JPS62171970A - セラミツクと金属の接合部材 - Google Patents
セラミツクと金属の接合部材Info
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- JPS62171970A JPS62171970A JP1386886A JP1386886A JPS62171970A JP S62171970 A JPS62171970 A JP S62171970A JP 1386886 A JP1386886 A JP 1386886A JP 1386886 A JP1386886 A JP 1386886A JP S62171970 A JPS62171970 A JP S62171970A
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は、接合強さに優れた。セラミックスと金属の
接合部材に関し、更に詳しくは熱応力緩衝層にＮｉ基合
金あるいはＣｏ基合金またはＦｅ基合金を用い優れた接
合強さが得られるセラミックー金属接合部材に関する。
接合部材に関し、更に詳しくは熱応力緩衝層にＮｉ基合
金あるいはＣｏ基合金またはＦｅ基合金を用い優れた接
合強さが得られるセラミックー金属接合部材に関する。
窒化ケイ素、炭化ケイ素、アルミナ等の各種セラミック
スは、夫々が備えた特異な性質を生かすことにより構造
部材、各種機能部材として広く利用され始めている。そ
の多くの場合は、セラミックスそれ自体を単独で利用す
るという態様である。
スは、夫々が備えた特異な性質を生かすことにより構造
部材、各種機能部材として広く利用され始めている。そ
の多くの場合は、セラミックスそれ自体を単独で利用す
るという態様である。
こうしたセラミックスに金属を接合できるとすれば、得
られた部材は新たな機能を備えた部材として一層広い分
野での利用が可能になるものと考えられる。
られた部材は新たな機能を備えた部材として一層広い分
野での利用が可能になるものと考えられる。
」二連したセラミックス−金属接合部材において、それ
が構造部品である場合にはセラミックスと金属の接合強
度は充分に高いことが要求され、特に、セラミックスの
最も優れた特徴である高温域までの、優れた機械的特性
を生かすには高温域までの高い接合強度が要求される。
が構造部品である場合にはセラミックスと金属の接合強
度は充分に高いことが要求され、特に、セラミックスの
最も優れた特徴である高温域までの、優れた機械的特性
を生かすには高温域までの高い接合強度が要求される。
しかしながら、セラミックと金属を直接、接合すると冷
却する過程においてセラミックスにクラックが頻発する
、あるいは、クラックが発生しなくとも、熱疲労に対し
非常に弱い、または、接合強度が著しく低いという問題
がある。これは、セラミックスと金属との間に発生する
熱応力に基づく現象である。例えば、セラミックスがア
ルミナ、窒化ケイ素の場合、夫々の線熱膨張係数は８．
８Ｘ１０−”／℃、 ２．５Ｘ１０−’／℃であり、
Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅなどに比べてその値は約１桁小さいも
ので、両者の接合部に発生する熱応力は大きくなる。し
かも、熱応力は接合時の温度と冷却時の温度（室温）と
の差が大きければ大きいほど増大する。従って、熱応力
を減するためには接合時の温度を低めることが求められ
、そのことは接合時に低融点のろう材の使用が要求され
ることになる。
却する過程においてセラミックスにクラックが頻発する
、あるいは、クラックが発生しなくとも、熱疲労に対し
非常に弱い、または、接合強度が著しく低いという問題
がある。これは、セラミックスと金属との間に発生する
熱応力に基づく現象である。例えば、セラミックスがア
ルミナ、窒化ケイ素の場合、夫々の線熱膨張係数は８．
８Ｘ１０−”／℃、 ２．５Ｘ１０−’／℃であり、
Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅなどに比べてその値は約１桁小さいも
ので、両者の接合部に発生する熱応力は大きくなる。し
かも、熱応力は接合時の温度と冷却時の温度（室温）と
の差が大きければ大きいほど増大する。従って、熱応力
を減するためには接合時の温度を低めることが求められ
