JP2747865B2 - セラミックスと金属との接合構造 - Google Patents
セラミックスと金属との接合構造Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックス製タ−ビ
ンローター及びガスタ−ビンローター等の高温雰囲気下
で使用されるセラミックスと金属部材の接合に関する。
ンローター及びガスタ−ビンローター等の高温雰囲気下
で使用されるセラミックスと金属部材の接合に関する。
【0002】
【従来の技術】タ−ボチャ−ジャ−やガスタ−ビンエン
ジンなどの高温雰囲気下で回転体として使用される機構
部品には機械的強度、耐熱性、耐摩耗性に優れ、比重の
小さいセラミックス体(窒化珪素、サイアロン、炭化珪
素等の焼結体)が適している。しかし、セラミックス体
のみで機構部品として使用することは難かしく、上記セ
ラミックと金属軸を複合、接合した構造体が一般に用い
られる。
ジンなどの高温雰囲気下で回転体として使用される機構
部品には機械的強度、耐熱性、耐摩耗性に優れ、比重の
小さいセラミックス体(窒化珪素、サイアロン、炭化珪
素等の焼結体)が適している。しかし、セラミックス体
のみで機構部品として使用することは難かしく、上記セ
ラミックと金属軸を複合、接合した構造体が一般に用い
られる。
【0003】セラミックス部材と金属部材の接合方法と
して、ろう材(BAg8、Ag:72%、Cu:28
%)を用いた焼嵌め法が特開昭63−8273号公報に
開示されている。この方法は、図1に示す様にセラミッ
クス回転中心部に軸突起部(1)を設ける一方、金属軸
(2)の先端部に凹部(3)を設け、この凹部(3)の
底にBAg8ろう材(4)を配置した状態で金属軸
(2)を加熱膨張させた後、図2に示す様に金属軸
(2)の凹部(3)にセラミックス部材の凸部(1)を
嵌込むとともに溶融したろう材(4)を両者間に充填
し、冷却することにより、焼ばめ力を得る接合体の製造
方法である。
して、ろう材(BAg8、Ag:72%、Cu:28
%)を用いた焼嵌め法が特開昭63−8273号公報に
開示されている。この方法は、図1に示す様にセラミッ
クス回転中心部に軸突起部(1)を設ける一方、金属軸
(2)の先端部に凹部(3)を設け、この凹部(3)の
底にBAg8ろう材(4)を配置した状態で金属軸
(2)を加熱膨張させた後、図2に示す様に金属軸
(2)の凹部(3)にセラミックス部材の凸部(1)を
嵌込むとともに溶融したろう材(4)を両者間に充填
し、冷却することにより、焼ばめ力を得る接合体の製造
方法である。
【0004】
【発明が解決しょうとする課題】従来のろう材にて、接
合されたセラミックタ−ボチャ−ジャ−は、一応実用化
される接合強度を有しているが、Ag−Cuの共晶点
は、780℃と低く、しかもCu成分が酸化されるため
に、高温強度や耐酸化性に欠けるという難点を有してい
る。また、最近のタ−ボチャ−ジャ−付の自動車エンジ
ンに於ては、低燃費化等高性能化が進むにつれてエンジ
ン排気ガス温度が上昇し、これにつれて接合部温度も上
昇し、より高温強度の高い接合体が必要となる。
合されたセラミックタ−ボチャ−ジャ−は、一応実用化
される接合強度を有しているが、Ag−Cuの共晶点
は、780℃と低く、しかもCu成分が酸化されるため
に、高温強度や耐酸化性に欠けるという難点を有してい
る。また、最近のタ−ボチャ−ジャ−付の自動車エンジ
ンに於ては、低燃費化等高性能化が進むにつれてエンジ
ン排気ガス温度が上昇し、これにつれて接合部温度も上
昇し、より高温強度の高い接合体が必要となる。
【0005】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
ることを課題としセラミックス製タ−ビンホイ−ルと金
属部材とのろう材を改良することにより、タ−ビンホイ
−ルと金属部材との接合に対して高温でも信頼性を高め
るとともに、適用可能な温度領域を広げたセラミックス
製タ−ビンローターを提供することを目的とする。
ることを課題としセラミックス製タ−ビンホイ−ルと金
属部材とのろう材を改良することにより、タ−ビンホイ
−ルと金属部材との接合に対して高温でも信頼性を高め
るとともに、適用可能な温度領域を広げたセラミックス
