JP2553866B2

JP2553866B2 - 金属−セラミック積層接合体の製造方法

Info

Publication number: JP2553866B2
Application number: JP62138605A
Authority: JP
Inventors: 隆弘蒲; 二朗土田; 孝夫三原
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1987-06-02
Filing date: 1987-06-02
Publication date: 1996-11-13
Anticipated expiration: 2011-11-13
Also published as: JPS63303875A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、例えば耐摩耗送風機等の構成部材として使
用される金属−セラミック積層接合体の製造方法に関す
る。

〔従来の技術〕

耐摩耗送風機の羽根板等は、圧送される粉体との接触
により急速に摩耗が進む。その金属部材の内面にセラミ
ックタイルを貼り付けて粉体との直接接触を遮断するこ
とは、摩耗を防止し耐久性を改善するための極めて効果
的な方法である。

この場合、金属部材とその表面に貼り付けられるセラ
ミックタイルとは熱膨張係数に大きな差があるので、両
部材の間に、熱応力を緩和するための中間層材として、
銀や銅などの延性金属、または両部材の中間の熱膨張係
数を有するインバー合金やコバール合金等の所謂低熱膨
張性合金が介装される。第４図に、その積層接合体の積
層構造を示す斜視図、第５図は断面図である。（10）は
金属基材、（20′）は中間層部材、（30）はセラミック
タイルである。中間層部材（20′）は、金属基材（10）
とセラミックタイル（30）との熱膨張量の差により生じ
る応力の吸収・緩和効果の確保、および材料節減等のた
めに、セラミックタイル（30）より小さい平面形状を有
する薄板材であり、隣り合う中間層部材（20′）との間
に一定の間隔（ｇ）をおいてセラミックタイル（30）群
の配列パターンに略一致するパターンを以て配設され
る。また、該中間層部材（20′）は、その上に重ねられ
るセラミックタイル（30）の載置姿態を安定化するため
に、セラミックタイル（30）の略相似の平面形状を有し
ている。なお、セラミックタイル（30）の片側面（中間
層部材との当接面）には、中間層部材との接合のため
に、メタライズ処理が施される。このように積層された
金属基材（10）と中間層部材（20′）とセラミックタイ
ル（30）との互いの重ね合せ面（S1）（S2）は、加熱下
に、例えば予めその重ね合せ面間に付与されたロウ材
（40）との反応により、または重ね合せ面間の拡散接合
等により、接合一体化される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記積層接合体の製造において、金属基材（10）の上
面に、中間層部材（20′）を、隣り合う中間層部材（2
0′）との間に一定の間隔（ｇ）をおきながらセラミッ
クタイル（30）群の配列パターンと略一致するように配
設することが必要であるが、多数の中間層部材（20′）
をそのように配置する作業は極めて煩わしく、かつ非能
率である。また、所定の配列パターンに従って配設でき
たとしても、その上に重ねられるセラミックタイル（3
0）の配設作業時、あるいは運搬移動の隣にずれが生じ
て中間層材としての役目が損なわれることもある。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記のように金属基材と中間層材とセラミ
ックタイルとを重ね、互いの重ね合せ面間を加熱下に接
合する積層接合体の製造方法において、前記中間層材として、金属板に、セラミックタイルの輪
郭線模様と略一致する分布パターンをなす切欠溝を断続
的に穿設することにより形成された、セラミックタイル
と略相似の平面形状を有する多数のブロックが切欠溝不
連続部を介して相互に連結されてなるブロック集合板を
使用することを特徴としている。

本発明方法について図面を参照して説明すると、第１
図において、（20）は中間層材として金属基材（10）と
セラミックタイル（30）との間に介在するブロック集合
板である。第２図はそのブロック集合体のブロック配列
パターンを示している。ブロック集合板（20）は金属板
（銅、銀などの延性金属またはインバー合金、コバール
合金等の低熱膨張性金属等の板材）にセラミックタイル
（30）（図の例では正六角形平面形状を有している）の
輪郭線模様（図の例では亀甲様様）に略一致する分布パ
ターンを以て切欠溝（21）を断続的に穿設したものであ
る。そのブロック集合板（20）は、断続する切欠溝（2
1）によってセラミックタイル（30）と略相似の平面形
状（正六角形）に画成された多数のブロック（23）が、
切欠溝の不連続部（22）を介して相互に連なり、全体と
して１つの板状体をなしている。

第３図は、ブロック集合板の上に重ねられるセラミッ
クタイルが矩形平面を有するものである場合（その輪郭
線模様は格子模様となる）に使用されるブロック集合板
（20）のブロック配列パターンの例を示している。セラ
ミックタイルの輪郭線模様（格子模様）に略一致する分
布パターンを以て断続的に穿設された切欠溝（21）によ
り、矩形平面を有する多数のブロック（23）が画成さ
れ、各ブロック（23）は、その辺の略中央に位置する切
欠溝不連続部（22）を介して相互に連結されている。

