Cuerpo unido de miembro cerámico y miembro de metal
Descripción general
 El mantenimiento de alta resistencia de la unión, sin provocar el agrietamiento de la destrucción y el elemento de metal del miembro cerámico que constituye el cuerpo unido, y resistencia a la oxidación y una excelente durabilidad, incluso cuando está expuesto a ciclos térmicos entre la temperatura ambiente y la atmósfera de oxidación a alta temperatura Permite el uso continuo durante mucho tiempo. ] La capa tampón interpuesto entre el elemento cerámico y el elemento metálico hecha de nitruro de silicio sinterizado cuerpo, y un nitruro del metal activo 5 20% en peso de nitruro de silicio capa cuerpo sinterizado que contiene el miembro de cerámica, una capa de módulo metálico bajo de Young hecho de un metal de transición o una aleación, un miembro de cerámica y un metal soldado con soldadura fuerte a la nitruro del metal activo para formar una estructura multicapa obtenida mediante la disposición de forma secuencial la capa de cuerpo sinterizado de nitruro de silicio que contiene 25 70% en peso Miembro unido
Campo técnico
La presente invención se refiere a conjugados de la elemento cerámico y el elemento metálico soldado con soldadura el elemento cerámico y el elemento de metal hecha de nitruro de silicio cuerpo sinterizado a través de la capa tampón.
Antecedentes de la técnica
En los últimos años, en una variedad de maquinaria industrial y un motor de combustión interna, como piezas mecánicas utilizadas bajo una alta carga y la atmósfera de alta temperatura, resistencia al calor, excelente resistencia a la corrosión y resistencia a la abrasión, alta resistencia y peso específico es miembro cerámico pequeño se utiliza a menudo Comenzó a ser.
Piezas En tales circunstancias, el miembro de cerámica de la pobre procesabilidad, que se compone de elemento cerámico de peso ligero con excelentes porciones que están expuestas a resistente a alta temperatura, resistencia a la corrosión y resistencia a la abrasión, alta carga actúa igual a configurar una excelente alta resistencia miembro metálico trabajabilidad, ahora se hace notar que la estructura compuesta la combinación de los elementos cerámicos y metálicos, conjugados de varios elemento cerámico y el elemento de metal Ha venido a ser propuesto.
En general, como el elemento cerámico y la estructura compuesta la combinación de un elemento metálico, la parte de unión del miembro de cerámica pulida para formar una capa de recubrimiento de elemento de metal directamente en contacto ni combinar miembro de corte de metal para la parte de unión o el contacto cera interpolando, directamente un elemento de metal con el miembro de cerámica, ha sido ampliamente utilizado aquellos unidos encogimiento apropiado.
Sin embargo, en tales conjugados, ya que el coeficiente de expansión térmica del miembro cerámico y el elemento de metal son significativamente diferentes, disminución de la distorsión, es decir, fuerza de unión tensión residual se produce cerca de la unión debido a su térmica diferencia de expansión, metal El miembro de cerámica o el miembro de metal en sí mismo tiende a romperse debido a la fuerza de contracción del miembro.
Por lo tanto, los tapones de eliminar el problema, mediante la interposición se ha propuesto miembro de relajación de la tensión térmica formada de un elemento de metal de baja expansión térmica o módulo de Young bajo como capa intermedia entre el elemento cerámico y el elemento de metal (KOKOKU 3 39991 JP-A-2 196075).
Tarea de solución
Sin embargo, en el conjugado, mediante la interposición de una capa intermedia hecha de un elemento de metal se usa como la relajación de la tensión térmica del miembro cerámico y el miembro de metal, debido a la diferencia de expansión térmica cuando se utiliza una temperatura constante de 900 ° C o menos aunque la distorsión de los dos miembros se reduce considerablemente la unión de fuerza rápidamente por oxidación de la capa intermedia hecha del elemento de metal con la exposición prolongada a los ciclos térmicos repetidos entre la atmósfera la temperatura ambiente y una atmósfera de alta temperatura de 600 ° C o mayor Deteriorado y había un problema de pelado de la interfaz de unión.
