JPS6090879A - セラミツクと金属を接合する方法 - 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】 本発明は、セラミックと金属を接合する方法に関し、特
にセラミックの割れを防止して金属と接合することので
きる方法に関する。

従来、セラミックと金属の接合方法として、（１）接着
剤法、（２）メタライジング法、（３）溶射法等が知ら
れているが、それぞれ次のような欠点がある。

（１）接着剤法は最も簡便々方法であるが、高温におけ
る接着強度が低い。

（２）　メタライジング法はＭ□　、　Ｍｏ−Ｍｎ等の
金属粉末をセラミック上にメタライジングし、その上に
Ｎ１　メッキを施した後、ろう付で金属と接合するとい
った方法であるが、セラミックの種類によって適用が難
しい欠点がある。

（３）　溶射法はセラミック粉末を溶融し、金属に吹き
つけて接着させるが、接合強度が低く、セラミックが多
孔質になるという欠点がある。

この様に従来法では接合強度が低く、適用セラミック材
質に制約がある等の欠点がおった。

本発明は、斯る欠点を排除するためになされたもので、
８１ｓＮ４．８１０系セラミツクと金属を接合する方法
において、前記セラミックにＮ１、Ｎ１　を５０％以上
含有するＮ１　合金、Ｏｕ、Ｏｕを５０−以上含有する
Ｏｕ　合金のいずれか１つをインサート材としてイオン
ブレーティング又は溶射法で密着固定した後、加熱反応
促進処理して両者を強固に冶金的接合させ、次いで該イ
ンサート材面と前記金属とを該インサート材の融点よシ
低い融点をもつろう材を用いてろう付することを特徴と
するセラミックと金属を接合する方法に関するものであ
る。

本発明方法によれば、セラミックと金属を良好に接合し
、且つセラミックの接合で常に問題となるセラミックの
割れ防止に極めて有効である。

本発明は、ガスタービン部品、車両部品、その他各種の
ものに適用でき、例えば、セラミックと金属の平面重ね
継手溶接はもとより、スリーブ継手溶接、金属内筒の内
外面へのセラミック溶接、その他複雑形状の接合に適用
できる。

第１図（Ａ）〜（Ｃ）は本発明方法の一実施態様例を工
程順に示す図である。

図中、１はＳｉ３Ｎ、　、　ＳｉＯ系セラミック、２は
接合金属、５はＮ１　又はＮ１　を５０チ以上含有する
Ｎ１　合金（例えば、Ｎｉ−０ｒ　、　Ｎｉ　−Ｏｕ　
、　Ｎ１−Ｐ　。

Ｎ１−Ｂ　、　Ｎｉ−０ｒ−Ｂ等）又はＯｕ　又はＯｕ
　を５０４以上含有するＯｕ　合金（例えば、ｏｕ−ｐ
、　０ｕ−Ｎｉ　。

０ｕ−Ａｔ　、　Ｎｕ−Ｚｎ　、０ｕ−８ｉ　等）　＋
７）ｆ　７ｆ−）材、４はインサート材の融点より低融
点のろう材（ハンダ、Ａｔ　ろう、Ａｇ　ろう、ａｕ　
ろう、Ｎ１ろう等）である。

先ず、第１図（Ａ）において、セラミック１上にインサ
ート金属５をイオングレーライングまたは溶射し、サブ
アセンブリを作る。次いで、第１図（Ｂ）において、ア
センブリを加熱反応促進処理したあと、第１図（０）に
おいて接合金Ｍ２とろう材４でろう付する。

その際、第１図（Ａ）のイオングレーティングは、イン
サート材５がＮ１　又はＣｕ　の単金属の場合はるつぼ
一個で、Ｎ１　金属又はＯｕ　合金の場合は構成元素を
各々別個のるつぼで蒸発させ、既知のイオンブレーティ
ング施工条件で行い、セラミック１上に密着固定させる
。一方、溶射の場合は、プラズマ溶射等を採用するが、
その際は非酸化雰囲気中で上記インサート材５を浴射し
、セラミック１上に密着固定させる。

第１図（Ｂ）の加熱反応促進処理はイオンブレーティン
グ又は溶射されたインサート材５とセラミック１の接合
強度を上昇させるために行うもので、インサート材の融
点の１１５以上の温度（上限はインサートの融点）で不
活性ガス又は真空中で５分以上加熱する。また、熱間静
水圧加圧処理（以下、Ｈ工Ｐ処理）を行うこともでき、
その際は上記温度、時間で、Ａｒ　等のガス圧ＣＬ　０
１　ｋｇ／ｗｍ”以上を負荷する。

