JP2005139057A - Method for metallizing powder sintered ceramics - Google Patents

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Yoshinobu Miyake
善信 三宅
Kiichi Eto
喜市 衛藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for metallization applicable to oxide-based, nitride-based, carbide-based, and machinable ceramics. <P>SOLUTION: The material constituting a metallized layer is a mixture comprising one kind among Ti, TiH, and TiH<SB>2</SB>with a particle diameter of ≤50 μm and one kind among Fe, Ni, Cu, Ag, Au, Ta, and W with the same particle diameter, where the weight ratio of Ti is 10-60%. The material without or with an addition of less than 50 wt.% of the same material as a ceramic to be metallized, which is ground to have a particle diameter of ≤50 μm, is painted on the surface of the ceramic to be metallized and sintered in vacuum or in an inert gas atmosphere not containing or containing hydrogen at a temperature of ≥500°C and below the melting point of the metal bulk material mixed with Ti. When the sintering temperature is ≥900°C under the same conditions, TiO<SB>2</SB>powder is used in place of Ti, TiH, or TiH<SB>2</SB>powder. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明はアルミナセラミックス(Al)に代表される酸化物系セラミックス、窒化珪素(Si)等の窒化物系セラミックスや炭化珪素(SiC)等の炭化物系セラミックス、及びフッ素を主成分の一つとする快削性セラミックスと金属を接合するために、これらセラミックス表面の接合部位をメタライズする方法を提供するものである。The present invention mainly comprises oxide ceramics typified by alumina ceramics (Al 2 O 3 ), nitride ceramics such as silicon nitride (Si 3 N 4 ), carbide ceramics such as silicon carbide (SiC), and fluorine. In order to join a free-cutting ceramic, which is one of the components, to a metal, a method of metallizing the joining portion of these ceramic surfaces is provided.

酸化系セラミックスをメラタライズする方法としてモリブデン−マンガン法(Mo−Mn)法が一般的である。これはMo,Mnを主成分として微量のチタニューム(Ti)又は水素化チタン或いは酸化チタンとガラスを混在させたものをセラミックス表面に塗布し、酸化還元炉を使って約1400〜1500℃で焼結させたものをメタライズ層として使う方法である。メタライズ層の耐引っ張り応力は他の方法によるものに比べて最も高いとされている。  A molybdenum-manganese method (Mo-Mn) method is generally used as a method for melatalizing oxidized ceramics. This is made by applying a small amount of titanium (Ti), titanium hydride, or a mixture of titanium oxide and glass with Mo and Mn as the main component to the ceramic surface and sintering at about 1400-1500 ° C using a redox furnace. This is a method of using the processed metallization layer. The tensile stress of the metallized layer is said to be the highest as compared with other methods.

しかしこの方法は、窒化物系、炭化物系セラミックスには適用できない。これは還元されたMo粒子と結合するセラミックス側の酸素がないためである。快削性セラミックスに関しては、その融点が1200〜1300℃であるために溶融してしまうためである。又酸化物セラミックスの一種である石英もメタライズできない。理由は石英の熱膨張係数がMo−Mn層のそれよりも遙かに小さいからである。当然被ロー付け金属とも同じ理由により石英との接合は不可能である。  However, this method cannot be applied to nitride-based and carbide-based ceramics. This is because there is no oxygen on the ceramic side that binds to the reduced Mo particles. This is because the free-cutting ceramic is melted because its melting point is 1200 to 1300 ° C. Also, quartz, which is a kind of oxide ceramics, cannot be metallized. The reason is that the thermal expansion coefficient of quartz is much smaller than that of the Mo—Mn layer. Of course, joining with quartz is impossible for the same reason as the brazed metal.

非酸化物系セラミックス或いは快削性セラミックスと金属との接合は、Mo−Mn層のような予備的メタライズ層を設けずに、ロー材にTiを混入させた銀ローを介して直接接合させるロー材が近年市販されるようになった。代表的な銀ローはTiを重量比で2%含むBAg−8(Ag−Cu供晶)ロー材である。
このようなロー材を使用して窒化物系セラミックスに金属を接合する例として特許文献1等が挙げられる。
特許第1826790号
Non-oxide ceramics or free-cutting ceramics and metal can be joined directly by a silver solder in which Ti is mixed into the brazing material without providing a preliminary metallization layer such as a Mo-Mn layer. In recent years, materials have become commercially available. A typical silver brazing material is a BAg-8 (Ag—Cu alloy) brazing material containing 2% by weight of Ti.
Patent document 1 etc. are mentioned as an example which joins a metal to nitride type ceramics using such a brazing material.
Japanese Patent No. 1826790

