JP2000271736A - Method for joining metal-ceramics composite material - Google Patents
Method for joining metal-ceramics composite materialInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、材料と材料とを接
合する接合方法に関し、特に一方の材料がＡｌ合金をマ
トリックスとする金属−セラミックス複合材料の接合方
法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a joining method for joining materials, and more particularly, to a joining method for a metal-ceramic composite material in which one material has an Al alloy as a matrix.
【０００２】[0002]
【従来の技術】Ａｌ合金は、軽量で耐食性に優れ、熱の
伝導性、電気の電導性にも優れているため、様々な分野
で利用が進んでいる。また近年、Ａｌ合金をマトリック
スとし、セラミックスを強化材として複合させた金属−
セラミックス複合材料がその軽量、高剛性を特徴として
利用されるようになってきた。2. Description of the Related Art Al alloys are being used in various fields because they are lightweight, have excellent corrosion resistance, and are excellent in heat conductivity and electric conductivity. Also, in recent years, metal alloys using aluminum alloy as a matrix and ceramics as a reinforcing material have been used.
Ceramic composite materials have come to be used because of their light weight and high rigidity.
【０００３】その金属−セラミックス複合材料の接合に
ついては、ロウ材を介して接合する場合には、マトリッ
クスであるＡｌ合金に融点の低い鋳物材Ａｌ合金が使わ
れ、しかもセラミックス粉末が複合されているため、接
合部でのロウ材と金属部分との接触が少なく、さらにそ
のセラミックス粉末の含有量が多いとセラミックスとロ
ウ材との濡れ性が一段と悪くなるので、従来のロウ材で
は強固に接合することができないという問題があった。[0003] In the case of joining the metal-ceramic composite material, when joining with a brazing material, a casting material Al alloy having a low melting point is used as the matrix Al alloy, and ceramic powder is combined. Therefore, there is little contact between the brazing material and the metal part at the joining part, and if the content of the ceramic powder is large, the wettability between the ceramic and the brazing material is further deteriorated, so that the conventional brazing material is strongly joined. There was a problem that it was not possible.
【０００４】そこで、最近では前記複合材料でも強固に
接合できる箔にした低温のロウ材が提案されている。し
かし、このロウ材は低温化するためＳｉ、Ｃｕなどを含
むことが多いので、硬く脆い材料となっている。そのた
め、材料を箔状に圧延するのは難しく、それを溶融した
合金を金属ロールに流し、急冷する方法で箔状にしてい
た。[0004] Therefore, recently, a low-temperature brazing material has been proposed which is a foil which can be firmly bonded even with the composite material. However, since this brazing material often contains Si, Cu, etc. in order to lower the temperature, it is a hard and brittle material. For this reason, it is difficult to roll the material into a foil shape, and the molten alloy is poured on a metal roll and quenched to form a foil shape.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法では生産性が悪く、また、箔表面が酸化されるなどの
問題があった。さらに、できた箔も硬いため、接合時の
作業性が悪く、また箔が反っていたりすると接合界面が
十分に接触しないので、精度よく接合することが難しい
という問題もあった。However, this method has problems such as poor productivity and oxidation of the foil surface. Furthermore, since the resulting foil is hard, the workability at the time of joining is poor, and if the foil is warped, the joining interface does not sufficiently contact, so that there is a problem that it is difficult to join with high accuracy.
【０００６】本発明は、上述した金属−セラミックス複
合材料の接合方法が有する課題に鑑みなされたものであ
って、その目的は、箔状のロウ材を用いて接合するより
生産性、作業性に優れ、かつ確実に精度よく接合するこ
とのできる金属−セラミックス複合材料の接合方法を提
供することにある。The present invention has been made in view of the problems of the above-described method of joining metal-ceramic composite materials, and has an object to improve productivity and workability more than joining using a foil brazing material. It is an object of the present invention to provide a metal-ceramic composite material bonding method that can be excellently and reliably bonded with high accuracy.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するため鋭意研究した結果、粉末状のロウ材をグリ
ーンシート化して接合すれば、箔状のロウ材を用いて接
合するより生産性、作業性に優れ、かつ確実に精度よく
接合することができるとの知見を得て本発明を完成する
に至った。Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, if powdered brazing material is formed into a green sheet and joined, it is more difficult to join using a foil-shaped brazing material. The inventors have found that the present invention is excellent in productivity and workability, and can be joined reliably and accurately, and has completed the present invention.
