JPH0725677A - セラミックスとニッケル又はニッケル系合金との接合方 法 - Google Patents
セラミックスとニッケル又はニッケル系合金との接合方 法Info
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- JPH0725677A JPH0725677A JP6026250A JP2625094A JPH0725677A JP H0725677 A JPH0725677 A JP H0725677A JP 6026250 A JP6026250 A JP 6026250A JP 2625094 A JP2625094 A JP 2625094A JP H0725677 A JPH0725677 A JP H0725677A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 セラミックスとニッケルとを安定した高接合
強度で接合する。 【構成】 セミックス１とニッケル４又はニッケルを多
量に含む合金とを、Ｔｉ含有量を実質的に３〜１３ｗｔ
％、好ましくは３．５〜１０．５ｗｔ％としたＡｇ−Ｃ
ｕ−Ｔｉ系ろう材３及びＴｉ箔２を用いて真空雰囲気中
で加熱して接合する。加熱接合時にＮｉとの界面からＮ
ｉがろう材中に溶解し、このＮｉが優先的にろう材中の
Ｔｉと反応するため、従来のＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材
では、セラミックス１との界面でＴｉが不足し、接合面
積率が低下することになるが、ろう材中のＴｉ含有量を
実質的に増加させたので、セラミックスと反応するＴｉ
の量が多くなり、セラミックスの界面に接合に必要な反
応層が充分形成され、安定した高接合強度で接合する。
強度で接合する。 【構成】 セミックス１とニッケル４又はニッケルを多
量に含む合金とを、Ｔｉ含有量を実質的に３〜１３ｗｔ
％、好ましくは３．５〜１０．５ｗｔ％としたＡｇ−Ｃ
ｕ−Ｔｉ系ろう材３及びＴｉ箔２を用いて真空雰囲気中
で加熱して接合する。加熱接合時にＮｉとの界面からＮ
ｉがろう材中に溶解し、このＮｉが優先的にろう材中の
Ｔｉと反応するため、従来のＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材
では、セラミックス１との界面でＴｉが不足し、接合面
積率が低下することになるが、ろう材中のＴｉ含有量を
実質的に増加させたので、セラミックスと反応するＴｉ
の量が多くなり、セラミックスの界面に接合に必要な反
応層が充分形成され、安定した高接合強度で接合する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックスとニッケ
ル又はニッケル系合金とを接合する方法に関するもので
ある。
ル又はニッケル系合金とを接合する方法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来、セラミックス等の粉末成形体と金
属とを接合するには、先ず、セラミックスの表面をＭo
−Ｍn法（テレフケン法）で金属化し、その後にニッケ
ル（Ｎi）鍍金を施し、必要に応じて応力緩衝のための
中間材を用い、銀（Ａg）ろう等で金属にろう接するよ
うにしている。上記のメタライズ法では、接合が２工程
となるので、メタライズなしに接合するため、Ａｇ−Ｃ
ｕ−Ｔｉ系、Ｃｕ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｔｉ系、Ａｇ−Ｃｕ−
Ｔｉ−Ｉｎ系等の活性金属を含ませたろう材を使用し、
セラミックスと直接反応させて接合するようにしてい
る。Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材では、活性金属であるＴ
ｉの含有量は、通常１〜２ｗｔ％としている。
属とを接合するには、先ず、セラミックスの表面をＭo
−Ｍn法（テレフケン法）で金属化し、その後にニッケ
ル（Ｎi）鍍金を施し、必要に応じて応力緩衝のための
中間材を用い、銀（Ａg）ろう等で金属にろう接するよ
うにしている。上記のメタライズ法では、接合が２工程
となるので、メタライズなしに接合するため、Ａｇ−Ｃ
ｕ−Ｔｉ系、Ｃｕ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｔｉ系、Ａｇ−Ｃｕ−
Ｔｉ−Ｉｎ系等の活性金属を含ませたろう材を使用し、
セラミックスと直接反応させて接合するようにしてい
る。Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材では、活性金属であるＴ
ｉの含有量は、通常１〜２ｗｔ％としている。
【０００３】特開昭６４−２４０７８号公報には、窒化
珪素セラミックスとＭｏとの間に、Ａｇ−Ｃｕ系ろう材
