JPS6277189A - 固相接合方法 - Google Patents
固相接合方法Info
- Publication number
- JPS6277189A JPS6277189A JP21513385A JP21513385A JPS6277189A JP S6277189 A JPS6277189 A JP S6277189A JP 21513385 A JP21513385 A JP 21513385A JP 21513385 A JP21513385 A JP 21513385A JP S6277189 A JPS6277189 A JP S6277189A
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- JP
- Japan
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- materials
- joined
- metal
- ceramics
- bonding
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- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Ceramic Products (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〕
この発明はセラミックスと金属あるいは繊維強化金属と
金属などの異種材料の固相接合方法、特に接合面の高接
合強度化に関する。
金属などの異種材料の固相接合方法、特に接合面の高接
合強度化に関する。
近年、種々の産業分野において省エネルギおよびエネル
ギの効率化が進み、それに伴い材料の使用環境が苛酷化
し、高い耐食性、耐熱性、＃４摩耗性を有する材料の出
現が望まれている。これらの要件を具備する材料として
セラミックスおよび繊維強化金属（以下ＦＲＭという。
ギの効率化が進み、それに伴い材料の使用環境が苛酷化
し、高い耐食性、耐熱性、＃４摩耗性を有する材料の出
現が望まれている。これらの要件を具備する材料として
セラミックスおよび繊維強化金属（以下ＦＲＭという。
）が脚光を浴びており、すでに一部が実用化されている
。
。
しかしながら、セラミックスおよびＦＲＭを単体で構造
用材料として用いるには耐衝撃性の点で問題があり、こ
れらの用途拡大を拒んでいる。
用材料として用いるには耐衝撃性の点で問題があり、こ
れらの用途拡大を拒んでいる。
この点を解決し、セラミックス、ＦＲＭの高機能性を有
効に活用し、用途拡大を図るためには金属材料との複合
的使用が不可欠となる。すなわち耐食、＃４熱、＃４摩
耗と、いう特性をセラミックスあるいはＦＲＭに持たせ
、構造材料として必要な強度、ｖＪ性を金属材料に受は
持たせることが必要である。
効に活用し、用途拡大を図るためには金属材料との複合
的使用が不可欠となる。すなわち耐食、＃４熱、＃４摩
耗と、いう特性をセラミックスあるいはＦＲＭに持たせ
、構造材料として必要な強度、ｖＪ性を金属材料に受は
持たせることが必要である。
このためにはセラミックスあるいはＦＲＭと金属材料と
の接合が絶対的に必要となる。これら異種材料の接合に
は通常拡散接合法が用いられている。
の接合が絶対的に必要となる。これら異種材料の接合に
は通常拡散接合法が用いられている。
拡散接合法としては、第３図に示すように金属材料１と
セラミックス２を直接接合する方法が一段に採用されて
いる。
セラミックス２を直接接合する方法が一段に採用されて
いる。
上記金属材料１とセラミックス２を直接接合した場合、
金属材料１とセラミックス２の熱膨張率の差によって生
じる熱応力の発生が問題となる。
金属材料１とセラミックス２の熱膨張率の差によって生
じる熱応力の発生が問題となる。
セラミックス特に炭化物系および窒化物系セラミックス
の線膨張係数は金属例えば鋼の場合と比較して第４図に
示すように１７３〜１／４であり、セラミックス２と金
属１を直接接合するとセラミックス２側に大きな熱歪が
堆積し、接合強度を著しく弱め、場合によっては第３図
に示すようにセラミックス２にクラック６が発生する。
の線膨張係数は金属例えば鋼の場合と比較して第４図に
示すように１７３〜１／４であり、セラミックス２と金
