JPH07149578A - 炭化けい素セラミックスと金属の高強度ろう付け接合体及びその接合方法 - Google Patents

炭化けい素セラミックスと金属の高強度ろう付け接合体及びその接合方法

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JPH07149578A
JPH07149578A JP24209393A JP24209393A JPH07149578A JP H07149578 A JPH07149578 A JP H07149578A JP 24209393 A JP24209393 A JP 24209393A JP 24209393 A JP24209393 A JP 24209393A JP H07149578 A JPH07149578 A JP H07149578A
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JP
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silicon carbide
metal
joint
ceramic material
carbide ceramic
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JP24209393A
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Fujio Tamai
富士夫 玉井
Ichiro Usui
一郎 臼井
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は炭化けい素セラミックスと金属を高
強度にろう付け接合すること並びに炭化けい素セラミッ
クスと金属の高強度接合体を得ることを目的とする。 【構成】 活性金属ろうを用いて炭化けい素セラミック
スと金属をろう付け接合する際に、被接合部材間にセラ
ミックス側からSi34/Ni/Mo/NiまたはSi
34/Ni/W/Niから成る介在層を持つことを特徴
とする炭化けい素セラミックスと金属のろう付け接合体
及びその接合方法 【効果】 上述したこの発明の接合体においては、炭化
けい素セラミックスに接する介在層にSi34よりなる
バリア層を設けたことで、炭化けい素セラミックスに活
性金属ろう中に含まれるCuや拡散してきた応力緩和材
のNiによる脆弱な浸食領域が形成するのを防ぐ。この
ため、従来のろう付け接合方法では得られなかった接合
強度の大きな信頼性の高い炭化けい素セラミックスと金
属の接合体が得られるようになった。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は炭化けい素セラミックス
と金属のろう付け接合体、並びにその接合方法に関し、
特に接合強度の大きな接合体、並びにその接合方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】炭化けい素セラミックスの接合に用いる
金属ろうとして、Ag−Cu−TiやCu−Ti活性金
属ろうが知られている。
【0003】活性金属ろうを用いた炭化けい素セラミッ
クスのろう付け接合における接合のメカニズムは活性金
属ろうと炭化けい素セラミックスの反応や相互元素拡散
に基づいており、活性金属ろう中の活性成分であるTi
と炭化けい素セラミックスとの間に反応を生じ、炭化け
い素セラミックス側接合界面にTiCやTi3SiC2
の反応層を形成することが高強度接合を可能にする方法
として知られている。
【0004】また、炭化けい素セラミックスと金属をろ
う付け接合する場合、その両者の熱膨張係数の差によっ
て大きな熱応力が発生する。この熱応力を緩和する方法
として、Cuに代表される軟質金属を炭化けい素セラミ
ックスと金属との間に介在させる方法、MoやWに代表
される低膨張性金属を炭化けい素セラミックスと金属と
の間に介在させる方法、あるいはNb/Mo、Ni/W
/Niに代表されるように軟質金属と低膨張性金属とを
組み合わせて炭化けい素セラミックスと金属との間に介
在させる方法が知られている。中でも、軟質金属にNi
を低膨張性金属にMoまたはWを用いて、Ni/Mo/
Niまたは、Ni/W/Niの3層に組み合わせて炭化
けい素セラミックスと金属との間に介在させる方法は熱
応力の緩和効果が大きく、得られる接合体の耐熱温度が
高いことが知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする問題点】ところが、Ni/M
o/NiまたはNi/W/Niを炭化けい素セラミック
