JPH0547512B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は歯科用材料あるいはガスタービン用材
料のような耐熱高強度材料などの製造に適用でき
る金属とセラミツクスとの接合方法に関する。

［従来の技術］ 近年セラミツクスのもつ美観や耐熱姓と金属の
もつ強度や加工性とを兼備した材料として金属と
セラミツクスとの複合材料が種々開発されてい
る。

例えば歯科補綴修復物は貴金属合金とセラミツ
クス（陶材）を接合させた審美性のある金属焼付
ポーセレンと称する材料が主流となつている。こ
の場合両者の接合は、貴金属材料をSn、Inある
いはFeなどの元素を微量添加した合金とし、セ
ラミツクス焼成時に微量添加元素が合金表面に析
出して形成した選択酸化物によつて、セラミツク
スと貴金属材料とを化学結合させる方法がとられ
ている。

しかし最近では経済性の点あるいはセラミツク
スの強度を補う必要性から、弾性係数の高いNi
−Cr系、Co−Cr系、Fe系等の卑金属合金が利用
されている。

［発明が解決しようとする課題］ 卑金属合金をセラミツクスとの複合材料に用い
た場合には、貴金属合金材料と同様の接合方法を
行うと、合金表面に析出する酸化物と合金並びに
セラミツクスとの密着性が悪いために、合金とセ
ラミツクスとが剥離し易く、良好な接合体が得ら
れない。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記問題点を解決するためのものであ
り、卑金属合金成形体の表面に合金とセラミツク
スとの双方に接合し易い金属層を形成することに
よつて良好な接合体を得るものである。

すなわち、本発明は卑金属合金成形体を予備加
熱処理して表面に金属チタンをスパツタリングに
より積層した後、これにセラミツクスを焼成接合
することを特徴とする金属とセラミツクスとの接
合方法である。

卑金属合金としてはNi−10〜20％Cr系、Co−
Cr系、Fe系などの合金が用いられる。Fe系合金
の一例としてはFe33〜40％、Ni17〜20％、Cr17
〜20％、Co17〜20％、Mn1.3〜1.5％、Si0.4〜0.5
％、Mo6〜10％の組成のものが挙げられる。か
かる卑金属合金は例えばロストワツクス法により
成形し、ついで予備加熱処理をする。予備加熱処
理は鋳造応力の緩和、鋳造時の偏析除去、脱ガス
等を考慮した処理であるが、例えば900℃で５分
間行う。そしてスパツタリングにより形成する金
属チタンの膜厚は2000〜3000Åの範囲がよい。

この金属チタンスパツタ膜は酸化物層の形成が
極力押えられるような条件で形成させる。

ついでセラミツクス素材を該金属チタンスパツ
タ層に密着させて焼結する。使用するセラミツク
スは例えば歯科用の場合、SiO₂、Al₂O₃、K₂O、
ZrA₂などを主成分とするフリツト磁器が挙げら
れる。その他耐熱性セラミツクス材料等が挙げら
れる。

焼結は通常下塗と上塗の２段階で行う。下塗は
低真空で500〜780℃、３〜４分ついで大気中で
780〜800℃、１分程度行い、上塗は低真空で500
〜770℃、３〜４分、ついで大気中で770〜800℃
１分程度行う。

［作用］ 卑金属合金成形体表面に積層した金属チタンス
パツタ層がセラミツクス層を密着させて焼成接合
する場合に、TiとCr、NiあるいはTiとCr、Fe、
CoさらにはNiと複合酸化物を形成して、合金層
とセラミツクスとの密着性を良くする。

［実施例］ 実施例 １ Ni−20wt％Cr合金を用いロストワツクス法に
より歯科用材料を作製した。次にセラミツクスと
の接合面を細いエメリペーパーで均一に仕上げ、
アルコールにて脱脂および超音波洗浄後、900℃
で５分間加熱の予備加熱処理を施す。

次に前処理後の合金材表面にスパツタリング装
置を用いて金属チタンを2000〜3000Åの膜厚にな
るようにスパツタする。その際金属チタンが酸化
物に変化することのないようにする。