、そのことは接合時に低融点のろう材の使用が要求され
ることになる。
上述した問題点に対して特開昭５６−１６３０９３号の
接合方法の提案や活性金属を含むろう材をセラミックス
と金属の両者に拡散せしめて構成した接合部材の開発が
なされている。しかしながら、これらの方法は複雑な工
程、長時間の熱処理が不可避であるため、生産性等の点
で問題があり、しかもセラミックスと金属間の熱応力の
緩和には必ずしも有効ではない。
接合方法の提案や活性金属を含むろう材をセラミックス
と金属の両者に拡散せしめて構成した接合部材の開発が
なされている。しかしながら、これらの方法は複雑な工
程、長時間の熱処理が不可避であるため、生産性等の点
で問題があり、しかもセラミックスと金属間の熱応力の
緩和には必ずしも有効ではない。
上記手法の適用時における応力緩和を果すための方法と
しては、セラミックスと金属の間に軟質金属層を介在さ
せ、その塑性変形及び弾性変形によって熱応力を緩和す
る方法（特開昭５６−４１８７９号）、セラミックスと
金属の間に線膨張率が両者の中間の値を有する材料の層
を介在させる方法（特開昭５５−１．１３６７８号）、
セラミックスから金属にかけて線膨張率が小から大へと
変化する複数の層を順次積層して介在させる方法（特開
昭５５−７５／１４号）などが開示されている。
しては、セラミックスと金属の間に軟質金属層を介在さ
せ、その塑性変形及び弾性変形によって熱応力を緩和す
る方法（特開昭５６−４１８７９号）、セラミックスと
金属の間に線膨張率が両者の中間の値を有する材料の層
を介在させる方法（特開昭５５−１．１３６７８号）、
セラミックスから金属にかけて線膨張率が小から大へと
変化する複数の層を順次積層して介在させる方法（特開
昭５５−７５／１４号）などが開示されている。
しかしながら、活性金属を含むろう材での上記接合方法
の場合、接合面にかかる圧力によって、しばしば溶融ろ
う材が接合部からはみ出すことがある。このはみ出した
溶融ろう材の量が多くなると、凝固冷却する過程におい
て、セラミックスとろう材の熱膨張係数の差に基づく熱
応力によりセラミックスにクラックが生じることがある
。この現象を防止するためには、はみ出しがなく、かつ
接合部全面をろう材がぬらすのに必要な最適なろう材の
量（厚さ）を決めればよいが、用いる接合材料、接合圧
力、接合温度、雰囲気等の条件により、ろう材の最適量
を決めるのは非常に困難である。さらに、熱応力緩衝層
を介在させた場合、セラミックスおよび熱応力緩衝層と
、ろう材との相互作用が複雑となり接合に至らない場合
がある。
の場合、接合面にかかる圧力によって、しばしば溶融ろ
う材が接合部からはみ出すことがある。このはみ出した
溶融ろう材の量が多くなると、凝固冷却する過程におい
て、セラミックスとろう材の熱膨張係数の差に基づく熱
応力によりセラミックスにクラックが生じることがある
。この現象を防止するためには、はみ出しがなく、かつ
接合部全面をろう材がぬらすのに必要な最適なろう材の
量（厚さ）を決めればよいが、用いる接合材料、接合圧
力、接合温度、雰囲気等の条件により、ろう材の最適量
を決めるのは非常に困難である。さらに、熱応力緩衝層
を介在させた場合、セラミックスおよび熱応力緩衝層と
、ろう材との相互作用が複雑となり接合に至らない場合
がある。
例えば、熱応力緩衝層に、Ｎｉ基、Ｃｏ基、Ｆｅ基の各
合金を用いた場合、ろう材に活性金属ろうを用いると、
ろう材中の活性元素がセラミックスの他に熱応力緩衝層
との反応にも大幅に消費され十分な接合強度が得られな
い場合がしばしばあった。
合金を用いた場合、ろう材に活性金属ろうを用いると、
ろう材中の活性元素がセラミックスの他に熱応力緩衝層
との反応にも大幅に消費され十分な接合強度が得られな
い場合がしばしばあった。
本発明は、高温での接合強度が高く、しかも熱影響によ
るセラミックスのクラック発生および接合部界面での剥
離を防止したセラミックー金属接合部材を提供しようと
するものである。
るセラミックスのクラック発生および接合部界面での剥
離を防止したセラミックー金属接合部材を提供しようと
するものである。
本発明者らは、セラミックと金属との間に応力緩衝層を
介在せしめて全体を活性金属ろう材で接合した、接合部
材について鋭意研究を重ねた結果、応力緩衝層としてＮ