製タ−ビンローターを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】 その手段は、凹部を有
する金属部材の該凹部の中に、セラミックス部材を嵌合
し、接合材料によって両部材を接合してなるセラミック
スと金属との接合構造において、前記接合材料がPd3
〜30重量%、Ag40〜70重量%及びCu10〜4
0重量%からなりTi、Zrを含まない合金であり、そ
の少なくとも一部がセラミックス部材の外周面と金属部
材の凹部内周面との間に充填されていることを特徴とす
る接合構造にある。また、同じくその手段は、凹部を有
する金属部材の該凹部の中に、セラミックス部材を嵌合
し、接合材料によって両部材を接合してなるセラミック
スと金属との接合構造において、前記接合材料の少なく
とも一部が、セラミックス部材の外周面と金属部材の凹
部内周面との間に充填されており、Pd3〜30重量
%、Ag40〜70重量%及びCu10〜40重量%か
らなる合金であることを特徴とする接合構造でもある。
する金属部材の該凹部の中に、セラミックス部材を嵌合
し、接合材料によって両部材を接合してなるセラミック
スと金属との接合構造において、前記接合材料がPd3
〜30重量%、Ag40〜70重量%及びCu10〜4
0重量%からなりTi、Zrを含まない合金であり、そ
の少なくとも一部がセラミックス部材の外周面と金属部
材の凹部内周面との間に充填されていることを特徴とす
る接合構造にある。また、同じくその手段は、凹部を有
する金属部材の該凹部の中に、セラミックス部材を嵌合
し、接合材料によって両部材を接合してなるセラミック
スと金属との接合構造において、前記接合材料の少なく
とも一部が、セラミックス部材の外周面と金属部材の凹
部内周面との間に充填されており、Pd3〜30重量
%、Ag40〜70重量%及びCu10〜40重量%か
らなる合金であることを特徴とする接合構造でもある。
【0007】この接合構造において望ましい手段は、セ
ラミックス部材がタービンロータの翼車であって、金属
部材をタービンロータの回転軸とするものである。同じ
く望ましい手段は、セラミックス部材に、金属部材によ
って焼嵌め力が加えられているものである。
ラミックス部材がタービンロータの翼車であって、金属
部材をタービンロータの回転軸とするものである。同じ
く望ましい手段は、セラミックス部材に、金属部材によ
って焼嵌め力が加えられているものである。
【0008】同じく望ましい手段は、セラミックス部材
の端面と金属部材の凹部底面との間に、Ni、Cu、F
e、Ag、コバール、Nb、Fe−Ni合金、W、W合
金、超硬、サーメットのうちから選ばれる1種以上から
なる中間層が備えられているものである。
の端面と金属部材の凹部底面との間に、Ni、Cu、F
e、Ag、コバール、Nb、Fe−Ni合金、W、W合
金、超硬、サーメットのうちから選ばれる1種以上から
なる中間層が備えられているものである。
【0009】ここで、凹部を有する金属部材とは、例え
ば一端閉塞の有底体、両端開放の管状体等を指し、要す
るに端面より窪んでいる部分を備えたもので有れば良
い。上記各手段において、セラミックスは、非酸化物で
あればSi3N4,SiC,,サイアロン等が適用可能で
あり、酸化物であればAl203,ZrO2 , 等が適用可
能である。超硬とは、例えば、WC−Ni,WC−CO
等の超硬合金、サーメットとは、TiN−TiC等をい
う。また、W合金とは、W−Ni,W−Ni−Fe,W
−Ni−Cu,Cu−W等が含まれる。
ば一端閉塞の有底体、両端開放の管状体等を指し、要す
るに端面より窪んでいる部分を備えたもので有れば良
い。上記各手段において、セラミックスは、非酸化物で
あればSi3N4,SiC,,サイアロン等が適用可能で
あり、酸化物であればAl203,ZrO2 , 等が適用可
能である。超硬とは、例えば、WC−Ni,WC−CO
等の超硬合金、サーメットとは、TiN−TiC等をい
う。また、W合金とは、W−Ni,W−Ni−Fe,W
−Ni−Cu,Cu−W等が含まれる。
【0010】
[1] Pdは主に、ろう材の融点を上昇させ、耐熱性
の向上に寄与するとともに、Ag,Niなどとそれぞれ
全率固溶体を形成するため、脆弱な金属間化合物を形成
することがなく、この効果は、含有量3〜30重量%の
ときに最も強く発揮され、特に高温での接合強度が高く