と厚さ０．１〜０．７５ｍｍのＴｉ板を挟み、真空中で
８３０℃に加熱するセラミックスと金属の接合方法が提
案されている。
珪素セラミックスとＭｏとの間に、Ａｇ−Ｃｕ系ろう材
と厚さ０．１〜０．７５ｍｍのＴｉ板を挟み、真空中で
８３０℃に加熱するセラミックスと金属の接合方法が提
案されている。
【０００４】セラミックスと金属を加熱接合する場合、
両者の熱膨張差により、冷却過程で接合部付近に残留応
力が働くため、接合強度の低下やセラミックスに割れが
発生する。この残留応力を低減するため、ニッケル、
銅、アルミニウム等の軟質金属板をセラミックスと金属
間に介在させて接合するようにしている。これらの軟質
金属の中で、Ｎｉは耐酸化性、耐熱性の面で優れた特性
を持っているので、セラミックスと金属の接合用の緩衝
材として使用されている。
両者の熱膨張差により、冷却過程で接合部付近に残留応
力が働くため、接合強度の低下やセラミックスに割れが
発生する。この残留応力を低減するため、ニッケル、
銅、アルミニウム等の軟質金属板をセラミックスと金属
間に介在させて接合するようにしている。これらの軟質
金属の中で、Ｎｉは耐酸化性、耐熱性の面で優れた特性
を持っているので、セラミックスと金属の接合用の緩衝
材として使用されている。
【０００５】図４に、通常のＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材
とＮｉ板の緩衝材を使用したセラミックスと金属の接合
の一例を示す。窒化珪素セラミックス１とＳ５０Ｃとの
間に、緩衝材として厚さ１．０ｍｍのニッケル板４を介
在させ、窒化珪素セラミックス１側のろう材としてＡｇ
−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材３（Ｔｉ含有量：１．７５ｗｔ
％）を使用し、Ｓ５０Ｃ側のろう材としてＡｇ−Ｃｕ系
ろう材５を使用し、真空雰囲気中で８５０℃に１０分間
保持して接合した。この接合体の接合部の接着性の試験
を超音波探傷で行い、接合面積率（＝正常接合面積／接
合部全面積×１００％）で評価した。また断面組織の観
察を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で行い、元素分布測定
を電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）で行った。
とＮｉ板の緩衝材を使用したセラミックスと金属の接合
の一例を示す。窒化珪素セラミックス１とＳ５０Ｃとの
間に、緩衝材として厚さ１．０ｍｍのニッケル板４を介
在させ、窒化珪素セラミックス１側のろう材としてＡｇ
−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材３（Ｔｉ含有量：１．７５ｗｔ
％）を使用し、Ｓ５０Ｃ側のろう材としてＡｇ−Ｃｕ系
ろう材５を使用し、真空雰囲気中で８５０℃に１０分間
保持して接合した。この接合体の接合部の接着性の試験
を超音波探傷で行い、接合面積率（＝正常接合面積／接
合部全面積×１００％）で評価した。また断面組織の観
察を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で行い、元素分布測定
を電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）で行った。
【０００６】上記の接合体の窒化珪素セラミックス１と
ニッケル板４との接合部には、図５に示すように、接着
層ａの周縁に剥離部ｂが存在し、その接合面積率は、平
均６２％であり、この接合部の４点曲げ強度は、平均６
０ＭＰａであって接合強度が低いと共に、そのバラツキ
が大きい。この接合体の接合部を、マイクロアナライザ
ー（ＥＰＭＡ）で行ったＴｉ元素の分布状態を示す模式
図である図６に示すように、Ｔｉ元素はろう材中にまば
らに分布している。
ニッケル板４との接合部には、図５に示すように、接着
層ａの周縁に剥離部ｂが存在し、その接合面積率は、平
均６２％であり、この接合部の４点曲げ強度は、平均６
０ＭＰａであって接合強度が低いと共に、そのバラツキ
が大きい。この接合体の接合部を、マイクロアナライザ
ー（ＥＰＭＡ）で行ったＴｉ元素の分布状態を示す模式
図である図６に示すように、Ｔｉ元素はろう材中にまば
らに分布している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、セラミ
ックスは金属に比べて濡れ特性が悪く、通常のろう材を
用いて接合することができないため、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ
等を数ｗｔ％添加した活性金属含有ろう材を使用する。
活性金属含有ろう材は、その活性金属の含有量が少ない