このロー材の形状は板、線又は粉末である。Tiはロー材融点以上の高温でセラミックス内に拡散してゆきロー材のその表面への濡れ性をよくする。しかし活性ロー材を使用して金属部材とセラミックスを精度良くロー付けすることは、接合箇所が多いと極めて困難となる。これは通常の非活性(Mo−Mn法)ロー付けに際し金属部材とセラミックスの位置決めに常用されているカーボン治具が使用できないからである。これは銀ローがカーボン冶具を良く濡らす性質を持っており、ロー付け時に漏れ出た銀ローが前記カーボン冶具を金属部材やセラミクッスとロー付けしてしまうためである。一度ロー付けされたカーボン冶具は除去不可能である。  The shape of the brazing material is a plate, a wire or a powder. Ti diffuses into the ceramic at a high temperature above the melting point of the brazing material and improves the wettability of the brazing material to its surface. However, it is extremely difficult to braze the metal member and the ceramic with high accuracy using an active brazing material when there are many joints. This is because a carbon jig that is commonly used for positioning metal members and ceramics cannot be used for normal inactive (Mo-Mn method) brazing. This is because silver solder wets the carbon jig well, and the silver solder leaked during brazing brazes the carbon jig with a metal member or ceramic cloth. A carbon jig once brazed cannot be removed.

冶具材料には銀ロー材の濡れ性の悪いボロンナイトライド材が使用されることがある。しかしこの素材自体が極めて高価であり、冶具材としての利用は限られる。
石英と金属部材の接合では、銀ローと石英との熱膨張の違いが大きいためロー付け直後の冷却時にロー材に濡れた石英の表面に多数の微細クラックが発生してゆく。
As the jig material, a boron nitride material having poor wettability of silver raw material may be used. However, this material itself is very expensive, and its use as a jig material is limited.
In the joining of quartz and metal members, the difference in thermal expansion between silver brazing and quartz is large, so that many fine cracks are generated on the surface of quartz wetted by the brazing material during cooling immediately after brazing.

発明が解決しようとする問題点は、真空分野や高温高圧流体処理分野で、金属とセラミックスとの接合部について要求される仕様として、少なくとも200℃以上の熱処理に耐え、破断能力が数十Mpa以上、且つヘリウムリークタイト及び幾何学的精度の良い接合も要求される。  The problem to be solved by the present invention is that, in the vacuum field and the high-temperature and high-pressure fluid processing field, as a specification required for a joint portion between a metal and a ceramic, it can withstand a heat treatment of at least 200 ° C. Also, helium leak tight and geometrically accurate joining are required.

発明者は鋭意研究の結果メタライズ層の素材と形態には大きさが50μm以下のTi微粒子と金属微粒子が使用出来る事を見出した。金属微粒子の融点は、その大きさが小さくなる程低下することが知られている。これは微粒子のバルク内にある原子に比べて表面にある原子は隣接原子との結合エネルギーが弱いためである。従って微粒子の大きさが小さい程バルク内原子の数に対する表面原子数比が向上し、微粒子融点が低下することになる。
例えば金のバルク材の融点は1064℃であるが、粒子の大きさをnmオーダーまで小さくすると融点は常温程度まで降下する。
As a result of intensive studies, the inventor has found that Ti fine particles and metal fine particles having a size of 50 μm or less can be used as the material and form of the metallized layer. It is known that the melting point of metal fine particles decreases as the size thereof decreases. This is because atoms on the surface have weaker binding energy with adjacent atoms than atoms in the bulk of the fine particles. Therefore, the smaller the size of the fine particles, the higher the ratio of the number of surface atoms to the number of atoms in the bulk, and the lower the melting point of the fine particles.
For example, the melting point of a gold bulk material is 1064 ° C., but when the particle size is reduced to the nm order, the melting point drops to about room temperature.

この原理を利用して本方法では金属粒子をバルク融点以下で焼結させる。と同時に配合したTi原子はセラミック内に拡散し、金属粒子内にも拡散してゆく。こうして金属粒子群はセラミックスと金属結合を生じメタライズ層を構築する。  Using this principle, the present method sinters metal particles below the bulk melting point. At the same time, the mixed Ti atoms diffuse into the ceramic and also into the metal particles. Thus, the metal particle group forms a metallized layer by forming a metal bond with the ceramic.