【０００８】即ち本発明は、（１）Ａｌ合金をマトリッ
クスとする金属−セラミックス複合材料と、それと同種
または異種の材料との間に粉末状のロウ材をグリーンシ
ートと成して装填し、それを熱処理して接合することを
特徴とする金属−セラミックス複合材料の接合方法（請
求項１）とし、また、（２）前記ロウ材が、アトマイズ
処理したＡｌを主成分とするＡｌ合金粉末であることを
特徴とする請求項１記載の金属−セラミックス複合材料
の接合方法（請求項２）とし、さらに、（３）前記Ａｌ
合金粉末が、アトマイズ処理した粉末をさらに鱗片状に
加工したＡｌ合金粉末であることを特徴とする請求項２
記載の金属−セラミックス複合材料の接合方法（請求項
３）とすることを要旨とする。以下さらに詳細に説明す
る。That is, the present invention provides (1) a method in which a powdery brazing material is formed into a green sheet between a metal-ceramic composite material having an Al alloy as a matrix and a material of the same or different kind, and is charged. (2) The brazing material is an atomized Al alloy powder containing aluminum as a main component. The method for bonding a metal-ceramic composite material according to claim 1 (claim 2), further comprising:
The alloy powder is an Al alloy powder obtained by further processing an atomized powder into a flake shape.
The gist of the invention is to provide the method for bonding a metal-ceramic composite material described in the above (Claim 3). This will be described in more detail below.
【０００９】上記で述べたように本発明の金属−セラミ
ックス複合材料の接合方法としては、接合する粉末状の
ロウ材を、グリーンシートと成し、それを材料間に装填
し熱処理して接合する方法とした（請求項１）。As described above, in the method of joining the metal-ceramic composite material of the present invention, the powdery brazing material to be joined is formed into a green sheet, which is loaded between the materials and joined by heat treatment. (Claim 1).
【００１０】粉末状のロウ材をグリーンシート化して用
いるのは、箔にすることが難しい材料でも容易にシート
化することができるため、はるかに生産性に優れている
ことによる。また、このグリーンシートは可撓性があ
り、軟らかく可塑性もあるので、作業時の作業性が良好
で、しかも適度の粘着性もあるので、シートがずれるこ
ともない。さらに、シートの厚みの精度が優れているた
め、軽く圧着するだけで材料間を隙間なく密着させるこ
とができるので、確実に精度よく接合することができ、
これも箔を用いるより優れている。。The use of the powdered brazing material in the form of a green sheet is based on the fact that the material which is difficult to make into a foil can be easily formed into a sheet, so that the productivity is far superior. Further, since the green sheet is flexible, soft and plastic, the workability at the time of work is good, and the green sheet has a moderate adhesiveness, so that the sheet does not shift. Furthermore, since the thickness accuracy of the sheet is excellent, the materials can be closely adhered to each other without any gaps only by lightly pressing, so that the joining can be reliably and accurately performed.
This is also better than using foil. .
【００１１】そのロウ材としては、アトマイズ処理した
Ａｌを主成分とするＡｌ合金粉末とした（請求項２）。
金属のアトマイズ処理は、工業的に広く用いられる方法
で、圧延が難しい金属でも容易に粉末に加工することが
できるので、より好ましい。そしてその粉末を用いてシ
ート化すればよい。[0011] The brazing material was an aluminum alloy powder mainly composed of atomized Al.
The atomizing treatment of the metal is more preferable because it is a method widely used industrially, and even a metal that is difficult to roll can be easily processed into a powder. Then, a sheet may be formed using the powder.
【００１２】その金属粉末をＡｌを主成分とするＡｌ合
金粉末としたのは、接合すべき材料の一方がＡｌ合金を
マトリックスとする金属−セラミックス複合材料である
ので、Ａｌを主成分とする合金粉末とした方がより好ま
しいことによる。粉末の細かさは、特に限定しないが、
５μｍから１００μｍ程度が好ましい。The metal powder is made of an Al alloy powder containing Al as a main component because one of the materials to be joined is a metal-ceramic composite material having an Al alloy as a matrix. This is because powder is more preferable. The fineness of the powder is not particularly limited,
It is preferably about 5 μm to 100 μm.
