JPH07196380A - 非酸化物セラミックスと金属との接合方法 - Google Patents
非酸化物セラミックスと金属との接合方法Info
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- JPH07196380A JPH07196380A JP35407393A JP35407393A JPH07196380A JP H07196380 A JPH07196380 A JP H07196380A JP 35407393 A JP35407393 A JP 35407393A JP 35407393 A JP35407393 A JP 35407393A JP H07196380 A JPH07196380 A JP H07196380A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 非酸化物セラミックス(窒化けい素、サイア
ロン又は炭化けい素など)と金属(Ti又はCrの少なくとも
１種以上を含有する金属)とを、ロウ材を用いないで高
接合強度で接合させる方法を提供すること。 【構成】 上記非酸化物セラミックスと金属とを接合す
るに際し、 ・該接合面に特定の荷重を加え(→1.0×10-2MPa以上の
荷重)、 ・特定の雰囲気中(→真空中)、 ・特定の加熱処理温度(→金属の固相線温度より200℃低
い温度から固相線温度までであって、かつ非酸化物セラ
ミックスの焼結温度未満の温度範囲)、で加熱接合する
こと。 【効果】 ロウ接を用いずに非酸化物セラミックス−金
属接合体を作製でき、加工コストの低減及び作業効率の
向上を果たすと共に高強度の接合体を得ることができ
る。
ロン又は炭化けい素など)と金属(Ti又はCrの少なくとも
１種以上を含有する金属)とを、ロウ材を用いないで高
接合強度で接合させる方法を提供すること。 【構成】 上記非酸化物セラミックスと金属とを接合す
るに際し、 ・該接合面に特定の荷重を加え(→1.0×10-2MPa以上の
荷重)、 ・特定の雰囲気中(→真空中)、 ・特定の加熱処理温度(→金属の固相線温度より200℃低
い温度から固相線温度までであって、かつ非酸化物セラ
ミックスの焼結温度未満の温度範囲)、で加熱接合する
こと。 【効果】 ロウ接を用いずに非酸化物セラミックス−金
属接合体を作製でき、加工コストの低減及び作業効率の
向上を果たすと共に高強度の接合体を得ることができ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、非酸化物セラミックス
と金属との接合方法に関し、特に窒化けい素、サイアロ
ン又は炭化けい素などの非酸化物セラミックスとＴｉ又
はＣｒの少なくとも１種以上を含有する金属とを高接合
強度で接合させる方法に関する。
と金属との接合方法に関し、特に窒化けい素、サイアロ
ン又は炭化けい素などの非酸化物セラミックスとＴｉ又
はＣｒの少なくとも１種以上を含有する金属とを高接合
強度で接合させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば窒化けい素、サイアロン、炭化け
い素等の非酸化物セラミックスと金属との接合体は、耐
熱性、耐摩耗性、耐食性に優れており、そのため、機械
構造用部品、特にセラミックスガスタ−ビンへの利用が
期待されている。このような非酸化物セラミックスと金
属とを接合する方法としては、従来、ロウ材を用いたロ
ウ接が広く用いられている。
い素等の非酸化物セラミックスと金属との接合体は、耐
熱性、耐摩耗性、耐食性に優れており、そのため、機械
構造用部品、特にセラミックスガスタ−ビンへの利用が
期待されている。このような非酸化物セラミックスと金
属とを接合する方法としては、従来、ロウ材を用いたロ
ウ接が広く用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来技術で
は、前記したとおり、ロウ材を用いて接合するものであ
り、そのため、ロウ材の加工や、ロウ接後、はみだした
ロウ材の除去加工等を施す必要があり、加工コストが掛
かると共に作業効率が低下するという問題があった。
は、前記したとおり、ロウ材を用いて接合するものであ
り、そのため、ロウ材の加工や、ロウ接後、はみだした
ロウ材の除去加工等を施す必要があり、加工コストが掛
かると共に作業効率が低下するという問題があった。
【０００４】そこで、本発明者等は、ロウ材を用いない
非酸化物セラミックスと金属との接合方法について鋭意
研究を重ねた結果、特定の接合条件を見いだし、これに
より、高温下においても接合強度が低下しにくい非酸化
