JP2014125416A - Ceramic-metal joined body, and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ceramic-metal joined body having high joint reliability, and to provide a manufacturing method thereof.SOLUTION: A ceramic-metal joined body 10 is formed by joining a ceramic member 1 and a metal member 2 with a brazing material 4. The ceramic member 1 includes: a convex portion 1a protruding from a surface 1aa of the ceramic member 1; and a bonding layer 3 which contains an active metal capable of reacting with the ceramic member 1, bonds the ceramic member 1 and the brazing material 4, and is provided to the surface 1aa around the convex portion 1a. The metal member 2 has a concave portion 2a fitting to the convex portion 1a and provided to a joint end portion 2b on the ceramic member 1 side. The brazing material 4 is in contact with the bonding layer 3 and an outer periphery 2ba of the joint end portion 2b.

Description

本発明は、セラミックス−金属の接合体およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a ceramic-metal joined body and a method for producing the same.

従来より、セラミック材料からなるセラミックス部材と金属材料からなる金属部材とを、ろう付けにより接合することが行われている。セラミックス部材は、ろう付けにより金属部材と接合して、たとえば、電磁継電機、真空スイッチやセラミックス放熱用電子部品などに利用されている。   Conventionally, a ceramic member made of a ceramic material and a metal member made of a metal material are joined by brazing. A ceramic member is joined to a metal member by brazing and is used, for example, in an electromagnetic relay, a vacuum switch, a ceramic heat dissipation electronic component, or the like.

この種のセラミックス−金属の接合体として、図１１に示す、セラミック部材１０２と接する反応層１０４と、金属部材１０３と接するろう材１０５とを介して、金属部材１０３とセラミック部材１０２とを接合するものが知られている（たとえば、特許文献１）。   As this kind of ceramic-metal joined body, the metal member 103 and the ceramic member 102 are joined via a reaction layer 104 in contact with the ceramic member 102 and a brazing material 105 in contact with the metal member 103 shown in FIG. The thing is known (for example, patent document 1).

特許文献１のセラミックス−金属の接合体たる金属−セラミック接合体１００は、金属部材１０３がＮｉを含有している。金属−セラミック接合体１００は、反応層１０４が、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆから選択される１種または２種以上の活性金属を含んでいる。金属−セラミック接合体１００は、セラミック部材１０２上に反応層１０４をメタライズ処理により形成する一次ろう付けを行った後、金属部材１０３とセラミック部材１０２とをろう材１０５による二次ろう付けにより接合している。   In the metal-ceramic bonded body 100 which is a ceramic-metal bonded body of Patent Document 1, the metal member 103 contains Ni. In the metal-ceramic bonding body 100, the reaction layer 104 contains one or more active metals selected from Ti, Zr, and Hf. The metal-ceramic bonded body 100 is formed by performing primary brazing for forming the reaction layer 104 on the ceramic member 102 by metallization, and then bonding the metal member 103 and the ceramic member 102 by secondary brazing with the brazing material 105. ing.

特許文献１の金属−セラミック接合体１００は、ろう材１０５中に活性金属とＮｉとを含有する金属間化合物が形成されることを抑制し、金属部材１０３とセラミック部材１０２との接合状態を安定させ、かつ接合強度を高くすることができる、としている。   The metal-ceramic bonded body 100 of Patent Document 1 suppresses the formation of an intermetallic compound containing an active metal and Ni in the brazing material 105 and stabilizes the bonding state between the metal member 103 and the ceramic member 102. In addition, the bonding strength can be increased.

特開２００１−２２０２５３号公報JP 2001-220253 A

ところで、セラミックス−金属の接合体では、接合強度のより高いものが求められている。また、セラミックス−金属の接合体では、ろう材の使用量がより少ないものが求められている。特許文献１の金属−セラミック接合体１００では、一次ろう付けと、二次ろう付けとを行っており、反応層１０４やろう材１０５の使用量を少なくすることが難しい傾向にある。また、特許文献１の金属−セラミック接合体１００は、反応層１０４やろう材１０５の使用量を少なくすると、ろう材１０５のフィレットの大きさが小さくなり、ろう材１０５の一部にフィレットが小さくなる現象（以下、フィレットの引けともいう）が生ずる恐れがある。金属−セラミック接合体１００は、ろう材１０５にフィレットの引けが生ずると、金属部材１０３とセラミック部材１０２との接合信頼性が低下する場合がある。   By the way, a ceramic-metal bonded body having a higher bonding strength is required. Further, a ceramic-metal bonded body is required that uses less brazing material. In the metal-ceramic bonding body 100 of Patent Document 1, primary brazing and secondary brazing are performed, and it is difficult to reduce the amount of the reaction layer 104 and the brazing material 105 used. Further, in the metal-ceramic bonded body 100 of Patent Document 1, when the amount of the reaction layer 104 and the brazing material 105 used is reduced, the size of the fillet of the brazing material 105 is reduced, and the fillet is small in a part of the brazing material 105. (Hereinafter also referred to as fillet closing). In the metal-ceramic bonded body 100, when fillet shrinkage occurs in the brazing material 105, the bonding reliability between the metal member 103 and the ceramic member 102 may decrease.

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、接合信頼性のより高いセラミックス−金属の接合体およびその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described reasons, and an object thereof is to provide a ceramic-metal bonded body with higher bonding reliability and a method for manufacturing the same.

本発明のセラミックス−金属の接合体は、セラミックス部材と金属部材とを、ろう材により接合したセラミックス−金属の接合体であって、上記セラミックス部材は、該セラミックス部材の表面から突出する凸状部位を備え、上記セラミックス部材と反応可能な活性金属を含み上記セラミックス部材と上記ろう材との接着を行う接着層を上記凸状部位周りの上記表面に有しており、上記金属部材は、上記凸状部位と嵌合する凹状部位を上記セラミックス部材側の接合端部に備えており、上記ろう材は、上記接着層および上記接合端部の外周に接していることを特徴とする。   The ceramic-metal joined body of the present invention is a ceramic-metal joined body in which a ceramic member and a metal member are joined by a brazing material, and the ceramic member is a convex portion protruding from the surface of the ceramic member. Including an active metal capable of reacting with the ceramic member and having an adhesive layer on the surface around the convex portion for bonding the ceramic member and the brazing material. A concave portion that fits in the shape portion is provided at the joining end portion on the ceramic member side, and the brazing material is in contact with the outer periphery of the adhesive layer and the joining end portion.

このセラミックス−金属の接合体において、上記金属部材は、上記ろう材と接する上記外周に上記ろう材のフィレットを形成するフィレット形成領域を有し、該フィレット形成領域に上記ろう材に対して上記金属部材よりも濡れ性の高い金属膜を備えていることが好ましい。   In the ceramic-metal joined body, the metal member has a fillet forming region that forms a fillet of the brazing material on the outer periphery in contact with the brazing material, and the metal is bonded to the brazing material in the fillet forming region. It is preferable to provide a metal film having higher wettability than the member.