と、セラミックスとろう材の界面に活性金属とセラミッ
クス成分とで形成する反応層が全面に均一に形成されな
いため、未接合部が発生して接合強度が低く、また接合
強度のバラツキが大きくなる。一方、活性金属含有ろう
材中の活性金属の含有量が多過ぎると、接合反応層自体
が硬く脆いため接合強度が低下し、またこのろう材を箔
に製造する際に、圧延によって作るのが困難となる。以
上の理由から市販のセラミックス用ろう材は、活性金属
の含有量が１．０〜２．５ｗｔ％のものである。
ックスは金属に比べて濡れ特性が悪く、通常のろう材を
用いて接合することができないため、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ
等を数ｗｔ％添加した活性金属含有ろう材を使用する。
活性金属含有ろう材は、その活性金属の含有量が少ない
と、セラミックスとろう材の界面に活性金属とセラミッ
クス成分とで形成する反応層が全面に均一に形成されな
いため、未接合部が発生して接合強度が低く、また接合
強度のバラツキが大きくなる。一方、活性金属含有ろう
材中の活性金属の含有量が多過ぎると、接合反応層自体
が硬く脆いため接合強度が低下し、またこのろう材を箔
に製造する際に、圧延によって作るのが困難となる。以
上の理由から市販のセラミックス用ろう材は、活性金属
の含有量が１．０〜２．５ｗｔ％のものである。
【０００８】セラミックスと金属とを接合する場合、金
属材質（成分）によってはセラミックス表面の濡れ特性
を向上させる活性金属と優先的に反応するものがあり、
その成分がニッケルであることが判明した。ニッケルは
セラミックスと金属の接合に使用する緩衝材として優れ
た特性を有するが、セラミックスとニッケルを市販のろ
う材（Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材、Ｔｉ含有量：１．７
５ｗｔ％）を用いて接合した場合、セラミックスとろう
材との界面には接合反応層が部分的にしか形成されず、
チタンはろう材中に溶解したニッケルと反応してＮｉ−
Ｔｉ系合金を形成してしまう。このため接合面積率が低
くなって接合強度が低下し、そのバラツキも大きなもの
となる。
属材質（成分）によってはセラミックス表面の濡れ特性
を向上させる活性金属と優先的に反応するものがあり、
その成分がニッケルであることが判明した。ニッケルは
セラミックスと金属の接合に使用する緩衝材として優れ
た特性を有するが、セラミックスとニッケルを市販のろ
う材（Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材、Ｔｉ含有量：１．７
５ｗｔ％）を用いて接合した場合、セラミックスとろう
材との界面には接合反応層が部分的にしか形成されず、
チタンはろう材中に溶解したニッケルと反応してＮｉ−
Ｔｉ系合金を形成してしまう。このため接合面積率が低
くなって接合強度が低下し、そのバラツキも大きなもの
となる。
【０００９】本発明は、セラミックスとニッケル又はニ
ッケル系合金との接合面積率を高め、安定した高接合強
度で接合できるセラミックスとニッケル又はニッケル系
合金との接合方法を提供することを目的とするものであ
る。
ッケル系合金との接合面積率を高め、安定した高接合強
度で接合できるセラミックスとニッケル又はニッケル系
合金との接合方法を提供することを目的とするものであ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、セミックスと
ニッケル又はニッケル系合金とを、Ｔｉ含有量を実質的
に３〜１３ｗｔ％、好ましくは３．５〜１０．５ｗｔ％
としたＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材を用い、又は錫を含有
させたＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ−Ｓｎ系ろう材を用いて真空雰
囲気中又は不活性ガス雰囲気中で加熱して接合するセラ
ミックスとニッケル又はニッケル系合金との接合方法で
ある。
ニッケル又はニッケル系合金とを、Ｔｉ含有量を実質的
に３〜１３ｗｔ％、好ましくは３．５〜１０．５ｗｔ％
としたＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材を用い、又は錫を含有
させたＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ−Ｓｎ系ろう材を用いて真空雰
囲気中又は不活性ガス雰囲気中で加熱して接合するセラ
ミックスとニッケル又はニッケル系合金との接合方法で
ある。
【００１１】
【作用】Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材とＴｉ箔とを使用
