炭素繊維/炭素複合材料や、金属繊維・炭素繊維/
炭素複合材料のように、耐熱温度が2000°C〜25
00″C以上にも及ぶような材料と高融点金属材料とを
接合する場合には、上記した従来の結合では結合強度の
維持が困難であるという問題点があった。
この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、結合部における耐熱強度を著しく高くして、
高温の環境においても結合強度を十分に維持することが
でき、結合性と封着性が著しく良好である複合材料と耐
熱金属材料との結合方法を提供することを目的としてい
る。
たもので、結合部における耐熱強度を著しく高くして、
高温の環境においても結合強度を十分に維持することが
でき、結合性と封着性が著しく良好である複合材料と耐
熱金属材料との結合方法を提供することを目的としてい
る。
[発明の構成]
(問題点を解決するための手段)
この発明による繊維複合材料と全屈材ネ4との結合方法
は、炭素繊維/炭素複合材料または金属繊維拳炭素繊?
d1/炭素複合材料と耐熱金属材料とを結合するに際し
、前記複合材おlと耐熱金属材料との間に金属炭化物を
介在させ、前記複合材料と耐熱金属材料とを前記金属炭
化物を介して結合するようにしたことを特徴としている
。
は、炭素繊維/炭素複合材料または金属繊維拳炭素繊?
d1/炭素複合材料と耐熱金属材料とを結合するに際し
、前記複合材おlと耐熱金属材料との間に金属炭化物を
介在させ、前記複合材料と耐熱金属材料とを前記金属炭
化物を介して結合するようにしたことを特徴としている
。
この発明が適用される複合材料は、炭素繊維/炭素複合
材料や、これにTi、Nb、Ta、B等の金属繊維やウ
ィスカーをさらに複合化させた金属繊維・炭素ia維/
炭素複合材料などがある。
材料や、これにTi、Nb、Ta、B等の金属繊維やウ
ィスカーをさらに複合化させた金属繊維・炭素ia維/
炭素複合材料などがある。
これらのうち、炭素繊維としては、ピッチ(石油ピッチ
や石炭ピッチ)系のもの、レイヨン系のもの、PAN系
のものなどが使用される。
や石炭ピッチ)系のもの、レイヨン系のもの、PAN系
のものなどが使用される。
また、前記炭素繊維、金属繊維のマトリックス(母相)
となる炭素としては、カーボンやグラファイトが使用さ
れる。
となる炭素としては、カーボンやグラファイトが使用さ
れる。
そして、炭素#a維/炭素複合材料や、金属繊維・炭素
繊維/炭素複合材料を製造する方法は特に限定されない
が、例えば、カーボン繊維/フェノール、グラファイト
mfa/フェノールからなるFRPを一次焼成によって
炭化あるいは黒鉛化し、さらに高密度化するためにピッ
チ含浸と焼成を繰り返す方法や、カーボン繊維やグラフ
アトta維で編んだ骨材に炭化水素を熱分解して生成す
る炭素を化学的に蒸着(CVD)させる方法などがある
。
繊維/炭素複合材料を製造する方法は特に限定されない
が、例えば、カーボン繊維/フェノール、グラファイト
mfa/フェノールからなるFRPを一次焼成によって
炭化あるいは黒鉛化し、さらに高密度化するためにピッ
チ含浸と焼成を繰り返す方法や、カーボン繊維やグラフ
アトta維で編んだ骨材に炭化水素を熱分解して生成す
る炭素を化学的に蒸着(CVD)させる方法などがある
。
さらにまた、この発明が適用される耐熱金属材料として
は、結合の相手材が炭素(カーボン、グラファイト)系
の複合材料であることから、炭化物を形成しやすい材料
があり、例えば、Ti。
は、結合の相手材が炭素(カーボン、グラファイト)系
の複合材料であることから、炭化物を形成しやすい材料
があり、例えば、Ti。
M o 、 N b 、 T a 、 Z r 、 W
、 Cr 、 Vなどがある。また、そのほかの金属
および合金、例えば、ハステロイ、インコネル、ヘイン
ズ等のNi基やCo基の耐熱・耐食合金や、耐熱鋼およ
び合金鋼なども使用されうる。
、 Cr 、 Vなどがある。また、そのほかの金属
および合金、例えば、ハステロイ、インコネル、ヘイン
ズ等のNi基やCo基の耐熱・耐食合金や、耐熱鋼およ
び合金鋼なども使用されうる。
この発明の一実施態様においては、上記の炭素繊維/炭
素複合材料または金属繊維・炭素繊維/炭素複合材料と
上記の耐熱金属材料とを結合するに際し、第1図に模型
的に示すように、まず、第1図(a)において、複合材
料(C70)1の少なくとも結合面に金属炭化物(MC
