JPS6327309B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6327309B2 JPS6327309B2 JP58059628A JP5962883A JPS6327309B2 JP S6327309 B2 JPS6327309 B2 JP S6327309B2 JP 58059628 A JP58059628 A JP 58059628A JP 5962883 A JP5962883 A JP 5962883A JP S6327309 B2 JPS6327309 B2 JP S6327309B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal
- powder
- bonding
- reaction
- joining
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Ceramic Products (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明はセラミツク部材と金属部材との接合方
法に係り、特に発熱反応する接合用粉末を用いた
上記接合方法に関する。
法に係り、特に発熱反応する接合用粉末を用いた
上記接合方法に関する。
近年高温高強度構造材料として窒化珪素、炭化
珪素、サイアロン等の非酸化物セラミツクス、あ
るいは酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム等、
いわゆるニユーセラミツクスが急速にクローズア
ツプされ、多くの研究や開発がなされている。こ
れらのセラミツクスの用途は、ガスタービンブレ
ードや燃焼器、デイーゼルエンジンのシリンダや
ピストン、その他高温用機械部品として数多くあ
る。
珪素、サイアロン等の非酸化物セラミツクス、あ
るいは酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム等、
いわゆるニユーセラミツクスが急速にクローズア
ツプされ、多くの研究や開発がなされている。こ
れらのセラミツクスの用途は、ガスタービンブレ
ードや燃焼器、デイーゼルエンジンのシリンダや
ピストン、その他高温用機械部品として数多くあ
る。
しかして周知の如くセラミツクは脆性材料であ
り、上記のニユーセラミツクスと言えども金属材
料に比べれば亀裂の伝播が速く破断しやすいとい
う基本的な欠点を有している。
り、上記のニユーセラミツクスと言えども金属材
料に比べれば亀裂の伝播が速く破断しやすいとい
う基本的な欠点を有している。
このような問題点を解消すべく、セラミツク部
材と金属部材とを複合した素材の開発・利用が
種々の分野で推進されているが、より接合強度が
高くしかも接合作業が容易な接合方法の開発が期
待されている。
材と金属部材とを複合した素材の開発・利用が
種々の分野で推進されているが、より接合強度が
高くしかも接合作業が容易な接合方法の開発が期
待されている。
従来、接合強度の高いセラミツクと金属との接
合方法としてろう付方法がある。しかるに従来の
ろう付方法によつて接合されたものは、セラミツ
ク部材と金属部材との少なくともろう付予定部近
傍部分を全体的に加熱する必要があるところから
接合部に残留応力が負荷され、これがために破壊
が生じやすいという問題がある。また加熱装置等
の設備が必要であり、このため大型部品の接合等
に対して多くの不都合があつた。
合方法としてろう付方法がある。しかるに従来の
ろう付方法によつて接合されたものは、セラミツ
ク部材と金属部材との少なくともろう付予定部近
傍部分を全体的に加熱する必要があるところから
接合部に残留応力が負荷され、これがために破壊
が生じやすいという問題がある。また加熱装置等
の設備が必要であり、このため大型部品の接合等
に対して多くの不都合があつた。
本発明の目的は上記従来技術の問題点を解消
し、接合強度が極めて高いと共に、加熱装置等の
設備投質の必要もなく部品の形状にも制約されに
くい工業的に極めて有利な接合方法を提供するこ
とにある。
し、接合強度が極めて高いと共に、加熱装置等の
設備投質の必要もなく部品の形状にも制約されに
くい工業的に極めて有利な接合方法を提供するこ
とにある。
この目的を達成するために本発明は、金属粉末
と金属酸化物の粉末の混合粉末からなり、該金属
粉末と金属酸化物の粉末とは発熱反応するもので
ある接合用粉末を用いる接合方法であつて、金属
部材とセラミツク部材との間にろう材および前記
接合用粉末を介在させた後、該接合用粉末の反応
を開始させ、この反応熱によつてろう材を溶かし
て接合することを特徴とするセラミツクス部材と
金属部材との接合方法を要旨とするものである。
と金属酸化物の粉末の混合粉末からなり、該金属
粉末と金属酸化物の粉末とは発熱反応するもので