ｉ基合金、あるいはＣＯ基合金、またはＦｅ基合金を用
い接合用ろう材として、後述の活性金属ろう材を用いる
ことによって、記述の如く高温での接合強度が高く、シ
かも熱影響によるセラミックスのクラック発生を防止し
たセラミックー金属接合部材を見い出した。
介在せしめて全体を活性金属ろう材で接合した、接合部
材について鋭意研究を重ねた結果、応力緩衝層としてＮ
ｉ基合金、あるいはＣＯ基合金、またはＦｅ基合金を用
い接合用ろう材として、後述の活性金属ろう材を用いる
ことによって、記述の如く高温での接合強度が高く、シ
かも熱影響によるセラミックスのクラック発生を防止し
たセラミックー金属接合部材を見い出した。
上記セラミックスとしては１例えばＡ Ｑｚ ＯＢ ｇ
ＺｒＯ□などの酸化物系セラミックス、 ＳｉＣ，Ｔ
ｉＣなどの炭化物系セラミックス、５ｉａＮ、 、 Ａ
βＮなどの窒化物系セラミックス等を挙げることができ
る。
ＺｒＯ□などの酸化物系セラミックス、 ＳｉＣ，Ｔ
ｉＣなどの炭化物系セラミックス、５ｉａＮ、 、 Ａ
βＮなどの窒化物系セラミックス等を挙げることができ
る。
上記金属としては１例えばＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｍ
ｏ、Ｖ。
ｏ、Ｖ。
Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ又はこれらの合金等を挙げることがで
きる。
きる。
上記熱応力緩衝層としては、Ｎｉ基合金あるいはＣｏ基
合金またはＦｅ基合金を挙げることができる。
合金またはＦｅ基合金を挙げることができる。
これらの合金は溶解材の他、焼結体であって真密度が１
００％に達していなくても良く、さらに粒子分散強化型
合金であって、真密度が１００％に達していないもので
あっても良い。これらの合金は一般に高温強度が優れて
おり、接合強度の向上が期待出来る。これら、熱応力緩
衝層の厚さは、０．３ｍ以］−にすることが望ましい。
００％に達していなくても良く、さらに粒子分散強化型
合金であって、真密度が１００％に達していないもので
あっても良い。これらの合金は一般に高温強度が優れて
おり、接合強度の向上が期待出来る。これら、熱応力緩
衝層の厚さは、０．３ｍ以］−にすることが望ましい。
この理由は、該複合層の厚さを０．３ｍｍ未満にすると
、セラミックスと金属との間に発生する熱応力を有効に
吸収することが難しくなり、接合部の強度が著しく低下
したり、セラミックスにクラックが発生する恐れがある
。
、セラミックスと金属との間に発生する熱応力を有効に
吸収することが難しくなり、接合部の強度が著しく低下
したり、セラミックスにクラックが発生する恐れがある
。
本発明の特徴の１つである接合用ろう材は、Ｔｉろう材
組成の選択は熱応力緩衝層の成分により決定される。つ
まり、熱応力緩衝層がＮｉ基合金の場合、ろう材組成は
Ｆｊ−ＣｕあるいはＴｊ−Ｃｕ−Ｎｊ、 Ｃ。
組成の選択は熱応力緩衝層の成分により決定される。つ
まり、熱応力緩衝層がＮｉ基合金の場合、ろう材組成は
Ｆｊ−ＣｕあるいはＴｊ−Ｃｕ−Ｎｊ、 Ｃ。
基合金の場合、Ｔ ｉ−ＣｕあるいはＴｉ−Ｃｕ−Ｃｏ
、 Ｆｅ基合金の場合、Ｔｊ、−Ｃｕ−Ｆｅから選択す
るのが好ましい。
、 Ｆｅ基合金の場合、Ｔｊ、−Ｃｕ−Ｆｅから選択す
るのが好ましい。
しかしながら必ずしもこれらの組合せでなくとも接合は
可能である。ろう相成分はＴｉ−Ｃｕ、Ｔｉ−Ｃｕ−Ｎ
ｉ。
可能である。ろう相成分はＴｉ−Ｃｕ、Ｔｉ−Ｃｕ−Ｎ
ｉ。
Ｔｉ−Ｃｕ−Ｃｏ 、 Ｔｉ−Ｃｕ−Ｆｅ合金の共晶成
分および共晶成分より低Ｔ１成分が良い、共晶成分より
高Ｔｉ成分になるとセラミックスと熱応力緩衝層のＮｉ
基合金、Ｃｏ基合金、Ｆｅ基合金との反応が複雑になる
。つまり熱応力緩衝層とＴｉ５との反応に多くのＴｊが
消費され、セラミックスとの反応が十分になされず、高
い接合強度が得られない。また、ろう材は、合金層ある
いは各元素ごと金属箔として配してもいかなる方法であ
っても良い。ろう材の厚さは、６声以下になると、セラ
ミックスと熱応力緩衝層の接合面、全体をぬらすのが困
難となり、非常に平滑な接合面および接合圧力を必要と
し、生産性等の点で問題がある。また厚さが２０庫以上
になると接合は容易になるが、接合強度におよぼするう