)2を形成したのち、第1図(b)に示すように、前記
金属炭化物2と耐熱金属材料(M)3とを接触させた状
態で高温処理し、第1図(C)に示すように、金B炭化
物2と耐熱金属材料3との間で中間層(MC/M、サー
メツト層)4を形成させることにより、前記複合材料1
と耐熱金属材料3とを前記金属炭化物2を介して結合す
る。
素複合材料または金属繊維・炭素繊維/炭素複合材料と
上記の耐熱金属材料とを結合するに際し、第1図に模型
的に示すように、まず、第1図(a)において、複合材
料(C70)1の少なくとも結合面に金属炭化物(MC
)2を形成したのち、第1図(b)に示すように、前記
金属炭化物2と耐熱金属材料(M)3とを接触させた状
態で高温処理し、第1図(C)に示すように、金B炭化
物2と耐熱金属材料3との間で中間層(MC/M、サー
メツト層)4を形成させることにより、前記複合材料1
と耐熱金属材料3とを前記金属炭化物2を介して結合す
る。
この実施態様において、複合材料1の表面に金属炭化物
2を形成する手段としては、金属炭化物2を形成しやす
い金属、例えば、Nb、Ta。
2を形成する手段としては、金属炭化物2を形成しやす
い金属、例えば、Nb、Ta。
Ti 、Mo、Cr、W、Zr、Hf、V等の金属粉末
をペースト状にして前記複合材料1の表面に塗布し、次
いで非酸化性雰囲気中、例えば炭素雰囲気中で高温処理
することにより、前記金属粉末を複合材料1中の炭素お
よび/または処理雰囲気中の炭素と反応させて金属炭化
物2とする手段や、前記金属粉末を炭素雰囲気中で複合
材料1の表面に向けてプラズマ溶射する手段や、複合材
料1の表面に前記に例示した金属炭化物を形成しゃすい
金属の極細線材や箔材を設けたのち、非酸化性雰囲気中
、例えば炭素雰囲気中で高温処理することにより、前記
極細線材や箔材を複合材料1中の炭素および/または処
理雰囲気中の炭素と反応させて金属炭化物2とする手段
などが採用される。
をペースト状にして前記複合材料1の表面に塗布し、次
いで非酸化性雰囲気中、例えば炭素雰囲気中で高温処理
することにより、前記金属粉末を複合材料1中の炭素お
よび/または処理雰囲気中の炭素と反応させて金属炭化
物2とする手段や、前記金属粉末を炭素雰囲気中で複合
材料1の表面に向けてプラズマ溶射する手段や、複合材
料1の表面に前記に例示した金属炭化物を形成しゃすい
金属の極細線材や箔材を設けたのち、非酸化性雰囲気中
、例えば炭素雰囲気中で高温処理することにより、前記
極細線材や箔材を複合材料1中の炭素および/または処
理雰囲気中の炭素と反応させて金属炭化物2とする手段
などが採用される。
このようにして、複合材料1の少なくとも結合面に金属
炭化物2を形成したのち、前記金属炭化物2と耐熱金属
材料3とを接触させた状態で高温処理して、前記複合材
料1と耐熱金属材料3とを前記金属炭化物2を介して結
合する。この場合、第1図(C)に示すように、結合部
分の組織は、複合材ネコ11−金属炭化物2−金属炭化
物/金属サーメット層4−金属材料3と順次に変化する
ものとなっているため、急速加熱や急速冷却などの熱衝
撃に対して著しく強靭なものとなる。
炭化物2を形成したのち、前記金属炭化物2と耐熱金属
材料3とを接触させた状態で高温処理して、前記複合材
料1と耐熱金属材料3とを前記金属炭化物2を介して結
合する。この場合、第1図(C)に示すように、結合部
分の組織は、複合材ネコ11−金属炭化物2−金属炭化
物/金属サーメット層4−金属材料3と順次に変化する
ものとなっているため、急速加熱や急速冷却などの熱衝
撃に対して著しく強靭なものとなる。
この発明の他の実施態様においては、上記の炭素繊維/
炭素複合材料または金属繊維・炭素繊維/炭素複合材料
と上記の耐熱金属材料とを結合するに際し、第2図に模
型的に示すように、まず、第2図(a)において、複合
材料(C/C)11と耐熱金属材料(M)13とを接触
させた状態で高温処理し、第2図(b)に示すように、
複合材料11と耐熱金属材料13との間で金属炭化物(
MC)12を形成させることにより、前記複合材料11
と耐熱金属材料13とを前記金属炭化物12を介して結
合する。
炭素複合材料または金属繊維・炭素繊維/炭素複合材料
と上記の耐熱金属材料とを結合するに際し、第2図に模
型的に示すように、まず、第2図(a)において、複合
材料(C/C)11と耐熱金属材料(M)13とを接触