し、Ｔｉ含有量を実質的に３〜１３ｗｔ％としたＡｇ−
Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材を用いたセラミックスとＮｉとの接
合は、図７に示すように、窒化珪素セラミックス１の界
面Ｘに反応層が形成され、この界面Ｘには、面分析の結
果によると、図８及び図９に示すようにＴｉが濃厚に分
布していることから、ＴｉＮ及びＴｉ5Ｓｉ3が生成さ
れ、この層の形成により接合が行われるものと考えられ
る。一方、Ｎｉとの界面ＹからはＮｉがろう材中に溶解
し、このＮｉが優先的にろう材中のＴｉと反応してＮｉ
−Ｔｉ系合金を形成する。このため、窒化珪素セラミッ
クス１の界面ＸではＴｉが不足し、ＴｉＮ及びＴｉ5Ｓ
ｉ3が一部の界面にしか形成されず、接合面積率が低下
することになる。
し、Ｔｉ含有量を実質的に３〜１３ｗｔ％としたＡｇ−
Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材を用いたセラミックスとＮｉとの接
合は、図７に示すように、窒化珪素セラミックス１の界
面Ｘに反応層が形成され、この界面Ｘには、面分析の結
果によると、図８及び図９に示すようにＴｉが濃厚に分
布していることから、ＴｉＮ及びＴｉ5Ｓｉ3が生成さ
れ、この層の形成により接合が行われるものと考えられ
る。一方、Ｎｉとの界面ＹからはＮｉがろう材中に溶解
し、このＮｉが優先的にろう材中のＴｉと反応してＮｉ
−Ｔｉ系合金を形成する。このため、窒化珪素セラミッ
クス１の界面ＸではＴｉが不足し、ＴｉＮ及びＴｉ5Ｓ
ｉ3が一部の界面にしか形成されず、接合面積率が低下
することになる。
【００１２】本発明では、通常のＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろ
う材におけるＴｉ含有量を増やし、又はＴｉ箔を併用し
て実質的にろう材中のＴｉ含有量を高めたので、窒化珪
素セラミックスとの界面ＸにＴｉＮ及びＴｉ5Ｓｉ3の反
応層が充分生成されるようになり、セラミックスとＮｉ
との接合面積率を高め、安定した高接合強度で接合でき
る。Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材中における活性金属のＴ
ｉ含有量が１３ｗｔ％を超えると、接合反応層が厚くな
り過ぎ、ろう材自体の強度も低下するため、接合強度向
上の効果が得られなくなる。
う材におけるＴｉ含有量を増やし、又はＴｉ箔を併用し
て実質的にろう材中のＴｉ含有量を高めたので、窒化珪
素セラミックスとの界面ＸにＴｉＮ及びＴｉ5Ｓｉ3の反
応層が充分生成されるようになり、セラミックスとＮｉ
との接合面積率を高め、安定した高接合強度で接合でき
る。Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材中における活性金属のＴ
ｉ含有量が１３ｗｔ％を超えると、接合反応層が厚くな
り過ぎ、ろう材自体の強度も低下するため、接合強度向
上の効果が得られなくなる。
【００１３】また、錫を含有させたＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ−
Ｓｎ系ろう材を用いた場合は、窒化珪素セラミックスの
界面にＴｉが濃厚に分布し、一方Ｓｎ元素は、Ｎｉと結
合し易く、ニッケルとの界面に多く分布する。したがっ
て、この接合体のセラミックスとの界面にも、Ｔｉの反
応層が生成される。
Ｓｎ系ろう材を用いた場合は、窒化珪素セラミックスの
界面にＴｉが濃厚に分布し、一方Ｓｎ元素は、Ｎｉと結
合し易く、ニッケルとの界面に多く分布する。したがっ
て、この接合体のセラミックスとの界面にも、Ｔｉの反
応層が生成される。
【００１４】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。
窒化珪素セラミックス（Ｓi3Ｎ4）とニッケル（Ｎｉ）
とを接合するのに、図１Ａに示すように、セラミックス
１（φ２０ｍｍ，Ｌ１０ｍｍ）とニッケル４（φ１０ｍ
ｍ，Ｌ２０ｍｍ）との間に、セラミックス１側にＴｉ箔
２（厚さ２〜１０μｍ）、ニッケル４側にＡｇ−Ｃｕ−
Ｔｉ系ろう材３（厚さ５０μｍ）を介在させ、又は図１
Ｂに示すように、ニッケル４側にもＴｉ箔２を介在させ
た状態とし、ろう材中のＴｉ含有量を実質的に１．７５
〜１７．１ｗｔ％となるようにした。Ｔｉ箔２は接合時
の加熱により溶融し、ろう材中にＴｉを含有したのと同
様に作用するので、Ｔｉ含有量を増加したろう材で接合
したのと実質的に同じとなる。
窒化珪素セラミックス（Ｓi3Ｎ4）とニッケル（Ｎｉ）
とを接合するのに、図１Ａに示すように、セラミックス
１（φ２０ｍｍ，Ｌ１０ｍｍ）とニッケル４（φ１０ｍ
ｍ，Ｌ２０ｍｍ）との間に、セラミックス１側にＴｉ箔
