JPH02263773A - セラミックスと金属の接合方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明はセラミックスと金属の接合方法に関し、特に接
合母材に反りが発生しない接合方法に係るものである。

（従来の技術） 金属製接合母材の表面にセラミックスをろう（１け接合
し、接合母材をセラミックス片で覆うことによって耐摩
耗性や耐熱性を向上させる技術が近年広く用いられてい
る。

前記セラミックスと金属とのろう付け接合（以下単にろ
う付けと言う）方法としては、例えば特開昭５９−２１
７８８４号公報や特開昭Ｇｏ　−２１８８８号公報に開
示されるような方法でセラミックスを予めメタライジン
グし、このメタライジングしたセラミックスの接合面と
金属との間にろう材を介挿した後、炉中で加熱してろう
材を溶解させて接合する方法、あるいはメタライジング
を施していないセラミックスではセラミックスと金属の
間にＴＩなどの活性金属を含むろう材を介挿して真空炉
中で加熱しろう付けする方法などが一般的に採用されて
いた。

しかしながセラミックスと金属の膨張の差はきわめて大
であることから前述したようなろう付けでは、セラミッ
クスが破壊する事態が多発していた。また金属の表面全
体に多数のセラミックスを配置し炉中でろう付けすると
、それが室温まで冷却する過程で前記膨張の差に起因す
る反りや曲がりを生じる問題も抱えていた。

このような問題を解決すめために、例えば特開昭５９−
２２７７８２号公報に開示されるようにセラミックスと
金属の間に、セラミックスと金属より融点の低いインサ
ート金属を熱応力緩衝材として挟み込み、しかもセラミ
ックス片の表側より磁気を付与し高周波誘導加熱して前
記熱膨張差を吸収する技術も提供されている。これとは
別にメタライズされたセラミックス板と金属板とをろう
付け処理中すなわち、ろう材が溶融状態の時点で、熱膨
張率の小さいセラミックス側の中央部に荷重を加え、そ
のまＳ−温度降下させることにより、ろう材を固化させ
てセラミックス板と金属板との間に内部応力のない接合
状態を得る方法が、特開昭０２−２４１３８７７号公報
に開示されている。

（発明が解決しようとする課題） 前記したように、多数のセラミックス；１と接合母材と
を炉中でろう付けする場合、セラミックスと接合母材と
の冷却過程での収縮量の違いによって、接合母材のセラ
ミックス接合面に大きな拘束力が働き、接合体セラミッ
クス接合面を上にして大きく反ることになり、こうした
反りを持つ接合体を平滑な設備構造物に取りつけると反
りが矯正されセラミックスに大きな応力が加わってセラ
ミックスが破壊していまう問題があった。

また、高周波誘導加熱の場合は局所加熱が可能であり、
局所加熱の熱膨張を制約するだけの接合母材の厚みがあ
れば接合母材の反りは発生しない。

しかし７、近年構造用に用いられるセラミックスと金属
の接合体は接合母材の薄肉化による重瓜減が要求されて
きており、これに対処するために接合母材を薄くした場
合、無拘束の状態でろう付けすると接合母材に反りが発
生する。一方、ろう付け中にセラミックスに荷重を付加
して残留応力を防止する方法においては、ろう付け後の
接合母材の反り量に見合、うだけの逆反りをセラミック
スに与えることが必要であり、通常ではセラミックスが
割れてしまう。このように、従来法においては種々の方
法が提案されているが、接Ｑ４’Ｊ材が薄い場合の接合
母材の反り防止には抜本的な解決策は見当らない。

このような状況下において、本発明は、接合母材が薄い
場合でも、接合母材の反りを防止して、反りのないセラ
ミックスと金属の接続方法の提（」ｔをその目的とする
ものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は金属製接合母料表面にセラミックス片を多数並
列してろう付け接合するにあたり、該接合母材裏面の所
定間隔にボルトを植設せｌ、め、接合母材反り防止用の
拘束板を、前記ボルトにより、接合母材裏面に締結しそ
の後、前記セラミックス側より、局部的に高周波誘導加
熱を行ってセラミックス片を順次接合母材にろう付けす
ることを特徴とするセラミックスと金属の接合方法を第
１の発明とし、 前記接合母材の裏面に、接合母材反り防止用の拘束板を
当接してこれらの当接外周部に所定間隔で点付溶接し、
その後前記セラミックス側より順次局部的に高周波誘導
加熱を行って、ろう付けする方法を第２の発明とする。