させた状態で高温処理し、第2図(b)に示すように、
複合材料11と耐熱金属材料13との間で金属炭化物(
MC)12を形成させることにより、前記複合材料11
と耐熱金属材料13とを前記金属炭化物12を介して結
合する。
この実施態様において、複合材料11と耐熱金属材料1
3とを接触させた状態とするに際し、第2図(a)に示
したように、前記複合材料11と耐熱金属材料13とを
直接接触させた状態とするほか1例えばペースト等の形
で金属炭化物粉末を前記複合材料11と耐熱金属材料1
3との間に介在させた状態で間接的に接触させた状態と
することもできる。
3とを接触させた状態とするに際し、第2図(a)に示
したように、前記複合材料11と耐熱金属材料13とを
直接接触させた状態とするほか1例えばペースト等の形
で金属炭化物粉末を前記複合材料11と耐熱金属材料1
3との間に介在させた状態で間接的に接触させた状態と
することもできる。
なお、この発明による結合方法においては、複合材料中
の金属繊維と、金属炭化物と、耐熱金属材料とにおける
各々の金属の種類は必らずしも同一のものでなくともよ
い、すなわち、王者の金属を異なるものとしたり、王者
の金属を同一のものとしたり、あるいは異なるとしても
同−族に属するものとしたりするなど、適宜の選択が可
能である。
の金属繊維と、金属炭化物と、耐熱金属材料とにおける
各々の金属の種類は必らずしも同一のものでなくともよ
い、すなわち、王者の金属を異なるものとしたり、王者
の金属を同一のものとしたり、あるいは異なるとしても
同−族に属するものとしたりするなど、適宜の選択が可
能である。
(実施例1)
第3図に示すように、一端側外周におねじ部21aを有
すると共に同じく一端側の端面にOリング溝21bを有
し、他端側にスロート部21cを有するロケットのノズ
ル21を炭素繊維/炭素複合材料から製作した。
すると共に同じく一端側の端面にOリング溝21bを有
し、他端側にスロート部21cを有するロケットのノズ
ル21を炭素繊維/炭素複合材料から製作した。
次いで、Nb粉末と有機バインダとを混合したペースト
を前記おねじ部21aの表面に塗布したのち、炭素雰囲
気中で2100℃〜2200 ”C!に加熱して、おね
じ部21aの表層に前記NbとCとが反応した金属炭化
物(NbC)22を生成させた。
を前記おねじ部21aの表面に塗布したのち、炭素雰囲
気中で2100℃〜2200 ”C!に加熱して、おね
じ部21aの表層に前記NbとCとが反応した金属炭化
物(NbC)22を生成させた。
続いて、第4図に示すように、ノズル21のおねじ部2
1aに、めねじ部23aおよびフランジ部23bを有す
る耐熱金属材料製ここではNb製のホルダーリング23
をねじ込み、次いで、炭素繊維/炭素複合材料で作製し
たリング状の加圧用アダプター24を前記両ねじ部21
a、23aの外周に装看したのち、再度2100℃〜2
200℃に加熱する高温処理を施す。
1aに、めねじ部23aおよびフランジ部23bを有す
る耐熱金属材料製ここではNb製のホルダーリング23
をねじ込み、次いで、炭素繊維/炭素複合材料で作製し
たリング状の加圧用アダプター24を前記両ねじ部21
a、23aの外周に装看したのち、再度2100℃〜2
200℃に加熱する高温処理を施す。
この高温処理によって、金属炭化物22と耐熱金属材料
製のホルダーリング23との間で拡散を生じさせてサー
メツト層を形成することにより、前記ノズル21のおね
じ部21aと、ホルダーリング23のめねじ部23aと
を、前記金属炭化物(N b C)とサーメツト層(N
bC+Nb)とを介して結合する。
製のホルダーリング23との間で拡散を生じさせてサー
メツト層を形成することにより、前記ノズル21のおね
じ部21aと、ホルダーリング23のめねじ部23aと
を、前記金属炭化物(N b C)とサーメツト層(N
bC+Nb)とを介して結合する。
このようにして、ノズル21の−・端に耐熱金属材料製
のホルダーリング23を結合し、第5図に示すように、
0リング溝21b内に0リング24を装着した状態で相
手材(高融点金属例えばNbからなるインジェクター等
)25と組み合わせ、多数の耐熱ポルト26により前記
ノズル21をホルダーリング23を介して相手材25に
固定した。
のホルダーリング23を結合し、第5図に示すように、
0リング溝21b内に0リング24を装着した状態で相
手材(高融点金属例えばNbからなるインジェクター等