物セラミックスと金属との接合体が得られるとの知見を
得、本発明を完成したものである。
非酸化物セラミックスと金属との接合方法について鋭意
研究を重ねた結果、特定の接合条件を見いだし、これに
より、高温下においても接合強度が低下しにくい非酸化
物セラミックスと金属との接合体が得られるとの知見を
得、本発明を完成したものである。
【０００５】そして、本発明の目的は、非酸化物セラミ
ックスと金属との接合方法において、ロウ材を用いない
接合方法を提供することにあり、加工コストの低減及び
作業効率の向上を果たすと共に高強度の接合体を得るこ
とにある。また、本発明の目的は、高温下においても接
合強度が低下しにくい非酸化物セラミックスと金属との
接合体を提供することにある。
ックスと金属との接合方法において、ロウ材を用いない
接合方法を提供することにあり、加工コストの低減及び
作業効率の向上を果たすと共に高強度の接合体を得るこ
とにある。また、本発明の目的は、高温下においても接
合強度が低下しにくい非酸化物セラミックスと金属との
接合体を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、非酸化物セラ
ミックスと金属(特にＴｉ、Ｃｒの内少なくとも１種類
以上を含有する金属)とを接合するに際し、 ・該接合面に特定の荷重を加え(→1.0×10-2MPa以上の
荷重)、 ・特定の雰囲気中(→真空中)、 ・特定の加熱処理温度(→金属の固相線温度より200℃低
い温度から固相線温度までであって、かつ非酸化物セラ
ミックスの焼結温度未満の温度範囲)、で加熱処理する
ことを特徴とし、ロウ材を用いないで前記目的とする接
合方法及び接合体を提供するものである。
ミックスと金属(特にＴｉ、Ｃｒの内少なくとも１種類
以上を含有する金属)とを接合するに際し、 ・該接合面に特定の荷重を加え(→1.0×10-2MPa以上の
荷重)、 ・特定の雰囲気中(→真空中)、 ・特定の加熱処理温度(→金属の固相線温度より200℃低
い温度から固相線温度までであって、かつ非酸化物セラ
ミックスの焼結温度未満の温度範囲)、で加熱処理する
ことを特徴とし、ロウ材を用いないで前記目的とする接
合方法及び接合体を提供するものである。
【０００７】即ち、本発明は、「非酸化物セラミックス
と、Ｔｉ又はＣｒの少なくとも１種以上を含有する金属
とを接合する方法において、接合面に対し垂直に1.0×1
0-2MPa以上の荷重を加え、真空中で、金属の固相線温度
より200℃低い温度から固相線温度までであって、かつ
非酸化物セラミックスの焼結温度未満の温度範囲で加熱
処理することを特徴とする非酸化物セラミックスと金属
との接合方法。」を要旨とする。
と、Ｔｉ又はＣｒの少なくとも１種以上を含有する金属
とを接合する方法において、接合面に対し垂直に1.0×1
0-2MPa以上の荷重を加え、真空中で、金属の固相線温度
より200℃低い温度から固相線温度までであって、かつ
非酸化物セラミックスの焼結温度未満の温度範囲で加熱
処理することを特徴とする非酸化物セラミックスと金属
との接合方法。」を要旨とする。
【０００８】以下、本発明を詳細に説明すると、本発明
で使用する非酸化物セラミックスとしては、窒化けい
素、サイアロン、炭化けい素等を用いることができる。
また、本発明で対象とする金属としては、特にTi、Crの
内少なくとも１種類以上を含有する金属であり、例示す
れば、Ti又はCrの金属、SNCM 439、SUS 321等を挙げる
ことができる。
で使用する非酸化物セラミックスとしては、窒化けい
素、サイアロン、炭化けい素等を用いることができる。
また、本発明で対象とする金属としては、特にTi、Crの
内少なくとも１種類以上を含有する金属であり、例示す
れば、Ti又はCrの金属、SNCM 439、SUS 321等を挙げる
ことができる。
【０００９】本発明の特徴とするところは、上記非酸化
物セラミックスと金属とを重ね、両者の接合面に対して
垂直に1.0×10-2MPa以上の荷重を加え、真空中で、所定
の温度範囲で熱処理する点にある。
物セラミックスと金属とを重ね、両者の接合面に対して
垂直に1.0×10-2MPa以上の荷重を加え、真空中で、所定
の温度範囲で熱処理する点にある。
【００１０】この時の接合温度は、金属の固相線温度よ
りも200℃低い温度から固相線温度までであって、かつ
非酸化物セラミックスの焼結温度未満の温度範囲内に限
定される。仮に、接合温度がこの範囲未満である場合、
接合強度が極端に低く実用に供することができず(後記
比較例１参照)、逆にこの範囲を越えると金属が溶けて
しまうため用をなさない(後記比較例３参照)。また、非