なる。また、その含有量が3重量%未満では上記効果が
不十分となり、30重量%を超えると、ろう材の融点が
上昇しすぎて(1100℃以上)ろう付温度が高くなり
すぎ、ろう付作業性が悪くなるとともに、金属部材への
侵食や、セラミックスや金属部材の材質によっては溶け
出した元素がセラミックスと反応を起こし、セラミック
スにクラックやワレ等が生じることもある。
の向上に寄与するとともに、Ag,Niなどとそれぞれ
全率固溶体を形成するため、脆弱な金属間化合物を形成
することがなく、この効果は、含有量3〜30重量%の
ときに最も強く発揮され、特に高温での接合強度が高く
なる。また、その含有量が3重量%未満では上記効果が
不十分となり、30重量%を超えると、ろう材の融点が
上昇しすぎて(1100℃以上)ろう付温度が高くなり
すぎ、ろう付作業性が悪くなるとともに、金属部材への
侵食や、セラミックスや金属部材の材質によっては溶け
出した元素がセラミックスと反応を起こし、セラミック
スにクラックやワレ等が生じることもある。
【0011】[2] Agは、流動性を改善して、金属
部材との濡れ性を良好にし、接合強度を向上させる元素
であり、その含有量が40重量%未満では、この効果が
不十分となり70重量%を超えるとろう材自体の耐熱性
が低下する。
部材との濡れ性を良好にし、接合強度を向上させる元素
であり、その含有量が40重量%未満では、この効果が
不十分となり70重量%を超えるとろう材自体の耐熱性
が低下する。
【0012】[3] CuもAgと同じように、流動
性、濡れ性の改善に役立つもので、Agと共晶組織とな
り、接合強度を向上させる元素であり、その含有量が1
0重量%未満では、この効果が不十分となり、40重量
%を超えると、耐熱性が低下する。
性、濡れ性の改善に役立つもので、Agと共晶組織とな
り、接合強度を向上させる元素であり、その含有量が1
0重量%未満では、この効果が不十分となり、40重量
%を超えると、耐熱性が低下する。
【0013】[4] 接合材料の融点が高いから、加熱
接合後の冷却過程において、ろう材が耐力を持ち始める
温度も高くなる。従って、接合材料による化学的接合力
に加えて、セラミックス部材に、金属部材によって強い
焼嵌め力が加えられ、更に接合強度が、高くなる。
接合後の冷却過程において、ろう材が耐力を持ち始める
温度も高くなる。従って、接合材料による化学的接合力
に加えて、セラミックス部材に、金属部材によって強い
焼嵌め力が加えられ、更に接合強度が、高くなる。
【0014】[5] セラミックス部材の端面と金属部
材の凹部底面との間に、Ni、Cu、Fe、Ag、コバ
ール、Nb、Fe−Ni合金、W、W合金、超硬、サー
メットのうちから選ばれる1種以上からなる中間層が備
えられていると、セラミックス部材と金属部材との熱膨
張差に起因する歪を、この中間層が緩和吸収し、更に接
合強度が向上する。
材の凹部底面との間に、Ni、Cu、Fe、Ag、コバ
ール、Nb、Fe−Ni合金、W、W合金、超硬、サー
メットのうちから選ばれる1種以上からなる中間層が備
えられていると、セラミックス部材と金属部材との熱膨
張差に起因する歪を、この中間層が緩和吸収し、更に接
合強度が向上する。
【0015】
−実施例1− 以下、本発明についての実施例及び実験例について、図
面に従って説明する。
面に従って説明する。
【0016】[構造例]図3は、本発明接合構造をセラ
ミックスタ−ボチャ−ジャ−のタービンローターに利用
した例である。タービンローターは、セラミックス製翼
車、一端がこの翼車に接合されて翼車の回転駆動力を他
端のコンプレッサーホイール(図示省略)に伝達する金
属軸及びこれらセラミックス製翼車と金属軸との接合部
となる金属部材から構成されている。セラミックス製翼
車(5)は、詳しくはガス圧焼成して得られた窒化珪素
系焼結体製であり、背板中心部には直径12.0mmの
軸部(6)が設けてある。軸部(6)の先端(7)に
は、カケ、チッピング防止及び応力集中しない様に、
0.5mmのC面取りを設けてある。
ミックスタ−ボチャ−ジャ−のタービンローターに利用
した例である。タービンローターは、セラミックス製翼
車、一端がこの翼車に接合されて翼車の回転駆動力を他
端のコンプレッサーホイール(図示省略)に伝達する金
属軸及びこれらセラミックス製翼車と金属軸との接合部