このセラミックス−金属の接合体において、上記金属部材は、上記接合端部が上記セラミックス部材側に向かって先細りする外表面を有しており、該外表面が平面状あるいは外側に向かって膨らむ曲面状であることが好ましい。   In this ceramic-metal bonded body, the metal member has an outer surface in which the bonding end portion tapers toward the ceramic member side, and the outer surface is a flat surface or a curved surface bulging outward. It is preferable that

本発明のセラミックス−金属の接合体の製造方法は、酸化物系セラミックあるいは窒化物系セラミックよりなるセラミックス部材と、Ｎｉを含有し主としてＦｅよりなる金属部材とを、ＡｇとＣｕとの合金を含むろう材により接合するセラミックス−金属の接合体の製造方法であって、上記セラミックス部材の表面から突出する凸状部位と、該凸状部位と嵌合する凹状部位を備えた上記金属部材とを、上記凸状部位周りの上記表面に設けられＴｉを含有するペースト材および該ペースト材上のＡｇとＣｕとの合金よりなる金属材を介して配置する配置工程と、減圧雰囲気において、５分から３０分の間、上記ペースト材と上記金属材とを７９０℃から８５０℃の温度範囲内で加熱処理して上記金属材を溶融させることにより、上記セラミックス部材と上記金属部材とをろう付けするろう付け工程とを有することを特徴とする。   The method for producing a ceramic-metal joined body of the present invention includes a ceramic member made of an oxide ceramic or a nitride ceramic, a metal member containing Ni and mainly made of Fe, and an alloy of Ag and Cu. A method for producing a ceramic-metal joined body to be joined by a brazing material, the convex part projecting from the surface of the ceramic member, and the metal member provided with a concave part fitted to the convex part, 5 to 30 minutes in a reduced pressure atmosphere, a placement step of placing the paste material containing Ti provided on the surface around the convex portion and a metal material made of an alloy of Ag and Cu on the paste material, The paste material and the metal material are heated in a temperature range of 790 ° C. to 850 ° C. to melt the metal material. And having a brazing step of brazing the member and the metal member.

このセラミックス−金属の接合体の製造方法において、上記ろう付け工程に先立って、粉末状のＴｉＨ２を含有する上記ペースト材を上記表面に印刷するスクリーン印刷工程を有することを特徴する。 This method for producing a ceramic-metal bonded body is characterized by having a screen printing step of printing the paste material containing powdered TiH 2 on the surface prior to the brazing step.

このセラミックス−金属の接合体の製造方法において、上記ペースト材は、上記ペースト材中に２０重量％から４０重量％のＴｉＨ２を有することが好ましい。 In this method for producing a ceramic-metal joined body, the paste material preferably has 20% to 40% by weight of TiH 2 in the paste material.

本発明のセラミックス−金属の接合体は、接合信頼性をより高くすることが可能となる。   The ceramic-metal bonded body of the present invention can further increase the bonding reliability.

本発明のセラミックス−金属の接合体の製造方法は、接合信頼性のより高いセラミックス−金属の接合体を製造することが可能となる。   The method for producing a ceramic-metal joined body of the present invention makes it possible to produce a ceramic-metal joined body with higher joining reliability.

実施形態１のセラミックス−金属の接合体を示す略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a ceramic-metal joined body according to Embodiment 1. FIG. 実施形態１のセラミックス−金属の接合体の製造工程を説明する工程図である。3 is a process diagram illustrating a manufacturing process of the ceramic-metal joined body according to Embodiment 1. FIG. 実施形態１の別のセラミックス−金属の接合体を示す略断面図である。3 is a schematic cross-sectional view showing another ceramic-metal joined body of Embodiment 1. FIG. 比較例１のセラミックス−金属の接合体を示す略断面図である。6 is a schematic cross-sectional view showing a ceramic-metal joined body of Comparative Example 1. FIG. 比較例１のセラミックス−金属の接合体の製造工程を説明する工程図である。6 is a process diagram illustrating a manufacturing process of a ceramic-metal joined body of Comparative Example 1. FIG. 比較例２のセラミックス−金属の接合体を示す略断面図である。6 is a schematic cross-sectional view showing a ceramic-metal joined body of Comparative Example 2. FIG. 比較例３のセラミックス−金属の接合体を示す略断面図である。6 is a schematic cross-sectional view showing a ceramic-metal joined body of Comparative Example 3. FIG. 実施形態２のセラミックス−金属の接合体を示す略断面図である。6 is a schematic cross-sectional view showing a ceramic-metal joined body of Embodiment 2. FIG. 実施形態３のセラミックス−金属の接合体を示す略断面図である。6 is a schematic cross-sectional view showing a ceramic-metal bonded body according to Embodiment 3. FIG. 実施形態３の別のセラミックス−金属の接合体を示す略断面図である。6 is a schematic cross-sectional view showing another ceramic-metal joined body of Embodiment 3. FIG. 従来の金属−セラミック接合体を示す拡大模式図である。It is an expansion schematic diagram which shows the conventional metal-ceramics joined body.

（実施形態１）
本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０を図１に基づいて説明し、セラミックス−金属の接合体１０の製造方法を図２を用いて説明する。なお、図中において同じ部材に対しては、同じ番号を付している。 (Embodiment 1)
The ceramic-metal joined body 10 of this embodiment will be described with reference to FIG. 1, and a method for manufacturing the ceramic-metal joined body 10 will be described with reference to FIG. In addition, the same number is attached | subjected to the same member in the figure.

本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０は、セラミックス部材１と金属部材２とを、ろう材４により接合している。セラミックス部材１は、セラミックス部材１の表面１ａａから突出する凸状部位１ａを備えている。セラミックス部材１は、セラミックス部材１と反応可能な活性金属を含みセラミックス部材１とろう材４との接着を行う接着層３を凸状部位１ａ周りの表面１ａａに有している。金属部材２は、凸状部位１ａと嵌合する凹状部位２ａをセラミックス部材１側の接合端部２ｂに備えている。ろう材４は、接着層３および接合端部２ｂの外周２ｂａに接している。   In the ceramic-metal joined body 10 of this embodiment, the ceramic member 1 and the metal member 2 are joined by the brazing material 4. The ceramic member 1 includes a convex portion 1a protruding from the surface 1aa of the ceramic member 1. The ceramic member 1 has an adhesive layer 3 containing an active metal capable of reacting with the ceramic member 1 and performing adhesion between the ceramic member 1 and the brazing material 4 on the surface 1aa around the convex portion 1a. The metal member 2 includes a concave portion 2a that fits with the convex portion 1a at the bonding end 2b on the ceramic member 1 side. The brazing material 4 is in contact with the adhesive layer 3 and the outer periphery 2ba of the joining end 2b.

これにより、本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０は、接合信頼性をより高くすることが可能となる。   As a result, the ceramic-metal bonded body 10 of the present embodiment can have higher bonding reliability.

より具体的には、本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０は、セラミックス部材１として、酸化物系セラミックを用いている。酸化物系セラミックは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の含有率が９２％のセラミック材料を用いることができる。なお、セラミックス部材１には、アルミナの他、セラミックス部材１の基礎となるグリーンシート（図示していない）に使用される焼結助剤から生ずる、酸化珪素、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化バリウム、酸化ホウ素や酸化ジルコニウムなどが含まれている。セラミックス部材１は、セラミックス部材１の表面１ａａから突出する凸状部位１ａを備えている。凸状部位１ａは、凸状部位１ａの形状に対応した突出部を備えるグリーンシートを焼成することにより形成することができる。セラミックス部材１は、凸状部位１ａ周りの表面１ａａに活性金属としてＴｉを含む接着層３を有している。 More specifically, the ceramic-metal joined body 10 of this embodiment uses an oxide ceramic as the ceramic member 1. As the oxide ceramic, a ceramic material having an alumina (Al 2 O 3 ) content of 92% can be used. The ceramic member 1 includes, in addition to alumina, silicon oxide, calcium oxide, magnesium oxide, barium oxide, produced from a sintering aid used for a green sheet (not shown) that is the basis of the ceramic member 1. Boron oxide and zirconium oxide are included. The ceramic member 1 includes a convex portion 1a protruding from the surface 1aa of the ceramic member 1. The convex part 1a can be formed by baking a green sheet provided with a protrusion corresponding to the shape of the convex part 1a. The ceramic member 1 has an adhesive layer 3 containing Ti as an active metal on the surface 1aa around the convex portion 1a.