材層の影響が顕著に現われる。つまり上記のような、ろ
う相成分は、一般的に脆性であり、厚さが増すにつれ、
ろう材層からの剥離破断が生じやすく、低い接合強度と
なる。
分および共晶成分より低Ｔ１成分が良い、共晶成分より
高Ｔｉ成分になるとセラミックスと熱応力緩衝層のＮｉ
基合金、Ｃｏ基合金、Ｆｅ基合金との反応が複雑になる
。つまり熱応力緩衝層とＴｉ５との反応に多くのＴｊが
消費され、セラミックスとの反応が十分になされず、高
い接合強度が得られない。また、ろう材は、合金層ある
いは各元素ごと金属箔として配してもいかなる方法であ
っても良い。ろう材の厚さは、６声以下になると、セラ
ミックスと熱応力緩衝層の接合面、全体をぬらすのが困
難となり、非常に平滑な接合面および接合圧力を必要と
し、生産性等の点で問題がある。また厚さが２０庫以上
になると接合は容易になるが、接合強度におよぼするう
材層の影響が顕著に現われる。つまり上記のような、ろ
う相成分は、一般的に脆性であり、厚さが増すにつれ、
ろう材層からの剥離破断が生じやすく、低い接合強度と
なる。
以上詳述した如く、本発明によれば高温での接合強度が
高く、しかも熱影響によるセラミックスのクラック発生
を防止でき、ひいては各種の構造部材、機能部材として
有用な高信頼性のセラミックス−金属接合部材を提供で
きる。
高く、しかも熱影響によるセラミックスのクラック発生
を防止でき、ひいては各種の構造部材、機能部材として
有用な高信頼性のセラミックス−金属接合部材を提供で
きる。
以下、本発明の詳細な説明する。
実施例
まず、直径１３ｎｍ、厚さ５ｍｎの窒化ケイ素円柱体、
直径１．３ ＋ｎｎ、厚さ５１Ｗ＋の構造用炭素鋼（、
ＴＩＳ、Ｓ次いで、前記窒化ケイ素円柱体と炭素鋼円板
の間に前記複合板を介在させ、該窒化ケイ素円柱体と複
合板の間及び複合板と炭素鋼円板の間にろう材を挟んで
重ね合せた後、１０ｋＨ／ｄの圧力を加えなから５ Ｘ
ＩＦ” Ｔｏｒｒ、９５０℃×４分間の条件で保持し
、ひきつづきアルゴンガス中で冷却して窒化ケイ素−炭
素鋼接合部材を得た。
直径１．３ ＋ｎｎ、厚さ５１Ｗ＋の構造用炭素鋼（、
ＴＩＳ、Ｓ次いで、前記窒化ケイ素円柱体と炭素鋼円板
の間に前記複合板を介在させ、該窒化ケイ素円柱体と複
合板の間及び複合板と炭素鋼円板の間にろう材を挟んで
重ね合せた後、１０ｋＨ／ｄの圧力を加えなから５ Ｘ
ＩＦ” Ｔｏｒｒ、９５０℃×４分間の条件で保持し
、ひきつづきアルゴンガス中で冷却して窒化ケイ素−炭
素鋼接合部材を得た。
第１表に、熱応力緩衝板の材質、ろう相成分および厚さ
をさらに、接合部材、接合面に６００℃でせん断路力を
加え、高温せん断強さを測定した。
をさらに、接合部材、接合面に６００℃でせん断路力を
加え、高温せん断強さを測定した。
その結果を同第１表に併記した。なお、第１表中には、
実施例１〜４を記しさらに比較例１〜４を併記した。
実施例１〜４を記しさらに比較例１〜４を併記した。
第１表
上記第１表より明らかな如く、本実施１〜４の接合部材
の６００℃における、せん断強さは、ろう材の厚さが８
〜１３虜であり、かつ、それは全てＴｉ−Ｃｕの共晶成
分であるＴｉ −Ｃｕ７２ｖｔ％より高Ｃｕ成分領域と
なっており、せん断強さは、全て１３ｋｇ ／ ａｍ
”以上の強さが得られたにれに対し、比較５〜８の接合
部材の６００℃における、せん断強さは比較例１〜３の
ろう相成分がＴｉ −Ｃｕの共晶成分より高Ｔ１成分で
あるため実施例に比べ低いせん断強度となっている。特
に、比較例１では、ろう材厚さが２５μｓもあるため非
常に低い値になっていた。また比較例４ではＴｉ −Ｃ
ｕ共共成成分り高Ｃｕ成分であったが、ろう材厚さが６
１ｔｎと薄いため実施例に比べ低い値となっていた。
の６００℃における、せん断強さは、ろう材の厚さが８
〜１３虜であり、かつ、それは全てＴｉ−Ｃｕの共晶成
分であるＴｉ −Ｃｕ７２ｖｔ％より高Ｃｕ成分領域と
なっており、せん断強さは、全て１３ｋｇ ／ ａｍ
”以上の強さが得られたにれに対し、比較５〜８の接合
部材の６００℃における、せん断強さは比較例１〜３の
ろう相成分がＴｉ −Ｃｕの共晶成分より高Ｔ１成分で
あるため実施例に比べ低いせん断強度となっている。特
に、比較例１では、ろう材厚さが２５μｓもあるため非
常に低い値になっていた。また比較例４ではＴｉ −Ｃ
ｕ共共成成分り高Ｃｕ成分であったが、ろう材厚さが６