【００１３】そのＡｌ合金粉末としては、アトマイズ処
理した粉末をさらに鱗片状に加工したＡｌ合金粉末とし
た（請求項３）。アトマイズ処理しただけの粉末でも構
わないが、鱗片状に加工して使用した方がアトマイズの
処理時に形成された粉末表面の酸化膜、窒化膜が破壊さ
れ、その結果、接合時のロウ材の濡れ性が改善され、接
合強度が向上することになる。As the Al alloy powder, an aluminum alloy powder obtained by further processing the atomized powder into a scaly shape was used (claim 3). The powder which has just been atomized may be used. The properties are improved, and the bonding strength is improved.
【００１４】この鱗片状に加工する方法は、ボールミ
ル、振動ミル、媒体攪拌ミル、ロールミルなどのミルで
粉砕すれば加工できる。なお、この加工処理は、シート
を成形する時に用いるスリップを調製する際に粉砕を行
って加工処理してもよいし、事前に鱗片状に加工処理し
たＡｌ合金粉末を使用してもよい。This scaly processing method can be performed by pulverizing with a mill such as a ball mill, a vibration mill, a medium stirring mill, and a roll mill. In this processing, pulverization may be performed when preparing a slip used for forming a sheet, or processing may be performed, or Al alloy powder that has been processed in a scale shape in advance may be used.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】本発明の接合方法を述べると、先
ずＡｌ合金をマトリックスとする金属−セラミックス複
合材料とそれに接合すべき材料、例えばそれと同種の金
属−セラミックス複合材料または異種の金属材料、セラ
ミックス材料などを用意する。これとは別にアトマイズ
処理したＡｌ合金粉末をグリーンシート化したロウ材を
用意する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The joining method of the present invention will be described. First, a metal-ceramic composite material having an Al alloy as a matrix and a material to be joined thereto, for example, a metal-ceramic composite material of the same type or a different metal material, Prepare ceramic materials and so on. Separately from this, a brazing material prepared by forming an Al alloy powder that has been atomized into a green sheet is prepared.
【００１６】グリーンシートの成形は、アトマイズ処理
したＡｌ合金粉末を用意し、その粉末を例えばドクター
ブレード法で成形すればよい。このドクターブレード法
は、電子部品などの積層セラミックスの製造などに用い
られる方法であり、例えば有機バインダーとしてアクリ
ル樹脂、ポリビニルブチラール等をＡｌ合金粉末に添加
し、これに適量の溶剤や分散剤、可塑剤等を加えて混合
し、得られたスリップをドクターブレード装置に流し出
しながら一定の厚みとし、それを乾燥してシート状に成
形する方法である。用いるＡｌ合金粉末を鱗片状にする
必要があれば、アトマイズ処理した粉末をさらにボール
ミルなどで加工処理するか、あるいはスリップとする際
にボールミルなどで混合粉砕するかして鱗片状にする。The green sheet may be formed by preparing an Al alloy powder which has been subjected to an atomizing treatment and forming the powder by, for example, a doctor blade method. This doctor blade method is a method used for manufacturing laminated ceramics such as electronic components.For example, an acrylic resin, polyvinyl butyral, or the like as an organic binder is added to an Al alloy powder, and an appropriate amount of a solvent, a dispersant, This is a method in which an agent or the like is added and mixed, and the resulting slip is made to have a certain thickness while flowing out to a doctor blade device, and then dried to form a sheet. If the Al alloy powder to be used needs to be formed into a flake shape, the atomized powder is further processed by a ball mill or the like, or mixed and crushed by a ball mill or the like when slipping to form a flake shape.
【００１７】この用意したグリーンシートを同じく用意
した金属−セラミックス複合材料と、それと同種または
異種の材料との間の接合面に装填する。これを熱処理し
て接合する。The prepared green sheet is loaded on the joint surface between the prepared metal-ceramic composite material and the same or different material. This is heat-treated and joined.