以上の原理に基づき本課題解決の手段は以下の通りとなる。Based on the above principle, the means for solving this problem is as follows.

発明の第1の手段は請求項1に該当し、粒径が共に50μm以下のTi、TiH或はTiHの粉末とFe、Ni、Cu、Ag,Au、T2、及びWの粉末の何れか1種類をTi粉末の重量比が10%以上60%以下となるように混合したものをメタライズすべきセラミックス表面の部位に塗布し、真空中又は不活性ガス雰囲気下、或いは水素を含んだ不活性ガス雰囲気下で500℃以上且つTiと混合する金属の融点よりも低い温度で焼結して焼結セラミックスにメタライズ層を構成するようにしている。The first means of the invention corresponds to claim 1 and is any one of powders of Ti, TiH or TiH 2 and particles of Fe, Ni, Cu, Ag, Au, T2, and W each having a particle size of 50 μm or less. Apply a mixture of one kind so that the weight ratio of Ti powder is 10% or more and 60% or less, and apply it to the surface of the ceramic surface to be metallized, in a vacuum or in an inert gas atmosphere, or inert containing hydrogen The metallized layer is formed on the sintered ceramic by sintering at a temperature of 500 ° C. or higher and lower than the melting point of the metal mixed with Ti in a gas atmosphere.

本発明の第2の手段は請求項2に該当し請求項1に加えて、請求項1に記載の混合比に加えて粒径が50μm以下の被メタライズセラミックスの粉末を重量比で〜50%以下の割合で混在させて焼結セラミックスにメタライズ層を構築するようにしている。  The second means of the present invention corresponds to claim 2, and in addition to claim 1, in addition to the mixing ratio of claim 1, the weight of the metallized ceramic powder having a particle size of 50 μm or less is 50% by weight. A metallized layer is constructed on the sintered ceramic by mixing them at the following ratio.

本発明の第3の手段は請求項3に該当し、本発明の第1,第2の手段において900℃以上の焼結温度とする場合、Ti,TiH、TiH粉の使用に代えてTiO粉を使用して焼結セラミックスにメタライズ層を構築するようにしている。The third means of the present invention corresponds to claim 3, and when the sintering temperature is 900 ° C. or higher in the first and second means of the present invention, TiO instead of the use of Ti, TiH, TiH 2 powder is used. Two powders are used to build a metallized layer on sintered ceramics.

本発明の第1の手段によればメタライズ層がその金属バルクの融点以下の温度で形成されるため下地セラミックスへの熱膨張差による応力を小さくしてくれる。又粉体焼結であるため、金属バルク溶融体固化と異なり、焼結後のセラミックス表面応力も小さくできる。この理由で極めて熱膨張の小さい石英へのメタライズが可能となると言う効果も奏するようになった。  According to the first means of the present invention, since the metallized layer is formed at a temperature lower than the melting point of the metal bulk, the stress due to the difference in thermal expansion to the underlying ceramic is reduced. Moreover, since it is powder sintering, unlike the metal bulk melt solidification, the ceramic surface stress after sintering can be reduced. For this reason, the effect that metallization to quartz with extremely small thermal expansion is possible has been achieved.

本発明の第2の手段によれば、焼結前のTi粒子は1部がセラミックスと金属粒子の中へ原子拡散してゆく。メタライズ層表面のTi粒子は粒径が小さければ金属粒子とは相互原子拡散し、セラミックス表面上に均一な合金を作る。メタライズ表面にあるTi原子は容易に酸化されて安定酸化物を作っていると思われる。従ってメタライズ層がロー付け時に配置されたカーボン製の治具に触れてもBAg−8銀ローの外にメタライズ層からTi原子が拡散してきてセラミックスとカーボン冶具がロー付けされる心配はないと言う効果を奏する。  According to the second means of the present invention, a part of the Ti particles before sintering is atomically diffused into the ceramic and metal particles. If the Ti particles on the surface of the metallized layer have a small particle size, they will diffuse with each other to form a uniform alloy on the ceramic surface. It seems that Ti atoms on the metallized surface are easily oxidized to form a stable oxide. Therefore, even if the metallized layer touches the carbon jig disposed during brazing, there is no concern that Ti atoms will diffuse from the metallized layer outside the BAg-8 silver solder and the ceramics and carbon jig will be brazed. There is an effect.