２（厚さ２〜１０μｍ）、ニッケル４側にＡｇ−Ｃｕ−
Ｔｉ系ろう材３（厚さ５０μｍ）を介在させ、又は図１
Ｂに示すように、ニッケル４側にもＴｉ箔２を介在させ
た状態とし、ろう材中のＴｉ含有量を実質的に１．７５
〜１７．１ｗｔ％となるようにした。Ｔｉ箔２は接合時
の加熱により溶融し、ろう材中にＴｉを含有したのと同
様に作用するので、Ｔｉ含有量を増加したろう材で接合
したのと実質的に同じとなる。
【００１５】これらの各試験用試料を１／１０4Torr の
真空雰囲気中で、図２に示すように７５０℃まで急速に
加熱して１０分間保持し、その後Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろ
う材の液相線よりも１０〜８０℃高い温度Ａ℃（８１０
〜９３０℃）まで緩やかに加熱して１０分間保持し、そ
の後に徐冷して接合した。試料の数は、各試験例ごとに
６個とし、接合した試料はその後に外径をφ１０ｍｍか
らφ９．５ｍｍになるまで円筒研削した後、４点曲げ試
験を行った。その結果を次の表１に示す。
真空雰囲気中で、図２に示すように７５０℃まで急速に
加熱して１０分間保持し、その後Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろ
う材の液相線よりも１０〜８０℃高い温度Ａ℃（８１０
〜９３０℃）まで緩やかに加熱して１０分間保持し、そ
の後に徐冷して接合した。試料の数は、各試験例ごとに
６個とし、接合した試料はその後に外径をφ１０ｍｍか
らφ９．５ｍｍになるまで円筒研削した後、４点曲げ試
験を行った。その結果を次の表１に示す。
【００１６】
【表１】 注： 試験例１、７、８は、比較例を示す。試験例２ー
６は、本発明の実施例を示す。
６は、本発明の実施例を示す。
【００１７】市販のＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材と実質的
に同じ含有量（Ｔｉ含有量：１．７５ｗｔ％）のろう材
を用いた試験例１では、４点曲げ強度が平均で６８ＭＰ
ａと接合強度が低く、またそのバラツキが大きい。また
Ｔｉ含有量を１４．５ｗｔ％以上とした試験例７及び８
でも、平均４点曲げ強度が低く、また接合強度のバラツ
キが大きい。
に同じ含有量（Ｔｉ含有量：１．７５ｗｔ％）のろう材
を用いた試験例１では、４点曲げ強度が平均で６８ＭＰ
ａと接合強度が低く、またそのバラツキが大きい。また
Ｔｉ含有量を１４．５ｗｔ％以上とした試験例７及び８
でも、平均４点曲げ強度が低く、また接合強度のバラツ
キが大きい。
【００１８】これに対して、本願の実施例に当るＴｉ含
有量を３．５〜１２．３ｗｔ％とした試験例２〜６で
は、平均４点曲げ強度が１５０ＭＰａ以上となり、また
接合強度のバラツキが小さくなる。特に、Ｔｉ含有量を
３．５〜１０．０ｗｔ％とした試験例２〜５では、平均
４点曲げ強度が１９２ＭＰａ以上と大きくなり、比較例
（試験例１，７，８）と比べて接合強度のバラツキが大
幅に低減し、接合強度は約３倍に向上する。
有量を３．５〜１２．３ｗｔ％とした試験例２〜６で
は、平均４点曲げ強度が１５０ＭＰａ以上となり、また
接合強度のバラツキが小さくなる。特に、Ｔｉ含有量を
３．５〜１０．０ｗｔ％とした試験例２〜５では、平均
４点曲げ強度が１９２ＭＰａ以上と大きくなり、比較例
（試験例１，７，８）と比べて接合強度のバラツキが大
幅に低減し、接合強度は約３倍に向上する。
【００１９】Ｔｉ含有量を３．５ｗｔ％以上としたろう
材を用いて接合した接合体の接合部を、マイクロアナラ
イザー（ＥＰＭＡ）で行ったＴｉ元素の分布状態を示す
図８及び図９に示すように、窒化珪素セラミックス１の
界面ＸにＴｉが濃厚に分布しており、窒化珪素セラミッ
クス１の界面にＴｉＮ及びＴｉ5Ｓｉ3層が形成されてい
ことがわかる。以上の試験例のろう材中のＴｉ含有量
と、接合体の４点曲げ強度との関係をグラフ化した図３
から、Ｔｉ含有量を実質的に３〜１３ｗｔ％、好ましく
は３．５〜１０．５ｗｔ％とすることが、高強度接合を
可能とすると共に、その接合強度のバラツキを小さくす
る上で有効であることがわかる。
材を用いて接合した接合体の接合部を、マイクロアナラ
イザー（ＥＰＭＡ）で行ったＴｉ元素の分布状態を示す
図８及び図９に示すように、窒化珪素セラミックス１の
界面ＸにＴｉが濃厚に分布しており、窒化珪素セラミッ
クス１の界面にＴｉＮ及びＴｉ5Ｓｉ3層が形成されてい
ことがわかる。以上の試験例のろう材中のＴｉ含有量
と、接合体の４点曲げ強度との関係をグラフ化した図３
から、Ｔｉ含有量を実質的に３〜１３ｗｔ％、好ましく
は３．５〜１０．５ｗｔ％とすることが、高強度接合を
可能とすると共に、その接合強度のバラツキを小さくす
る上で有効であることがわかる。
【００２０】次に、ジルコニアセラミックスとニッケル
を多量に含み低熱膨張合金であるコバ−ル（Ｎi ２９