金属部材２は、金属部材２の金属材料として、Ｎｉを含有し主としてＦｅよりなる金属材料を用いている。金属部材２は、Ｎｉを含有し主としてＦｅよりなる金属材料として、４２アロイ（４２Ｎｉ−Ｆｅ）を用いている。４２アロイは、熱膨張率がアルミナに比較的近い鉄合金である。金属部材２は、セラミックス部材１側の接合端部２ｂをプレス加工などすることにより接合端部２ｂの中央部を窪まして、セラミックス部材１の凸状部位１ａと嵌合可能な凹状部位２ａを形成することができる。本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０では、金属部材２は、凸状部位１ａの突出高さよりも窪み深さが若干浅い凹状部位２ａを備えている。セラミックス−金属の接合体１０は、セラミックス部材１側の接合面となる表面１ａａの表面積を、金属部材２側の接合端部２ｂにおける端面２ｃａの表面積よりも大きくしている。   The metal member 2 uses a metal material containing Ni and mainly made of Fe as the metal material of the metal member 2. The metal member 2 uses 42 alloy (42Ni-Fe) as a metal material containing Ni and mainly made of Fe. 42 alloy is an iron alloy whose thermal expansion coefficient is relatively close to that of alumina. The metal member 2 has a concave portion 2a that can be fitted to the convex portion 1a of the ceramic member 1 by pressing the joint end portion 2b on the ceramic member 1 side to dent the central portion of the joint end portion 2b. can do. In the ceramic-metal bonded body 10 of the present embodiment, the metal member 2 includes a concave portion 2a having a slightly shallower depth than the protruding height of the convex portion 1a. In the ceramic-metal bonded body 10, the surface area of the surface 1aa serving as the bonding surface on the ceramic member 1 side is made larger than the surface area of the end surface 2ca in the bonding end portion 2b on the metal member 2 side.

セラミックス−金属の接合体１０は、ろう材４により、セラミックス部材１と金属部材２とを接合している。ろう材４は、ろう材４の材料として、ＡｇとＣｕとの合金を用いている。より詳細には、ろう材４は、ＡｇとＣｕとの合金として、Ａｇ−Ｃｕ系合金である銀ろうを用いている。Ａｇ−Ｃｕ系合金である銀ろうは、ＪＩＳ−Ｚ３２６１の銀ろう（ＢＡｇ−８（Ａｇ：Ｃｕ＝１８：７））を用いている。セラミックス−金属の接合体１０は、セラミックス部材１の凸状部位１ａに金属部材２の凹状部位２ａを嵌め合わせている。セラミックス−金属の接合体１０は、凸状部位１ａと凹状部位２ａとを嵌め合わせた状態で、ろう材４が接着層３、凸状部位１ａおよび金属部材２に接している。セラミックス−金属の接合体１０は、凸状部位１ａと凹状部位２ａとを嵌め合わせた状態で、ろう材４によりセラミックス部材１と金属部材２とを接合している。   The ceramic-metal joined body 10 joins the ceramic member 1 and the metal member 2 with a brazing material 4. The brazing material 4 uses an alloy of Ag and Cu as the material of the brazing material 4. More specifically, the brazing material 4 uses silver brazing which is an Ag—Cu based alloy as an alloy of Ag and Cu. As the silver brazing which is an Ag-Cu alloy, JIS-Z3261 silver brazing (BAg-8 (Ag: Cu = 18: 7)) is used. The ceramic-metal bonded body 10 has the concave portion 2 a of the metal member 2 fitted into the convex portion 1 a of the ceramic member 1. In the ceramic-metal joined body 10, the brazing material 4 is in contact with the adhesive layer 3, the convex portion 1 a, and the metal member 2 in a state where the convex portion 1 a and the concave portion 2 a are fitted together. The ceramic-metal joined body 10 joins the ceramic member 1 and the metal member 2 with the brazing material 4 in a state where the convex portion 1a and the concave portion 2a are fitted together.

セラミックス−金属の接合体１０は、金属部材２側からセラミックス部材１側に向けて裾拡がりの形状となるろう材４のフィレット４ｂを備えている。セラミックス−金属の接合体１０は、ろう材４のフィレット４ｂが金属部材２のフィレット形成領域２ｂｂを埋没させる形で金属部材２の接合端部２ｂの外周２ｂａを覆って接着層３と接合している。   The ceramic-metal joined body 10 is provided with a fillet 4b of a brazing material 4 having a shape that spreads from the metal member 2 side toward the ceramic member 1 side. The ceramic-metal joined body 10 is joined to the adhesive layer 3 so as to cover the outer periphery 2ba of the joining end 2b of the metal member 2 in such a manner that the fillet 4b of the brazing material 4 embeds the fillet forming region 2bb of the metal member 2. Yes.

以下、上述のセラミックス−金属の接合体１０を製造する製造方法について図２を用いて説明する。   A manufacturing method for manufacturing the ceramic-metal bonded body 10 will be described below with reference to FIG.

本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０の製造方法は、予め接合面となる表面１ａａの中央部から突出する凸状部位１ａを備えたセラミックス部材１を準備する（図２（ａ）を参照）。   In the method for manufacturing the ceramic-metal joined body 10 of the present embodiment, a ceramic member 1 having a convex portion 1a protruding from the center of the surface 1aa serving as a joint surface is prepared in advance (see FIG. 2A). ).

次に、セラミックス−金属の接合体１０の製造方法では、活性金属としてＴｉを含む接着層３の基礎となるペースト材３ａを、凸状部位１ａ周りの表面１ａａ上に形成する（図２（ｂ）を参照）。ペースト材３ａは、粉末状のＴｉＨ２を３０重量％で有機バインダ中に含有させたものを用いている。なお、ペースト材３ａは、粉末状のＴｉＨ２の他にＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ粒子を含有させていてもよい。セラミックス部材１は、セラミックス部材１の表面１ａａにペースト材３ａを、たとえば、厚さ２００μｍで形成する。本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０の製造方法では、粒子状のＴｉＨ２を含有するペースト材３ａを表面１ａａに印刷するスクリーン印刷工程を行っている。セラミックス部材１は、スクリーン印刷により、凸状部位１ａ周りの表面１ａａ上にペースト材３ａを比較的簡単に形成することができる。なお、接着層３の基礎となるペースト材３ａは、スクリーン印刷により塗布するだけでなく、ディスペンスにより塗布してもよい。 Next, in the method for manufacturing the ceramic-metal joined body 10, the paste material 3a serving as the basis of the adhesive layer 3 containing Ti as an active metal is formed on the surface 1aa around the convex portion 1a (FIG. 2B). )). As the paste material 3a, a powdery TiH 2 containing 30% by weight in an organic binder is used. Note that the paste material 3a may contain Sn—Ag—Cu particles in addition to the powdered TiH 2 . In the ceramic member 1, a paste material 3a is formed on the surface 1aa of the ceramic member 1 with a thickness of 200 μm, for example. In the method for manufacturing the ceramic-metal joined body 10 of the present embodiment, a screen printing process is performed in which the paste material 3a containing particulate TiH 2 is printed on the surface 1aa. The ceramic member 1 can relatively easily form the paste material 3a on the surface 1aa around the convex portion 1a by screen printing. Note that the paste material 3a serving as the basis of the adhesive layer 3 may be applied not only by screen printing but also by dispensing.