石英のメタライズでは請求項1の方法で直接メタライズが可能であるが、その構成金属微粒子群の中に金属微粒子と同サイズ以下の石英粉末を混入して同時に焼結させる事も可能である。するとメタライズ層の温度降下時の熱収縮率が小さくなり、石英とメタライズ層の間の応力が緩和される。  In the metallization of quartz, the metallization can be directly performed by the method of claim 1, but it is also possible to simultaneously sinter by mixing quartz powder having the same size or less as the metal fine particles into the constituent metal fine particle group. Then, the thermal contraction rate at the time of the temperature fall of a metallization layer becomes small, and the stress between quartz and a metallization layer is relieved.

石英に金属接合される部位が大きくなると更なる応力緩和策が必要となる。その対策として先ず既設のメタライズ層の上にヤング率の小さい金属粒子をそのバルク金属融点以下に加熱して焼結させる。メタライズ層がヘリュウ厶リークタイトを要求される場合には、この焼結体金属面にメッキを掛ける。これを真空中で加熱して焼き付ける。焼き付け温度は、先の焼結金属のバルク融点以下である。この上に被接合金属部材をロー付けすればよい。  As the part to be metal-bonded to quartz becomes larger, further stress relaxation measures are required. As a countermeasure, first, metal particles having a low Young's modulus are heated on the existing metallized layer below the melting point of the bulk metal and sintered. In the case where the metallized layer is required to be helium / leak tight, the sintered metal surface is plated. This is heated and baked in a vacuum. The baking temperature is equal to or lower than the bulk melting point of the sintered metal. What is necessary is just to braze a to-be-joined metal member on this.

本発明を実施するための最良の形態例として次の8例を挙げる。The following eight examples are given as the best mode for carrying out the present invention.

図1は本発明の実施形態の第1例を示す断面図である。図2は図1のA部即ち、メタライズ及びロー付け部位の詳細を示す部分拡大図である。
図1、図2において1は被ロー付け金属の銅板である。2は他の披ロー付け体であるアルミナセラミックスのリングである。銅板1の上部は円板状をなし下面の前記アルミナセラミックスリング2の上面に接する側は、外径21.65mm,内径が20.35mmの円筒状に加工しロー付けを容易にしている。アルミナセラミックスリング2のサイズは、外径24mm、内径18mm、厚さ6mmに加工してあり、角部は全て0.5mmの面取りを施してある。材料は(株)日本セラテック社より購入して実験に供した。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first example of an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a partially enlarged view showing details of a portion A of FIG. 1, that is, metallization and brazing portions.
In FIGS. 1 and 2, reference numeral 1 denotes a copper plate to be brazed. Reference numeral 2 denotes an alumina ceramic ring which is another brazing body. The upper part of the copper plate 1 is disk-shaped, and the lower side in contact with the upper surface of the alumina ceramic ring 2 is processed into a cylindrical shape having an outer diameter of 21.65 mm and an inner diameter of 20.35 mm to facilitate brazing. The alumina ceramic ring 2 is processed to have an outer diameter of 24 mm, an inner diameter of 18 mm, and a thickness of 6 mm, and all corners are chamfered to 0.5 mm. The materials were purchased from Nippon Ceratech Co., Ltd. and used for experiments.

メタライズは、Ti:20〜30μmの粒径の粉末と〜50μm角の銅箔片とを重量比で4対6に混合したものを有機バインダに溶かし込み、これを接合面に塗布乾燥させて真空炉で1000℃、20分間焼結してメタライズ層4を完成した。その上に銅板の円環部を図示の如く乗せBAg−8銀ローにより公知の方法で接着した。
本試験の結果はアルミナセラミックスリング2のメタライズド面には傷等の欠陥はなく極めて良好な接着状況であった。銀ローも極めて良好な接着状況にあった。
Metallization is a mixture of Ti: 20-30 μm particle size powder and ˜50 μm square copper foil pieces mixed in a weight ratio of 4 to 6, dissolved in an organic binder, applied to the joint surface, dried and vacuumed. The metallized layer 4 was completed by sintering in an oven at 1000 ° C. for 20 minutes. An annular portion of a copper plate was placed thereon as shown in the figure and adhered by a known method using BAg-8 silver solder.
The result of this test was that the metallized surface of the alumina ceramic ring 2 had no defects such as scratches and was in a very good adhesion state. Silver low was also in very good adhesion.