第２図では、切欠溝（21）を、ブロック（23）の１つ
おきの頂部で不連続とし、第３図の例ではその切欠溝
（21）を、ブロック（23）の辺において不連続とするパ
ターンを示しているが、必ずしもそうである必要はな
く、要するに多数のブロック（23）が、相互に連結され
た一体関係を形成するように、ブロック（23）の平面形
状に応じて、なお望ましくは必要最小限の数の切欠溝不
連続部（22）を以てブロック（23）全体が連結一体関係
をなすような断続パターンの切欠溝（21）を形成すれば
よい。

ブロック（23）同士が必要最小限の数の切欠溝不連続
部（22）を以て連結されることが望ましいのは、切欠溝
不連続部（22）によるブロック（23）同士の相互の拘束
関係を可及的に少なくしブロック（23）を熱応力緩和層
として十分に機能させるためである。同じ理由により、
各切欠溝不連続部（22）の大きさ（隣り合う切欠溝の突
端部と突端部との幅寸法等）は、ブロック集合板（20）
のハンドリング時に、折れ曲り、裂断等の不都合をきた
さない範囲内で、できるだけ小さく形成しておくことが
望ましい。切欠溝不連続部（22）を小さくしておけば、
後記のように積層接合体の加熱接合工程において、その
部分を溶断させ、各ブロックを互に分離独立させること
も容易になる。

なお、ブロック集合板のサイズ（広さ）は任意であ
り、金属基材（10）の面積が比較的広い場合において、
その広い面積に一枚のブロック集合板（20）を載置する
ことが困難な場合は、これを複数の面積部分に分割して
金属基材（10）上に並列載置すればよい。

本発明によれば、金属基材（10）にブロック集合板
（20）を載設し、これにセラミックタイル（30）群を配
設したうえ、加熱下に各部材間の重ね合せ面（S1）（S
2）を接合することにより目的とする積層接合体が得ら
れる。その接合は公知の一般的方法（拡散接合、ロウ付
等）により行われる。得られる積層接合体における中間
層部材である各ブロック（23）は、接合前の状態、すな
わち切欠溝不連続部（22）を介する相互の連結状態を有
していてもよいが、最も好ましいのは、加熱接合工程
で、接合熱を利用して切欠溝不連続部（22）を溶融分断
（溶断）し、各ブロック（23）を互いに分離独立させる
ことである。特にロウ付けによる接合を行う場合は、ロ
ウ材との反応による低融点化合物の生成により、容易に
切欠溝不連続部（22）の溶断が達成される。

〔作用〕

ブロック集合板（20）は、その上に配設されるセラミ
ックタイル（30）群の配列パターンに略一致する配列パ
ターンを有するブロック（23）の集合体であるので、こ
れを金属基材（10）上に載置するだけの単純な作業によ
り、中間層材の配設作業を完了し、従って多数の中間層
部材を１枚ずつ配置する場合のような煩瑣な作業は一切
省略される。

加熱接合工程においてブロック集合板（20）の切欠溝
不連続部（22）を溶断しない場合、得られる積層接合体
内のブロック（23）は、加熱接合前と同じく相互に連結
された拘束状態にあるけれども、隣り合うブロック（2
3）との間の切欠溝（21）の存在により、各ブロック毎
の熱膨張・収縮が比較的自由であり、従ってそのブロッ
ク集合板は接合温度から常温に到る冷却過程における金
属基材（10）とセラミックタイル（30）との間の熱応力
緩和層としての機能を果す。また、加熱接合工程におい
てブロック集合板（20）の切欠溝不連続部（22）を溶断
させた場合には、得られる積層接合体におけるブロック
（23）は各々分離独立して相互の拘束関係から完全に解
放され、従って多数の中間層部材（20′）を１枚ずつ分
散配置した場合と実質的に同一の応力緩和層として機能
する。

〔実施例〕

実施例１（ｉ）金属基材:SS41鋼板（200^W×250^L×6^t,mm）（ii）中間層材（ブロック集合板）：純銅板（200^W×250^L×0.5^t,mm）に第２図に示す亀甲
模様をなす切欠溝（溝幅:2mm）を断続分布パターンを以
て穿設することにより、正六角形状のブロック（対辺距
離:9.92mm）が切欠溝不連続部（22）を介して連結して
いるブロック集合板を製作。切欠溝不連続部（22）は３
つの切欠溝（21）の突端部が直径2mmの円に外接する大
きさである。

（iii）セラミックタイル：窒化けい素系セラミック焼結品、正六角形（対辺距
離:12mm、厚さ:3mm）。片側面はメタライズ処理済み（C
u−Ti合金粉末を塗布し、水素雰囲気中、1200℃で焼付
け）上記金属基材にブロック集合板を載置し、その上にセ
ラミックタイルを配設したのち、加熱炉内にて920℃に
加熱保持し、各部材の重ね合せ面間に予め付与しておい
たCu−Agロウ材（BAG ８）の反応により重ね合せ面を
ロウ付けし、しかるのち常温まで徐冷して積層接合体を
得た。この積層接合体をＡとする。この積層接合体にお
ける中間層部材であるブロックは、切欠溝不連続部が溶
断され、相互に分離独立している。