第３の発明は、前記接合母材の裏面にボルトを植設し、
接合母材反り防止用の拘束板を、接合母材裏面に前記ボ
ルトにて締結しく当接し）、これら締結（当接）外周部
に所定間隔で煮付接合した後、局部的に高周波誘導加熱
を行って順次ろう付けする方法であり、この際、接合母
材の中央部分にボルトを植設することが好ましい。

（作用と実施例） 本発明の具体的構成と作用を実施例を示す図に基づき詳
細に説明する。

第１図は接合母材１の裏面を示すもので、ボルト２を植
設する。この接合母材１は金属板であり通常鋼が用いら
れるが、材質は何ら限定されるものではない。この接合
母材１へのボルト２の取付けは、溶接（点付溶接も含む
）或いは螺し込み等の通常行われる手段で行う。接合母
材１には、第２図に示すように拘束板３がボルト２とナ
ツト４により固定される。拘束板３は前記ボルト２とナ
ツト４を用い接合母材を締結することにより、ろう付け
時の接合母材の反りを防止するためのもので、高温で剛
性を保つ材質例えば鋼、ステンレス、超合金等を用いる
ことができ、かつ、接合母材の反りを防止するだけの厚
みを有するものである。本実施例では、安価でかつ加工
が容易な５Ｓ４１で、板厚１５ｍ−のものを用いた。な
おボルト２とナツト４は通常使用されている鋼を用いた
。

図において５はセラミックス片であり、接合母材の表面
に接合している。セラミックス片５の材質は特に限定さ
れるものではなく、アルミナ系、炭化珪素系、窒化珪素
系等を用いることができる。

本実施例では２０ｍｍ　Ｘ　２０ｍｍ　８４　ｍｍのア
ルミナ系セラミックス及び窒化珪素系セラミックスを用
いた。

なお、セラミックスには予めメタライズを施す必要があ
り、種々のメタライズ方法が用いられるが、本実施例で
は、周知の銅メタライズと活性金属メタライズを用いた
。

本発明においては、前記した接合母材へのセラミックス
片の接合を高周波誘導加熱により行う。

これは、炉中ろう付けでは接合母材と拘束板の全部が熱
膨張するため、拘束力が働かなくなり、接合母材の反り
防止はできないためである。すなわち、高周波誘導加熱
では、加熱コイル下のろう付けスポットのみが局所的に
かつ短時間加熱され、その他の部分はろう付け温度より
はるかに低い温度に維持される。

しかも、第１図に示すように特定間隔にボルトを配置し
ているため、接合母材がこの範囲内で拘束板により拘束
される。このため、接合母材のろう付けスポットの加熱
による熱膨張を接合母材の加熱されていない他部分の拘
束力によって制約する。この結果、接合母材の曲げや反
りは確実に防止できる。本発明のおけるボルトの設定間
隔は、接合母材の厚さ、材質によって異なるが、本実施
例ではろう付けスポットの長さのほぼ３〜５倍程度とし
た。

第３図は接合母材１を拘束板３に点付溶接６で固定した
場合の例を示す。

点付溶接６は接合母材１と拘束板３との接触した外周に
、所定間隔で行う。点付溶接の間隔は、ボルト設置間隔
と同様ろう付けスポット長さの３〜５倍程度でよく、特
に四隅部は１ケ所で他を拘束できるため、点付溶接の数
を減らすことができるので、四隅の点付溶接を実施する
ことが好ましい。

接合母材１表面へのセラミックス片５を接合することお
よびその接合方法は、前述したボルト拘束（第２図）の
場合と同様に行う。すなわち、高周波誘導加熱により、
セラミックス片３を接合母材１にろう付けした際、点材
溶接部を介して拘束板で接合母材が拘束されているため
、曲げや反りの発生を防ぐことができる。

