JPS59184774A - 多孔質セラミツクスと金属部材との接合方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は多孔質セラミックスと金属部材との接合方法に
係９、特に連続気孔を有する多孔質セラミックスと金属
部材との接合方法に関する。

〔従来技術〕

近年高温高強度構造材料として窒化珪素、炭化珪素、サ
イアロン等の非酸化物セラミックス、あるいは酸化アル
ミニウム、酸化ジルコニウム等、いわゆるニューセラミ
ックスが急速にクローズアップされ、多くの研究や開発
がなされている。これらのセラミックスの用途は、ガス
タービンのブレードや燃焼器内筒、ディーゼルエンジン
のシリンダやピストン、その他高混用機株部品として数
多くあるが、いずれも形状や寸法精度の要求がきびしく
、始めから一体のものとして成形製作することは困難で
あることが多い。このために部分的な製品同志を接合さ
せて複雑な形状のものに仕上げる必要があり、セラミッ
クスと金属とを強固に接合させる方法の開発が望まれて
いる。

このような接合強度の高い接合方法の１つとしてろう付
方法がある。しかるに従来のろう付方法によって接合さ
れたものは、セラミックス部材と金属部材との少なくと
もろう付予定部近傍部分を全体的に加熱する必要がある
ところから接合部に残留応力が負荷され、これがために
破壊が生じやすいという問題がある。また加熱装置等の
設備が必要であるなど、不都合があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は上記従来技術の問題点を解消し、接合強
度が極めて高いと共に、加熱装置等の設備投資の必要も
ない、工業的に極めて有利な接合方法を提供することに
ある。

〔発明の構成〕

この目的を達成するために、本発明の接合方法は、少な
くとも接合予定面近傍において連続気孔を有する多孔質
セラミックスと金属部材とを接合する方法において、該
セラミックスの接合予定面に金属粉末を付着させ、この
表面にろう材を介在させて金属部材を重ね、前記金属粉
末と反応して熱を発生させるガスを該セラミックスの連
続気孔を通して接合面に供給し、反応熱でろう材を溶か
して接合させることを特徴とする多孔質セラミックスと
金属部材との接合方法、を要旨とするものである。

即ち、本発明は金属の酸化反応の際に発生ずる熱を利用
してろう材を溶融させるものであり、これにより全体に
わたる熱的応力を緩和させると共に設備・装置面におけ
る簡易化を図るものである。

以下に本発明２図面を参照して詳細に説明する。

第１図及び第２図は本発明の接合方法の一例を説明する
接合部近傍の断面の概略図である。本発明においては第
１図の如く多孔質セラミックス１の接合予定面に金属粉
末２を付着さぜ、この表面にろう材３を介在させて金属
部材４を重ねる。その後、第２図の矢印の方向に、金属
粉末２と反応して熱を発生させるガスを多孔質セラミッ
クス１の連続気孔を通して供給し、例えば下記式の如く
発生する反応熱で第２図の如くろう材を溶かして接合さ
せる。

２　ｋｌ　＋　−０２−＋ＡＪ、　０３　＋４００　Ｋ
ｃａＡ１Ｍｇ　＋−０２−＋　ＭｆＩ○＋　１４４　Ｋ
ｃａＪ上記式は金属粉末としてアルミニウム粉末又はマ
グネシウム粉末を用い、酸素ガスを供給した場合のもの
であり、反応波金属粉末２は金属酸化物５となる。

本発明において、多孔質セラミックスとしては酸素等の
ガスが通過し得る連続気孔を有するものであれば良く、
何ら限定されるものではないが、特に断熱性の優れたセ
ラミックス、例えばジルコニア系、窒化珪素系、アルミ
ナ系等のセラミックスが好適である。このようなセラミ
ックスの表面ばそのままでも十分本発明の効果を達成す
るが、予め金属の薄膜をコーティングするメタライズ処
理を施しておくと、金属部材との接合強度が高められる
ことから有利である。このようなメタライズ処理の方法
としては、テレフンケル法に基づき、Ｍ　ＯＭｎ粉末ペ
ースト法を塗付する方法、溶射法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法
等すでに公知の各種の方法が採用可能でちる。なお、多
孔質セラミックスとしては、要するに接合予定面近傍部
分が多孔質であれは良いのであるが、もちろん全体的に
多孔質であっても良い。

また金属部材としては各種の金属あるいは合金部材が接
合可能である。これらの金属部材の表面は清浄化等の通
常の処理、さらに接合強度を高めるために多孔化処理を
施すのが好ましい。

セラミックスと金属部材との間に介在させるろう材とし
ては通常使用されるろう材でよく、例えば銀ろう、チタ
ニウムろう、ニッケルろう、銅ろう、パラジウムろう等
が挙げられる。その他、発泡質のろう材も使用可能であ
る。

セラミックスに付着させる金属粉末としては、ＡＪ、Ｓ
ｉ、Ｍｆ、Ｂ％　Ｌｉ、Ｎａ、　Ｃａ、　　Ｚｒ、　Ｃ
ｒ。

ＭＯ、ｖ、　Ｍｎ等が挙げられるが、酸化反応で発生す
る発熱量が大きい力が好ましく、またＢｉ、Ｌｉ等の如
く、反応生成物がフランクス作用を有するものが特に好
ましい。使用に隙しては、これらの金属粉末を単独で用
いても、（ＡＪ＋Ｓｉ）又は（Ａ／＋Ｓｉ＋Ｂ＋Ｎａ　
）の如く混合粉末として用いてもよく、さらにフランク
ス粉末を金属粉末に混合して用いてもよい。フンツクス
粉末を混合した場合には酸化速度を適度に緩和すること
によシ発熱量を調整し、金属粉末のなじみを良くして接
合強度が高められるという利点がある。

セラミックスの連続気孔に通すガスとしては、これら金
属粉末と反応して熱を発生するものであればよく、酸素
、水素等が挙げられる。とシわけ、酸素が使い易く有利
であるが、酸素ガスだけでなく、空気や、酸素と窒素等
の不活性ガスとの混合ガスも使用可能である。水素を使
用する場合、金属粉末は水素と反応し発熱する金属、例
えばＬｌ、Ｎａ、に、Ｍ７．ＣａＸＳｒ、ＢａＸＹ、Ｌ
ａ、Ｃｅ１Ｔ１、ＺｒＸＨｆ、Ｖ等を用いる。

本発明に従って接合を行なう際には、接合部を加圧して
もよく、これにより、ろう材がよく濡れ、投錨効果が大
きくなると共に不要な酸化物が接合部外へ排出され極め
て有利である。

〔発明の実施例〕

以下に本発明を実施例によシ更に具体的に説明するが、
本発明はその要旨を越えない限ジ、以下の実施例に限定
されるものではない。

〔実施例〕

気孔率４０％の連続気孔を有する多孔質のジルコニア質
セラミック板の表面に金属アルミニウム粉末を０．０２
９　／ｃＴＬの割合で付着し、シート状のろう材（組成
Ａｙ　：　７２重量％、Ｃｕ　：　２８重量％）（ｉ＝
０．２ｇ／α２０割合でさらに付着させた。次いで炭素
鋼板（Ｃ：０．２％）をこれら粉末が付着されたジルコ
ニア質セラミック板の面に重ねだ後、ジルコニア質セラ
ミック板の裏面側から酸素をこのセラミック板の気孔中
を通して供給した。その結果セラミック板と炭素鋼板と
の接合面は約１０００’ＣＫ　ｔで昇温し、上記ろう拐
が溶融しＺｒＯ２板と炭素鋼板とが全面的に接合した。

なお接合面の温度Ｉ−ｉ、炭素鋼板に微小径の孔を穿設
しておきこの孔に熱電対を差し込んで測定した。

〔発明の効果〕

以上の通ｐ本発明によれば、セラミックス全体を加熱す
ることなく接合でき、加熱は局部的であるので接合部の
残留応力を緩和できる。′−１，た加熱は短時間でよい
ことから、接合部材への熱的影響が／ＪＳさい。本発明
の局部加熱は、セラミックスが断熱性に富むことがら、
金属粉末の反応熱が極めて効果的に接合に利用されるこ
ととなる。さらに本発明方法によれば、高価な加熱装置
が不要であシ、設備役員の問題が解消され、しかも取扱
いも容易であり、接合部位の補修等も現場で行なうこと
が可能であり、工業的に極めて有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の接合方法の一例を説明する
接合部近傍の断面の概略図であり、第１図は接合前、第
２図は接合後を示す。 １・・・多′孔質セラミックス、 ２・・・金属粉末、　　　　３・・・ろう材、４・・・
金属部材、　　　　５・・・金属酸化物。 代理人　　　　鵜　　沼　　辰　　之 （ほか１名） 第１図 ；ｆτ２「゛ｉ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　少なくとも接合予定面近傍において連続気孔
   を有する多孔質セラミックスと金属部材とを接合する方
   法において、該セラミックスの接合予定面に金属粉末を
   付着させ、この表面にろう材を介在させて金属部材を重
   ね、前記金属粉末と反応して熱を発生させるガスを該セ
   ラミックスの連続気孔を通して接合面に供給し、反応熱
   でろう材を溶かして接合させることを特徴とする多孔質
   セラミックスと金属部材との接合方法。
2. （２）　　該ガスが酸素又は酸素を含むガスであること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。
3. （３）該金属粉末がアルミニウムと珪素との混合粉末で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項
   に記載の方法。