尚、温度をインサート材の融点の１５以上とするのは、
これ以下ではインサート材とセラミックの接合反応が極
めて緩やかで長時間の処理が必要となり、工業的に好ま
しくないためである。上限はインサート材が溶融すると
流出してしまうため、その防止の点よりインサート材の
融点以下としている。

処理時間を５分以上とするのは、５分以下では同様にイ
ンサート材とセラミックの接合が不十分であるためであ
る。

次に、第１図（０）のろう付であるが、インサート材３
の融点よシ低融点のろう材４を用い、インサート材と接
合金属２をろう付する。低融点のろう材（４を用いるの
は、ろう付施工時にセラミック１と接合金属２間の熱膨
張係数差によシ発生する熱応力を小さくし、セラミック
１の割れを防止するためである。

以上詳述した本発明方法による作用効果′ｆ：まとめる
と、次の通りである。

（Ｉｌ　８１１Ｎ４　、　ＥＩＩＯと金属は物質構造が
異なるため（１ｌｌｔ、Ｎ４．　Ｂ１０は共有結合金Ｉ
ＪＪ４は金属結合）、その接合は極めて困難を伴う。

本発明はインサート材としてＮｌ　、　Ｎｊ金合金Ｏｕ
　、　Ｏｕ　合金を用いることにより、Ｓ’１Ｎ４ｓ８
１０と本インサート材がすぐれた冶金的接合性を示し、
良好な継手を得ることができる。

即ち、８ｉ、Ｎ、　、　８１０には遊離８１　が存在す
るが、その８１　とＭｌ、　Ｍｌ　合金、ｃｕ、ｃｕ金
合金高温高圧下で互いに拡散すると共に、ＳｌはＭｌ　
、　Ｎ１　合金、ａｕ、ｃｕ　合金中に固溶しく　Ｈｌ
　中の８１　およびＯｕ　中の８１　の固静度はいずれ
も常温において約５　ｗｔ％ある）、脆化層を生成せず
、良好な継手を生成する。

一方、インサート材のＮ４　、　Ｎ４　合金、ａｔ、。

Ｏｕ　合金と接合金属２はいずれも金属でちゃ、その溶
接性は基本的に極めてすぐれておシ、良好な継手を形成
する。

（２）　本発明は本インサート材を先ずイオンブレーテ
ィング又は溶射によシセラミックに密着せしめるが、イ
オンブレーティング、溶射を採用することによシ、セラ
ミックの形状が如何に複雑でも、これにインサート材を
密着固定することができる（箔等では困ｌＩ）。

（３）本発明は上記（２）の後に加熱反応促進処理（前
述した加熱処理またはＨ工Ｐ処理）を行うが、これによ
シ、下記のような作用効果がある。

■　８１．Ｎ４．　ＳｉＯに含有される８１　とインサ
ート材が高温加熱によシ十分拡散し、冶金的接合が成就
する。特に、Ｈ工Ｐ処理を行う際は圧力負荷（３次元の
ガス圧負荷）により、本インサート材のセラミック界面
での微少ボイド（イオンブレーティング又は溶射時に生
成する微少ボイド）をクリープ変形および塑性変形で消
滅させ、接合性をよシ高める。

■　セラミックの形状が如何に複雑でもＨ工Ｐ処理が可
能で、本インサート材をセラミックに冶金的拡散反応で
強固に接合しうる。

即ち、Ｈ工Ｐ処理の場合においては、高温でガス圧が５
次元に均等にかかるため、セラミック界面が如何に複雑
でも施工が可能で、ツクの割れが全く生じないしく一次
元加圧の場合は、偏加圧が発生しやすく、緻密な施工管
理を行って靭性のないセラミックの割れを防止する必要
がある）、また単なる加熱処理は当然加圧しないので、
当該セラミック割れの懸念はない。更に、インサート材
は溶融させないので、インサート材厚に大きな減肉がな
いという利点も有している。

（４）上記の（３）で、加熱反応促進処理されたサブア
センブリのインサート材面と接合金属を、インサート材
の融点よシ低い融点を持つろう材を用いて、ろう付し、
接合を完了するが、この際の作用効果として以下の事項
が皐げられる。