となる金属部材から構成されている。セラミックス製翼
車(5)は、詳しくはガス圧焼成して得られた窒化珪素
系焼結体製であり、背板中心部には直径12.0mmの
軸部(6)が設けてある。軸部(6)の先端(7)に
は、カケ、チッピング防止及び応力集中しない様に、
0.5mmのC面取りを設けてある。
【0017】[製造例]このようなタービンローターを
製造する方法を説明する。まず、セラミックス軸部
(6)の根元R部(8)には、直径1.0mmワイヤ状
のろう材BPd2(Pd:10重量%,Ag:58.5
重量%,Cu:31.5重量%)(9)を2周セットし
た。凹部形状をした金属部材(10)は、材料が、イン
コロイ903からなるもので、内径寸法を直径12.2
0mmに研削加工し内周にろう材の濡れ性及びセラミッ
クス外周部との応力緩衝の改善を目的として、Cuメッ
キ(メッキ厚:50μm)を施した。また、金属部材
(10)の内周部先端部(11)に、余剰ろう材を吸収
するとともにセラミックス軸部R部(8)への応力集中
を防ぐ為に、1.0mmのC面取りを施した。
製造する方法を説明する。まず、セラミックス軸部
(6)の根元R部(8)には、直径1.0mmワイヤ状
のろう材BPd2(Pd:10重量%,Ag:58.5
重量%,Cu:31.5重量%)(9)を2周セットし
た。凹部形状をした金属部材(10)は、材料が、イン
コロイ903からなるもので、内径寸法を直径12.2
0mmに研削加工し内周にろう材の濡れ性及びセラミッ
クス外周部との応力緩衝の改善を目的として、Cuメッ
キ(メッキ厚:50μm)を施した。また、金属部材
(10)の内周部先端部(11)に、余剰ろう材を吸収
するとともにセラミックス軸部R部(8)への応力集中
を防ぐ為に、1.0mmのC面取りを施した。
【0018】そして、金属部材(10)の内周に、ろう
材(9)をセットしたセラミックス軸(6)を挿入し、
セラミックス製翼車(5)の中心と金属部材(10)の
中心とがずれない様にカ−ボン製の治具にて保持し、セ
ラミックス製翼車(5)の上部にSUS製のおもり20
0g(12)を載せて真空雰囲気950℃×30分保持
し、冷却はゆっくり徐冷することにより、セラミックス
製翼車と金属部材とを接合した。
材(9)をセットしたセラミックス軸(6)を挿入し、
セラミックス製翼車(5)の中心と金属部材(10)の
中心とがずれない様にカ−ボン製の治具にて保持し、セ
ラミックス製翼車(5)の上部にSUS製のおもり20
0g(12)を載せて真空雰囲気950℃×30分保持
し、冷却はゆっくり徐冷することにより、セラミックス
製翼車と金属部材とを接合した。
【0019】次に、SNCM439製の金属軸(14)
の端面(15)と金属部材(10)の端面(13)を突
き合せ、突き合せ面に直角の方向より電子ビ−ム溶接を
行ない、金属軸(14)と金属部材(10)の接合を行
った。後に、金属軸外周部を高周波焼入れ、焼戻しを行
った後に旋削加工、研磨加工を行い、タービンローター
の完成体とした。
の端面(15)と金属部材(10)の端面(13)を突
き合せ、突き合せ面に直角の方向より電子ビ−ム溶接を
行ない、金属軸(14)と金属部材(10)の接合を行
った。後に、金属軸外周部を高周波焼入れ、焼戻しを行
った後に旋削加工、研磨加工を行い、タービンローター
の完成体とした。
【0020】[実験例]次に、ろう材の組成を変えて抜
け荷重を測定するために、テストピースを製造した。図
5は、抜け荷重を測定するにあたり、テストピ−ス形状
及び製作工程について示した図である。
け荷重を測定するために、テストピースを製造した。図
5は、抜け荷重を測定するにあたり、テストピ−ス形状
及び製作工程について示した図である。
【0021】カップ形状した底面に直径8mmの穴加工
を施した金属部材(16)は、インコロイ903(N
i:38%,Co:15%,Al:0.7%,Ti:
1.4%,Nb:3%,Fe:残り、wt%)製で直径
12.23mmに内径加工後、ろう流れの改善を目的と
して、電解Cuメッキ50μm施してあり、また、メッ
キ後にろう材が外周部へ流れ出さない様に両端面(2
0)、(21)と直径8mmの穴部(22)の内周面の
Cuメッキをハガシ加工してある。
を施した金属部材(16)は、インコロイ903(N
i:38%,Co:15%,Al:0.7%,Ti:
1.4%,Nb:3%,Fe:残り、wt%)製で直径
12.23mmに内径加工後、ろう流れの改善を目的と
して、電解Cuメッキ50μm施してあり、また、メッ
キ後にろう材が外周部へ流れ出さない様に両端面(2
0)、(21)と直径8mmの穴部(22)の内周面の
Cuメッキをハガシ加工してある。
【0022】セラミックス部材(18)は、窒化珪素製
で外径12.0mm、長さl=15mmに研磨加工がし
てあり、セラミックス部材(18)の先端隅部(24)
には、0.5mmのC面取り加工(図示省略)がしてあ
る。金属部材(16)とセラミックス軸(23)の嵌合
長さLを7mmになる様加工がしてある。
で外径12.0mm、長さl=15mmに研磨加工がし
てあり、セラミックス部材(18)の先端隅部(24)
には、0.5mmのC面取り加工(図示省略)がしてあ
る。金属部材(16)とセラミックス軸(23)の嵌合
長さLを7mmになる様加工がしてある。
【0023】これらセラミックス部材(18)外周部と
金属部材(16)の先端C面取り部(19)との間に、
表1のように組成を変えた直径0.8mmのリング状の
ろう材(25)を2周セットし、セラミックス部材(1
8)上部には、おもり200gを載せ、真空雰囲気にて
それぞれろう材の融点まで上げてろう材(25)をセラ
ミックス部材(18)と金属部材(16)との間に充填
させてろう付け接合し、抜け荷重測定用のテストピ−ス
(試料)No.1〜10を作製した。
金属部材(16)の先端C面取り部(19)との間に、
表1のように組成を変えた直径0.8mmのリング状の
ろう材(25)を2周セットし、セラミックス部材(1
8)上部には、おもり200gを載せ、真空雰囲気にて
それぞれろう材の融点まで上げてろう材(25)をセラ
ミックス部材(18)と金属部材(16)との間に充填
させてろう付け接合し、抜け荷重測定用のテストピ−ス
(試料)No.1〜10を作製した。
【0024】次に図4に示す様にテストピ−スにて、熱
間での抜け荷重を測定、実験した。図4は、テストピ−
スの金属部材(16)の開口部端面を支持して、酸化雰
囲気でニクロム線ヒ−タ−(17)にて全体加熱し、所
定温度(500℃)で10分間保持した後、金属部材の
他端面側からセラミックス軸(18)に荷重P(kg)
を加えて抜け荷重P(kg)を測定する。抜け荷重結果
を表1に記す。
間での抜け荷重を測定、実験した。図4は、テストピ−
スの金属部材(16)の開口部端面を支持して、酸化雰
囲気でニクロム線ヒ−タ−(17)にて全体加熱し、所
定温度(500℃)で10分間保持した後、金属部材の
他端面側からセラミックス軸(18)に荷重P(kg)
を加えて抜け荷重P(kg)を測定する。抜け荷重結果
を表1に記す。
【0025】
【表1】 上表の様に、Pdを含有しない比較例(試料No.9,
10)に対して、Pd:3〜30重量%、Ag:40〜
70重量%、Cu:10〜40重量%からなるろう材を
用いた本発明範囲内の試料No.1〜4の500℃にお
ける抜け荷重は、全て高いことがわかる。また、Pdが
3重量%未満の試料No.5では、抜け荷重に有意差は
認められないものの、ろう材の融点が低いため信頼性を
欠く。さらに、Agが70重量%を超える試料No.6
では、逆に高温強度不足により、Pdを含有しない比較
例に対して劣る。
10)に対して、Pd:3〜30重量%、Ag:40〜
70重量%、Cu:10〜40重量%からなるろう材を
用いた本発明範囲内の試料No.1〜4の500℃にお
ける抜け荷重は、全て高いことがわかる。また、Pdが
3重量%未満の試料No.5では、抜け荷重に有意差は
認められないものの、ろう材の融点が低いため信頼性を
欠く。さらに、Agが70重量%を超える試料No.6
では、逆に高温強度不足により、Pdを含有しない比較
例に対して劣る。
【0026】比較例No.7(Pd−Ag−Mn系ろう
材使用)は、ろう材の融点が高過ぎる為にろう付温度が
高くなり、金属部材(16)中のNiがろう材中に溶け
出し、セラミックス外周部と反応を起こしセラミックス
に応力集中し、割れる事が生じ、実用上成り立たない。
また、比較例No.8(Pd−Ni系ろう材使用)もろ
う付温度が高く、ろう材中のNiがセラミックスと反応
し、No.7同様に実用上成り立たない。比較例No.
