窒化ケイ素セラミックスと金属の固相接合における反応相形機構とその制御

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07455294
• Research Institution: HOKKAIDO INSTITUTE OF TECHNOLOGY
• Principal Investigator: 山本 強 北海道工業大学, 工学部・機械工学科, 教授 (20048036)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高島 敏行 北海道工業大学, 工学部・機械工学科, 講師 (20094815)
• Keywords: 窒化ケイ素セラミック / セラミック / 金属接合 / 固相接合 / 耐熱性 / クロムめっきニッケル板 / クロム窒化物層

Research Abstract

昨年度の実験により、反応層の形成過程を明らかにすることができたが、Crめっき層の厚さが薄い場合は、接合の主体をなすCr窒化物層が接合界面の全域に生成せず、その結果、接合加熱の際にすでにNiと窒化ケイ素の直接反応が起り、ぜい弱な反応層を形成してしまうことが明らかとなった。従って、本接合方法による耐熱性向上のためには、接合加熱時及び接合加熱後におけるNiの窒化ケイ素側への拡散の阻止が最も重要である。このNiと窒化ケイ素の直接反応を阻止するためには、徴密でかつNiの窒化ケイ素側への拡散を阻止できる厚さのCr窒化物層を形成させるとともに、接合加熱時においても生成するCr窒化物層中のNi量を極少とし、Cr窒化物層を徴密化する必要がある。そこで、今年度は、まずCrめっき層厚及び加熱温度を変化させ、各Crめっき層厚及び加熱温度条件で形成したCr窒化物層とNiの窒化ケイ素側への拡散挙動の関係を検討した。その結果、Crめっき層厚さ及び接合加熱温度を変化させることにより、ある程度まではNiの拡散を抑えることはできるが、十分にNiの拡散を阻止できないことが明らかとなった。そこで反応層の主体であるCr窒化物層の徴密化の方法として、昨年度の実験で得られた結果をもとに、CrめっきNi板をあらかじめ真空中で焼鈍し、合金化した後、1473Kでの接合を試みた。その結果、Ni濃度の極めて低い徴密なCr窒化物層の形成が可能であることを見い出した。この方法により接合した接合対について、真空中で1073K,200hの加熱により耐熱性を検討した結果、Niの拡散が抑制でき、良好な反応層の高温安定性が確認できた。さらに、Niの窒化ケイ素側への拡散阻止手段として、複合被覆層インサート材の試作による検討を行ったが、接合に必要な厚さの複合被覆層の作成が不可能であったため、複合被覆層によるNiのバリアー効果に関しては検討するに至らなかった。