La presente invención se ha realizado los problemas anteriores como tapones de solución, el uso continuo prolongado y excelente resistencia a la alta unión permitiendo que la durabilidad del ciclo térmico a ser expuestos a una atmósfera oxidante a alta temperatura de la atmósfera de temperatura normal y 600 ° C o mayor Y se obtiene un cuerpo unido de un miembro cerámico y un miembro metálico que tiene tales propiedades.
Solución
Conjugado de miembros cerámicos y metálicos de la presente invención es un conjugado que suelda mediante la interposición de una capa de amortiguación entre el elemento cerámico y el elemento metálico hecha de nitruro de silicio cuerpo sinterizado, la capa tampón es un lado del elemento de cerámica titanio (Ti) y o zirconio (Zr) de nitruro de silicio que contiene 5 20% en peso de un nitruro de metal activo que consiste en tal capa sinterizada, un níquel (ni) o cobalto (Co) un metal de transición o una aleación tal como capa de módulo metálico de Young bajo que comprende un nitruro de metal activo se caracteriza porque el compuesto están formadas por secuencialmente dispuesto con una estructura de múltiples capas de nitruro de silicio capa cuerpo sinterizado que contiene 25 70% en peso.
La cerámica en el lado del elemento de la cantidad de nitruro de metal activo contenido en la capa cuerpo sinterizado de nitruro de silicio es menor que 5% en peso, la diferencia de expansión térmica es demasiado grande y la capa de módulo metálico bajo de Young hecho de un metal de transición o una aleación del mismo, en donde cuando se somete a ciclo térmico será pelado de la interfaz de unión entre la capa de módulo metálico la baja de Young.
Por otro lado, cuando la cantidad de nitruración del metal activo no supere el 20% en peso, ahora demasiado grande diferencia en la expansión térmica entre el elemento de cerámica, de modo que la peladura de la interfaz de unión entre el miembro de cerámica cuando se recibe el ciclo térmico.
Por lo tanto cantidad del metal activo contenido en la capa de nitruro de silicio cuerpo sinterizado de cerámica lado del elemento de nitruración es 5 20% en peso, y más preferiblemente se especifica a 7 15% en peso.
Además, la cantidad de nitruro de metal activo contenido en la capa de cuerpo sinterizado de nitruro de silicio del lado del elemento de metal, la diferencia en la expansión térmica entre el elemento de metal se convierte en menos de 25% en peso se incrementa, la interfaz de unión entre el elemento de metal por el ciclo térmico desprendido de la otra, que supera el 70% en peso, las propiedades del cuerpo sinterizado de nitruro de silicio se deteriora inadecuada como capa tampón.
Por lo tanto cantidad del metal activo contenido en la capa de cuerpo sinterizado de nitruro de silicio del lado del elemento de metal de la nitruración es de 25 70% en peso, y más preferiblemente se especifica a 40 60% en peso.
Conjugado de miembros cerámicos y metálicos de la presente invención, una capa de cuerpo sinterizado de nitruro de silicio que contiene un nitruro de capa tampón de metal activo que se interpone, metal de transición o una capa de módulo metálico bajo de Young hecha de una aleación del mismo, más activo de lo que se ha compuesto de tres capas de nitruro de silicio capa cuerpo sinterizado que contiene un nitruro de un metal, la durabilidad se incrementa a la atmósfera de oxidación y el ciclo de temperatura.
En lo sucesivo, la presente invención se describirá en detalle. La figura 1 muestra una realización de un cuerpo unido de un miembro de cerámica y un miembro de metal de acuerdo con la presente invención.