11(Pd−Ag−Cu−Ti系ろう材使用)は、ろう
材成分中のTiがセラミックスと反応し、セラミックス
に応力が集中し、割れることが生じ、実用上成り立たな
い。比較例No.12(Ag−Cu−Ti系ろう材使
用)も、同様にろう材成分中のTiがセラミックスと反
応し、セラミックスに応力が集中し、割れることが生
じ、実用上成り立たない。よって、Ti等の活性金属の
添加は実用上成り立たない。
材使用)は、ろう材の融点が高過ぎる為にろう付温度が
高くなり、金属部材(16)中のNiがろう材中に溶け
出し、セラミックス外周部と反応を起こしセラミックス
に応力集中し、割れる事が生じ、実用上成り立たない。
また、比較例No.8(Pd−Ni系ろう材使用)もろ
う付温度が高く、ろう材中のNiがセラミックスと反応
し、No.7同様に実用上成り立たない。比較例No.
11(Pd−Ag−Cu−Ti系ろう材使用)は、ろう
材成分中のTiがセラミックスと反応し、セラミックス
に応力が集中し、割れることが生じ、実用上成り立たな
い。比較例No.12(Ag−Cu−Ti系ろう材使
用)も、同様にろう材成分中のTiがセラミックスと反
応し、セラミックスに応力が集中し、割れることが生
じ、実用上成り立たない。よって、Ti等の活性金属の
添加は実用上成り立たない。
【0027】−実施例2〜3− 図6は実施例2のタービンローターを示す。 [構造例]実施例1では、接合部として有底凹部形状の
金属部材(10)を用いたが、本例では、金属部材(1
0)に代えてスリーブ(筒)状の金属部材(30)及び
複数枚の緩衝板(35)を用いるものである。すなわ
ち、金属軸(31)の端部に突出部(32)が形成され
ており、この突出部の端面(34)とセラミックス製翼
車(26)の軸部端面(33)との間に、複数枚の緩衝
板(35)が介在した状態で、これらがろう付け接合さ
れ、さらにセラミックス製翼車の軸部(27)、緩衝板
(35)及び金属軸の突出部(32)を金属部材(3
0)の中に嵌合した構造のものである。
金属部材(10)を用いたが、本例では、金属部材(1
0)に代えてスリーブ(筒)状の金属部材(30)及び
複数枚の緩衝板(35)を用いるものである。すなわ
ち、金属軸(31)の端部に突出部(32)が形成され
ており、この突出部の端面(34)とセラミックス製翼
車(26)の軸部端面(33)との間に、複数枚の緩衝
板(35)が介在した状態で、これらがろう付け接合さ
れ、さらにセラミックス製翼車の軸部(27)、緩衝板
(35)及び金属軸の突出部(32)を金属部材(3
0)の中に嵌合した構造のものである。
【0028】[製造例]上記のようなタービンローター
を製造する方法を説明する。図6に示すように、セラミ
ックス(窒化珪素)製翼車(26)に設けられた軸部
(27)の根元R部(28)にPd:10重量%,A
g:58.5重量%,Cu:31.5重量%のろう材
(29)を2周セットして、筒形状したインコロイ90
3製の金属部材(30)に嵌め込み、さらに、セラミッ
クス製軸部端面(33)と金属軸(31)の端面(3
4)との間にTi入り活性ろう材,Ni板,Ag/Cu
共晶ろう材BAg8,W合金板,Ag/Cu共晶ろう材
BAg8,Ni板,Ag/Cu共晶ろう材BAg8の3
枚の緩衝板と各種ろう材とを順にセットして、反対側に
SUH−616製の金属軸(31)の突出部(32)を
嵌め込む。この状態で、真空雰囲気中、950℃×30
分のろう付処理を施した。後に研削加工して本発明実施
例2のタ−ビンローターの完成体とした。
を製造する方法を説明する。図6に示すように、セラミ
ックス(窒化珪素)製翼車(26)に設けられた軸部
(27)の根元R部(28)にPd:10重量%,A
g:58.5重量%,Cu:31.5重量%のろう材
(29)を2周セットして、筒形状したインコロイ90
3製の金属部材(30)に嵌め込み、さらに、セラミッ
クス製軸部端面(33)と金属軸(31)の端面(3
4)との間にTi入り活性ろう材,Ni板,Ag/Cu
共晶ろう材BAg8,W合金板,Ag/Cu共晶ろう材
BAg8,Ni板,Ag/Cu共晶ろう材BAg8の3
枚の緩衝板と各種ろう材とを順にセットして、反対側に
SUH−616製の金属軸(31)の突出部(32)を
嵌め込む。この状態で、真空雰囲気中、950℃×30
分のろう付処理を施した。後に研削加工して本発明実施
例2のタ−ビンローターの完成体とした。
【0029】別途、セラミックス製翼車の軸部の根元R
部に、Pd:10%,Ag:58.5%,Cu:31.