)25と組み合わせ、多数の耐熱ポルト26により前記
ノズル21をホルダーリング23を介して相手材25に
固定した。
(実施例2)
第4図に示したように、金属(ポロン)wi維・炭素繊
維/炭素複合材料からなるノズル21のおねじ部21a
と、チタンよりなるホルダーリング23のめねじ部23
aとを1両ねじ部21a。
維/炭素複合材料からなるノズル21のおねじ部21a
と、チタンよりなるホルダーリング23のめねじ部23
aとを1両ねじ部21a。
23aの間に金E炭化物を介在させ、あるいは介在させ
ることなくねじ結合し、次いで加圧用アダプター24を
装着した状態で炭素雰囲気中において2100℃〜22
00″Cに加熱する高温処理を行った。
ることなくねじ結合し、次いで加圧用アダプター24を
装着した状態で炭素雰囲気中において2100℃〜22
00″Cに加熱する高温処理を行った。
この高温処理によって、ホルダーリング23の素材であ
るTiと、ノズル21を構成する炭素とが反応して1両
ねじ部21a、23aの脊面に金属炭化物(T i C
)が形成され、この金属炭化物を介してノズル21とホ
ルダーリング23とを結合した。
るTiと、ノズル21を構成する炭素とが反応して1両
ねじ部21a、23aの脊面に金属炭化物(T i C
)が形成され、この金属炭化物を介してノズル21とホ
ルダーリング23とを結合した。
その後は、第5図に示したと同様に多数の耐熱ポルト2
6を用いることにより、ホルダーリング23を介して#
熱金属からなる相手材25とノズル21とを固定した。
6を用いることにより、ホルダーリング23を介して#
熱金属からなる相手材25とノズル21とを固定した。
[発明の効果]
以上説明してきたように、この発明によれば。
炭素繊維、/炭素複合材料または金属繊維−炭素繊維/
炭素複合材料と耐熱金属材料とを結合するに際し、前記
複合材料と耐熱金属材料との間に金属炭化物を介在させ
、■1記複合材料と耐熱金属材料とを前記金属炭化物を
介して結合するようにしたから、複合材料と金属材料と
の結合を著しく良好に行・うことが可能であり、結合部
の機械的強度が十分に高く激しい高熱環境においても結
合強度を十分高く維持することが可能であるとともに、
熱膨張・収縮に対してもすこぶる大きな結合強度をもち
、しかも結合部分での封着性(シール性、気密性)を著
しく高いものとすることが可能であるという著大なる効
果がもたらされる・
炭素複合材料と耐熱金属材料とを結合するに際し、前記
複合材料と耐熱金属材料との間に金属炭化物を介在させ
、■1記複合材料と耐熱金属材料とを前記金属炭化物を
介して結合するようにしたから、複合材料と金属材料と
の結合を著しく良好に行・うことが可能であり、結合部
の機械的強度が十分に高く激しい高熱環境においても結
合強度を十分高く維持することが可能であるとともに、
熱膨張・収縮に対してもすこぶる大きな結合強度をもち
、しかも結合部分での封着性(シール性、気密性)を著
しく高いものとすることが可能であるという著大なる効
果がもたらされる・
第1図(a)(b)(c)はこの発明の一実施態様によ
る複合材料と金属材料の結合過程を順次示す説明図、第
2図(L) (b)はこの発明の他の実施態様による
複合材料と金属材料の結合過程を順次示、す説明図、第
3図はこの発明の実施例において複合材料からなるノズ
ルの結合面に金属炭化物を形成したのちの状態を示す断
面説明図、第4図は第3図のノズルにホルダーリングお
よび加圧用アダプターを装着したのちの状態を示す断面
説明図、第5図は第4図に示したノズルとホルダーリン
グとの結合体を相手部材に固定した状態を示す断面説明
図である。 1.11.21・・・含繊維複合材料。 2.12.22・・・金属炭化物、 3.13.23・・・耐熱金属材料。
る複合材料と金属材料の結合過程を順次示す説明図、第
2図(L) (b)はこの発明の他の実施態様による
複合材料と金属材料の結合過程を順次示、す説明図、第
3図はこの発明の実施例において複合材料からなるノズ
ルの結合面に金属炭化物を形成したのちの状態を示す断
面説明図、第4図は第3図のノズルにホルダーリングお
よび加圧用アダプターを装着したのちの状態を示す断面
説明図、第5図は第4図に示したノズルとホルダーリン
グとの結合体を相手部材に固定した状態を示す断面説明
図である。 1.11.21・・・含繊維複合材料。 2.12.22・・・金属炭化物、 3.13.23・・・耐熱金属材料。