実施例2を図3,図4により説明する。図3は本発明の実施形態の第2例を示す断面図である。図4は図3のB部、即ちメタライズ層及びロー付け部位の詳細を示す部分拡大図である。
図3において10はコバール板である。該コバール板10は銅板1と異なり厚さ1mm、外径25mmの円板である。
5は窒化珪素リングである。該窒化珪素リング5のサイズは、外径14mm、内径8mm,厚さ9mmである。材料は、(株)日本セラテックの製品を購入して実験に供した。
A second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a sectional view showing a second example of the embodiment of the present invention. FIG. 4 is a partially enlarged view showing the details of the B portion of FIG. 3, that is, the metallized layer and the brazed portion.
In FIG. 3, 10 is a Kovar plate. Unlike the copper plate 1, the Kovar plate 10 is a disc having a thickness of 1 mm and an outer diameter of 25 mm.
5 is a silicon nitride ring. The silicon nitride ring 5 has an outer diameter of 14 mm, an inner diameter of 8 mm, and a thickness of 9 mm. Materials were purchased from Nippon Ceratech Co., Ltd. and used for experiments.

窒化珪素リング5には実施例1と同仕様のメタライズの材料を使用し、同じ温度条件でメタライズ層4を完成した。メタライズ層4の上に上記BAg−8銀ローを使用して銀ロー3によりコバール板10を接着した。
結果、銀ロー3はコバール板10を窒化珪素リング5上に強固に構成されたメタライズ層4に強固に接着していた。
A metallized material having the same specifications as in Example 1 was used for the silicon nitride ring 5, and the metallized layer 4 was completed under the same temperature conditions. The Kovar plate 10 was bonded onto the metallized layer 4 with the silver row 3 using the above BAg-8 silver row.
As a result, the silver row 3 firmly adhered the Kovar plate 10 to the metallized layer 4 that was firmly formed on the silicon nitride ring 5.

本発明によるメタライズ層4に溶着した銀ロー3が、該銀ロー3の溶融温度を超えてもカーボンを接着しない事を確認した。図5は本発明の実施形態の第3例を示す断面図である。図6は図5のC部即ち、メタライズ層及びロー付け部位の詳細を示す部分拡大図である。
図5において11はカーボン板である。該カーボン板11は板厚3mm、外径18mmの円板である。5は窒化珪素リングである。該窒化珪素リング5は実施例2で用いたものと同じ材料及び寸法のリングを用いた。なお12はウエイトである。該ウエイト12は外径が12mm、重量が500gの鉄製で荷重を窒化珪素リング5に直接及ぼすように該リング5にオーバラップして乗せてある。
It was confirmed that the silver row 3 welded to the metallized layer 4 according to the present invention did not adhere carbon even when the melting temperature of the silver row 3 was exceeded. FIG. 5 is a sectional view showing a third example of the embodiment of the present invention. FIG. 6 is a partially enlarged view showing details of a portion C of FIG. 5, that is, a metallized layer and a brazed portion.
In FIG. 5, 11 is a carbon plate. The carbon plate 11 is a disc having a thickness of 3 mm and an outer diameter of 18 mm. 5 is a silicon nitride ring. As the silicon nitride ring 5, a ring having the same material and dimensions as those used in Example 2 was used. Reference numeral 12 denotes a weight. The weight 12 is made of iron having an outer diameter of 12 mm and a weight of 500 g, and is placed on the ring 5 so as to directly apply a load to the silicon nitride ring 5.

前記目的のため実施例2と同手順及び条件で窒化珪素リング6の上端面にメタライズ層を完成し、その上に銀ローを溶着させ冷却固化したものに図5に示す如くカーボン板を乗せて重石12で押さえて、真空炉で900℃に20分間保持した。冷却後目視確認したが、メタライズ層4上の銀ロー3の面とカーボン板11とには付着の跡は見られなかった。
以上の実験によりTiと銅焼結メタライズ法によるセラミックスと金属の銀ロー付けにカーボン治具が使用可能であることが確認できた。
For this purpose, a metallized layer is completed on the upper end surface of the silicon nitride ring 6 under the same procedure and conditions as in Example 2, and a carbon plate is placed on the one obtained by depositing silver solder on it and cooling and solidifying it as shown in FIG. The sample was pressed with a weight 12 and held at 900 ° C. for 20 minutes in a vacuum furnace. As a result of visual confirmation after cooling, no marks of adhesion were found on the surface of the silver row 3 on the metallized layer 4 and the carbon plate 11.
From the above experiment, it was confirmed that a carbon jig can be used for silver brazing of ceramics and metal by the Ti and copper sintered metallization method.