次に、セラミックス部材１は、ろう材４の基礎となる金属材４ａをペースト材３ａ上に配置する。セラミックス−金属の接合体１０の製造方法では、位置決め用のろう付け治具（図示していない）を用いて、凸状部位１ａを挟み込むようにペースト材３ａ上に金属材４ａを配置する。セラミックス部材１は、凸状部位１ａ周りのペースト材３ａを介して、金属材４ａが配置される（図２（ｃ）を参照）。金属材４ａは、セラミックス部材１の表面１ａａ上にペースト材３ａ介して配置した金属材４ａと、金属部材２の凹状部位２ａを有する接合端部２ｂとが、当接可能な金属材４ａの厚みとしている。金属材４ａは、たとえば、厚み０．０５ｍｍの金属箔を使用することができる。金属材４ａは、ろう材４の基礎となる材料であり、Ａｇ−Ｃｕ系合金（Ａｇ：Ｃｕ＝１８：７）を用いている。   Next, the ceramic member 1 arrange | positions the metal material 4a used as the foundation of the brazing material 4 on the paste material 3a. In the method of manufacturing the ceramic-metal joined body 10, the metal material 4a is disposed on the paste material 3a so as to sandwich the convex portion 1a by using a positioning brazing jig (not shown). As for the ceramic member 1, the metal material 4a is arrange | positioned through the paste material 3a around the convex-shaped site | part 1a (refer FIG.2 (c)). The metal material 4a has a thickness of the metal material 4a with which the metal material 4a disposed on the surface 1aa of the ceramic member 1 via the paste material 3a and the joining end 2b having the concave portion 2a of the metal member 2 can abut. It is said. As the metal material 4a, for example, a metal foil having a thickness of 0.05 mm can be used. The metal material 4a is a material that is the basis of the brazing material 4, and uses an Ag—Cu alloy (Ag: Cu = 18: 7).

セラミックス−金属の接合体１０の製造方法は、金属部材２の凹状部位２ａをセラミックス部材１の凸状部位１ａに嵌め合わせた状態で、金属材４ａ上に金属部材２の接合端部２ｂを載置する。なお、金属部材２は、セラミックス部材１の凸状部位１ａに対向する形で凹状部位２ａをプレス加工などによりセラミックス部材１とは別途に形成したものを予め準備している。   The manufacturing method of the ceramic-metal joined body 10 is such that the joint end 2b of the metal member 2 is mounted on the metal material 4a in a state where the concave portion 2a of the metal member 2 is fitted to the convex portion 1a of the ceramic member 1. Put. The metal member 2 is prepared in advance so that the concave portion 2a is formed separately from the ceramic member 1 by pressing or the like so as to face the convex portion 1a of the ceramic member 1.

次に、セラミックス−金属の接合体１０の製造方法は、金属材４ａ上に金属部材２を載置して固定する位置決め用のろう付け治具ごと、セラミックス部材１と金属部材２とを加熱炉３０内に収納する（図２（ｄ）を参照）。セラミックス−金属の接合体１０の製造方法は、金属部材２の凹状部位２ａをセラミックス部材１の凸状部位１ａに嵌め合わせた状態で、加熱炉３０にて減圧雰囲気において、加熱処理をする。セラミックス−金属の接合体１０の製造方法は、加熱炉３０内で、所定の雰囲気および所定の加熱温度で所定時間保持することにより、ろう付けするろう付け工程を行う。   Next, the method for manufacturing the ceramic-metal joined body 10 includes heating the ceramic member 1 and the metal member 2 together with the positioning brazing jig for mounting and fixing the metal member 2 on the metal material 4a. 30 (see FIG. 2D). In the manufacturing method of the ceramic-metal bonded body 10, heat treatment is performed in a reduced pressure atmosphere in the heating furnace 30 in a state where the concave portion 2 a of the metal member 2 is fitted to the convex portion 1 a of the ceramic member 1. In the method of manufacturing the ceramic-metal bonded body 10, a brazing process of brazing is performed by holding in a heating furnace 30 at a predetermined atmosphere and a predetermined heating temperature for a predetermined time.

本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０の製造方法は、ろう付け工程の条件として、加熱炉３０内の真空度を１．０×１０−３Ｐａの減圧雰囲気としている。セラミックス−金属の接合体１０の製造方法は、ろう付け工程の条件として、加熱炉３０の加熱温度を８２０℃としている。セラミックス−金属の接合体１０の製造方法は、ろう付け工程の条件として、加熱炉３０の加熱保持時間を１０分としている。 In the method of manufacturing the ceramic-metal bonded body 10 of the present embodiment, the vacuum degree in the heating furnace 30 is set to a reduced pressure atmosphere of 1.0 × 10 −3 Pa as a condition for the brazing process. In the method for manufacturing the ceramic-metal joined body 10, the heating temperature of the heating furnace 30 is set to 820 ° C. as a condition of the brazing process. In the method for manufacturing the ceramic-metal bonded body 10, the heating and holding time of the heating furnace 30 is set to 10 minutes as a condition of the brazing process.

セラミックス−金属の接合体１０の製造方法は、金属材４ａを溶融して、ＡｇとＣｕとの合金を含むろう材４を形成する場合、ろう付け工程の加熱温度を７９０℃から８５０℃とするのが好ましい。セラミックス−金属の接合体１０の製造方法は、金属材４ａを溶融して、ＡｇとＣｕとの合金を含むろう材４を形成する場合、ろう付け工程の加熱保持時間を５分から３０分の間とすることが好ましい。   In the method of manufacturing the ceramic-metal joined body 10, when the metal material 4a is melted to form the brazing material 4 containing an alloy of Ag and Cu, the heating temperature in the brazing process is set to 790 ° C to 850 ° C. Is preferred. In the method of manufacturing the ceramic-metal joined body 10, when the metal material 4a is melted to form the brazing material 4 containing an alloy of Ag and Cu, the heating and holding time of the brazing process is set between 5 minutes and 30 minutes. It is preferable that

セラミックス−金属の接合体１０の製造方法は、加熱温度が７９０℃よりも低く、且つ加熱保持時間が５分よりも短い場合、ろう材４の濡れが不十分となりやすい傾向にある。また、セラミックス−金属の接合体１０の製造方法は、加熱温度が８５０℃よりも高く、且つ加熱保持時間が３０分よりも長い場合、ろう材４の濡れ性が高くなりすぎる傾向にある。ろう材４の濡れ性が高くなりすぎるとなるセラミックス−金属の接合体１０では、金属部材２側へろう材４が這い上がり過ぎる傾向にある。   In the manufacturing method of the ceramic-metal joined body 10, when the heating temperature is lower than 790 ° C. and the heating and holding time is shorter than 5 minutes, the brazing material 4 tends to be insufficiently wet. Further, in the method for manufacturing the ceramic-metal joined body 10, when the heating temperature is higher than 850 ° C. and the heating and holding time is longer than 30 minutes, the wettability of the brazing material 4 tends to be too high. In the ceramic-metal joined body 10 in which the wettability of the brazing material 4 becomes too high, the brazing material 4 tends to crawl up toward the metal member 2 side.