■　一般に、セラミック１と接合金属２は両者の熱膨張
係数差によシ、接合後の冷却過程で発生する熱応力でセ
ラミックに割れを発生する。これに対し、本発明は低融
点ろう材を用いることによシ、冷却温度幅が減少し、発
生熱応力を低減せしめて、セラミックの割れ防止効果が
著しい。

■　インサート材と接合金属２はいずれも金属であシ、
当然ながら金属間の溶接は基本的に極めてすぐれており
、前述のろう材を用いて良好な継手を形成することがで
きる。

実施例１ 板厚２１１１＋の８ｊ、Ｎ４中にＮ１　を２０μイオン
ブレーテイングしたあと、温度１２００℃、Ａｒガス圧
２０ｋｇ／ｓｗ”、処理時間５０分のＨＩＰ処理を行っ
た。次いで、接合金属である板厚３１０１の８８４１板
を、上記Ｎｉ　面と対向させ、その間をＡｇ　ろうを用
い、ろう付温度８５０℃、ろう何時間１０分でＡｒ　雰
囲気でろう付した。

その結果、８ｉ、Ｎ４に割れ発生がなく、全面に亘って
非接合部のない良好な継手が得られた。

実施例２ １０日φ×２０■長さのＳｉ３Ｎ、丸棒にその外面にＮ
ｉ−５０ｔＳ％Ｏｕ　ｉ５０　／Ｊイオンプレーテイン
クしたあと、温度１０５０℃、Ａｒ　ガス圧２０に９／
■冨、処理時間１５分のＨ工Ｐ処理を行った。次いで、
接合金属である内径１α２５鱈φ、外径１６．２５ｍφ
、２０目長さのコバール円筒に、ペースト状Ａｇ　ろう
を塗布した上記Ｓｉ、Ｎ、丸棒を挿入し、ろう付温度８
００℃、ろう何時間１０分で、Ａｒ　雰囲気でろう付し
た。

その結果、８１３Ｎ４に割れ発生がなく、円筒継手金面
に亘って非接合部のない良好な継手が得られた。

実施例３ 内径２０■φ、外径２５簡φ、長さ５０ｍのＳｉＣ円筒
にその外径表面にＮｉ−１５％Ｏｒ−！ｉ、５％Ｂ合金
を１０μイオンプレーテイ／グしたあと、温度１０００
℃、Ａｒ　ガス圧２０に９７ｍ”、処理時間１０分のＨ
工Ｐ処理を行った。次いで、接合金属である内径２５．
２５＋ｏ＋φ、外径４５２５覇φ、長さ５０鱈のＡｔ　
円筒に、ノーンダ（５ｎ−Ｐｂ−Ｚｎ系）を塗布した上
記ｓ１ｃ円筒を挿入し、ノ・ンダ付温度５５０℃、時間
１分でノ・ンダ付した。

その結果、ｓｌｃに割れ発生がなく、円筒継手全面に亘
って非接合部のない良好な継手が得られた。

実施例４ 内径２０ｍφ　、外径２５ｗ＋Ｉφ、長さ２０．のｓ、
ｌｃ円筒にその外径表面にｃｕ−１０％　Ａｚ合金を１
００μプラズマ溶射したあと、Ａｒ　雰囲気中で温度１
０００℃、時間６０分の加熱反応処理を行った。次いで
、接合金属である内径２５．２５蝉φ、外径４５．２５
畷φ、長さ２０■のＡｔ　円筒（内面にＡｔ　ろう（Ａ
ｚ−ｓＩ系）を塗布）に前記ＳａＣ円筒を挿入し、ろう
付温度６００℃、時間２分で真空ろう付した。

その結果、ｓｌａに割れ発生がなく、円筒継手全面に亘
って非接合部のない良好な継手が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（０）は本発明方法の一実施態様例を工
程順に示す図である。 復代理人　内　１）　明 復代理人　萩　原　亮　−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ８１１Ｎ４．８１０系セラミツクと金属を接合する方法
   において、前記セラミック１１（Ｍｌ、Ｎ１　を５０−
   以上含有するＮ１　合金、Ｏｕ　’％　Ｏｕ　を５０チ
   以上含有するＯｕ　合金のいずれか１つをインサート材
   としてイオンブレーティング又は溶射法で密着固定した
   後、加熱反応促進処理して両者を強固に冶金的接合させ
   、次いで該インサート材面と前記金属とを該インサート
   材の融点より低い融点をもつろう材を用いてろう付する
   ことを特徴とするセラミックと金Ｊ４を接合する方法。