スと金属との間に応力緩和材として介在させた場合、活
性金属ろう中に含まれる活性成分であるTiと応力緩和
材として用いたNiとの間に反応が起こり接合界面内に
Ti−Ni系の反応生成物を生成する。結果として、活
性金属ろうと炭化けい素セラミックスとの反応が不十分
となり、TiCやTi3SiC2等の反応層を十分形成す
ることが出来ず、接合界面に接した炭化けい素セラミッ
クスに活性金属ろう中に含まれるCuや応力緩和材とし
て用いたNiによる浸食領域を生じる。この浸食領域は
多孔質で、非常に脆化した領域であり、この浸食領域の
存在により、Ni/Mo/NiまたはNi/W/Niを
炭化けい素セラミックスと金属との間に応力緩和材とし
て介在させた場合の接合強度は4点曲げ試験で最大8k
g/mm2 程度であり、用いた被接合部材の強度に比べ
非常に小さく、信頼性に欠けるという問題があった。
【0006】
【問題を解決するための手段】本発明は、上記した従来
の炭化けい素セラミックスと金属の接合法における問題
点を解決することを目的として検討した結果、見いださ
れたものである。すなわち、炭化けい素セラミックスと
金属の接合に際して、被接合部材間にセラミックス側か
らSi34/Ni/Mo/NiまたはSi34/Ni/
W/Niから成る介在層を設けた炭化けい素セラミック
スと金属の接合体である。
【0007】
【作用】本発明は炭化けい素セラミックスと金属の接合
面に、炭化けい素セラミックス側からSi34/Ni/
Mo/NiまたはSi34/Ni/W/Niから成る介
在層を設けたことが特徴である。
【0008】この構造は第1図に示すとおりであり、1
が炭化けい素セラミックス、6が金属、である。この炭
化けい素セラミックス1と金属6の間にSi34よりな
る層2、Niよりなる層3と5、MoまたはWよりなる
層4が介在している。なお、7と8が活性金属ろう、
9、10および11が金属ろうを示す。
【0009】上述したこの発明の接合体において、Si
34よりなる層2は炭化けい素セラミックスに活性金属
ろう中に含まれるCuや拡散してきた応力緩和材のNi
による浸食領域が形成するのを防ぐバリア層の役割をは
たすことである。また、Si34よりなる層2は炭化け
い素セラミックスとの熱膨張係数の差が8×10-7/℃
と非常に少なく、この層2自体の存在による炭化けい素
セラミックスの熱応力の発生は少ないと考えられる。さ
らに、この層2では活性金属ろう中に含まれるCuや拡
散してきた応力緩和材のNiによる浸食領域は生じな
い。このため、活性金属ろう中に含まれる活性成分であ
るTiと応力緩和材のNiとの間に反応が起り、活性金
属ろう中に含まれるTi濃度の実質的低下が生じても、
接合強度は大きい。
【0010】以上述べたように本発明により、従来のろ
う付け接合方法では得られなかった接合強度の大きな信
頼性の高い炭化けい素セラミックスと金属の接合体が得
られるようになった。以下、本発明を実施例により説明
する。
【0011】
【実施例】
【実施例1】幅10mm、長さ10mm、厚さ10mm
の炭化けい素セラミックスと幅10mm、長さ10m
m、厚さ5mmのステンレス鋼の間に厚さが全て1mm
のSi34、NiおよびMoを炭化けい素セラミックス
側からSi34/Ni/Mo/Niに組み合わせたもの
を介在させ、銀系活性金属ろうまたは銅系活性金属ろう
を用いて接合した。接合は真空中で、銀系活性金属ろう
を用いた場合には870℃に10分間、銅系活性金属ろ
うを用いた場合には1090℃に10分間それぞれ保持
して行った。炭化けい素セラミックスの熱膨張係数は4
×10-6/℃、同様にステンレス鋼は13×10-6/℃
である。これらの場合、セラミックスやいずれの介在層
においてもき裂などの欠陥は発生せず、良好な接合体が
得られた。
【0012】
【比較例1】幅10mm、長さ10mm、厚さ10mm
の炭化けい素セラミックスと幅10mm、長さ10m
m、厚さ5mmのステンレス鋼の間に厚さが全て1mm
のNiおよびMoを炭化けい素セラミックス側からNi
/Mo/Niに組み合わせたものを介在させ、銀系活性
金属ろうまたは銅系活性金属ろうを用いて接合した。接
合は真空中で、銀系活性金属ろうを用いた場合には87
0℃に10分間、銅系活性金属ろうを用いた場合には1
090℃に10分間それぞれ保持して行った。炭化けい
素セラミックスの熱膨張係数は4×10-6/℃、同様に
ステンレス鋼は13×10-6/℃である。銀系活性金属
ろうを用いた場合には、接合体が得られたが、銅系活性
金属ろうを用いた場合には炭化けい素セラミックス接合
界面で剥離破壊を起こし、接合することが出来なかっ
た。剥離破壊部の詳細な観察、分析を行った結果、銅系
