JPH01172279A - 金属・セラミックス接合材料およびその製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 挟巖分立 本発明は、超微粒子状の金属を均一に分散、含有するア
ルミノシリケートからなる金属・セラミックス接合材料
、およびこのような接合材料の製造方法に関する。

丈米抜！ セラミックスと金属との接合方法は、現在重要な工業的
課題として注目されている。特に、エンジン等の機械的
な応用に際しては、耐熱性、断熱性、硬度、耐摩耗性、
耐食性を必要とする部分はセラミックスで構成し、それ
以外の部分は金属で構成するのが合理的であり、脆さや
高価格などのセラミックスの短所を補うためにも必要で
ある。そこで、簡単で、しかも信頼性の高いセラミック
ス・金属の接合方法の開発がまたれている。

セラミックスと金属との接合方法としては。

有機系接着剤による接合、ケイ酸アルカリ等の無機系接
着剤による接合、ねじ止め等の機械的接合、ろう付は剤
を使用するブレージング法。

中間物を介さず直接接合するウェルディング法などがあ
り、ブレージング法は一般に、強度・気密性が高く、過
酷な使用条件に耐えうるという特徴を有している。

ブレージング法としては、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｉ等をろう材
として用いる活性金属法、Ｃｕをろう材として用いる調
法、鉛ガラスやＣａｂ。

ＡＩ、Ｏ，含有ガラスをろう材として用いる酸化物ガラ
ス法などが知られているが、いずれも接着強度が十分で
ないという問題があった。この原因としては、金属とセ
ラミックスとを高温でろう付けする場合、ろう付は後の
冷却過程で金属およびセラミックスが収縮するが、金属
の収縮率がセラミックスのそれよりも著しく大きいため
、大きな圧縮応力が発生することにあり、場合によって
はセラミックス部品が破壊に至ることもある。

特開昭５９−１０２８７６号公報には、非酸化物系セラ
ミックスと金属とを接合するに際して、その中間に酸化
物セラミックス層および金属層を設けて両者をろう材に
より接合することが記載されている。しかしこの方法に
よっても、接着強度が弱いという欠点を克服するには至
らず、また、作業性も悪い。

１豆立旦煎 本発明は、面倒な前処理を必要とすることもなく、金属
とセラミックスとの間の強固な接着が可能な接合材料お
よびその製造方法を提供するものである。

】」Ｒ１」腹 本発明の金属・セラミックス接合材料は、アルミノシリ
ケートの母材中に、金属超微粒子を均一分散させたこと
を特徴とする。

また、本発明の金属・セラミックス接合材料の製造方法
は、次の（ａ）および（ｂ）工程を有することを特徴と
する。

（ａ）：金属塩水溶液とアルミノシリケート粉体とを接
触せしめ、該金属イオンで置 換されたアルミノシリケート粉体を製 造する工程。

（ｂ）　：　（、）工程で得られた金属イオン置換アル
ミノシリケート粉体を、還元性雰囲気 下で還元処理し、金属超微粒子をアル ミノシリケート母体中に分散させる工 程。

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。

アルミノシリケートとしては、ゼオライトが好適である
。ゼオライトは、アルミニウム原子、ケイ素原子および
酸素原子が結合して規則的な三次元骨格格子を作り、こ
の格子の空洞内にナトリウムやカリウム等のカチオンが
含まれている。後述の本発明の製造方法では、この規則
正しい空洞構造に着目し、この空洞内を利用して金属超
微粒子を生成せしめることにより、均一分散が容易に可
能となる。

金属超微粒子は、本発明の接合材料中に、　１０〜６０
重量％含有せしめるのが好適であり、好ましくは１５〜
５０重量％である。金属含有量が少な過ぎると接着強度
が小さく、一方、多過ぎると金属超微粒子を均一に分散
させることが固層となる。

金属としては、Ａｇ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ。

Ｍｎ、Ｔｉ、Ｙ、Ｚ　ｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｎｄ、Ｅｒ等の
遷移金属あるいはｐｂなどが好適である。

金属は２種以上併用することもできる。

金属は、超微粒子として、好ましくは平均粒径１０００
Å以下、より好ましくは２００Å以下の超微粒子として
アルミノシリケート中に均一に分散される。

本発明の金属・セラミックス接合材料は、１μ園以下、
好ましくは０．３μ−以下の粉体として調製することが
好適である。

このような金属・セラミックス接合材料は。

ゼオライトのようなアルミノシリケートの空洞中のナト
リウムやカリウムがイオン交換性であることを利用して
金属イオンを取り込み、これを還元して規則的な格子を
利用して金属微粒子を直接生成せしめることにより得ら
れる。