実施例4を図7,図8により説明する。図7は本発明の実施形態の第4例を示す断面図である。図8は図7のD部即ち、メタライズ層及びロー付け部位の詳細を示す部分拡大図である。
図7において10はコバール板である。13は快削セラミックスである。該快削セラミックス13のサイズは、外径20mm、内径14mm,厚さ11mmを購入し実験に供した。
快削セラミックス13は実施例1と同仕様のメタライズの材料を使用し、同じ温度条件でメタライズ層4を完成した。又実施例2で説明したと同じ材料及び条件でメタライズ層4上にBAg−8銀ロー3によりコバール板10を接着した。
その結果、コバール板10は、快削セラミックスリング13上に強固に構成されたメタライズ層12に強固に接着していた。
A fourth embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a sectional view showing a fourth example of the embodiment of the present invention. FIG. 8 is a partially enlarged view showing details of a portion D in FIG.
In FIG. 7, reference numeral 10 denotes a Kovar plate. 13 is a free-cutting ceramic. As the size of the free-cutting ceramic 13, an outer diameter of 20 mm, an inner diameter of 14 mm, and a thickness of 11 mm were purchased and used for experiments.
The free-cutting ceramic 13 was made of a metallized material having the same specifications as in Example 1, and the metallized layer 4 was completed under the same temperature conditions. Further, the Kovar plate 10 was bonded to the metallized layer 4 with BAg-8 silver solder 3 under the same materials and conditions as described in Example 2.
As a result, the Kovar plate 10 was firmly bonded to the metallized layer 12 that was firmly formed on the free-cutting ceramic ring 13.

実施例5を図9により説明する。図9は本発明になるTiメタライズ法の実施形体第5例である。20は石英筒である。該石英筒20は外径10mm、内径7.4mm、高さ19mmの筒状を成している。21は無酸素銅管である該無酸素銅管21は石英筒20を収容する部分の内径を拡大してコンプレッションツールとしている。此処では接合部にBAg−8銀ローを流す方法と、ロー材を使わず、アルミニウム粉末を接合部隙間に詰め込んで真空中でアルミニウムの融点以下で溶融接合する方法を試みた。この結果セラミックスのアルミロー付けの場合を除き、セラミックスにクラックも入ることなく強固に接合できた。又ヘリュームタイトであった。  A fifth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows a fifth embodiment of the Ti metallization method according to the present invention. Reference numeral 20 denotes a quartz cylinder. The quartz cylinder 20 has a cylindrical shape with an outer diameter of 10 mm, an inner diameter of 7.4 mm, and a height of 19 mm. Reference numeral 21 denotes an oxygen-free copper tube. The oxygen-free copper tube 21 is a compression tool by enlarging the inner diameter of the portion accommodating the quartz cylinder 20. Here, a method of flowing BAg-8 silver solder through the joint and a method of melting and joining aluminum powder in the joint gap without using a brazing material in a vacuum below the melting point of aluminum were attempted. As a result, except for the case where the ceramic was brazed with aluminum, the ceramic could be joined firmly without cracks. It was helium tight.