属１を直接接合するとセラミックス２側に大きな熱歪が
堆積し、接合強度を著しく弱め、場合によっては第３図
に示すようにセラミックス２にクラック６が発生する。
この熱応力を吸収するために、セラミックス２の熱膨張
率に近い金属板を接合すべきセラミックス２と金属１と
の間に押入する方法が検討されているがセラミックス２
と同等の熱膨張率を有する金属材料が極めて少なく、か
つ高価であること、およびセラミックスとインサート材
である金属との反応性が十分でな（良好な継手強度が得
難いとの問題点があり、本格的な実用化までに解決すべ
き問題を多く残しているのが現状である。
率に近い金属板を接合すべきセラミックス２と金属１と
の間に押入する方法が検討されているがセラミックス２
と同等の熱膨張率を有する金属材料が極めて少なく、か
つ高価であること、およびセラミックスとインサート材
である金属との反応性が十分でな（良好な継手強度が得
難いとの問題点があり、本格的な実用化までに解決すべ
き問題を多く残しているのが現状である。
この発明はかかる問題点を解決するためになされたもの
であり、セラミックスあるいはＦＲＭと金属材料との接
合により生じる熱応力を緩和し、良好な継手特性を得る
ことができろ固相接合方法を提案することを目的とする
。
であり、セラミックスあるいはＦＲＭと金属材料との接
合により生じる熱応力を緩和し、良好な継手特性を得る
ことができろ固相接合方法を提案することを目的とする
。
この発明に係る固相接合方法は、セラミックスあるいは
繊維強化金属材と金属材との異種材料を被接合材として
接合するに際し、異なる被接合材と同種の材料を混合し
てなる複合材をインサート材として被接合材の接合面間
に介在させ、各被接合材の接合面とインサート材との間
にそれぞれ被接合材の種類に応じた粒径１７１ｍ以下の
超微粉材料を配し、加熱・加圧することを特撮とする。
繊維強化金属材と金属材との異種材料を被接合材として
接合するに際し、異なる被接合材と同種の材料を混合し
てなる複合材をインサート材として被接合材の接合面間
に介在させ、各被接合材の接合面とインサート材との間
にそれぞれ被接合材の種類に応じた粒径１７１ｍ以下の
超微粉材料を配し、加熱・加圧することを特撮とする。
この発明においては、異種材料の接合面間に被接合材の
熱膨張率に応じて調整した複合材からなるインサート材
を介在させることにより、被接合材に生じる熱応力の緩
和を図り、各被接合材の接合面とインサート材との間に
それぞれ比表面積の極めて大きい超微粉材料を充填する
ことにより、超微粉の高反応性を利用して接合部の強度
特性を向上させる。
熱膨張率に応じて調整した複合材からなるインサート材
を介在させることにより、被接合材に生じる熱応力の緩
和を図り、各被接合材の接合面とインサート材との間に
それぞれ比表面積の極めて大きい超微粉材料を充填する
ことにより、超微粉の高反応性を利用して接合部の強度
特性を向上させる。
第１図はこの発明の一実施例を示す説明図であり、図に
おいて、１は金属材、２はセラミックス、３は金属材１
とセラミックス２の接合面間に介在するよう挿入された
インサート材、４は金属材１とインサート材３との間に
充填された粒径０．１μｍ以下の金属超微粉、５はセラ
ミックス２とインサート材３との間に充填されたセラミ
ックス超微粉である。これらの超微粉３，４は比表面積
が極めて大きく、例えば粒径約２５ｎｍの超微粉の表面
積は約５５ｍ’ ／ ｇｒまで達し、反応性が非常に高
く、触媒としても利用されろことがある。
おいて、１は金属材、２はセラミックス、３は金属材１
とセラミックス２の接合面間に介在するよう挿入された
インサート材、４は金属材１とインサート材３との間に
充填された粒径０．１μｍ以下の金属超微粉、５はセラ
ミックス２とインサート材３との間に充填されたセラミ
ックス超微粉である。これらの超微粉３，４は比表面積
が極めて大きく、例えば粒径約２５ｎｍの超微粉の表面
積は約５５ｍ’ ／ ｇｒまで達し、反応性が非常に高
く、触媒としても利用されろことがある。
また、インサート材３は金属材１と同じ金属材料を３５
〜６０ｚ、セラミックス２と同じ材料を６５〜４０Ｘ混
合した複合材からなる。このインサート材３は複合材の
混合比を変化させることにより広範囲で熱膨張率を調整
することができろ。例えば、第１図に示したようにイン