活性金属ろうを用いた場合には、炭化けい素セラミック
スの接合界面にCuとNiによる浸食領域が厚く形成さ
れていた。
【0013】
【実施例2】幅10mm、長さ10mm、厚さ18mm
の炭化けい素セラミックスと幅10mm、長さ10m
m、厚さ2mmのステンレス鋼の間に厚さが全て1mm
のSi34、NiおよびMoを炭化けい素セラミックス
側からSi34/Ni/Mo/Niに組み合わせたもの
を介在させ、炭化けい素セラミックス/Si34/Ni
/Mo/Ni/ステンレス鋼/Ni/Mo/Ni/Si
34/炭化けい素セラミックスの構造にしたものを銀系
活性金属ろうまたは銅系活性金属ろうを用いて接合し
た。その詳細を第2図に示す。接合は真空中で、銀系活
性金属ろうを用いた場合には870℃に10分間、銅系
活性金属ろうを用いた場合には1090℃に10分間そ
れぞれ保持して行った。炭化けい素セラミックスの熱膨
張係数は4×10-6/℃、同様にステンレス鋼は13×
10-6/℃である。なお、第2図に示した構造で接合し
たのは接合体の曲げ強度評価試験における負荷応力の対
称性を考慮したためである。接合後、この接合体から幅
4mm、厚さ3mm、長さ46mmの曲げ試験片を切り
出し、30mmスパンの4点曲げ強度試験を行った結
果、この接合体の強度は銀系活性金属ろうを用いた場合
が16kg/mm2 (平均値)、銅系活性金属ろうを用
いた場合が18kg/mm2 (平均値)であった。
【0014】
【比較例2】幅10mm、長さ10mm、厚さ18mm
の炭化けい素セラミックスと幅10mm、長さ10m
m、厚さ2mmのステンレス鋼の間に厚さが全て1mm
のNiおよびMoを炭化けい素セラミックス側からNi
/Mo/Niに組み合わせたものを介在させ、炭化けい
素セラミックス/Ni/Mo/Ni/ステンレス鋼/N
i/Mo/Ni/炭化けい素セラミックスの構造にした
ものを銀系活性金属ろうを用いて接合した。接合は真空
中で、870℃に10分間保持して行った。炭化けい素
セラミックスの熱膨張係数は4×10-6/℃、同様にス
テンレス鋼は13×10-6/℃である。接合後、この接
合体から幅4mm、厚さ3mm、長さ44mmの曲げ試
験片を切り出し、30mmスパンの4点曲げ強度試験を
行った結果、この接合体の強度は8kg/mm2 (最
大)、5kg/mm2 (平均値)であった。
【0015】
【発明の効果】従来のろう付け接合方法では得られなか
った接合強度の大きな信頼性の高い炭化けい素セラミッ
クスと金属の接合体を提供できる。
【0016】1回の加熱で接合でき、特に加圧を必要と
しないため、工程の低減が図れ、高価な設備を必要とし
ない。
【図面の簡単な説明】
【第1図】本発明の炭化けい素セラミックスと金属の高
強度ろう付け接合体の構造図である。
【第2図】実施例2における炭化けい素セラミックスと
金属の高強度ろう付け接合体の構造図である。
【符号の説明】
1、12、13 炭化けい素セラミックス 2、14、15 Si34よりなる層 3、5、16、17、18、19 Niよりなる層 4 MoまたはWよりなる層 6、22 金属 7、8、23、24、25、26 活性金属ろう 9、10、11、27、28、29、30、31、32
金属ろう 20、21 Moよりなる層
【手続補正書】
【提出日】平成6年10月25日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】削除

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 活性金属ろうを用いて炭化けい素セラミ
    ックスと金属をろう付け接合する際に、被接合部材間に
    セラミックス側からSi34/Ni/Mo/Niまたは
    Si34/Ni/W/Niから成る介在層を持つことを
    特徴とする炭化けい素セラミックスと金属のろう付け接
    合体
  2. 【請求項2】 活性金属ろうを用いて炭化けい素セラミ
    ックスと金属をろう付け接合する際に、被接合部材間に
    セラミックス側からSi34/Ni/Mo/Niまたは
    Si34/Ni/W/Niから成る介在層を持つことを
    特徴とする炭化けい素セラミックスと金属のろう付け接
    合方法
JP24209393A 1993-09-03 1993-09-03 炭化けい素セラミックスと金属の高強度ろう付け接合体及びその接合方法 Pending JPH07149578A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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