第４図は、接合母材１の中央部にボルト２を固定したも
ので、この接合母材１は、拘束板にボルト及びナツトを
用いて固定した後、第３図に示すように外周部を所定間
隔で点付溶接する。第３図の例では、外周部を点付溶接
のみで、接合母材１及び拘束板３を固定しているが、こ
の場合、中央部の拘束力が不足することがある。従って
、第４図のボルト２による拘束を付加することにより、
−層拘束領域を狭くできる。従ってこの場合のボルトの
植設位置及び本数は、接合母材の大きさ、厚さ等から適
宜選択することができる。なお、植設したボルトは接合
体を使用する環境、場所により取り外して使用すること
ができる。

（実　施　例） 以下本発明の実施例を示す。　　　　　　゛−第１表に
本発明のそれぞれの態様についての実施例１〜３を示し
た。ろう付けは高周波誘導加熱で周波数２００ｋＨｚ、
出力１８ｋＷにて行った。

ボルトの配置及び点付溶接の位置をそれぞれ第５図ａ、
ｂ、ｃに示す。第５図ａは、実施例１、同すは実施例２
、同Ｃは実施例３に該当する。

ろう付け後の結果（セラミックスを接合した接合板長さ
方向の反り状況）を第６図ａ、　　ｂ、　　ｃに示す。

同図ａ、　　ｂ、　　ｃはそれぞれ実施例１，２゜３の
結果（実線）であって、各図には、それぞれの実施例と
同じ条件ではあるが、無拘束の状態（第１表の拘束方法
なし）でろう付けした試料の結果（点線）を併記した。

この図から明らかなように、無拘束の場合には接合母材
の反りが１．Ｏｍｒｉ以上になるが、本発明の方法では
、殆んど目に見えない程度の反り まりでいる。

（無拘束のほぼ１／１０） に止 （発明の効果） 本発明は、極めて簡単に接合母材を小領域に拘束できる
。そして、はぼセラミックスｈ単位でろう付けスポット
を構成できるため、接合母材の反りを殆んど発生させな
い。従って、大きな接合面積のセラミックスと金属の接
合体を８昂に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は所定間隔に複数
のボルトを植設した接合母材（金属板）の斜視図、第２
図は第１図の接合母材を用いた拘束部材を示す斜視図、
第３図は点付溶接をした拘束部材を示す斜視図、第４図
は、中央部にボルトを植設した接合母材の斜視図、第５
図ａはボルトの配置、ｂは点付溶接位置、Ｃはボルト及
び点付溶接の位置を示す説明図、第６図ａ、　　ｂ、　
　ｃは、第５図ａ、ｂ、ｃにそれぞれ対応する接合母材
の反り量を示す図である。 １・・・接合母材　　　　　　２・・・ボルト３・・・
拘束板　　　　　　　４・・・ナツト５・・・セラミッ
クス片 復代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属製接合母材表面に、セラミックス片を多数並列
   してろう付け接合するにあたり、該接合母材の裏面の所
   定間隔にボルトを植設せしめ、接合母材と同種の拘束板
   を、前記ボルトにより接合母材裏面に締結し、その後前
   記セラミックス側より局部的に高周波誘導加熱を行って
   セラミックス片を順次接合母材にろう付けすることを特
   徴とするセラミックスと金属の接合方法。 ２、金属製接合母材裏面にセラミックス片を多数並列し
   てろう付け接合するにあたり、該接合母材の裏面に、接
   合母材と同種の拘束板を当接してこれらの当接外周部に
   所定間隔で点付溶接し、その後前記セラミックス側より
   局部的に高周波誘導加熱を行ってセラミックス片を順次
   接合母材にろう付けすることを特徴とするセラミックス
   と金属の接合方法。 ３、金属製接合母材表面にセラミックス片を多数並列し
   てろう付け接合するにあたり、該接合母材の裏面にボル
   トを植設し、接合母材と同種の拘束板を、接合母材裏面
   に前記ボルトにて締結し（当接し）、これら締結（当接
   ）外周部に所定間隔で点付溶接した後、局部的に高周波
   誘導加熱を行って順次セラミックスを接合母材にろう付
   けすることを特徴とするセラミックスと金属の接合方法
   。 ４、接合母材の中央部分にボルトを植設する請求項３記
   載のセラミックスと金属の接合方法。