5%のろう材をセットして、スリーブ部分と軸部分とが
一体となったインコロイ903製の金属軸に嵌め込み、
950℃×30分のろう付処理を施し、後に研削加工を
することによって、実施例3のタービンローターを完成
した。
部に、Pd:10%,Ag:58.5%,Cu:31.
5%のろう材をセットして、スリーブ部分と軸部分とが
一体となったインコロイ903製の金属軸に嵌め込み、
950℃×30分のろう付処理を施し、後に研削加工を
することによって、実施例3のタービンローターを完成
した。
【0030】また、比較のために、セラミックス製翼車
の軸部の根元R部にセットするろう材を、Ag:72
%,Cu:28%からなる組成のものとする以外は、実
施例3と同一条件で、比較例のタービンローターを完成
した。
の軸部の根元R部にセットするろう材を、Ag:72
%,Cu:28%からなる組成のものとする以外は、実
施例3と同一条件で、比較例のタービンローターを完成
した。
【0031】次に、上記実施例2のタービンローター、
実施例3のタービンローター及び比較例のタービンロー
ターにつき、熱間ねじり強度を測定した。熱間ねじり強
度の測定は、セラミックス製翼車の先端部と金属軸のコ
ンプレッサー側端部とを測定機のチャックで固定し、接
合部をヒーターで500℃に加熱した状態で、セラミッ
クス製翼車と金属軸とを反対方向に回転させて(セラミ
ックス製翼車を時計回り方向とすれば、金属軸を反時計
回り方向に回転させる)、接合部が破壊する際のトルク
を測定することによって行った。測定結果を表2に示
す。
実施例3のタービンローター及び比較例のタービンロー
ターにつき、熱間ねじり強度を測定した。熱間ねじり強
度の測定は、セラミックス製翼車の先端部と金属軸のコ
ンプレッサー側端部とを測定機のチャックで固定し、接
合部をヒーターで500℃に加熱した状態で、セラミッ
クス製翼車と金属軸とを反対方向に回転させて(セラミ
ックス製翼車を時計回り方向とすれば、金属軸を反時計
回り方向に回転させる)、接合部が破壊する際のトルク
を測定することによって行った。測定結果を表2に示
す。
【0032】
【表2】 実施例2のものは、実施例3及び比較例に対して強度が
高い。これは実施例2のものは、セラミックス外周とス
リ−ブ内周の強い焼嵌め力に加えて、セラミックス端面
が緩衝板を介して化学的に金属軸端面と接合されている
為に強度が高いと考えられる。
高い。これは実施例2のものは、セラミックス外周とス
リ−ブ内周の強い焼嵌め力に加えて、セラミックス端面
が緩衝板を介して化学的に金属軸端面と接合されている
為に強度が高いと考えられる。
【0033】また、実施例3と比較例との強度差は実施
例1の抜け強度測定結果と一致する結果が得られてい
る。すなわち、本発明のろう材を使用した方が強度が高
い。これにより、セラミックス端面と金属軸端面とが、
化学的に接合され緩衝層を備えたことによる効果が認め
られる。
例1の抜け強度測定結果と一致する結果が得られてい
る。すなわち、本発明のろう材を使用した方が強度が高
い。これにより、セラミックス端面と金属軸端面とが、
化学的に接合され緩衝層を備えたことによる効果が認め
られる。
【0034】
【発明の効果】従来技術では、Ag,Cuろうが多く用
いられているが、本発明に於ては、融点が高く高温強度
も高く、耐食性の良いPdに注目して接合体の高温強度
を向上させた。従って、本発明接合構造を用いたタ−ビ
ンローターに於ては、従来の適用温度域をさらに高温側
へ広げた効果を持つ。そして、セラミックス端面と金属
軸端面を化学的に接合し、中間層(緩衝板)を介在させ
ることにより、さらに高温強度の高い接合体が得られる
効果が認められる。
いられているが、本発明に於ては、融点が高く高温強度
も高く、耐食性の良いPdに注目して接合体の高温強度
を向上させた。従って、本発明接合構造を用いたタ−ビ
ンローターに於ては、従来の適用温度域をさらに高温側
へ広げた効果を持つ。そして、セラミックス端面と金属
軸端面を化学的に接合し、中間層(緩衝板)を介在させ
ることにより、さらに高温強度の高い接合体が得られる
効果が認められる。
【図1】従来の接合方法を示す図である。
【図2】従来の接合構造を示す断面図である。
【図3】本発明の実施例の接合構造を用いたタービンロ
ーターの製造方法を示す図である。
ーターの製造方法を示す図である。
【図4】抜け荷重の評価方法を示す図である。
【図5】抜け荷重測定用試料の断面図である。