％，Ｃo １９％，Ｍn，Ｓi，Ｍg，Ｚr，Ｃ，Ａl，Ｔi全
て１％以下、残部Ｆe）とを接合する場合について述べ
る。図１０に示すように、ジルコニアセラミックス１１
とコバール合金２０を市販のＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材
３で接合した接合体の接合部は、マイクロアナライザー
（ＥＰＭＡ）で行った元素の分布状態を見ると、ろう材
層中にコバール合金２０の成分元素が拡散してろう材中
のＴｉと反応してＴｉ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系の合金を形
成しており、この接合体は接合強度のバラツキが大き
い。
を多量に含み低熱膨張合金であるコバ−ル（Ｎi ２９
％，Ｃo １９％，Ｍn，Ｓi，Ｍg，Ｚr，Ｃ，Ａl，Ｔi全
て１％以下、残部Ｆe）とを接合する場合について述べ
る。図１０に示すように、ジルコニアセラミックス１１
とコバール合金２０を市販のＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材
３で接合した接合体の接合部は、マイクロアナライザー
（ＥＰＭＡ）で行った元素の分布状態を見ると、ろう材
層中にコバール合金２０の成分元素が拡散してろう材中
のＴｉと反応してＴｉ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系の合金を形
成しており、この接合体は接合強度のバラツキが大き
い。
【００２１】図１１に示すように、ジルコニアセラミッ
クス１１とコバール合金２０とを、両側にＴｉ箔２を挟
んでＡｇ−Ｃｕ系ろう材５で接合した。この接合体の接
合部を、マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）で行った面
分析の結果をみると、図１３に示すようにＴｉ元素がセ
ラミックス及びコバールとの界面に集中し、ろう材層中
にコバール合金２０の成分元素が拡散しておらず、この
接合体の接合強度のバラツキは、Ｔｉ箔２を使用しない
場合に比べて非常に小さくなる。したがって、Ｔｉの含
有割合を高めたＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材を用いること
は、セミックスとニッケルを多量に含む合金との接合に
おいても有効であることがわかる。
クス１１とコバール合金２０とを、両側にＴｉ箔２を挟
んでＡｇ−Ｃｕ系ろう材５で接合した。この接合体の接
合部を、マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）で行った面
分析の結果をみると、図１３に示すようにＴｉ元素がセ
ラミックス及びコバールとの界面に集中し、ろう材層中
にコバール合金２０の成分元素が拡散しておらず、この
接合体の接合強度のバラツキは、Ｔｉ箔２を使用しない
場合に比べて非常に小さくなる。したがって、Ｔｉの含
有割合を高めたＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材を用いること
は、セミックスとニッケルを多量に含む合金との接合に
おいても有効であることがわかる。
【００２２】次に別の実施例を図１２に示す。この実施
例は、窒化珪素セラミックス（Ｓi3Ｎ4）とＳ５０Ｃを
接合するのに、図に示すように、緩衝材としてＮｉ板４
を使用し、セラミックス１側にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ−Ｓｎ
系ろう材６（Ａｇ：６３．０，Ｃｕ：３４．２５，Ｔ
ｉ：１．７５，Ｓｎ：１．０ｗｔ％）使用し、符号１２
で示すＳ５０Ｃ側にＡｇ−Ｃｕ系ろう材５を使用して接
合した。この接合体の接合部を、マイクロアナライザー
（ＥＰＭＡ）で元素の分布状態を見ると、Ｔｉ元素は、
模式図である図１４Ａに示すように、窒化珪素セラミッ
クスの界面にＴｉが濃厚に分布し、一方Ｓｎ元素は、Ｎ
ｉと結合し易く、図１４Ｂに示すように、ニッケル板４
との界面に多く分布している。詳細な作用は不明である
が、ＳｎがＮｉと結合することにより、Ｔｉがセラミッ
クスと反応したものと思われる。この接合体の接合部の
強度は、四点曲げ試験強度で１９０ＭＰaであった。
例は、窒化珪素セラミックス（Ｓi3Ｎ4）とＳ５０Ｃを
接合するのに、図に示すように、緩衝材としてＮｉ板４
を使用し、セラミックス１側にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ−Ｓｎ
系ろう材６（Ａｇ：６３．０，Ｃｕ：３４．２５，Ｔ
ｉ：１．７５，Ｓｎ：１．０ｗｔ％）使用し、符号１２
で示すＳ５０Ｃ側にＡｇ−Ｃｕ系ろう材５を使用して接
合した。この接合体の接合部を、マイクロアナライザー