【００１８】以上の方法で金属−セラミックス複合材料
を接合すれば、生産性、作業性に優れ、かつ確実に精度
よく接合することのできる金属−セラミックス複合材料
の接合方法とすることができる。If the metal-ceramic composite material is joined by the above-described method, a method of joining the metal-ceramic composite material which is excellent in productivity and workability and can be surely joined with high accuracy can be obtained.
【００１９】[0019]
【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に挙げ、本発
明をより詳細に説明する。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail by giving specific examples of the present invention.
【００２０】（実施例１〜３） （１）接合体の作製 金属−セラミックス複合材料（ＭＭＣ）としてセランク
ス（株）社が製造したＰＳＩ７０（Ａｌ合金 ３０ｖｏ
ｌ％、ＳｉＣ粉末 ７０ｖｏｌ％）を、金属材料として
市販のＡＣ８Ａ（Ａｌ合金）を用意した。それらから５
０×５０×２０ｍｍの試料を切り出して用いた。(Examples 1 to 3) (1) Production of bonded body PSI70 (Al alloy 30 vol.) Manufactured by Selanx Co., Ltd. as a metal-ceramic composite material (MMC)
1%, SiC powder 70 vol%) and commercially available AC8A (Al alloy) as a metal material. 5 from them
A sample of 0 × 50 × 20 mm was cut out and used.
【００２１】ロウ材は硬くなるＳｉ、Ｃｕを含む表１の
組成のＡｌ合金を用い、それを溶融してアトマイズ処理
したＡｌ合金粉末とし、それにバインダーとしてアクリ
ル樹脂を、その他に可塑剤、溶剤を加え攪拌機で混合し
てスリップを調製した。このスリップをドクターブレー
ド装置に流し出し、約３００μｍの厚さのグリーンシー
トを成形した。なお、実施例３は、Ａｌ合金粉末を鱗片
状にするため、先のスリップをさらにボールミルで１０
時間混合粉砕した。As the brazing material, an Al alloy having the composition shown in Table 1 containing Si and Cu, which are hardened, is melted to form an Al alloy powder which has been atomized, and an acrylic resin is used as a binder, and a plasticizer and a solvent are additionally used. The mixture was mixed with a stirrer to prepare a slip. The slip was poured into a doctor blade device to form a green sheet having a thickness of about 300 μm. In Example 3, in order to make the Al alloy powder scaly, the above slip was further subjected to a ball mill for 10 minutes.
Mixing and crushing for hours.
【００２２】得られたグリーンシートを接合する材料の
５０×５０ｍｍの接合面間に装填し、４００℃の温度で
５時間保持してバインダーを除去した後、その材料の接
合面上部に５０ｇ／ｃｍ2の荷重がかかる重しを載せ、
窒素雰囲気中で５２０℃の温度で熱処理して接合し、接
合体を作製した。The obtained green sheet was loaded between the joining surfaces of 50 × 50 mm of the joining material, and kept at 400 ° C. for 5 hours to remove the binder. Put the weight of 2 load,
Heat bonding was performed at a temperature of 520 ° C. in a nitrogen atmosphere to perform bonding, thereby forming a bonded body.
【００２３】（２）評価 得られた接合体から接合部を中心とした試料を切り出
し、その表面を研削加工して３×４×４０ｍｍの試料を
作製した。この試料で下部スパン３０ｍｍ、上部スパン
１０ｍｍの４点曲げ試験を行って接合強度を求めた。そ
の結果を表１に示す。(2) Evaluation A sample centering on the joint was cut out from the obtained joined body, and the surface was ground to prepare a 3 × 4 × 40 mm sample. This sample was subjected to a four-point bending test with a lower span of 30 mm and an upper span of 10 mm to determine the bonding strength. Table 1 shows the results.
【００２４】表１から明らかなように、実施例１、２、
４では、本発明の方法で接合しているので、いずれも１
００ＭＰａ以上の強固な接合強度を有する接合体が得ら
れている。また、実施例３では、Ａｌ合金粉末が鱗片状
であるので、接合強度が実施例１よりさらに向上した。
このことは、粉末状のロウ材をグリーンシート化して接
合しても強固に接合された金属−セラミックス複合材料
の接合体が得られるということを示している。As is clear from Table 1, Examples 1, 2,
In No. 4, since they are joined by the method of the present invention,
A joined body having a strong joining strength of 00 MPa or more is obtained. Further, in Example 3, since the Al alloy powder was scaly, the bonding strength was further improved as compared with Example 1.