En la Figura 1, 1 es un miembro de cerámica que consiste en promedio coeficiente de dilatación térmica de 5 × 10 6 / ℃ menos silicio cuerpo sinterizado de nitruro de 20 400 ° C, una de titanio como una capa amortiguadora 3 en el miembro cerámico 1 (Ti) y o zirconio (Zr), etc. nitruro de silicio capa cuerpo sinterizado 4 que contiene un nitruro de metal activo 5 20% en peso que consiste de Young bajo de níquel (ni) o cobalto (Co) un metal de transición o una aleación tal como la capa de metal tasa 6, el nitruro de metal activo están dispuestas secuencialmente de silicio capa de nitruro de cuerpo sinterizado 5 que contiene 25 70% en peso, el nitruro de silicio sinterizado capa de cuerpo 5 de hierro (Fe) de níquel (Ni) de cobalto el elemento de metal 2 hecha de (Co) aleación a base o similar, para formar un conjugado del miembro cerámico 1 y el metálico miembro 2 en contacto con la estructura multi-capa será de soldadura fuerte terrorismo 7 que contiene un metal activo, tal como titanio (Ti) con cada otro Ahí
Por cierto, el elemento cerámico compuesto de un cuerpo sinterizado formado principalmente por el nitruro de silicio (Si3 N4) tiene un coeficiente medio de expansión térmica de hasta 20 400 ° C más allá del 5 × 10 6 / ℃, también doblado al menos 500 ° C. cuando la fuerza no es de 20 kg @ 2 o mayor, no es adecuado para uso práctico como un componente mecánico componente cerámico en varios maquinaria industrial y un motor de combustión interna que se utiliza durante mucho tiempo bajo una carga alta y una atmósfera oxidante a alta temperatura / mm.
Siguiente Al evaluar el conjugado del elemento cerámico y el elemento metálico de la presente invención, el nitruro principal componente Madzu silicio (Si3 N4), que contiene óxido de itrio (Y2 O3) y óxido de tungsteno (WO3), etc. como auxiliar de sinterización el cuerpo sinterizado de nitruro de silicio se pulió con el número 400 de diamante equivalente superficies de unión muela con molienda para dar 20 mm, el elemento cerámico cilíndrico 1 de diámetro altura de 20 mm.
Además, el hierro (Fe) de níquel (Ni) de cobalto (Co) 20 mm de diámetro a base de una aleación, el cilindro de altura de 20 mm se mecanizó como un elemento de metal 2.
Por otra parte, el nitruro de silicio preparado nitruro cuerpo sinterizado que contiene titanio (TiN) como el nitruro de metal activo en las proporciones mostradas en la Tabla 1, respectivamente, así como la molienda el diámetro 20 mm, los discos de espesor 1 mm, circular Ambos lados de la placa fueron pulidos con una piedra de diamante correspondiente al No. 400.
Por otra parte, consiste en metal de bajo módulo de Young como el 20 mm de diámetro hecho de un metal o aleación se muestra en la Tabla 1, el espesor de la hoja de 1 mm, también de titanio como el material de soldadura que contiene un metal activo (Ti) y plata (Ag) de cobre (Cu) Se preparó una lámina de soldadura de plata con un espesor de 0,5 mm.
La unión del elemento cerámico 1 y el elemento metálico 2, el cuerpo sinterizado de nitruro de silicio sobre la superficie de unión del miembro cerámico 1, la placa delgada bajo metálico módulo de Young, silíceo nitruro cuerpo sinterizado, respectivamente de soldadura fuerte de metal activo en el orden del elemento de metal 2 Lámina, y calentada y calentada a 950ºC en un horno de vacío para soldadura fuerte.
Después de este modo el conjugado para la evaluación obtenida fue de inspección no destructiva de la presencia o ausencia de grietas en la parte de unión mediante inspección visual y el método de penetración de fluorescencia utilizando un microscopio binocular, los conjugados de conformidad para la evaluación sin grietas estándar JISR1601 con la medición de una resistencia a la flexión de cuatro puntos a temperatura ambiente y 300 ° C. procesa para una pieza de prueba, la resistencia a la flexión de cuatro puntos a temperatura ambiente usando un 1000 veces especímenes repetitivas ciclo de calor frío de una alta temperatura ambiente de temperatura normal y 600 ° C. oxidante Y los resultados que se muestran en la Tabla 2 se obtuvieron.
