傾斜組成制御層を用いた金属セラミックス焼結接合の研究

• 研究課題/領域番号: 02650526
• 研究種目: 一般研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 溶接工学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 川崎 亮 東北大学, 工学部, 助教授 (50177664)
• 研究期間 (年度): 1990 – 1992
• 研究課題ステータス: 完了 (1992年度)
• 配分額: 2,400千円 (直接経費: 2,400千円); 1992年度: 300千円 (直接経費: 300千円); 1991年度: 500千円 (直接経費: 500千円); 1990年度: 1,600千円 (直接経費: 1,600千円)
• キーワード: 傾斜組成制御 / 焼結 / 接合 / 熱応力緩和 / HIP / 傾斜機能材料 / 金属 / セラミックスの接合

研究概要

本研究は、粉末治金法を用いた金属セラミックスの新しい接合法の研究を目的としている。一般に、熱的・機械的諸物性に大きな差を有するセラミックスと金属の接合は極めて困難あり、接合強度および耐熱温度などの点で十分な接合法は依然として確立されていないのが現状である。セラミックスと金属の接合において第一に重要な課題は、接合界面でセラミックスと金属の熱的・機械的性質が不連続に急変するために生じる熱応力である。各種の熱応力緩和法が提案されているが、いずれの方法も本質的な解決策とはなっておらず、かつ、ろう接法が中心となっているため、使用限界温度が低い欠点を有してる。本研究では、粉末治金法により、組成がセラミックスから金属へ、段階的および連続的に遷移する組成制御層(傾斜組成制御層)を形成し、金属とセラミックスの熱的・機械的諸物性の接合界面での不連続性を解消し、これによって熱応力の発生を最小限におさえることにより、金属とセラミックスの高強度、かつ高信頼性の接合法の確立を目的としている。これまでに、熱応力解析により金属/セラミックス接合界面に生じる熱応力、連続的な物性の遷移による熱応力緩和効果およびその寸法・形状依存性を明らかにした。また、原料粉末の混合、成形および焼結条件を検討するとともに、焼結体の組成と諸物性の関係を明らかにした。以上で得られた基礎データを用い、組成制御層の設計法を提案するとともに、混合粉末充填体のHIP焼結による焼結による焼結接合プロセスを確立した。特に、(1)各組成と熱的・機械的性質の関係を用い熱応力緩和のための組成制御層の厚さおよび組成分布を最適化する組成分布設計法を提案した。(2)設計された組成分布、厚さを有する成形体を混合粉末充填法により作成し、ガラスカプセル-HIP焼結による焼結接合プロセスを確立した。