Claims (3)
- (1)炭素繊維/炭素複合材料または金属繊維・炭素繊
維/炭素複合材料と耐熱金属材料とを結合するに際し、
前記複合材料と耐熱金属材料との間に金属炭化物を介在
させ、前記複合材料と耐熱金属材料とを前記金属炭化物
を介して結合することを特徴とする異種材料の結合方法
。 - (2)炭素繊維/炭素複合材料または金属繊維・炭素繊
維/炭素複合材料と耐熱金属材料とを結合するに際し、
前記複合材料の少なくとも結合面に金属炭化物を形成し
たのち、前記金属炭化物と前記耐熱金属材料とを接触さ
せた状態で高温処理し、前記複合材料と耐熱金属材料と
を前記金属炭化物を介して結合することを特徴とする特
許請求の範囲第(1)項記載の異種材料の結合方法。 - (3)炭素繊維/炭素複合材料または金属繊維。 炭素繊維/炭素複合材料と耐熱金属材料とを結合するに
際し、前記複合材料と前記耐熱金属材料とを接触させた
状態で高温処理し、前記複合材料と耐熱金属材料とを金
属炭化物を介して結合することを特徴とする特許請求の
範囲第(1)項記載の異種材料の結合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17219185A JPS6236076A (ja) | 1985-08-05 | 1985-08-05 | 異種材料の結合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17219185A JPS6236076A (ja) | 1985-08-05 | 1985-08-05 | 異種材料の結合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6236076A true JPS6236076A (ja) | 1987-02-17 |
| JPH0579632B2 JPH0579632B2 (ja) | 1993-11-04 |
Family
ID=15937261
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17219185A Granted JPS6236076A (ja) | 1985-08-05 | 1985-08-05 | 異種材料の結合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6236076A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014119803A1 (ja) * | 2013-02-04 | 2014-08-07 | 東洋炭素株式会社 | 接合体及びその製造方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5030966A (ja) * | 1973-07-18 | 1975-03-27 | ||
| JPS5045873A (ja) * | 1973-08-30 | 1975-04-24 | ||
| JPS5532710A (en) * | 1978-08-23 | 1980-03-07 | Toho Beslon Co | Carbon fiber reinforced carbon friction material |
-
1985
- 1985-08-05 JP JP17219185A patent/JPS6236076A/ja active Granted
Patent Citations (3)
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| WO2014119803A1 (ja) * | 2013-02-04 | 2014-08-07 | 東洋炭素株式会社 | 接合体及びその製造方法 |
| US11286210B2 (en) | 2013-02-04 | 2022-03-29 | Toyo Tanso Co., Ltd. | Joined material and method of manufacturing same |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0579632B2 (ja) | 1993-11-04 |
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