セラミックス−金属の接合体１０の製造方法は、ろう付け工程の雰囲気を減圧雰囲気で行うことが好ましい。セラミックス−金属の接合体１０の製造方法は、真空度として、１．０×１０−３Ｐａ以下とすることが好ましい。ろう付け工程は、減圧雰囲気の真空度を、１．０×１０−３Ｐａを超える条件で行うと、ペースト材３ａの濡れ不良が生じやすい。また、ろう付け工程は、大気中で加熱処理するとペースト材３ａ中の活性金属が酸化や窒化などされる恐れがある。接着層３は、酸化や窒化された活性金属が含まれるペースト材３ａから形成される場合、特性ばらつきのない安定した接着層３の形成が難しくなる傾向にある。なお、セラミックス−金属の接合体１０の製造方法は、ろう付け工程の雰囲気が減圧雰囲気に限られるものではない。セラミックス−金属の接合体１０の製造方法は、ろう付け工程の雰囲気として、たとえば、ＡｒガスやＮ２ガス雰囲気などの不活性ガスの加圧雰囲気中で、ろう付け工程を行ってもよい。 In the method for manufacturing the ceramic-metal joined body 10, the brazing step atmosphere is preferably performed in a reduced pressure atmosphere. The manufacturing method of the ceramic-metal bonded body 10 is preferably set to 1.0 × 10 −3 Pa or less as the degree of vacuum. When the brazing process is performed under a condition where the degree of vacuum in the reduced-pressure atmosphere exceeds 1.0 × 10 −3 Pa, poor wetting of the paste material 3a is likely to occur. In the brazing process, if the heat treatment is performed in the air, the active metal in the paste material 3a may be oxidized or nitrided. When the adhesive layer 3 is formed from a paste material 3a containing an oxidized or nitrided active metal, it tends to be difficult to form a stable adhesive layer 3 without characteristic variations. In the method of manufacturing the ceramic-metal joined body 10, the atmosphere in the brazing process is not limited to a reduced pressure atmosphere. In the method for manufacturing the ceramic-metal bonded body 10, the brazing step may be performed in a pressurized atmosphere of an inert gas such as an Ar gas or N 2 gas atmosphere as an atmosphere of the brazing step.

セラミックス−金属の接合体１０の製造方法は、金属材４ａが溶融した、ろう材４によりセラミックス部材１側と金属部材２側とを接合することができる。セラミックス−金属の接合体１０の製造方法は、ろう付け工程終了後、冷却したセラミックス−金属の接合体１０を加熱炉３０内から取り出して、ろう付け冶具を取り外す。これにより本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０の製造方法は、セラミックス部材１の凸状部位１ａ周りの表面１ａａに接着層３を形成する。また、本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０の製造方法では、金属材４ａが溶融して、フィレット４ｂを備えたろう材４を形成することができる。本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０の製造方法は、接着層３、凸状部位１ａおよび接合端部２ｂの外周２ｂａに、ろう材４が接したセラミックス−金属の接合体１０を製造することができる（図２（ｅ）を参照）。   In the method for manufacturing the ceramic-metal bonded body 10, the ceramic member 1 side and the metal member 2 side can be bonded by the brazing material 4 in which the metal material 4a is melted. In the method of manufacturing the ceramic-metal joined body 10, after the brazing step, the cooled ceramic-metal joined body 10 is taken out from the heating furnace 30 and the brazing jig is removed. Thereby, the manufacturing method of the ceramic-metal joined body 10 of the present embodiment forms the adhesive layer 3 on the surface 1aa around the convex portion 1a of the ceramic member 1. Moreover, in the manufacturing method of the ceramic-metal joined body 10 of this embodiment, the metal material 4a can be melted to form the brazing material 4 provided with the fillet 4b. The method for manufacturing the ceramic-metal joined body 10 of the present embodiment produces the ceramic-metal joined body 10 in which the brazing material 4 is in contact with the outer periphery 2ba of the adhesive layer 3, the convex portion 1a, and the joined end 2b. (See FIG. 2 (e)).

本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０の製造方法では、ろう付け工程により金属材４ａが溶融して、ろう材４が形成され、ペースト材３ａが活性金属を含む接着層３となる。セラミックス−金属の接合体１０の製造方法では、ろう付け工程に伴って、セラミックス部材１の表面１ａａ側の界面で活性金属とセラミック材料とが反応する。本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０の製造方法では、接着層３に含まれる活性金属が、セラミックス部材１のセラミック材料とろう材４中の金属成分とのいずれに対しても親和性に優れている。そのため、セラミックス−金属の接合体１０の製造方法では、接着層３が、ろう材４とセラミックス部材１との間で強固な接合を行うことが可能となる。   In the manufacturing method of the ceramic-metal joined body 10 of the present embodiment, the metal material 4a is melted by the brazing process, the brazing material 4 is formed, and the paste material 3a becomes the adhesive layer 3 containing the active metal. In the method of manufacturing the ceramic-metal bonded body 10, the active metal and the ceramic material react at the interface on the surface 1aa side of the ceramic member 1 in accordance with the brazing process. In the method for manufacturing the ceramic-metal joined body 10 of the present embodiment, the active metal contained in the adhesive layer 3 has an affinity for both the ceramic material of the ceramic member 1 and the metal component in the brazing material 4. Are better. Therefore, in the method for manufacturing the ceramic-metal bonded body 10, the adhesive layer 3 can perform strong bonding between the brazing material 4 and the ceramic member 1.

言い換えれば、本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０の製造方法は、酸化物系セラミックよりなるセラミックス部材１と、Ｎｉを含有し主としてＦｅよりなる金属部材２とを、ＡｇとＣｕとの合金を含むろう材４により接合している。セラミックス−金属の接合体１０の製造方法は、セラミックス部材１の表面１ａａから突出する凸状部位１ａと、凸状部位１ａと嵌合する凹状部位２ａを備えた金属部材２とを配置する配置工程を有している。配置工程では、凸状部位１ａと凹状部位２ａとを嵌合するように、凸状部位１ａ周りの表面１ａａに設けられＴｉを含有するペースト材３ａおよびペースト材３ａ上のＡｇとＣｕとの合金よりなる金属材４ａを介して、セラミックス部材１と金属部材２とを配置する。また、セラミックス−金属の接合体１０の製造方法は、金属材４ａを溶融させることにより、セラミックス部材１と金属部材２とをろう付けするろう付け工程を有している。ろう付け工程では、減圧雰囲気において、５分から３０分の間、ペースト材３ａと金属材４ａとを７９０℃から８５０℃の温度範囲内で加熱処理している。さらに、セラミックス−金属の接合体１０の製造方法は、ろう付け工程に先立って、粉末状のＴｉＨ２を含有するペースト材３ａを表面１ａａに印刷するスクリーン印刷工程を有している。また、セラミックス−金属の接合体１０の製造方法では、ペースト材３ａは、ペースト材３ａ中に２０重量％から４０重量％のＴｉＨ２を有している。 In other words, the manufacturing method of the ceramic-metal joined body 10 of the present embodiment includes a ceramic member 1 made of an oxide ceramic and a metal member 2 containing Ni and mainly made of Fe, and an alloy of Ag and Cu. It joins by the brazing material 4 containing. The manufacturing method of the ceramic-metal joined body 10 includes an arrangement step of arranging a convex portion 1a protruding from the surface 1aa of the ceramic member 1 and a metal member 2 having a concave portion 2a fitted to the convex portion 1a. have. In the arranging step, the paste material 3a containing Ti provided on the surface 1aa around the convex portion 1a and the alloy of Ag and Cu on the paste material 3a so as to fit the convex portion 1a and the concave portion 2a. The ceramic member 1 and the metal member 2 are arranged via the metal material 4a made of the metal material 4a. The method for manufacturing the ceramic-metal joined body 10 includes a brazing step of brazing the ceramic member 1 and the metal member 2 by melting the metal material 4a. In the brazing step, the paste material 3a and the metal material 4a are heat-treated within a temperature range of 790 ° C. to 850 ° C. for 5 to 30 minutes in a reduced pressure atmosphere. Furthermore, the manufacturing method of the ceramic-metal joined body 10 has a screen printing step of printing the paste material 3a containing powdered TiH 2 on the surface 1aa prior to the brazing step. Further, in the method for manufacturing the ceramic-metal joined body 10, the paste material 3a has 20% by weight to 40% by weight of TiH 2 in the paste material 3a.