図10は本発明の実施形態の第6例を示す断面図である。図11は図10のE部即ち、メタライズ層による接着部の状態を示す部分拡大図である。なお本実施例は実施例1におけるロー付けを略してメタライス層で直接接着したものである。従って図1と図2で説明した部分には同じ符号を付して説明を省略する。
図10において1は被ロー付け金属の銅板である。2は他の被ロー付け体であるアルミナセラミックスのリング2及びアルミナセラミックスリング2に代えて快削性セラミックス13との組み合わせも実験した。銅板1及び前記アルミナセラミックスリング2又は快削性セラミックス13の仕様は実施例1及び実施例4で説明したものと同じ仕様の部品を使用している。
図11に示す如くメタライズの材料は、Ti:20〜30μmの粒径の粉末と〜50μm角の銅箔片とを重量比で4対6に混合したものを有機バインダに溶かし込み、これを前記銅管1の下端とアルミナセラミックスリング2の接合部に盛り上げる上げるように塗布し乾燥させて真空炉で1000℃、20分間焼結してメタライズ層4を完成した。該接合部はBAg−8銀ローによると同様に確実に接合された。
本試験の結果はアルミナセラミックスリング2のメタライズド面には傷等の欠陥はなく銅側の接合部と共に極めて良好な接着状況であり且つヘリュームリークタイトであった。
又快削性セラミックスリング13のメタライズド面にも傷等の欠陥はなく銅側と共に接合部は極めて良好な接着状況であり、且つヘリュームリークタイトであった。
FIG. 10 is a sectional view showing a sixth example of the embodiment of the present invention. FIG. 11 is a partially enlarged view showing a state of an adhesive portion formed by the E portion of FIG. 10, that is, a metallized layer. In this example, the brazing in Example 1 is omitted and the metallized layer is directly bonded. Accordingly, the parts described in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
In FIG. 10, reference numeral 1 denotes a copper plate to be brazed. 2 also experimented with a combination of a free-cutting ceramic 13 instead of the alumina ceramic ring 2 and the alumina ceramic ring 2 which are other brazed bodies. The specifications of the copper plate 1 and the alumina ceramic ring 2 or the free-cutting ceramic 13 are parts having the same specifications as those described in the first and fourth embodiments.
As shown in FIG. 11, the material of the metallization is a mixture of Ti: 20-30 μm particle diameter powder and ˜50 μm square copper foil pieces in a weight ratio of 4 to 6, and this is dissolved in an organic binder. The metallized layer 4 was completed by coating and drying so as to rise up to the joint between the lower end of the copper tube 1 and the alumina ceramic ring 2 and sintering in a vacuum furnace at 1000 ° C. for 20 minutes. The joint was securely joined as in BAg-8 silver solder.
As a result of this test, the metallized surface of the alumina ceramic ring 2 had no defects such as scratches, and was in a very good adhesion state together with the copper-side joint, and was helium leak tight.
Also, the metallized surface of the free-cutting ceramic ring 13 was free from defects such as scratches, and the joint portion along with the copper side was in a very good adhesion state, and helium leak tight.

実施例7を図12、図13により説明する。図12は本発明の実施形態の第7例を示す断面図である。図13は図12のF部即ち、メタライズ層の詳細を示す部分拡大図である。なお本実施例は実施例2におけるロー付けを略してメタライス層で直接接着したものである。従って図3と図4で説明した部分には同じ符号を付して説明を省略する。
図7において10は前記コバール板である。5は前記窒化珪素リングである。13は前記快削セラミックスである。
快削セラミックス13は実施例2と同仕様のメタライズの材料を使用し、同じ温度条件でメタライズ層4によりコバール板10を接着した。その結果、コバール板10は快削セラミックスリング13上に強固に構成されたメタライズ層4に強固に接着していた。又メタライズ層4はヘリュウムリークタイトであった。
A seventh embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 12 is a sectional view showing a seventh example of the embodiment of the present invention. FIG. 13 is a partially enlarged view showing the details of the F portion of FIG. 12, that is, the metallized layer. In this example, the brazing in Example 2 is omitted and the metallized layer is directly bonded. Therefore, the same reference numerals are given to the portions described in FIG. 3 and FIG.
In FIG. 7, reference numeral 10 denotes the Kovar plate. 5 is the silicon nitride ring. Reference numeral 13 denotes the free-cutting ceramic.
As the free-cutting ceramics 13, a metallized material having the same specifications as in Example 2 was used, and the Kovar plate 10 was bonded by the metallized layer 4 under the same temperature conditions. As a result, the Kovar plate 10 was firmly bonded to the metallized layer 4 firmly formed on the free-cutting ceramic ring 13. The metallized layer 4 was helium liquefied.

実施例8を図14により説明する。図14は本発明になるTiメタライズ法の実施の形体例である。本実施例においては、実施例5で説明した場合の銀ロー3に代えてメタライズ層4で石英筒と無酸化銅管を接着しようとするものである。従って実施例5で説明したと同じ部分及び材料の処理について同じ符号を付して説明を省略する。
図14において20は前記石英筒である。21は無酸化銅である。23はメタライズ層である。
Example 8 will be described with reference to FIG. FIG. 14 shows an example of the shape of the Ti metallization method according to the present invention. In this embodiment, the quartz tube and the non-oxidized copper tube are to be bonded by the metallized layer 4 instead of the silver row 3 described in the fifth embodiment. Accordingly, the same parts and materials as those described in the fifth embodiment are designated by the same reference numerals and description thereof is omitted.
In FIG. 14, 20 is the quartz cylinder. 21 is copper oxide free. Reference numeral 23 denotes a metallized layer.