This indicates that a strongly bonded metal-ceramic composite material joined body can be obtained even if the powdered brazing material is formed into a green sheet and joined.
【００２５】[0025]
【発明の効果】以上の通り、本発明の金属−セラミック
ス複合材料の接合方法であれば、粉末状のロウ材をグリ
ーンシート化しても、強固に接合された接合体が得られ
るようになった。このことにより、箔状のロウ材を用い
て接合するより生産性、作業性に優れ、かつ確実に精度
よく接合することのできる金属−セラミックス複合材料
の接合方法を提供できるようになった。また、鋳物材Ａ
ｌ合金のような低融点の金属材料であっても、同様に箔
状のロウ材を用いて接合するよりより良好に接合するこ
とのできる金属材料の接合方法も当然のことながら提供
できるようになった。 整理番号 ＴＫＳ２６３ 化学式等を記載した書面As described above, according to the method for joining metal-ceramic composite materials of the present invention, even if the powdery brazing material is made into a green sheet, a strongly joined joined body can be obtained. . As a result, it has become possible to provide a joining method of a metal-ceramic composite material which is more excellent in productivity and workability than joining using a foil brazing material, and can be joined reliably and accurately. Casting material A
As a matter of course, it is possible to provide a bonding method of a metal material that can be more preferably bonded even with a metal material having a low melting point such as an alloy by using a foil brazing material. became. Reference number TKS263 Document describing chemical formula, etc.
【表１】 [Table 1]
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０４Ｂ 37/00 Ｃ０４Ｂ 37/00 Ｂ // Ｂ２３Ｋ 103:10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) C04B 37/00 C04B 37/00 B // B23K 103: 10
Claims (3)
ラミックス複合材料と、それと同種または異種の材料と
の間に粉末状のロウ材をグリーンシートと成して装填
し、それを熱処理して接合することを特徴とする金属−
セラミックス複合材料の接合方法。1. A powdery brazing material is formed as a green sheet between a metal-ceramic composite material having an Al alloy as a matrix and a material of the same or different kind, and the resulting material is heat treated and joined. A metal characterized by the following:
A method for joining ceramic composite materials.
を主成分とするＡｌ合金粉末であることを特徴とする請
求項１記載の金属−セラミックス複合材料の接合方法。2. The method according to claim 1, wherein the brazing material is an atomized Al.
The method for joining metal-ceramic composite materials according to claim 1, wherein the metal-ceramic composite material is an Al alloy powder containing as a main component.
た粉末をさらに鱗片状に加工したＡｌ合金粉末であるこ
とを特徴とする請求項２記載の金属−セラミックス複合
材料の接合方法。3. The method for joining metal-ceramic composite materials according to claim 2, wherein the Al alloy powder is an Al alloy powder obtained by further processing an atomized powder into a scaly shape.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8512999A JP2000271736A (en) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | Method for joining metal-ceramics composite material |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP8512999A JP2000271736A (en) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | Method for joining metal-ceramics composite material |
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|---|---|
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|---|---|---|---|
| JP8512999A Pending JP2000271736A (en) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | Method for joining metal-ceramics composite material |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000271736A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9249684B2 (en) | 2013-03-13 | 2016-02-02 | Rolls-Royce Corporation | Compliant composite component and method of manufacture |
| DE102014115839A1 (en) * | 2014-10-30 | 2016-05-04 | Bundesrepublik Deutschland, Vertreten Durch Den Bundesminister Für Wirtschaft Und Energie, Dieser Vertreten Durch Den Präsidenten Der Bundesanstalt Für Materialforschung Und -Prüfung (Bam) | Method for applying a solder material |
| US9757920B2 (en) | 2013-03-15 | 2017-09-12 | Rolls-Royce Corporation | Flexible ceramic matrix composite seal |
-
1999
- 1999-03-29 JP JP8512999A patent/JP2000271736A/en active Pending
Cited By (3)
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