酸化物セラミックスの焼結温度を超えてしまうと、セラ
ミックスが分解してしまい、同じく用をなさない(後記
比較例７参照)。
りも200℃低い温度から固相線温度までであって、かつ
非酸化物セラミックスの焼結温度未満の温度範囲内に限
定される。仮に、接合温度がこの範囲未満である場合、
接合強度が極端に低く実用に供することができず(後記
比較例１参照)、逆にこの範囲を越えると金属が溶けて
しまうため用をなさない(後記比較例３参照)。また、非
酸化物セラミックスの焼結温度を超えてしまうと、セラ
ミックスが分解してしまい、同じく用をなさない(後記
比較例７参照)。
【００１１】また、接合面に対して垂直な荷重を加える
限定については、この荷重が1.0×10-2MPa未満である
と、接合部材同志の密着性が悪化するため、良好な接合
体を得ることが難しい(後記比較例２参照)。さらに、接
合すべき金属としては、特にTi、Crの内少なくとも１種
類以上を含有する金属に限定される。Ti及び／又はCrを
含まない金属では、接合時の加熱により接合界面でTi、
Crの化合物が生成せず、良好な接合体が得られない(後
記比較例６参照)。
限定については、この荷重が1.0×10-2MPa未満である
と、接合部材同志の密着性が悪化するため、良好な接合
体を得ることが難しい(後記比較例２参照)。さらに、接
合すべき金属としては、特にTi、Crの内少なくとも１種
類以上を含有する金属に限定される。Ti及び／又はCrを
含まない金属では、接合時の加熱により接合界面でTi、
Crの化合物が生成せず、良好な接合体が得られない(後
記比較例６参照)。
【００１２】また、加熱雰囲気については、真空中に限
定される。大気中等の酸化雰囲気中では、金属が酸化し
てしまうため接合せず、また、Ｈ2による還元雰囲気中
では、セラミックスとの接合に供されるTi、CrがＨ2脆
化を起こすため、信頼性のある接合体を得ることができ
ない(後記比較例５参照)。更に、Ｎ2雰囲気中でも接合
強度が極端に低く実用に供することができない(後記比
較例４参照)。
定される。大気中等の酸化雰囲気中では、金属が酸化し
てしまうため接合せず、また、Ｈ2による還元雰囲気中
では、セラミックスとの接合に供されるTi、CrがＨ2脆
化を起こすため、信頼性のある接合体を得ることができ
ない(後記比較例５参照)。更に、Ｎ2雰囲気中でも接合
強度が極端に低く実用に供することができない(後記比
較例４参照)。
【００１３】
【作用】本発明は、非酸化物セラミックスと金属との接
合方法において、接合面に対して垂直に1.0×10-2MPa以
上の荷重を加えることにより、両接合材料の接合面の密
着性を向上させる作用が生じる。
合方法において、接合面に対して垂直に1.0×10-2MPa以
上の荷重を加えることにより、両接合材料の接合面の密
着性を向上させる作用が生じる。
【００１４】そして、この状態で金属の固相線温度より
も200℃低い温度から固相線温度であって、かつ非酸化
物セラミックスの焼結温度未満で加熱することで、セラ
ミックスとの接合界面にTi、Crが濃集して接合界面の活
性化を促進させ、かつ真空雰囲気で加熱されているの
で、Ti、Crの酸化及び水素脆化が起こらない。従って、
接合界面で強固なTi、Crの化合物を生成するため、良好
な接合体が得られると考えられる。
も200℃低い温度から固相線温度であって、かつ非酸化
物セラミックスの焼結温度未満で加熱することで、セラ
ミックスとの接合界面にTi、Crが濃集して接合界面の活
性化を促進させ、かつ真空雰囲気で加熱されているの
で、Ti、Crの酸化及び水素脆化が起こらない。従って、
接合界面で強固なTi、Crの化合物を生成するため、良好
な接合体が得られると考えられる。
【００１５】このように本発明では、特定の荷重を加
え、特定の雰囲気中で接合温度を特定範囲内とする加熱
条件を採用することにより、ロウ材を用いずに非酸化物
セラミックスと金属との接合体を製造することができ、
加工コストの低減及び作業効率の向上を果たすと共に高
強度の接合体を得ることができる。
え、特定の雰囲気中で接合温度を特定範囲内とする加熱
条件を採用することにより、ロウ材を用いずに非酸化物
セラミックスと金属との接合体を製造することができ、
加工コストの低減及び作業効率の向上を果たすと共に高
強度の接合体を得ることができる。
【００１６】
【実施例】次に、本発明の実施例並びに比較例について
説明する。
説明する。
【００１７】（実施例１〜５）図１は、本発明の実施例
を説明するための接合体の寸法、形状を示す図であっ
て、図中ａは非酸化物セラミックスであり、ｂは金属で
ある。また、非酸化物セラミックスａ及び金属ｂの寸法