この結果セラミックスにクラックも入ることなく強固に接合できた。又ヘリュームリークタイトであった。  As a result, the ceramics could be joined firmly without cracks. It was helium leak tight.

従来接着が困難であった窒化物系、炭化物系、及び快削性セラミックス及び石英についてついてメタライズ化に道を開くことが出来た。これにより金属と、これらセラミックスとの接着に道を開くことが出来た。これによりこれらセラミックスを使用した製品について信頼性が高く且つ耐久性の優れた製品を製造することが出来る。  We have opened the way to metallization of nitrides, carbides, and free-cutting ceramics and quartz, which have been difficult to bond. This has opened the way for adhesion between metals and these ceramics. As a result, a product using these ceramics can be manufactured with high reliability and excellent durability.

本発明の実施例1を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining Example 1 of this invention. 図1のA部拡大図である。It is the A section enlarged view of FIG. 本発明の実施例2を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining Example 2 of this invention. 図3のB部拡大図である。It is the B section enlarged view of FIG. 本発明の実施例3を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining Example 3 of this invention. 図5のC部拡大図である。It is the C section enlarged view of FIG. 本発明の実施例4を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining Example 4 of this invention. 図7のD部拡大図である。It is the D section enlarged view of FIG. 本発明の実施例5を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining Example 5 of this invention. 本発明の実施例6を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining Example 6 of this invention. 図10のE部拡大図であるIt is the E section enlarged view of FIG. 本発明の実施例7を説明する断面図であるIt is sectional drawing explaining Example 7 of this invention. 図12のF部の拡大図である。It is an enlarged view of the F section of FIG. 本発明の実施例8を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining Example 8 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 銅板
2 アルミナセラミックスリング
3、22 BAg−8銀ロー
4、23 TiとCuの焼結メタライズ層
5 窒化珪素セラミックスリング
10 コバール板
11 カーボン板
12 ウエイト
13 快削セラミックスリング
20 石英管
21 無酸化銅管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Copper plate 2 Alumina ceramic ring 3, 22 BAg-8 silver low 4, 23 Sintered metallization layer of Ti and Cu 5 Silicon nitride ceramic ring 10 Kovar plate 11 Carbon plate 12 Weight 13 Free-cutting ceramic ring 20 Quartz tube 21 Non-oxidized copper tube

Claims (3)

粒径が共に50μm以下のTi、TiH或はTiHの粉末とFe、Ni、Cu、Ag,Au、Ta、及びWの粉末の何れか1種類をTi粉末の重量比が10%以上60%以下となるように混合したものをメタライズすべきセラミックス表面の部位に塗布し、真空中又は不活性ガス雰囲気下或いは水素を含んだ不活性ガス雰囲気下で500℃以上且つTiと混合する金属バルク材の融点よりも低い温度で焼結することを特徴とする焼結セラミックスのメタライズ法。Any one of Ti, TiH or TiH 2 powders with a particle size of 50 μm or less and Fe, Ni, Cu, Ag, Au, Ta, and W powders. The weight ratio of Ti powder is 10% to 60%. A metal bulk material that is applied to a portion of the ceramic surface to be metallized so as to become the following, and is mixed with Ti at 500 ° C. or higher in a vacuum or in an inert gas atmosphere or an inert gas atmosphere containing hydrogen. A sintered ceramics metallization method characterized by sintering at a temperature lower than the melting point of the sintered ceramics. 粒径が50μm以下の被メタライズセラミックスの粉末を重量比で2%以上50%以下となるように混在させたことを特徴とする請求項1に記載の焼結セラミックスのメタライズ法。  2. The method of metallizing sintered ceramics according to claim 1, wherein powders of metallized ceramics having a particle size of 50 μm or less are mixed so as to be 2% to 50% by weight. 900度以上の焼結温度とする場合、Ti,TiH、又はTiH粉のいずれかに代えてTiOを使用することを特徴とする請求項1及び請求項2に記載の焼結セラミックスのメタライズ法。3. The sintered ceramics metallization according to claim 1, wherein TiO 2 is used instead of Ti, TiH, or TiH 2 powder when the sintering temperature is 900 ° C. or more. Law.
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