上記の方法により形成した金属チタンスパツタ
層に、SiO₂、Al₂O₃、K₂O、ZrO₂を主成分とする
歯科用セラミツクスを被覆して800℃にて焼成し
た。

第１図は金属チタンスパツタ層を形成したとき
の電子顕微鏡（日立製Ｓ−570型）写真と線分析
（KEVEX社製の分析器DELTAによる）結果を
示すものである。

第２図はセラミツクスを被覆して焼成したもの
の電子顕微鏡写真と線分析結果を示すもので、合
金とセラミツクスとが強固に接合している様子が
うかがわれ、点分析の結果からもTi、Crなどが
界面から数μｍセラミツクス中に拡散しているこ
とが判る。

上記の方法により第３図に示すような合金１と
セラミツクス２との接合試験片をつくり、引張試
験を行つたところ、接合強さは330〜590Kgｆ／cm²
の値を示し、かつ破断状況も界面で剥離せず、セ
ラミツクス部で破断して良好な接合体が得られ
た。

実施例 ２ Fe：33.5wt％、Ni：19.5wt％、Cr：19.5wt％、
Co：19.5wt％、Mo：6.0wt％、Mn1.5wt％、
Si：0.5wt％よりなるオーステナイト系合金を用
い、他は実施例１と同様にしてセラミツクスと接
合した。

第４図は合金表面に金属チタンスパツタ層を形
成したときの電子顕微鏡写真並びに線分析結果を
示すものである。第５図はセラミツクスと焼成結
合したものについてのもので合金とセラミツクス
とが強固に接合している様子がうかがわれ、線分
析結果ではTi、Cr、Feなどがセラミツクスに含
まれているSiなどと拡散層を形成している様子が
うかがわれる。

この条件のものについて実施例１と同様に引張
試験を行つたところ、120〜480Kgｆ／cm²の接合強
さで、破断強度も界面剥離せず、セラミツクス部
で破談した。

比較例 １ Ni−20wt％Cr合金を用いて実施例１と同様に
して歯科用材料をつくり、前処理を施した。次に
前処理後の合金材表面にスパツタリング装置を用
いて金属Ti層をスパツタリングにより形成した。
この金属Ti層を800℃で60分酸化処理し、この上
に実施例１と同様に歯科用セラミツクス層を形成
し、同様の試験をしたところ、第６図に見られる
ように合金と酸化物層間のところどころに間〓が
認められた。これを第３図の試験片により引張試
験を行つたところ、酸化物層間あるいは酸化物層
内で剥離がおこつた。

比較例 ２ 実施例２のオーステナイト系合金を用い、比較
例１と同様にしてセラミツクスと接合した。第７
図および第８図はその電子顕微鏡写真で、これを
引張試験に付したところ、酸化物層間あるいは酸
化物層内で剥離が起つた。

［発明の効果］ 本発明によれば卑金属合金形成体とセラミツク
スとの良好な接合体が容易に得られ、歯科用材料
あるいは耐熱高強度などの製造に有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１における金属チタンスパツタ
層を形成したときの組織を示す電子顕微鏡写真、
第２図はセラミツクスを接合したときの金属組織
を示す電子顕微鏡写真、第３図は試験片の平面図
並びに側面図、第４図は実施例２の金属チタンス
パツタ層を形成したときの組織を示す電子顕微鏡
写真、第５図は同じくセラミツクスを接合したと
きの金属組織を示す電子顕微鏡写真、第６図は比
較例における酸化処理後の金属組織を示す電子顕
微鏡写真、第７、８図は比較例２における酸化処
理後の金属組織を示す電子顕微鏡写真をそれぞれ
示す。 １……合金、２……セラミツクス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 卑金属合金成形体を予備加熱処理して、表面
   に金属チタンをスパツタリングにより積層した
   後、これにセラミツクスを焼成接合することを特
   徴とする金属とセラミツクスとの接合方法。 ２ 卑金属合金がNi−Cr系、Co−Cr系、Fe系の
   合金である請求項１記載の金属とセラミツクスと
   の接合方法。 ３ スパツタリングにより形成する金属チタンの
   膜厚が2000〜3000Åである請求項１記載の金属と
   セラミツクスとの接合方法。