本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０の製造方法では、接合信頼性のより高い図１に示すセラミックス−金属の接合体１０を製造することができる。なお、本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０は、セラミックス部材１の表面１ａａに垂直な方向に沿って金属部材２を設ける場合だけでなく、セラミックス部材１の表面１ａａに垂直な法線と傾斜して金属部材２を設けてもよい（図３を参照）。
本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０は、セラミックス部材１の表面１ａａと垂直な法線と傾斜して金属部材２を設ける場合でも、ろう材４の一部にフィレット４ｂの引けが生じることを抑制することが可能となる。 In the method for manufacturing the ceramic-metal bonded body 10 of the present embodiment, the ceramic-metal bonded body 10 shown in FIG. 1 with higher bonding reliability can be manufactured. The ceramic-metal joined body 10 of the present embodiment is not limited to the case where the metal member 2 is provided along the direction perpendicular to the surface 1aa of the ceramic member 1, but the normal line perpendicular to the surface 1aa of the ceramic member 1 and The metal member 2 may be provided with an inclination (see FIG. 3).
In the ceramic-metal joined body 10 of the present embodiment, even when the metal member 2 is provided at an inclination with respect to the normal line perpendicular to the surface 1aa of the ceramic member 1, the fillet 4b is partially contracted in the brazing material 4. Can be suppressed.

次に、本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０の製造方法によって製造されたセラミックス−金属の接合体１０の接合信頼性が高まることを、図４および図５に示す比較例１を用いて説明する。比較例１のセラミックス−金属の接合体２０は、図４に示すように、反応層２３を有するセラミックス部材２１と金属部材２２とを、ろう材２４により接合している。比較例１のセラミックス−金属の接合体２０は、セラミックス部材２１に凸状部位１ａを備えていない。また、比較例１のセラミックス−金属の接合体２０は、金属部材２２に凹状部位２ａを備えていない。   Next, the fact that the bonding reliability of the ceramic-metal bonded body 10 manufactured by the method for manufacturing the ceramic-metal bonded body 10 according to the present embodiment is increased will be described using Comparative Example 1 shown in FIGS. 4 and 5. explain. As shown in FIG. 4, the ceramic-metal joined body 20 of Comparative Example 1 is obtained by joining a ceramic member 21 having a reaction layer 23 and a metal member 22 with a brazing material 24. In the ceramic-metal joined body 20 of Comparative Example 1, the ceramic member 21 is not provided with the convex portion 1a. Further, the ceramic-metal joined body 20 of Comparative Example 1 does not include the concave portion 2 a in the metal member 22.

比較例１のセラミックス−金属の接合体２０の製造方法は、まず、平滑な表面２１ａａを有するセラミックス部材２１を準備する（図５（ａ）を参照）。セラミックス部材２１は、セラミックス部材２１のセラミック材料として、本実施形態におけるセラミックス部材１と同じセラミック材料を用いている。   In the method for manufacturing the ceramic-metal joined body 20 of Comparative Example 1, first, a ceramic member 21 having a smooth surface 21aa is prepared (see FIG. 5A). The ceramic member 21 uses the same ceramic material as the ceramic member 1 in the present embodiment as the ceramic material of the ceramic member 21.

次に、比較例１のセラミックス−金属の接合体２０の製造方法は、活性金属としてＴｉを含む反応層２３の基礎となるペースト材２３ａを表面２１ａａ上に形成する（図５（ｂ）を参照）。ペースト材２３ａは、粉末状のＴｉＨ２と、粉末状のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕとを有機バインダ中に混合させたものを用いている。 Next, in the method for manufacturing the ceramic-metal joined body 20 of Comparative Example 1, a paste material 23a serving as the basis of the reaction layer 23 containing Ti as an active metal is formed on the surface 21aa (see FIG. 5B). ). As the paste material 23a, a mixture of powdered TiH 2 and powdered Sn—Ag—Cu in an organic binder is used.

続いて、比較例１のセラミックス−金属の接合体２０の製造方法は、表面２１ａａ上にペースト材２３ａを形成させたセラミックス部材２１を加熱炉３１に収容して加熱処理する（図５（ｃ）を参照）。比較例１のセラミックス−金属の接合体２０の製造方法では、ペースト材２３ａのセラミックス部材２１への一次ろう付けにより、セラミックス部材２１の表面２１ａａ上に活性金属としてＴｉを含む反応層２３を形成するメタライズ処理を行う。これにより、比較例１のセラミックス−金属の接合体２０の製造方法では、セラミックス部材２１の表面に、ろう材２４に対して濡れ易い反応層２３を形成することができる。   Subsequently, in the method for manufacturing the ceramic-metal bonded body 20 of Comparative Example 1, the ceramic member 21 in which the paste material 23a is formed on the surface 21aa is accommodated in the heating furnace 31 and subjected to heat treatment (FIG. 5C). See). In the method for manufacturing the ceramic-metal bonded body 20 of Comparative Example 1, the reaction layer 23 containing Ti as an active metal is formed on the surface 21aa of the ceramic member 21 by primary brazing of the paste material 23a to the ceramic member 21. Perform metallization processing. Thus, in the method for manufacturing the ceramic-metal bonded body 20 of Comparative Example 1, the reaction layer 23 that is easily wetted with the brazing material 24 can be formed on the surface of the ceramic member 21.

次に、比較例１のセラミックス−金属の接合体２０の製造方法は、反応層２３が形成されたセラミックス部材２１を反応炉３１から取り出す。比較例１のセラミックス−金属の接合体２０の製造方法は、銀ろうの金属箔２４ａを介して、金属部材２２を反応層２３が形成されたセラミックス部材２１上に配置する（図５（ｄ）を参照）。なお、金属箔２４ａは、本実施形態と同様に、Ａｇ−Ｃｕ系合金（Ａｇ：Ｃｕ＝１８：７）を用いている。   Next, in the method for manufacturing the ceramic-metal joined body 20 of Comparative Example 1, the ceramic member 21 on which the reaction layer 23 is formed is taken out from the reaction furnace 31. In the manufacturing method of the ceramic-metal joined body 20 of Comparative Example 1, the metal member 22 is disposed on the ceramic member 21 on which the reaction layer 23 is formed via the silver brazing metal foil 24a (FIG. 5D). See). In addition, Ag-Cu type alloy (Ag: Cu = 18: 7) is used for the metal foil 24a similarly to this embodiment.