（ＥＰＭＡ）で元素の分布状態を見ると、Ｔｉ元素は、
模式図である図１４Ａに示すように、窒化珪素セラミッ
クスの界面にＴｉが濃厚に分布し、一方Ｓｎ元素は、Ｎ
ｉと結合し易く、図１４Ｂに示すように、ニッケル板４
との界面に多く分布している。詳細な作用は不明である
が、ＳｎがＮｉと結合することにより、Ｔｉがセラミッ
クスと反応したものと思われる。この接合体の接合部の
強度は、四点曲げ試験強度で１９０ＭＰaであった。
【００２３】Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材中のＴｉの含有
割合を高めるには、ろう材にペースト状にしたＴｉ粉末
を添加して接合しても良いが、Ｔｉ箔を用いると含有量
の制御が容易となり、接合時の加熱で溶融して実質的に
ろう材のＴｉ含有割合を増加させたのと同じとなる。ま
た、真空雰囲気中で加熱接合するのに代え、不活性ガス
雰囲気中で加熱接合するようにしても良い。
割合を高めるには、ろう材にペースト状にしたＴｉ粉末
を添加して接合しても良いが、Ｔｉ箔を用いると含有量
の制御が容易となり、接合時の加熱で溶融して実質的に
ろう材のＴｉ含有割合を増加させたのと同じとなる。ま
た、真空雰囲気中で加熱接合するのに代え、不活性ガス
雰囲気中で加熱接合するようにしても良い。
【００２４】
【発明の効果】本発明は、セラミックスとニッケル又は
ニッケル系合金とを接合するのに、セラミックスとニッ
ケルとの接合面積率を高め、バラツキの少ない安定した
高接合強度で接合することができる。
ニッケル系合金とを接合するのに、セラミックスとニッ
ケルとの接合面積率を高め、バラツキの少ない安定した
高接合強度で接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の第１実施例を含む接合試験の説明
図。
図。
【図２】接合試験における接合条件を示す図。
【図３】接合体の強度試験の結果を示す図。
【図４】従来の接合方法の説明図。
【図５】従来の接合部の接合状態を示す模式図。
【図６】従来の接合部における反応層の説明図。
【図７】接合部の面分析の組織分布を示す模式図。
【図８】本発明実施例の接合部の面分析のＴｉ分布を示
す模式図。
す模式図。
【図９】他の接合部の面分析のＴｉ分布を示す模式図。
【図１０】従来の他の接合方法の説明図。
【図１１】本発明方法の第２実施例の説明図。
【図１２】本発明方法の第３実施例の説明図。
【図１３】第２実施例の接合部の面分析の組織分布を示
す模式図。
す模式図。
【図１４】第３実施例の接合部の面分析の組織分布を示
す模式図。
す模式図。
１ 窒化珪素セラミックス ２ Ｔｉ箔 ３ Ａｇ
−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材４ ニッケル板 ５ Ａｇ−Ｃ
ｕ系ろう材 ６ Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ−Ｓｎ系ろう材
１０ ニッケル １１ ジルコニアセラミックス
２０ コバール合金 ａ 接着層 ｂ 剥離部
−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材４ ニッケル板 ５ Ａｇ−Ｃ
ｕ系ろう材 ６ Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ−Ｓｎ系ろう材
１０ ニッケル １１ ジルコニアセラミックス
２０ コバール合金 ａ 接着層 ｂ 剥離部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高島 敏行 北海道札幌市手稲区前田７条15丁目４番１ 号 北海道工業大学内
Claims (3)
- 【請求項１】 セミックスとニッケル又はニッケル系合
金とを、Ｔｉ含有量を実質的に３〜１３ｗｔ％としたＡ
ｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材を用いて真空雰囲気中等で加熱
して接合することを特徴とするセラミックスとニッケル
又はニッケル系合金との接合方法。 - 【請求項２】 Ｔｉ含有量を実質的に３．５〜１０．５
ｗｔ％としたＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材を用いる請求項
１記載のセラミックスとニッケル又はニッケル系合金と
の接合方法。 - 【請求項３】 セミックスとニッケル又はニッケル系合
金とを、錫を含有させたＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ−Ｓｎ系ろう
材を用いて真空雰囲気中等で加熱して接合することを特
徴とするセラミックスとニッケル又はニッケル系合金と
の接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6026250A JPH0725677A (ja) | 1993-05-10 | 1994-01-28 | セラミックスとニッケル又はニッケル系合金との接合方 法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5-132775 | 1993-05-10 | ||
| JP13277593 | 1993-05-10 | ||
| JP6026250A JPH0725677A (ja) | 1993-05-10 | 1994-01-28 | セラミックスとニッケル又はニッケル系合金との接合方 法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0725677A true JPH0725677A (ja) | 1995-01-27 |
Family
ID=26363993
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6026250A Pending JPH0725677A (ja) | 1993-05-10 | 1994-01-28 | セラミックスとニッケル又はニッケル系合金との接合方 法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0725677A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101972877A (zh) * | 2010-11-03 | 2011-02-16 | 哈尔滨工业大学 | TiAl基合金与Ni基高温合金的接触反应钎焊连接方法 |
| CN114799475A (zh) * | 2022-04-14 | 2022-07-29 | 哈尔滨工业大学 | 一种商用非活性钎料低温直接钎焊非金属与金属的方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6182995A (ja) * | 1984-09-29 | 1986-04-26 | Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk | ろう付け用材料 |
| JPS6281290A (ja) * | 1985-10-02 | 1987-04-14 | Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk | セラミツクス用ろう材 |
| JPS62289396A (ja) * | 1985-11-16 | 1987-12-16 | Sumitomo Cement Co Ltd | セラミツクスの接合方法 |
| JPS62296959A (ja) * | 1986-06-16 | 1987-12-24 | Toshiba Corp | 整流素子の外囲器の製造方法 |
| JPS63248779A (ja) * | 1987-04-03 | 1988-10-17 | 旭硝子株式会社 | セラミツクスと金属の接合方法 |
| JPH05347469A (ja) * | 1992-06-12 | 1993-12-27 | Toshiba Corp | セラミックス回路基板 |
-
1994
- 1994-01-28 JP JP6026250A patent/JPH0725677A/ja active Pending
Patent Citations (6)
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| JPS62296959A (ja) * | 1986-06-16 | 1987-12-24 | Toshiba Corp | 整流素子の外囲器の製造方法 |
| JPS63248779A (ja) * | 1987-04-03 | 1988-10-17 | 旭硝子株式会社 | セラミツクスと金属の接合方法 |
| JPH05347469A (ja) * | 1992-06-12 | 1993-12-27 | Toshiba Corp | セラミックス回路基板 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101972877A (zh) * | 2010-11-03 | 2011-02-16 | 哈尔滨工业大学 | TiAl基合金与Ni基高温合金的接触反应钎焊连接方法 |
| CN114799475A (zh) * | 2022-04-14 | 2022-07-29 | 哈尔滨工业大学 | 一种商用非活性钎料低温直接钎焊非金属与金属的方法 |
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