サート材３を金属材１とセラミックス２の接合面間に介
在させた場合の線膨張係数の分布は第２図に示すように
階段状となり、金属材１とセラミックス２との間の熱膨
張率の急激な変化を緩和することができる。また、イン
サート材３の複合材の混合比を連続的に変化させ、セラ
ミックスと同じ材料成分の含有率が高い面をセラミック
スの接合面に接合するように配置することにより、熱膨
張率を徐々に変化するよう調整することができろ。
〜６０ｚ、セラミックス２と同じ材料を６５〜４０Ｘ混
合した複合材からなる。このインサート材３は複合材の
混合比を変化させることにより広範囲で熱膨張率を調整
することができろ。例えば、第１図に示したようにイン
サート材３を金属材１とセラミックス２の接合面間に介
在させた場合の線膨張係数の分布は第２図に示すように
階段状となり、金属材１とセラミックス２との間の熱膨
張率の急激な変化を緩和することができる。また、イン
サート材３の複合材の混合比を連続的に変化させ、セラ
ミックスと同じ材料成分の含有率が高い面をセラミック
スの接合面に接合するように配置することにより、熱膨
張率を徐々に変化するよう調整することができろ。
更に、インサート材３の複合材をセラミックスの熱膨張
率に近い金属材料や十分に変形して熱歪を吸収できる金
属等を用いることもできる。
率に近い金属材料や十分に変形して熱歪を吸収できる金
属等を用いることもできる。
次に、第１図に示すように、金属材１とセラミックス２
の接合面間にインサート材３を介在させ、金属材１とイ
ンサート材３との間に金属超微粉４を挿入し、セラミッ
クス２とインサート材３との間にセラミックス超微粉５
を押入した後、これらの接合部を０．６〜０．８ｋｇｆ
／ｍｍ”程度の圧力で加圧し、約９００℃程度の１品度
で約１〜１．５時間位加熱して接合する。
の接合面間にインサート材３を介在させ、金属材１とイ
ンサート材３との間に金属超微粉４を挿入し、セラミッ
クス２とインサート材３との間にセラミックス超微粉５
を押入した後、これらの接合部を０．６〜０．８ｋｇｆ
／ｍｍ”程度の圧力で加圧し、約９００℃程度の１品度
で約１〜１．５時間位加熱して接合する。
加熱温度、加熱時間、加圧力は超微粉３，４の材種によ
って異なるが、超微粉３，４が高い反応性を示し、かつ
被接合材である金属材１の融点以下の温度に設定する。
って異なるが、超微粉３，４が高い反応性を示し、かつ
被接合材である金属材１の融点以下の温度に設定する。
この加圧・加熱の状態で超微粉３，４が高い反応性を示
し、金属材１及びセラミックス２の接合面並びにインサ
ート材３の接合面と超微粉３，４が活性化され、接合が
容易に行われると共に、インサート材３が介在して熱応
力を緩和し、熱歪のない良好な継手特性を有する接合部
を得ることができる。なお、超微粉３，４は焼結される
ため、接合された接合部は、十分な強度を有する。
し、金属材１及びセラミックス２の接合面並びにインサ
ート材３の接合面と超微粉３，４が活性化され、接合が
容易に行われると共に、インサート材３が介在して熱応
力を緩和し、熱歪のない良好な継手特性を有する接合部
を得ることができる。なお、超微粉３，４は焼結される
ため、接合された接合部は、十分な強度を有する。
この接合方法に使用される超微粉３，４は接合すべき材
料の種類に応じて適宜適正なものが選定されることにな
るが、超微粉自体が高い反応性を有するため、セラミッ
クスとインサート材との接合に金属超微粉を用いても十
分な反応性が得られる。
料の種類に応じて適宜適正なものが選定されることにな
るが、超微粉自体が高い反応性を有するため、セラミッ
クスとインサート材との接合に金属超微粉を用いても十
分な反応性が得られる。
また、固相接合を行うときの接合雰囲気（よ通常真空雰
囲気あるいはアルゴン等の不活性ガス雰囲気であるが、
酸化物系または窒化物系セラミックスを接合する場合に
は、それぞれ酸化性あるい（よ窒化性雰囲気でも良好に
接合することができる。
囲気あるいはアルゴン等の不活性ガス雰囲気であるが、
酸化物系または窒化物系セラミックスを接合する場合に
は、それぞれ酸化性あるい（よ窒化性雰囲気でも良好に
接合することができる。
以下、具体例によりこの発明の詳細な説明する。
〔具体例１〕
被接合材の金属材としてＡ１合金を、セラミックス２と
してＡＩ、０３を用い、この接合材の１５Ｘ１５１１ｆ
ｆｌの大きさの接合面間に４０Ｘ人１２０．と６０９；
Ａ１合金の混合からなる複合材を一層インサート材とし
て挿入し、インサート材と金属材及びセラミックスとの
間にそれぞれ約１ｍ１１１程度の接合面間隙を有するよ
うにインサート材を介在させ、金属材とインサート材と
の接合面間隙に粒径０．０２〜０．１０μＩのＡ１合金
超微粉を充填し、セラミックスとインサート材との接合
面間隙に粒径０．Ｏ１〜０．０８μｍ のＡ１
□０３超微粉を充填し、加圧力０．６ｋｇｆ／＋ｍ’、
加熱温度約９００℃、加熱保持時間１．５時間、真空雰
囲気５Ｘ１０−’Ｔｏｒｒの条件下で固相接合を行った
。同時に、被接合材をインサート材や超微粉を用いずに
上記接合条件で直接接合し、両者の接合強度を調べた。
してＡＩ、０３を用い、この接合材の１５Ｘ１５１１ｆ
ｆｌの大きさの接合面間に４０Ｘ人１２０．と６０９；
Ａ１合金の混合からなる複合材を一層インサート材とし
て挿入し、インサート材と金属材及びセラミックスとの
間にそれぞれ約１ｍ１１１程度の接合面間隙を有するよ
うにインサート材を介在させ、金属材とインサート材と
の接合面間隙に粒径０．０２〜０．１０μＩのＡ１合金
超微粉を充填し、セラミックスとインサート材との接合
面間隙に粒径０．Ｏ１〜０．０８μｍ のＡ１
□０３超微粉を充填し、加圧力０．６ｋｇｆ／＋ｍ’、
加熱温度約９００℃、加熱保持時間１．５時間、真空雰
囲気５Ｘ１０−’Ｔｏｒｒの条件下で固相接合を行った
。同時に、被接合材をインサート材や超微粉を用いずに
上記接合条件で直接接合し、両者の接合強度を調べた。
この接合強度は、曲げ強さく三点曲げ）で評価した。こ
の結果、直接接合の場合の接合強度は１．３ｋｇｆ／ｍ
ｍ”であり、接合界面が剥離する形で破断したのに対し
、この具体例のものは、曲げ強さく抗折度）は２３ｋｇ
ｆ／ｍｍ２であり、高い接合強度を有していることがわ
かる。
の結果、直接接合の場合の接合強度は１．３ｋｇｆ／ｍ
ｍ”であり、接合界面が剥離する形で破断したのに対し
、この具体例のものは、曲げ強さく抗折度）は２３ｋｇ
ｆ／ｍｍ２であり、高い接合強度を有していることがわ
かる。
〔具体例２〕
被接合材の金属材としてＴｉ−６ＡＩ−４Ｖ合金をセラ
ミックスとしてＳｉ３Ｎ、を用い、この接合材のｌＯｘ
１５ｍｍの大きさの接合面間に６５ＸＳｉＣと３５Ｘ純
Ｔｉの混合からなる複合材を一層インサート材として挿
入し、インサート材と金属材及びセラミックスとの間に
それぞれ約１ｍｍ程度の接合面間隙を有するようにイン
サート材を介在させ、金属材とインサート材との接合面
間隙に粒径０．ＩＩＩＩＩ１１息下の純Ｔｉ超微粉を充
填し、セラミックスとインサート材との接合面間隙にも
粒径０．１ｍｌ１１以下の純Ｔｉ超微粉を充填し、加圧
力０．８ｋｇｆ／ＩＩＩＩＩｓ、加熱温度約９００℃、
加熱保持時間１時間、真空雰囲気５Ｘ１０−”Ｔｏｒｒ
の条件の下で固相接合を行った。
ミックスとしてＳｉ３Ｎ、を用い、この接合材のｌＯｘ
１５ｍｍの大きさの接合面間に６５ＸＳｉＣと３５Ｘ純
Ｔｉの混合からなる複合材を一層インサート材として挿
入し、インサート材と金属材及びセラミックスとの間に
それぞれ約１ｍｍ程度の接合面間隙を有するようにイン
サート材を介在させ、金属材とインサート材との接合面
間隙に粒径０．ＩＩＩＩＩ１１息下の純Ｔｉ超微粉を充
填し、セラミックスとインサート材との接合面間隙にも
粒径０．１ｍｌ１１以下の純Ｔｉ超微粉を充填し、加圧
力０．８ｋｇｆ／ＩＩＩＩＩｓ、加熱温度約９００℃、
加熱保持時間１時間、真空雰囲気５Ｘ１０−”Ｔｏｒｒ
の条件の下で固相接合を行った。
この実施例の曲げ強さは７３ｋｇｆ／ｍｍ２となり、著
しい接合強度の上昇が認められた。
しい接合強度の上昇が認められた。
この発明は以上説明したように、異種材料の接合面間に
被接合材の熱膨張に応じて調整した複合材を介在させる
ことにより、被接合材に生じる熱応力の緩和を図り、各
被接合材の接合面とインサート材との間にそれぞれ比表
面積の極めて大きい超微粉材料を充填することにより、
超微粉の高反応性を確保できることから熱歪のない接合
強度の高い異種材料の接合部を得ろことができろ効果を
有する。したがって、セラミックス等と金属材料との複
合材料の構造材料としての用途拡大を図ることができる
。
被接合材の熱膨張に応じて調整した複合材を介在させる
ことにより、被接合材に生じる熱応力の緩和を図り、各
被接合材の接合面とインサート材との間にそれぞれ比表
面積の極めて大きい超微粉材料を充填することにより、
超微粉の高反応性を確保できることから熱歪のない接合
強度の高い異種材料の接合部を得ろことができろ効果を
有する。したがって、セラミックス等と金属材料との複
合材料の構造材料としての用途拡大を図ることができる
。
第１図はこの発明の詳細な説明図、第２図は上記実施例
の接合部における線膨張係数の分布図、第３図は従来の
接合方法を示す説明図、第４図は従来例における接合部
の線膨張係数の分布図である。 図において、１は金属材、２はセラミ、ックス、３はイ
ンサート材、４は金属超微粉、５はセラミ・ソクス超微
粉である。 代理人 弁理士 佐 藤 正 年 宵 ２ Ｆ
の接合部における線膨張係数の分布図、第３図は従来の
接合方法を示す説明図、第４図は従来例における接合部
の線膨張係数の分布図である。 図において、１は金属材、２はセラミ、ックス、３はイ
ンサート材、４は金属超微粉、５はセラミ・ソクス超微
粉である。 代理人 弁理士 佐 藤 正 年 宵 ２ Ｆ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 セラミックス、繊維強化金属材と金属材との異種材料を
被接合材として接合する固相接合方法において、 上記異なる被接合材と同種の材料を混合してなる複合材
をインサート材として被接合材の接合面間に介在させ、
各被接合材の接合面とインサート材との間にそれぞれ被
接合材の種類に応じた粒径１μｍ以下の超微粉材料を配
し、加熱・加圧することを特徴とする固相接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21513385A JPS6277189A (ja) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | 固相接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21513385A JPS6277189A (ja) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | 固相接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6277189A true JPS6277189A (ja) | 1987-04-09 |
| JPH0366071B2 JPH0366071B2 (ja) | 1991-10-16 |
Family
ID=16667251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21513385A Granted JPS6277189A (ja) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | 固相接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6277189A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106392388A (zh) * | 2016-10-14 | 2017-02-15 | 深圳市品川新能源技术有限公司 | 陶瓷与导体焊接工艺 |
-
1985
- 1985-09-30 JP JP21513385A patent/JPS6277189A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106392388A (zh) * | 2016-10-14 | 2017-02-15 | 深圳市品川新能源技术有限公司 | 陶瓷与导体焊接工艺 |
| CN106392388B (zh) * | 2016-10-14 | 2018-06-01 | 深圳市品川新能源技术有限公司 | 陶瓷与导体焊接工艺 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0366071B2 (ja) | 1991-10-16 |
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