続いて、比較例１のセラミックス−金属の接合体２０の製造方法は、金属箔２４ａを介して、金属部材２２を反応層２３が形成されたセラミックス部材２１上に配置した状態で反応炉３２内で加熱処理する（図５（ｅ）を参照）。比較例１のセラミックス−金属の接合体２０の製造方法では、金属箔２４ａが溶融した、ろう材２４によりセラミックス部材２１と金属部材２２とを二次ろう付けする。   Subsequently, in the method of manufacturing the ceramic-metal joined body 20 of Comparative Example 1, the metal member 22 is placed on the ceramic member 21 on which the reaction layer 23 is formed via the metal foil 24a. (See FIG. 5 (e)). In the method for manufacturing the ceramic-metal bonded body 20 of Comparative Example 1, the ceramic member 21 and the metal member 22 are secondarily brazed with the brazing material 24 in which the metal foil 24a is melted.

比較例１のセラミックス−金属の接合体２０の製造方法は、二次ろう付け工程終了後、冷却したセラミックス−金属の接合体２０を加熱炉３２内から取り出すことにより、反応層２３を有するセラミックス部材２１と金属部材２２とを、ろう材２４により接合したセラミックス−金属の接合体２０を製造することができる（図５（ｆ）を参照）。   In the method for manufacturing the ceramic-metal bonded body 20 of Comparative Example 1, the ceramic member having the reaction layer 23 is obtained by taking out the cooled ceramic-metal bonded body 20 from the heating furnace 32 after the completion of the secondary brazing process. The ceramic-metal joined body 20 can be manufactured by joining 21 and the metal member 22 with the brazing material 24 (see FIG. 5F).

こうして形成された比較例１のセラミックス−金属の接合体２０では、ろう付け工程が一次ろう付けと、二次ろう付けの２回必要となる。また、比較例１のセラミックス−金属の接合体２０の製造方法では、ろう付け工程が２回必要なため、ろう材２４全体の使用量を少なくすることが難しい。   In the ceramic-metal joined body 20 of Comparative Example 1 formed in this way, the brazing process is required twice, that is, primary brazing and secondary brazing. Further, in the method for manufacturing the ceramic-metal joined body 20 of Comparative Example 1, since the brazing process is required twice, it is difficult to reduce the amount of the brazing material 24 used as a whole.

これに対して、本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０の製造方法では、セラミックス部材１の凸状部位１ａと、凸状部位１ａと嵌合する凹状部位２ａを備えた金属部材２とを、凸状部位１ａの周囲に設けられ活性金属を含む接着層３と接する、ろう材４を１回のろう付け工程により接合することができる。   On the other hand, in the manufacturing method of the ceramic-metal joined body 10 of this embodiment, the convex part 1a of the ceramic member 1 and the metal member 2 provided with the concave part 2a fitted to the convex part 1a are provided. The brazing material 4 provided around the convex portion 1a and in contact with the adhesive layer 3 containing an active metal can be joined by a single brazing process.

また、比較例１のセラミックス−金属の接合体２０の製造方法では、セラミックス部材２１と金属部材２２との、ろう付け工程において、反応層２３中に含まれる活性金属のＴｉと、金属部材２２からのＮｉとが、ろう材２３中で反応して偏析する場合がある。そのため、比較例１のセラミックス−金属の接合体２０は、活性金属のＴｉと、金属部材２２のＮｉとが反応した金属間化合物の偏析層２４ａ１が形成されることがある。金属間化合物は、たとえば、Ｔｉ２Ｎｉ、ＴｉＮｉやＮｉ３ＴｉなどのＴｉ−Ｎｉ系化合物を構成する場合がある。セラミックス−金属の接合体２０では、偏析層２４ａ１が形成された部位において、ろう材２４の接合強度が低下したり、セラミックス部材２１のセラミック材料と反応する活性金属が不足し、セラミックス部材２１側とろう材２４側との界面付近の接合強度が低下する恐れもある。 Further, in the method for manufacturing the ceramic-metal bonded body 20 of Comparative Example 1, the active metal Ti contained in the reaction layer 23 and the metal member 22 in the brazing step of the ceramic member 21 and the metal member 22 are used. May react and segregate in the brazing filler metal 23. Therefore, the segregation layer 24a1 of the intermetallic compound in which Ti of the active metal and Ni of the metal member 22 reacted may be formed in the ceramic-metal bonded body 20 of Comparative Example 1. The intermetallic compound may constitute a Ti—Ni-based compound such as Ti 2 Ni, TiNi, or Ni 3 Ti, for example. In the ceramic-metal bonded body 20, the bonding strength of the brazing material 24 is reduced at the portion where the segregation layer 24 a 1 is formed, or the active metal that reacts with the ceramic material of the ceramic member 21 is insufficient. There is also a possibility that the bonding strength near the interface with the brazing filler metal 24 side is lowered.

これに対して、本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０は、凸状部位１ａと凹状部位２ａとを嵌め合わせた状態で、接着層３、凸状部位１ａおよび接合端部２ｂの外周２ｂａに、ろう材４が接している。本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０は、ろう材４中に金属間化合物の偏析層４ａ１ができても、凸状部位１ａと凹状部材２ａとにより、セラミックス部材１側と金属部材２側との間の全体に、金属間化合物の偏析層４ａ１が形成されない。言い換えれば、本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０は、セラミックス部材１と金属部材２との間おける金属間化合物の偏析層４ａ１を分断している（図１を参照）。これにより、本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０は、接合信頼性をより高くすることが可能となる。   On the other hand, the ceramic-metal joined body 10 of the present embodiment has the adhesive layer 3, the convex portion 1a, and the outer periphery 2ba of the joint end portion 2b in a state where the convex portion 1a and the concave portion 2a are fitted together. In addition, the brazing material 4 is in contact. In the ceramic-metal joined body 10 of the present embodiment, even when the segregation layer 4a1 of the intermetallic compound is formed in the brazing material 4, the ceramic member 1 side and the metal member 2 side are formed by the convex portion 1a and the concave member 2a. The segregation layer 4a1 of the intermetallic compound is not formed on the whole. In other words, the ceramic-metal joined body 10 of this embodiment divides the segregation layer 4a1 of the intermetallic compound between the ceramic member 1 and the metal member 2 (see FIG. 1). As a result, the ceramic-metal bonded body 10 of the present embodiment can have higher bonding reliability.

さらに、セラミックス−金属の接合体１０の製造方法では、セラミックス部材１と金属部材２との間に、嵌め合わされた凸状部位１ａと凹状部位２ａとを介して、一対のろう材４，４が金属部材２のフィレット形成領域２ｂｂに略均一に形成することが可能となる。セラミックス−金属の接合体１０では、嵌め合わせた凸状部位１ａと凹状部位２ａとを介して、一方のろう材４側から他方のろう材４側へ或いは、他方のろう材４側から一方のろう材４側へ溶融状態のろう材４が流れ込むことを抑制できるためと推測される。   Further, in the method for manufacturing the ceramic-metal joined body 10, the pair of brazing materials 4, 4 is formed between the ceramic member 1 and the metal member 2 via the convex portion 1 a and the concave portion 2 a fitted together. The metal member 2 can be formed substantially uniformly in the fillet forming region 2bb. In the ceramic-metal joined body 10, one brazing material 4 side to the other brazing material 4 side or the other brazing material 4 side to one through the fitted convex part 1 a and concave part 2 a. It is estimated that it is possible to prevent the molten brazing material 4 from flowing into the brazing material 4 side.