実施例２（ｉ）金属基材:SS41鋼板（200^W×250^L×6^t,mm）（ii）中間層材（ブロック集合板）純銅板（200^W×250^L×0.5^t,mm）に第２図に示す亀甲模
様をなす切欠溝（溝幅:2mm）を断続分布パターンを以て
穿設することにより、正六角形状のブロック（対辺距
離:9.92mm）が切欠溝不連続部（22）を介して連結して
いるブロック集合板を製作。切欠溝不連続部（22）は３
つの切欠溝（21）の突端部が直径2mmの円に外接する大
きさである。

（iii）セラミックタイル：窒化けい素系セラミック焼結品、正六角形（対辺距
離:12mm、厚さ:3mm）。片側面は実施例１と同じように
メラタイズ処理済み。

上記金属基材にブロック集合板を載置し、その上にセ
ラミックタイルを配設したのち、加熱炉内にて900℃に
加熱保持し、各部材の重ね合せ面に予め付与していたCu
−Agロウ材により重ね合せ面を接合せしめ、しかるのち
常温まで徐冷して積層接合体を得た。この積層接合体を
Ｂとする。この積層接合体における中間層材であるブロ
ックは、接合前と同じく、切欠溝不連続部を介した連結
状態を保っている。

比較例１中間層材として、ブロック集合板に代え、一枚の純銅
板（200^W×250^L×0.5^t,mm）を使用する点を除いて実施
例２と同一の条件により積層接合体を得た。この積層接
合体をＣとする。

比較例２多数の正六角形純銅板（対辺距離:9.92mm、板厚:0.5m
m）を中間層部材とし、これを１枚ずつ分散配置（隣り
合う純銅板の側面との間の隙間幅:2mm）する点を除い
て、実施例２と同一の条件により積層接合体を得る。こ
の積層接合体をＤとする。

上記各積層接合体Ａ、Ｂ、ＣおよびＤをセラミックタ
イルの亀甲模様にそって、セラミックタイル毎に切断分
離し、切断分離されたそれぞれの積層接合体小片につい
て接合面の剪断接着強度を測定して第１表に示す結果を
得た。

第１表に示すように、積層接合体Ｃ（中間層材として
切欠溝を有しない１枚の純銅板使用）では、接着強度が
著しく低い。これは、中間層材の熱応力緩和層としての
機能が低く、接合温度から常温に到る冷却過程で生じる
熱応力により重ね合せ面の接合が損なわれたことによ
る。他方、ブロック集合板を中間層材として使用し、加
熱接合工程で、そのブロックを互いに分離独立させて得
られた発明例である積層接合体Ａは高い接合強度を有し
ており、その接合強度は、従来法（多数の中間層部材を
１枚ずつ分散配置）により得られた積層接合体Ｄのそれ
と同等であり、また他の発明例である積層接合体Ｂ（ブ
ロック集合板を使用。但し、ブロックは相互に連結した
ままである）についても、良好な接合強度を有してお
り、いずれの場合も、ブロック集合板は中間層材として
熱応力緩和機能を果たしていることがわかる。

〔発明の効果〕

本発明は、金属基材とセラミックタイルとの中間層材
（熱応力緩和層）としてブロック集合板を使用すること
としたので、多数の中間層部材を１枚ずつ分散配置する
場合のような煩わしさと困難は全くなく、ブロック集合
板を金属基材上に載置するという単純な作業により労せ
ずして中間層材の配設を完了し、しかもその後の工程に
おいて各ブロックの分布パターンにいずれか生じること
もない。従って、積層接合体を高能率下に製造すること
ができると共に、その品質、特に接合強度の高位安定化
の効果が得られる。特にブロック集合板の各ブロックを
加熱接合工程において溶断し、分離独立させることによ
り、多数の中間層部材を１枚ずつ分散配設した場合と同
じ積層接合体を得ることもでき、その工業的価値は大で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明における部材積層態様の例を示す斜視
図、第２図、第３図は本発明に使用されるブロック集合
板の例を示す平面図、第４図は従来の製造法における部
材積層態様の例を示す斜視図、第５図は積層接合体の積
層断面を示す図である。 10:金属基材、20′：中間層部材、20:ブロック集合板、
21:切欠溝、22:切欠溝不連続部、23:ブロック、30:セラ
ミックタイル。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】金属基材面に、中間層材を配設し、中間層
材上面に、セラミックタイルを一定の配列パターンを以
て配設したうえ、互いの重ね合せ面を加熱接合する金属
−セラミック積層接合体の製造方法において、前記中間層材として、金属板に、セラミックタイルの輪
郭線模様と略一致する分布パターンをなす切欠溝を断続
的に穿設することにより形成された、セラミックタイル
と略相似の平面形状を有する多数のブロックが切欠溝不
連続部を介して相互に連結されてなるブロック集合板を
使用することを特徴とする金属−セラミック積層接合体
の製造方法。
【請求項２】加熱接合過程において、中間層材であるブ
ロック集合板の切欠溝不連続部を溶断し、各ブロックを
相互に分離させることを特徴とする上記第１項に記載の
金属−セラミック積層接合体の製造方法。