【図6】本発明の他の実施例の接合構造を用いたタービ
ンローターの製造方法を示す図である。
ンローターの製造方法を示す図である。
5,26 セラミックス製翼車 18 セラミックス部材 10,16,30 金属部材 14,31 金属軸 9,25,29 ろう材 35 緩衝板(中間層)
Claims (5)
- 【請求項1】 凹部を有する金属部材の該凹部の中に、
セラミックス部材を嵌合し、接合材料によって両部材を
接合してなるセラミックスと金属との接合構造におい
て、前記接合材料がPd3〜30重量%、Ag40〜7
0重量%及びCu10〜40重量%からなりTi、Zr
を含まない合金であり、その少なくとも一部がセラミッ
クス部材の外周面と金属部材の凹部内周面との間に充填
されていることを特徴とする接合構造。 - 【請求項2】 凹部を有する金属部材の該凹部の中に、
セラミックス部材を嵌合し、接合材料によって両部材を
接合してなるセラミックスと金属との接合構造におい
て、前記接合材料の少なくとも一部が、セラミックス部
材の外周面と金属部材の凹部内周面との間に充填されて
おり、Pd3〜30重量%、Ag40〜70重量%及び
Cu10〜40重量%からなる合金であることを特徴と
する接合構造。 - 【請求項3】 セラミックス部材がタービンロータの翼
車であって、金属部材がタービンロータの回転軸である
請求項1又は2の接合構造。 - 【請求項4】 セラミックス部材に、金属部材によって
焼嵌め力が加えられている請求項1又は2の接合構造。 - 【請求項5】 セラミックス部材の端面と金属部材の凹
部底面との間に、Ni、Cu、Fe、Ag、コバール、
Nb、Fe−Ni合金、W、W合金、超硬、サーメット
のうちから選ばれる1種以上からなる中間層が備えられ
ている請求項1又は2の接合構造。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4232884A JP2747865B2 (ja) | 1992-08-08 | 1992-08-08 | セラミックスと金属との接合構造 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4232884A JP2747865B2 (ja) | 1992-08-08 | 1992-08-08 | セラミックスと金属との接合構造 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0656546A JPH0656546A (ja) | 1994-03-01 |
JP2747865B2 true JP2747865B2 (ja) | 1998-05-06 |
Family
ID=16946356
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4232884A Expired - Fee Related JP2747865B2 (ja) | 1992-08-08 | 1992-08-08 | セラミックスと金属との接合構造 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2747865B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
IT1283498B1 (it) * | 1996-07-24 | 1998-04-21 | Prosor Llc Limited Liability C | Lega matrice per l'ottenimento di leghe dentali per corone e ponti, mediante l'aggiunta di oro |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63108969A (ja) * | 1986-10-24 | 1988-05-13 | Nissan Motor Co Ltd | 窒化珪素質焼結体と金属との接合方法 |
-
1992
- 1992-08-08 JP JP4232884A patent/JP2747865B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0656546A (ja) | 1994-03-01 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |