JPS6144776A - ジルコニアセラミツク融着性合金 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明はジルコニアセラミック融着性合金、更に詳しく
言えば、ジルコニアセラミックのメタライジング、これ
らのセラミック同志あるいは異種セラミックとの接合、
金属とのロー接あるいは、これらのセラミックを使った
サーメットの結合相用金属としても使用できる合金に係
わるものである。

〈従来の技術〉 アルミナやジルコニアセラミックに融着する合金として
従来より、Ｔｉ、Ｚｒ等の活性金属の合金（Ｔｉ−Ｎｉ
、Ｔｉ−Ｃ１，Ｚｒ−Ｎｉ等）が知られているが、これ
らの合金は、おしなべて、これらのセラミックとの濡れ
性は完全ではなく、融着強度も弱い欠点がある。

周知の様に、ジルコニアセラミックは構造用あるいは機
能性材料として、大いに期待されている　・材料であり
、金属との複合という問題は、その用途を大きく拡げる
意味においても、非常に重要な問題である。なかでも、
部分安定化ジルコニアは、金属に十分対抗できる様な高
強度、高靭性を有しており、金属との複合に際しては、
その接合強度（融着強度）を飛躍的にだかめる必要があ
る。

融着強度を大きくするためには、ジルコニア基材との濡
れ性の改善をはかる必要がある。理想的には、完全な濡
れの状態、つまり接触角零度の状態が望ましい。

〈発明が解決しようとする問題点〉 本発明は以上のような問題点に鑑みて為されたものであ
り、ジルコニアセラミックと完全な濡れ性（接触角零瓜
）を有し、融着強度の高い新規な融着合金を提供せんと
するものである。−〈問題点を解決するための手段〉 本発明者は以上の問題点に鑑みて、鋭意研究を行なった
結果、次ぎのような新しい知見を得るに至った。

即ち、 （イ）Ｓｌはジルコニアセラミックに対して完全ではな
いが、かなりな濡れ性（約３０度）を有する。

（ロ）Ｔｉ族元素（ｌ　ｉ、Ｚｒ、Ｈｆ）、Ｖ族元素（
Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ）、およびＹの中から選ばれた１種ある
いは２種以上の元素と上記Ｓｉを必須成分と覆る２元〜
多元系合金はジルコニアセラミックに完全に濡れる状態
（濡れ角零度）で融着することができ、高強度で融着す
ることを見出だした。

本発明はこの新しい知見を基に為されたものである。

〈作用〉 （イ）従来の活性金属ロー材（Ｔ　ｉ　−Ｎ　ｉ　。

Ｔ　ｉ　−ｃｕ、　Ｔ　ｉ　−ＡＯ，Ｚ　ｒ−Ｎ　ｉ等
）では、接触角はいずれも３０〜７０度程度であり、濡
れ性は必ずしも良くない。

この結果、ａ着強度は、高々１〜２　Ｋｇ／　ｄ程度で
ある。

（ロ）Ｓｉ単独の場合、接触角は約３０度であり、従来
の活性金属ロー材程度の濡れ性は有るが、このＳｉにＴ
ｉが加えられると完全に濡れるようになり、融着強度も
高くなる。

（ハ）この傾向は、Ｓｉとｌｉ族、■族の元素およびＹ
の組合わせに共通して言える。

（ニ）Ｔｉ族、■族元素の中で最も好しい元素はＴ　ｉ
　、　Ｖ、Ｎｂ、Ｔａであり、とりわけ、Ｔ１、■が好
しい。これらは、比較的安価であると共に、特性的にも
極めて優れている。

Ｚｒは融着部の剥離強度の点で、上記元素よりも劣って
いる。

Ｈｆは高価で、あまり一般的な元素でないために、経湾
性の点で、問題がある。

（ホ）これは、Ｔｉ、ｖ族元素およびＹとｓｉの組合せ
だけでなく、これらの元素の一部の量を、目的用途に応
じて、例えば、融点を下げたり、機械的、物理的、化学
的性質等を変える目的で、Ｆｅ、Ｎ　ｉ、Ｃｏ、Ａ　Ｉ
、ＣＬＪ、−・・等の第３、第４、・・・の元素で置換
えることができる。

（へ）ＳｉとＴｉ、Ｖ族元素およびＹの成分比率は、Ｓ
ｉとＴｉの組合わせでは、ｓｒ　：５〜９５部に対して
、Ｔｉ：５〜９５部が、Ｖ族、Ｙとの組合わせでは、Ｓ
ｉ：４０〜９５部に対して、Ｖ族、Ｙ：５〜６０部が好
ましい割合である。

〈実施例〉 実施例１ 〈各種Ｓｉ合金の濡れ性テスト　その１〉　゛ジルコニ
アセラミックとして、部分安定化ジルコニア（７２０３
３モル％添加）を使用し、このセラミックの上に各種組
成のＳｉ合金を載せ、減圧下で加熱溶融（約５分間保持
）し、冷却後それぞれの接触角（濡れ角）を測定した。

結果を第１表に示す。

第１表 本発明の合金は、第１表の結果から判る様に、ジルコニ
アセラミックの焼成温度（１５５０〜１６００℃）以下
の温度で、ジルコニアに完全融着しており、比較例とし
て示した従来の活性金属がいずれも３０〜６０度である
ことを考えると、著しい濡れ性の改善効果を有している
。

しかもジルコニアの焼成温度以下の温度に、はんの数分
保持するだけで良いので、ジルコニアの材質には何等悪
影響をあたえることなく、実施できる。

〈各種Ｓｉ合金の濡れ性テスト　その２〉Ｊｉ４Ｕとし
て前のテストと同じセラミック（Ｐ。

Ｓ、Ｚ、）を使用し、これを予じめ下表に示す融着合金
（第１層）で被覆したのら、この上に本来ぬれ性の改善
には全く効果のないか、あるいは、むしろ阻害作用を有
するＡＩ、Ｃ１，Ｆｅ、Ｃ。

等の元素（第２層）の少塊（第１層合金の約１０〜３０
倍に相当する量）をのせて、加熱溶融し、第１層合金と
溶融混合し、前のテストと同じ要領で接触角を測定した
。結果を第２表に示す。

第２表 本来、Ｔ１とＡ　Ｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｏ等の合金はジル
コニアセラミックに対して完全な融着性は示さないが、
本例は、これにＳｉが入ってくると完全融着することを
示している。

本例の合金は、前のテスト（その１）に示した従来の活
性金属成分に、Ｓｉが加えられた組成になるが、この比
較からも、Ｓｉ添加によって濡れ性が顕著に向上するこ
とが確認できる。

以上濡れ性テスト１．２から判るように、本発明合金の
中の、特にＳｉの役割は、完全融着のためには必要欠く
べからざる元素であり、単にＴｉや／ｒに対して融点を
下げる目的で添加された従来のＮ　ＩｃＵ、ＡＱとは、
本質的にその目的効果を異にするものである。

Ｓｉと、Ｔｉ、Ｖ族元素、Ｙの組合わせで初めて本発明
の効果がえられる。

実施例２（金属との接合） １０ｓｉＸ　１０ａａＸ３ｍ＋＋（７）シルｍニア　（
Ｐ−Ｓ。

Ｚ、）の板の上にＳ　ｉ　−５０Ｔ　ｉ合金の少粒を載
せ、１０　　Ｔｏｒｒの減圧下で１４５０℃に５分加熱
して、完全融着したメタライジング層を形成させた。

濡れ面は接触角零度で、前面に平滑均等に広がっており
、一部側面まで濡れが及んでいた。

次ぎに、以上の要領で作ったメタライズ表面に５ＵＳ３
０４オーステナイト系ステンレスのチップ（１０＃ｌｌ
Ｘ　１０１１１１１Ｘ　５ＭＮ＞を接合することを試み
た。

このステンレスチップとメタライズ面の間にＮ１−Ｂ−
８ｉ系のアモルファス　ロー付は用箔をインサートし、
真空雰囲気（１０＝　Ｔ　ｏ　ｒ　ｒ　）で１０００℃
に１分間加熱、融着させ、融着状況を観察した。

本発明合金を使ったものは、ステンレスとジルコニアセ
ラミックが強固に接合されており、微細な欠陥も観察さ
れなかった。

一方、比較のために従来合金（Ｔ　ｉ　−５０Ｃｕ）を
メタライズして同じ処理をおこなったものでは、セラミ
ックとメタライズの境界部で亀裂が発生していた。

ステンレス　チップは５ｔＪＳ３０４オーステナイト系
であり、その線膨張係数は１８Ｘ１０　　、ジルコニア
セラミックとは２倍以上のズレがあるために、ロー付後
の冷却過程で相当な熱歪がおこることが予測できるが、
本発明合金のものは、このような応力が存在しても十分
に接合されており、本発明合金の融着力は、従来合金に
比較して、非常に高強度であることが確認された。

実施例３（ジルコニアセラミック同志の接合）１０ａａ
Ｘ　１０＃ｌＩＸ　５Ｍの２個のジルコニアセラミック
焼結体の間にＳ　ｉ　−５０Ｔ　ｉおよびＳｉ−３０Ｖ
の組成のスラリー状の混合粉末を約１ｊＭ厚さに塗付し
、５Ｘ１０　　＋ｏｒｒの減圧下で１４５０℃、５分加
熱し接合を行なった。

２個のセラミック片はＳ　ｉ　−５０Ｔ　ｉ及び５ｌ−
３０Ｖ合金によって完全に濡らされ、強固に接合されて
いた。

実施例４（サーメットの結合相） 多孔質のジルコニア焼結体＜　１０＃ＩＩＩＸ　１０ｓ
ｔＸ２＃ｉ）の上に、Ｓ　１−５０％Ｔｉの少粒を載せ
５Ｘ１０　　Ｔｏｒｒの減圧下で、１４５０℃に５分間
加熱し、空孔部に完全に含浸することができた。

尚ここで、本発明のジルコニアセラミックとは（イ）、
安定化ジルコニア （ロ）０部分安定化シル］ニア （ハ）、セラミックを構成する成分の１つとして（イ）
、（ロ）のジルコニアを含むセラミック片意味するもの
である。

また、本発明合金を融着させるときの雰囲気として、上
記実施例では減圧下で行なったが、これのみに限定され
るものではなく、Ａｒ、Ｈｅ等の不活性雰囲気下でも可
能である。

〈発明の効果〉 本発明は次の様な効果を有する。

（１）ジルコニアセラミックに接触角零度で完全に融着
できる。

（２）微小間隙、空孔にも浸透出来る。

（３）濡れ性を阻害することなく多元系合金に調整でき
る。

（４）界面での融着強度が高い。

（５）融着に関するあらゆる用途に利用できる（メタラ
イジング、ロー接、含浸、結合相として）。

（７）共晶成分が存在するために、融点が低く、比較的
低い温度でも、融着出来る。

（８）原料が安価である。

特許出願人　有限会社　富山技研 代表者　常用征一部 昭和５９年１２月２７日 昭和５９年特許願第１．６５２４０＠ ２、発明の名称 ジルコニアセラミック融着性合金 ３、補正をする者 事件との関係　　　　　特許出願人 住所　山ロ県下関市長府中土居本、町９−１０明細書の
［特許請求の範囲の欄」および明Ｉｌｌ古の「発明の詳
細な説明の欄」５、補正の内容 別紙の通り １、明細書の［特許請求の範囲Ｊを次のようにＳ正す−
る。

［（１）Ｔｉ族元素、Ｖ族元素およびＹの中か（選ばれ
た１種あるいは２種以上の元素とＳｉを４須成分として
有することを特徴とするシルコニ）セラミック融着性杏
金。

２、明細書第５ページ第８行目と９行目の間に汐の項を
挿入する。

「置換できる量は、最高４０％近くの量まで再開である
。

置換づる量が４０％以上に成ると、完全な濡を性が得ら
れなくなる。　　　　　　　　　　　」１　　３、明細
書第８ページの表を次の表に訂正する。

す （。

し−−− ４、明細書第１１ページ第１６行目と１７行目の間に次
の項を挿入する。

［〈各種Ｓｉ合金の濡れ性テスト　その３〉基材として
前のテストと同じセラミックを使用し、本発明の多元系
組成のものについて、その濡れ性のテス１〜を行なった
わ 基本となる合金には、５０Ｔｉ−５０８ｉの組成のもの
を用い、これにＡ　１．ＣＬｌ、ＡＯ，Ｆｅ、Ｎｉ、Ｆ
ｅ−Ｍｎをそれぞれ２０％、４０％添加したものについ
て濡れ性を測定した。

２０％添加のものは、全ての組成のものが完全な濡れ（
接触角零度）を示した。

４０％添加のものになると、接触角に変化がみられる様
になり、必ずしも完全な濡れには至らなかった。　　　
　　　　　　　　　　　　　　」、しスＪ二

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｔｉ族元素、Ｖ族元素およびＹの中から選ばれた
   １種あるいは２種以上の元素とＳｉを必須成分として有
   することを特徴とするジルコニアセラミック融着性合金
   。
2. （２）上記Ｔｉ族、Ｖ族元素がＴｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の合
   金。