は、18mm×4mm×3mmとした。
を説明するための接合体の寸法、形状を示す図であっ
て、図中ａは非酸化物セラミックスであり、ｂは金属で
ある。また、非酸化物セラミックスａ及び金属ｂの寸法
は、18mm×4mm×3mmとした。
【００１８】非酸化物セラミックスａとして、窒化けい
素、サイアロン、炭化けい素(日本セラテック社製)を用
い、金属ｂとして、Ti又はCr金属、Tiを含有するSUS 32
1(日本冶金工業社製)、Crを含有するSNCM 439(愛知製鋼
社製)を用いた。
素、サイアロン、炭化けい素(日本セラテック社製)を用
い、金属ｂとして、Ti又はCr金属、Tiを含有するSUS 32
1(日本冶金工業社製)、Crを含有するSNCM 439(愛知製鋼
社製)を用いた。
【００１９】上記非酸化物セラミックスａと金属ｂとを
重ね、表１に示すように、接合面に対して垂直に1.0×1
0-2MPa以上の荷重を加えた後、炉内を真空雰囲気にし、
金属の固相線温度よりも200℃低い温度から固相線温度
であって、かつ非酸化物セラミックスの焼結温度未満で
加熱し、図１に示す形状の接合体を作製した。この接合
体について、500℃で大気中における４点曲げ強度を測
定した。結果を表１に示す。
重ね、表１に示すように、接合面に対して垂直に1.0×1
0-2MPa以上の荷重を加えた後、炉内を真空雰囲気にし、
金属の固相線温度よりも200℃低い温度から固相線温度
であって、かつ非酸化物セラミックスの焼結温度未満で
加熱し、図１に示す形状の接合体を作製した。この接合
体について、500℃で大気中における４点曲げ強度を測
定した。結果を表１に示す。
【００２０】（比較例１〜７）比較のため表１に示す条
件で非酸化物セラミックスと金属とを接合させた。即
ち、表１に示すように、加熱温度として、金属の固相線
温度から200℃低い温度より更に低い温度で接合した場
合(比較例１)、金属の固相線温度を越える温度で接合し
た場合(比較例３)、非酸化物セラミックスの焼結温度を
超える温度で接合した場合(比較例７)の接合体を作製し
た。また、接合界面に対して垂直に1.0×10-2MPa未満の
荷重を負荷した場合(比較例２)、炉内をＮ2、Ｈ2とした
場合(比較例４、同５)、Ti、Crの何れの金属をも含有し
ていないS45Cを用いた場合(比較例６)の接合体を作製し
た。
件で非酸化物セラミックスと金属とを接合させた。即
ち、表１に示すように、加熱温度として、金属の固相線
温度から200℃低い温度より更に低い温度で接合した場
合(比較例１)、金属の固相線温度を越える温度で接合し
た場合(比較例３)、非酸化物セラミックスの焼結温度を
超える温度で接合した場合(比較例７)の接合体を作製し
た。また、接合界面に対して垂直に1.0×10-2MPa未満の
荷重を負荷した場合(比較例２)、炉内をＮ2、Ｈ2とした
場合(比較例４、同５)、Ti、Crの何れの金属をも含有し
ていないS45Cを用いた場合(比較例６)の接合体を作製し
た。
【００２１】各比較例で得た各接合体について、前記実
施例と同様、500℃で大気中における４点曲げ強度を測
定した。結果を表１に示す。なお、実施例及び比較例で
用いた非酸化物セラミックスの焼結温度及び金属の固相
線温度を以下に示す。 ・Si3N4：1700℃、・サイアロン：1700℃、・SiC：2000
℃、・SNCM 439：1425℃、・SUS 321：1339℃、・S45
C：1445℃、・Ti：1660℃、・Cr：1870℃
施例と同様、500℃で大気中における４点曲げ強度を測
定した。結果を表１に示す。なお、実施例及び比較例で
用いた非酸化物セラミックスの焼結温度及び金属の固相
線温度を以下に示す。 ・Si3N4：1700℃、・サイアロン：1700℃、・SiC：2000
℃、・SNCM 439：1425℃、・SUS 321：1339℃、・S45
C：1445℃、・Ti：1660℃、・Cr：1870℃
【００２２】
【表１】
【００２３】表１より、本発明で規定する範囲内の接合
条件で接合した実施例１〜５では、500℃で大気中にお
ける４点曲げ強度がいずれも40MPa以上の高い値を示
す。これに対して、本発明で規定する範囲外で接合した
比較例１〜７では、その接合条件の１つでも本発明で規
定する範囲外の場合、４点曲げ強度は、非常に低い値を
示すことが確認でき、本発明の有効性が裏付けられた。
条件で接合した実施例１〜５では、500℃で大気中にお
ける４点曲げ強度がいずれも40MPa以上の高い値を示
す。これに対して、本発明で規定する範囲外で接合した
比較例１〜７では、その接合条件の１つでも本発明で規