Ｃｕ等の金属イオンによる置換は、アルミノシリケート
粉体と金属塩水溶液とを混合することにより行える。具
体的には、　Ｃｕ　（Ｎ　Ｏａ　）−などの金属塩水溶
液と、アルミノシリケート粉体または分散液（スラリー
）とを撹拌下で混合することにより金属イオン置換アル
ミノシリケートが得られる。撹拌は系が均一になる程度
でよく、温度は高いほど置換が速やかに進行する。最終
的に得られる粉体中の金属量は、金属イオンの置換率を
制御することにより調整できる。

アルミノシリケート粉体としては、無水物として、下記
一般式（１）で表されるものが好適であり、特にＡ型、
Ｘ型、Ｙ型の結晶性アルミノシリケート（ゼオライト）
が好ましい。

ｍＭｅ、０ＡＲ２０，・ｎ５ｉｏ、　　−（１）（ｍ　
＝０．５〜１．５、ｎ＝０．５〜５０、Ｍ　ｅ　＝　Ｎ
　ａ、Ｋ） アルミノシリケート粉体は、平均粒径５μ票以下、好ま
しくは０．５μｍ以下のものが好適である。

ついで、金属イオン置換アルミノシリケートを、混合液
から固液分離し、水洗する。固液分離は、ベルト式のド
ラム式真空ｒ過器、遠心分離器、デカントなどの通常の
方法により行われる。

次に、この置換アルミノシリケートを還元して、金属が
超微粒子として均一分散した金属・セラミックス接合材
料が得られる。還元処理は、好ましくは１０モル算以上
の水素を含有する還元性ガス雰囲気下に行われる。この
ガス雰囲気は、水素のみ（１００モル％）を用いてもよ
く、水素と窒素、アルゴン等の不活性ガスとを併用して
もよい。水素濃度が低すぎると還元が十分に進まなり１
゜ 還元は、１５０〜１０００℃、好ましくは２００〜７０
０℃で行う、温度が低すぎると、還元が十分に進行しな
い、また、温度が高すぎても還元の効果は飽和に達し、
それ以上の加熱は不経済である。

結晶性アルミノシリケートを用いた場合、この還元処理
により、アルミノシリケート母材が結晶性を保持してい
ても、また、非晶質となっていてもよい。

本発明の接合材料を用いて金属・セラミックスを接合す
るには、接合すべき金属材料とセラミックス材料との間
にろう付は材として本発明の接合材料層を形成し、加熱
、ろう付けすることにより行なうことができる。

見匪立羞果 本発明によれば、セラミックス素材であるアルミノシリ
ケート中に、金属超微粒子を均一に分散させて金属・セ
ラミックス接合材料とすることにより、金属とセラミッ
クスとを優れた接着強度で結合することができる。これ
は、本発明の接合材料をろう付材として用いた場合に。

超微粒子金属の表面活性が著しく高く界面の親和性が大
きくなると同時に、冷却時の圧縮応力を超微粒子が吸収
し、これにより接着強度が向上するためと思われる。

本発明の製造方法によれば、アルミノシリケートのイオ
ン交換能を利用し、金属イオンをアルミノシリケートの
空洞中に取り込み、これを還元して金属とすることによ
り、金属の超微粒子がアルミノシリケートマトリックス
中に均一に分散した接合材料を容易に得ることができる
。

この接合材料を用いることにより、上記優れた接着特性
を、いかんなく発現させることができる。

実施例１ 後記表−１に示した各種金属の硝酸塩の所定量を２Ｑの
水に溶解し、これに結晶性アルミノシリケート（ＮａＡ
型、純分７７．８％）２８４．０　ｇを添加し１表−１
の吸着温度および時間をかけて撹拌下で吸着を行なった
。

この後、吸引濾過により固液分離し、純水で洗浄した後
、１０５℃の乾燥機中で乾燥した。乾燥は噴霧乾燥、バ
ンド乾燥、ドラム乾燥等公知の乾燥方法が使用できる。

乾燥後の金属イオン置換アルミノシリケートを２Ｑのオ
ートクレーブに移し、表−１の還元条件下で還元を行な
い、金属超微粒子分散アルミノシリケート粉末を得た。

次いで、接合する金属とセラミックスとの間に得られた
金属超微粒子分散アルミノシリケートの層を形成し、１
４００℃にて５ｈｒ真空焼結を行なった。得られたもの
の接合強度（引張り強度）を表−１に示す。

（以下余白） 表−１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．アルミノシリケート母材中に金属超微粒子を均一分
   散させたことを特徴とする金属・セラミックス接合材料
   。
2. ２．（ａ）：金属塩水溶液とアルミノシリケート粉体と
   を接触せしめ該金属イオンで置換 されたアルミノシリケート粉体を製造 する工程、 （ｂ）：得られた金属イオン置換アルミノシリケート粉
   体を、還元性雰囲気下で還元 処理し、金属超微粒子をアルミノシリ ケート母体中に分散させる工程 を有することを特徴とする金属・セラミックス接合材料
   の製造方法。