ある接合用粉末を用いる接合方法であつて、金属
部材とセラミツク部材との間にろう材および前記
接合用粉末を介在させた後、該接合用粉末の反応
を開始させ、この反応熱によつてろう材を溶かし
て接合することを特徴とするセラミツクス部材と
金属部材との接合方法を要旨とするものである。
即ち本発明は、発熱反応する接合用粉末とろう
材とを用い、接合用粉末の反応熱でろう材を溶か
して接合するようにしたものである。
材とを用い、接合用粉末の反応熱でろう材を溶か
して接合するようにしたものである。
上記反応は一般的に次式で示される。
xA＋ByOz→AxOz＋yB＋△Ｈ ……(1)
(1)式においては、Ａは金属、ByOzは金属酸化
物であり、AxOzは反応で生じた金属酸化物、Ｂ
は反応で生じた金属である。また△Ｈは反応熱で
あり、この反応熱によつてろう材を溶かすのであ
る。
物であり、AxOzは反応で生じた金属酸化物、Ｂ
は反応で生じた金属である。また△Ｈは反応熱で
あり、この反応熱によつてろう材を溶かすのであ
る。
上記金属粉末Ａとしては、単一種類の金属又は
合金であつても良いし、異なる種類の金属又は合
金粉末の混合物であつても良い。また、複数種類
の粉末を混合し、反応速度を調節することも可能
である。
合金であつても良いし、異なる種類の金属又は合
金粉末の混合物であつても良い。また、複数種類
の粉末を混合し、反応速度を調節することも可能
である。
金属酸化物ByOzとしても、単一種類の金属酸
化物であつても良く、異なる金属酸化物または複
酸化物の混合したものであつても良い。
化物であつても良く、異なる金属酸化物または複
酸化物の混合したものであつても良い。
上記(1)式の反応の具体例を次に示す。
●2B＋3CuO→B2O3＋3Cu＋△Ｈ ……(2)
●10B＋3V2O5→5B2O3＋6V＋△Ｈ ……(3)
●2Al＋MoO3→Al2O3＋Mo＋△Ｈ ……(4)
●4Li＋MnO2→2LiO＋Mn＋△Ｈ ……(5)
●（7.1％）硼砂（Na2B4O7）＋16.4％SiO2
＋6.4％Ｂ＋70.1％CuO→55.3％Cu
＋44.7％MaOb＋△Ｈ ……(6)
●25％Mg＋52.3％NiO＋22.8％MnO2
→59％NiMn＋41％MgO＋△Ｈ ……(7)
(6)、(7)式中％は重量％であり、MaObは生じた
金属酸化物を一括して示す。
金属酸化物を一括して示す。
本発明においては上記(2)〜(7)式に示される以外
にも各種の組成の接合用粉末が採用できる。なお
この組成を決定するに際しては、反応によつて生
じる酸化物MaObが接合強度を低下させないよう
決定するのが好ましい。またこの酸化物AxOzが
フラツクス作用を有するものとなるように組成を
選択すれば一層有利である。このようなフラツク
ス作用を有するものとしては例えばLiO2、
B2O3Na2B4O7等、又はそれらの複合酸化物など
が挙げられる。
にも各種の組成の接合用粉末が採用できる。なお
この組成を決定するに際しては、反応によつて生
じる酸化物MaObが接合強度を低下させないよう
決定するのが好ましい。またこの酸化物AxOzが
フラツクス作用を有するものとなるように組成を
選択すれば一層有利である。このようなフラツク
ス作用を有するものとしては例えばLiO2、
B2O3Na2B4O7等、又はそれらの複合酸化物など
が挙げられる。
また反応によつて生じた金属Ｂがろう材に対し
てろう接金属の強度低下などの不利をもたらさな
い組成のものを選択するのが好ましい。なおろう
材を選定するに際しては、逆に、反応によつて生
じた金属Ｂによつて上記の如き不利を受けないも
のを選定するのが好ましい。ただしろう材それ自
身は各種のものが採用可能であつて、銀ろう、ニ
ツケルろう、銅ろう、パラジウムろう、チタニウ
ムろうなどが採用できる。
てろう接金属の強度低下などの不利をもたらさな
い組成のものを選択するのが好ましい。なおろう
材を選定するに際しては、逆に、反応によつて生
じた金属Ｂによつて上記の如き不利を受けないも
のを選定するのが好ましい。ただしろう材それ自
身は各種のものが採用可能であつて、銀ろう、ニ
ツケルろう、銅ろう、パラジウムろう、チタニウ
ムろうなどが採用できる。
なおろう材として銅系のものを使用した場合に
は、上記(2)式や(6)式の反応で生じるCuなど銅合
金を吸収するようになる。
は、上記(2)式や(6)式の反応で生じるCuなど銅合
金を吸収するようになる。
ろう材は粉末、シート状のいずれでも良く、ま
た、接合される金属部材に予めクラツドあるいは
バタリング等で表面に密着処理をさせておいても
良い。
た、接合される金属部材に予めクラツドあるいは
バタリング等で表面に密着処理をさせておいても
良い。
本発明において、接合させるセラミツク部材と
しては何ら限定されるものではないが、反応熱を
蓄熱しやすいところから熱伝導率の低いものが好
適である。また多孔質、緻密質のいずれでも良い
が、少なくとも接合予定面が多孔質のものである
と、投錨効果が発揮されて接合強度が高いと共
に、この多孔質部が接合後に応力緩衝層として作
用し熱的、機械的な応力に対する抵抗性が高い。
またこのように少なくとも接合予定面が多孔質で
あると、接合時に溶融した金属、酸化物などが気
孔中に浸み込むようになつて、不要な酸化物等が
接合部外に排出されると共にセラミツクと金属と
の接合間隔が小さくなり接合強度が高められる。
なおセラミツク部材の接合予定面を予めメタライ
ズ処理しておけば、ろう材とのなじみが良くなり
接合強度が高められる。
しては何ら限定されるものではないが、反応熱を
蓄熱しやすいところから熱伝導率の低いものが好
適である。また多孔質、緻密質のいずれでも良い
が、少なくとも接合予定面が多孔質のものである
と、投錨効果が発揮されて接合強度が高いと共
に、この多孔質部が接合後に応力緩衝層として作
用し熱的、機械的な応力に対する抵抗性が高い。
またこのように少なくとも接合予定面が多孔質で
あると、接合時に溶融した金属、酸化物などが気
孔中に浸み込むようになつて、不要な酸化物等が
接合部外に排出されると共にセラミツクと金属と
の接合間隔が小さくなり接合強度が高められる。
なおセラミツク部材の接合予定面を予めメタライ
ズ処理しておけば、ろう材とのなじみが良くなり
接合強度が高められる。
本発明において接合される金属部材は何ら限定
されるものではなく、各種の金属、合金部材が接
合可能である。しかして金属部材はそのまま接合
に供し得るが、予めその表面を多孔質化しておい
ても良い。このように多孔質化しておけば、上記
と同様に、投錨効果、応力緩衝効果、接合面の間
隔を小さくする効果などが奏される。
されるものではなく、各種の金属、合金部材が接
合可能である。しかして金属部材はそのまま接合
に供し得るが、予めその表面を多孔質化しておい
ても良い。このように多孔質化しておけば、上記
と同様に、投錨効果、応力緩衝効果、接合面の間
隔を小さくする効果などが奏される。
しかして本発明は上述の如きセラミツク部材と
金属部材との間にろう材と接合用粉末とを介在さ
せておき、この接合用粉末の発熱反応を開始する
のであるが、この反応を開始する方法としては高
周波誘導加熱手段などにより加熱しても良く、あ
るいは、組成によつては、加圧、着火、衝撃、摩
擦、超音波などの方法を用いても良い。反応の開
始は一部分から始めてもよく、接合面全体で一度
に始めても良い。
金属部材との間にろう材と接合用粉末とを介在さ
せておき、この接合用粉末の発熱反応を開始する
のであるが、この反応を開始する方法としては高
周波誘導加熱手段などにより加熱しても良く、あ
るいは、組成によつては、加圧、着火、衝撃、摩
擦、超音波などの方法を用いても良い。反応の開
始は一部分から始めてもよく、接合面全体で一度
に始めても良い。
また本発明においては、反応熱によりろう材が
溶融しているときに、セラミツク部材と金属部材
とを押し付けてセラミツク側及び金属側でのろう
材の密着度がより高められることが期待され、よ
り一層接合強度を高めることも可能である。
溶融しているときに、セラミツク部材と金属部材
とを押し付けてセラミツク側及び金属側でのろう
材の密着度がより高められることが期待され、よ
り一層接合強度を高めることも可能である。
また、接合中に、外部から加熱を行つても良
い。
い。
気孔率40％のジルコニア質のφ30mm、厚さ20mm
の形状のセラミツク部材と、同一形状の炭素鋼材
（C0.2％）とを本発明方法に従つて接合した。
の形状のセラミツク部材と、同一形状の炭素鋼材
（C0.2％）とを本発明方法に従つて接合した。
即ち、ろう材として銀ろう（Ag57％、Cu22
％、Zn21％）なる組成のものを0.35ｇ／cm2の割合
で鋼材の表面に展開し、次いでＢ：6.4％、
CuO：70.1％、硼砂：7.1％、SiO2：16.4％なる組
成の接合用粉末を0.1ｇ／cm2の割合でろう材の上
に展開した。
％、Zn21％）なる組成のものを0.35ｇ／cm2の割合
で鋼材の表面に展開し、次いでＢ：6.4％、
CuO：70.1％、硼砂：7.1％、SiO2：16.4％なる組
成の接合用粉末を0.1ｇ／cm2の割合でろう材の上
に展開した。
次いで高周波誘導コイルを用いてこの接合面の
一部を瞬間的に加熱すると共に、油圧シリンダを
用いて20Kg／cm2の圧力でセラミツク部材と金属部
材とを押し付けた。
一部を瞬間的に加熱すると共に、油圧シリンダを
用いて20Kg／cm2の圧力でセラミツク部材と金属部
材とを押し付けた。
この状態を５分間保持した後、加圧を解除し
た。
た。
その後、本接合部材を、JIS規格R1601に定め
る曲げ試験の手順に準じて、曲げ試験片を10本切
り出し、３点曲げ試験を行つた。この結果は安定
して800〜1000Kg／cm2の曲げ強度が得られ、セラ
ミツク部材と鋼材とは強固に接合していることが
認められた。
る曲げ試験の手順に準じて、曲げ試験片を10本切
り出し、３点曲げ試験を行つた。この結果は安定
して800〜1000Kg／cm2の曲げ強度が得られ、セラ
ミツク部材と鋼材とは強固に接合していることが
認められた。
以上の通り本発明によれば部材全体を加熱する
ことなく接合ができるので、残留応力が小さいと
共に、部材への熱的影響が小さい。また本発明の
反応熱による加熱は、セラミツクスが断熱性に富
むことから、この反応熱が極めて効果的に接合に
利用されることとなる。さらに本発明方法によれ
ば、高価な加熱装置が不要であり、設備投資の問
題が解消され、しかも取扱いも容易である。しか
して接合部位の補修等も現場で行うことが可能で
あり、工業的に極めて有利である。
ことなく接合ができるので、残留応力が小さいと
共に、部材への熱的影響が小さい。また本発明の
反応熱による加熱は、セラミツクスが断熱性に富
むことから、この反応熱が極めて効果的に接合に
利用されることとなる。さらに本発明方法によれ
ば、高価な加熱装置が不要であり、設備投資の問
題が解消され、しかも取扱いも容易である。しか
して接合部位の補修等も現場で行うことが可能で
あり、工業的に極めて有利である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 金属粉末と金属酸化物の粉末の混合粉末から
なり、該金属粉末と金属酸化物の粉末とは発熱反
応するものである接合用粉末を用いる接合方法で
あつて、金属部材とセラミツク部材との間にろう
材および接合用粉末を介在させた後、該接合用粉
末の反応を開始させ、この反応熱によつてろう材
を溶かして接合することを特徴とするセラミツク
ス部材と金属部材との接合方法。 ２ 金属粉末と金属酸化物の粉末とは、発熱反応
後に、フラツクス作用を有する金属酸化物を生じ
させるものである特許請求の範囲第１項記載の接
合方法。 ３ ろう材が溶けている間に金属部材とセラミツ
ク部材とを互いに押し付けることを特徴とする特
許請求の範囲第１項または第２項記載の接合方
法。 ４ 接合すべきセラミツク部材の表面が、多孔質
化処理及び／又は金属化処理されていることを特
徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項のい
ずれか１項に記載の接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5962883A JPS59184776A (ja) | 1983-04-05 | 1983-04-05 | セラミツク部材と金属部材との接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5962883A JPS59184776A (ja) | 1983-04-05 | 1983-04-05 | セラミツク部材と金属部材との接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59184776A JPS59184776A (ja) | 1984-10-20 |
| JPS6327309B2 true JPS6327309B2 (ja) | 1988-06-02 |
Family
ID=13118684
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5962883A Granted JPS59184776A (ja) | 1983-04-05 | 1983-04-05 | セラミツク部材と金属部材との接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59184776A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0352115U (ja) * | 1989-09-29 | 1991-05-21 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51107307A (ja) * | 1975-03-17 | 1976-09-22 | Urarusukii N Itsusureedowacher | Kanseihinnoseisakuho |
-
1983
- 1983-04-05 JP JP5962883A patent/JPS59184776A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0352115U (ja) * | 1989-09-29 | 1991-05-21 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59184776A (ja) | 1984-10-20 |
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