定する範囲外の場合、４点曲げ強度は、非常に低い値を
示すことが確認でき、本発明の有効性が裏付けられた。
【００２４】
【発明の効果】本発明は、以上詳記したとおり、ロウ接
を用いずに非酸化物セラミックスと金属との接合体を作
製できたため、加工コストの低減及び作業効率の向上を
果たすと共に高強度の接合体を得ることができる効果が
生じる。そして、本発明の方法により、構造部材として
の用途が大幅に拡大する非酸化物セラミックス−金属接
合体を提供することができる。
を用いずに非酸化物セラミックスと金属との接合体を作
製できたため、加工コストの低減及び作業効率の向上を
果たすと共に高強度の接合体を得ることができる効果が
生じる。そして、本発明の方法により、構造部材として
の用途が大幅に拡大する非酸化物セラミックス−金属接
合体を提供することができる。
【図１】本発明の実施例を説明するための接合体の寸
法、形状を示す図。
法、形状を示す図。
ａ セラミックス ｂ 金属
Claims (2)
- 【請求項１】 非酸化物セラミックスと、Ｔｉ又はＣｒ
の少なくとも１種以上を含有する金属とを接合する方法
において、接合面に対し垂直に1.0×10-2MPa以上の荷重
を加え、真空中で、金属の固相線温度より200℃低い温
度から固相線温度までであって、かつ非酸化物セラミッ
クスの焼結温度未満の温度範囲で加熱処理することを特
徴とする非酸化物セラミックスと金属との接合方法。 - 【請求項２】 前記非酸化物セラミックスは、窒化けい
素、サイアロン又は炭化けい素であることを特徴とする
請求項１記載の非酸化物セラミックスと金属との接合方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35407393A JPH07196380A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 非酸化物セラミックスと金属との接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35407393A JPH07196380A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 非酸化物セラミックスと金属との接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07196380A true JPH07196380A (ja) | 1995-08-01 |
Family
ID=18435114
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35407393A Pending JPH07196380A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 非酸化物セラミックスと金属との接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07196380A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003040061A1 (fr) * | 2001-11-09 | 2003-05-15 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Production de materiau oriente ou de materiau composite par cuisson centrifuge |
| CN1314626C (zh) * | 2004-07-27 | 2007-05-09 | 西北工业大学 | 陶瓷基复合材料的连接方法 |
| KR20180031588A (ko) * | 2016-09-20 | 2018-03-28 | 엔지케이 인슐레이터 엘티디 | 사이알론 소결체, 그 제조법, 복합 기판 및 전자 디바이스 |
| JP2018048059A (ja) * | 2016-09-20 | 2018-03-29 | 日本碍子株式会社 | サイアロン焼結体、その製法、複合基板及び電子デバイス |
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1993
- 1993-12-28 JP JP35407393A patent/JPH07196380A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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