１ｔｎと薄いため実施例に比べ低い値となっていた。
代理人 弁理士 則 近 憲 佑
同 竹花票久男
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、セラミックス−金属接合部に介在させる、熱応力緩
衝層をＮｉ基合金およびＣｏ基合金またはＦｅ基合金と
し、少なくとも、該セラミックスと熱応力緩衝層との接
合用ろう材に、厚さ７〜１９ｍｍのＴｉ−Ｃｕ、Ｔｉ−
Ｃｕ−Ｎｉ、Ｔｉ−Ｃｕ−Ｃｏ、Ｔｉ−Ｃｕ−Ｆｅのい
ずれかの組成を用いて、接合されたことを特徴とするセ
ラミックと金属の接合部材。 ２、Ｎｉ基合金およびＣｏ基合金またはＦｅ基合金から
なる熱応力緩衝層が真密度に達していない、焼結材また
は、粒子分散強化型合金であることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載のセラミックと金属の接合部材。 ３、Ｔｉ−Ｃｕ、Ｔｉ−Ｃｕ−Ｎｉ、Ｔｉ−Ｃｕ−Ｃｏ
、Ｔｉ−Ｃｕ−Ｆｅ接合用ろう材の成分が各々の共晶成
分および共晶成分より低Ｔｉ成分であることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載のセラミックと金属の接合
部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1386886A JPS62171970A (ja) | 1986-01-27 | 1986-01-27 | セラミツクと金属の接合部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1386886A JPS62171970A (ja) | 1986-01-27 | 1986-01-27 | セラミツクと金属の接合部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62171970A true JPS62171970A (ja) | 1987-07-28 |
Family
ID=11845216
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1386886A Pending JPS62171970A (ja) | 1986-01-27 | 1986-01-27 | セラミツクと金属の接合部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62171970A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01290567A (ja) * | 1988-05-16 | 1989-11-22 | Toru Yoshida | 炭素材の接合方法、この方法で接合された接合体及びその応用部材 |
| JPH03174370A (ja) * | 1989-11-30 | 1991-07-29 | Isuzu Motors Ltd | セラミックスと金属の接合方法 |
| CN1059418C (zh) * | 1997-04-10 | 2000-12-13 | 陈铮 | 陶瓷与金属部分瞬间液相连接方法 |
-
1986
- 1986-01-27 JP JP1386886A patent/JPS62171970A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01290567A (ja) * | 1988-05-16 | 1989-11-22 | Toru Yoshida | 炭素材の接合方法、この方法で接合された接合体及びその応用部材 |
| JPH0521870B2 (ja) * | 1988-05-16 | 1993-03-25 | Tooru Yoshida | |
| JPH03174370A (ja) * | 1989-11-30 | 1991-07-29 | Isuzu Motors Ltd | セラミックスと金属の接合方法 |
| CN1059418C (zh) * | 1997-04-10 | 2000-12-13 | 陈铮 | 陶瓷与金属部分瞬间液相连接方法 |
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