Por cierto, un ejemplo comparativo que un tampón de cobre (Cu) y mediante la interposición de una cámara de cuerpo sinterizado de nitruro de silicio como capa y el elemento de metal está unido por material de soldadura que contiene un metal activo.
Como es evidente a partir de la Tabla 2, mientras que en la fuerza de flexión ejemplo comparativo después de que el ciclo de temperatura es notablemente deteriorado y 10 kg / mm @ 2, los conjugados del miembro cerámico y el elemento metálico de la presente invención, después del ciclo térmico Se entiende que la resistencia a la flexión se mantiene tan alta como 29 kg / mm2 o más.
Efecto de la invención
Como la ordenación, los conjugados del miembro cerámico y el elemento metálico de la presente invención, una capa tampón interpuesto entre el elemento cerámico y el elemento metálico hecha de nitruro de silicio cuerpo sinterizado, un lado del elemento de cerámica de nitruro de metal activo y objetos de contenido 5 20% en peso a la cámara de capa de sinterizado de nitruro de silicio, un metal de transición o una capa de módulo metálico bajo de Young hecha de una aleación, un nitruro de metal activo 25 70% en peso de la cámara de nitruro de silicio capa cuerpo sinterizado que contiene de lo que ha soldado con soldadura fuerte en el sucesivamente dispuestos con una estructura multicapa, se mantiene una alta resistencia de la unión, el miembro de cerámica que constituye el cuerpo unido por supuesto, no se produce incluso agrietamiento del elemento de metal, y resistencia a la oxidación y durabilidad excelente elemento cerámico conjugado, y el miembro de metal se pueden obtener, entre otras cosas ofrece varias ventajas, incluyendo incluso cuando está expuesto a ciclos térmicos entre la temperatura ambiente y alta temperatura de la atmósfera oxidante son posibles el uso a largo continuo.
Por lo tanto, los conjugados del miembro cerámico y el elemento de metal de la presente invención, las características de diversos equipos de la industria química y los motores a reacción que utilizan motor de turbina de gas o turbocompresor, el pistón, balancín, taqué, diversas válvulas y levas, etc. como partes mecánicas para el uso en maquinaria industrial o un motor de combustión interna para recibir la carga repetida caliente y la carga de impacto, es extremadamente útil.
Breve descripción de los dibujos
Es un diagrama que muestra una realización de un cuerpo unido del miembro cerámico y el elemento de metal de acuerdo con la Figura 1 la presente invención.
1 miembro de cerámica
2 miembro de metal
3 capa de amortiguación
4, 5 capa de cuerpo sinterizado de nitruro de silicio
6 Capa de metal del módulo de Young bajo
Reclamo
En conjunto soldado mediante la interposición de una capa de amortiguación entre el elemento cerámico y el elemento metálico hecho de las reivindicaciones 1 nitruro de silicio del cuerpo sinterizado, la capa tampón es un nitruro de metal activo desde el lado del elemento de cerámica 5 20% en peso un nitruro de silicio capa cuerpo sinterizado que contiene un metal de transición o una capa de módulo metálico bajo de Young y la estructura de múltiples capas en la que el nitruro del metal activo están dispuestos secuencialmente 25 70% en peso de nitruro de silicio sinterizado capa de cuerpo que contiene aleaciones que consisten de los mismos Un miembro de cerámica y un miembro de metal se unieron.
Conjugado de miembros cerámicos y metal según la reivindicación 1, en el que el nitruro de la reivindicación 2 en el que el metal activo se caracteriza en que el nitruro de titanio (TiN).
Conjugado de la reivindicación 3 en el que el elemento cerámico y el elemento metálico según la reivindicación 1, en el que la capa metálica módulo de la baja de Young se caracteriza en que el níquel (Ni).
Dibujo :
Application number :1994-001670
Inventors :京セラ株式会社
Original Assignee :木村哲也