また、本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０は、ろう材４の使用量を少なくしても、比較例１のセラミックス−金属の接合体２０のごとき、ろう材２４の一部にフィレット２４ｂの引け（図４中の破線で囲まれた領域を参照）が生ずることを抑制することができる。したがって、セラミックス−金属の接合体１０は、嵌合するセラミックス部材１の凸状部位１ａと金属部位２の凹状部位２ａとを備えていないものと比較して、接合強度をより向上させることができる。また、本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０は、嵌合するセラミックス部材１の凸状部位１ａと金属部位２の凹状部位２ａとを備えていないものと比較して、セラミックス部材１と金属部材２との接合箇所において高い気密性を有することが可能となる。   Further, the ceramic-metal joined body 10 of the present embodiment has a fillet 24b on a part of the brazing material 24, such as the ceramic-metal joined body 20 of the comparative example 1, even if the amount of the brazing material 4 is reduced. (See the area surrounded by the broken line in FIG. 4) can be suppressed. Accordingly, the ceramic-metal bonded body 10 can further improve the bonding strength as compared with the ceramic-metal bonded body 10 that does not include the convex portion 1 a of the ceramic member 1 to be fitted and the concave portion 2 a of the metal portion 2. . Further, the ceramic-metal joined body 10 of the present embodiment has a ceramic member 1 and a metal that are not provided with the convex portion 1a of the ceramic member 1 to be fitted and the concave portion 2a of the metal portion 2. It becomes possible to have high airtightness at the joint portion with the member 2.

以下、本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０の各構成について詳述する。   Hereafter, each structure of the ceramic-metal joined body 10 of this embodiment is explained in full detail.

セラミックス部材１のセラミック材料は、たとえば、１０００℃を超える高温で使用可能であり、硫酸、硝酸や苛性ソーダなどの薬品に対する高い耐食性、優れた耐熱衝撃性、低熱膨張係数、耐摩耗性や電気絶縁性を有している。そのため、セラミックス部材１は、たとえば、電磁継電機や真空スイッチの外囲器などとして利用することができる。セラミックス部材１は、利用される用途に応じて、平板状、筒状など種々の形状のものとすることができる。セラミックス部材１は、酸化物系セラミックや窒化物系セラミックを利用することができる。セラミックス部材１は、たとえば、酸化物系セラミックとして、アルミナを主成分とするアルミナ系セラミックにより構成することができる。セラミックス部材１は、アルミナ系セラミックとして、たとえば、アルミナの含有率が９２％のセラミック材料を用いることができるが、これだけに限られない。セラミックス部材１は、アルミナ系セラミックとして、たとえば、アルミナの含有率が９６％以上のセラミック材料を用いることもできる。セラミックス部材１は、アルミナの他、たとえば、酸化珪素、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化バリウム、酸化ホウ素や酸化ジルコニウムなどを含有していてもよい。セラミックス部材１は、窒化物系セラミックとして、たとえば、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）を主成分とするセラミックにより構成してもよい。セラミックス部材１は、窒化ケイ素の他、たとえば、酸化イッテルビウムや窒化硼素などを含有していてもよい。セラミックス部材１は、セラミック部材１の表面１ａａから突出する凸状部位１ａを備えている。セラミックス部材１は、凸状部位１ａが必ずしも表面１ａａに垂直な方向に突出して形成する必要はない。セラミックス部材１は、セラミックス−金属の接合体１０の構成によって、凸状部位１ａが表面１ａａに垂直な法線と傾斜して突出するものでもよい。また、セラミックス部材１は、研磨などにより、セラミックス部材１の表面１ａａの平滑性を向上させてもよい。 The ceramic material of the ceramic member 1 can be used at a high temperature exceeding 1000 ° C., for example, and has high corrosion resistance to chemicals such as sulfuric acid, nitric acid and caustic soda, excellent thermal shock resistance, low thermal expansion coefficient, wear resistance and electrical insulation. have. Therefore, the ceramic member 1 can be used as an envelope of an electromagnetic relay or a vacuum switch, for example. The ceramic member 1 can have various shapes such as a flat plate shape and a cylindrical shape depending on the application to be used. As the ceramic member 1, an oxide ceramic or a nitride ceramic can be used. The ceramic member 1 can be made of, for example, an alumina-based ceramic whose main component is alumina as an oxide-based ceramic. The ceramic member 1 can use, for example, a ceramic material having an alumina content of 92% as the alumina-based ceramic, but is not limited thereto. For the ceramic member 1, for example, a ceramic material having an alumina content of 96% or more can be used as the alumina-based ceramic. The ceramic member 1 may contain, for example, silicon oxide, calcium oxide, magnesium oxide, barium oxide, boron oxide, zirconium oxide and the like in addition to alumina. The ceramic member 1 may be made of, for example, a ceramic mainly composed of silicon nitride (Si 3 N 4 ) as a nitride ceramic. The ceramic member 1 may contain, for example, ytterbium oxide or boron nitride in addition to silicon nitride. The ceramic member 1 includes a convex portion 1a that protrudes from the surface 1aa of the ceramic member 1. The ceramic member 1 does not necessarily have to be formed so that the convex portion 1a protrudes in a direction perpendicular to the surface 1aa. The ceramic member 1 may be configured such that the convex portion 1a protrudes with a normal line perpendicular to the surface 1aa depending on the configuration of the ceramic-metal joined body 10. The ceramic member 1 may improve the smoothness of the surface 1aa of the ceramic member 1 by polishing or the like.

金属部材２は、セラミックス部材１と、ろう材４を用いて接合させるものである。金属部材２は、セラミックス部材１の凸状部位１ａと嵌合する凹状部位２ａを備えている。金属部材２は、凸状部位１ａがセラミックス部材１の表面１ａａに対して傾斜した方向に突出する場合、凸状部位２ａに対応して傾斜して窪ませた凹状部位２ａを備えればよい。凹状部位２ａは、凸状部位１ａと嵌め合わせることができれば、凹状部位２ａの形状を種々の形状とすることができる。金属部材２は、セラミックス部材１との間に熱応力が生じにくいように、セラミックス部材１と金属部材２との線膨張係数差の比較的小さいものが好ましい。また、金属部材２は、セラミックス−金属の接合体１０の用途などに応じて、耐熱性や耐食性の優れたものを用いればよい。金属部材２は、金属部材２の金属材料として、たとえば、Ｎｉを含有し主としてＦｅよりなるものを好適に利用することができる。ここで、主としてＦｅよりなるとは、金属部材２を構成する金属材料の成分のうち、主なものの１つがＦｅである。金属部材２は、Ｎｉを含有し主としてＦｅよりなるものとして、Ｆｅ−Ｎｉ合金などを好適に利用することもできる。金属部材２は、Ｆｅ−Ｎｉ合金として、たとえば、Ｆｅ：５８％，Ｎｉ：４２％を含有する４２アロイを好適に用いることができる。金属部材２は、アルミナを９２％含有するセラミックス部材１を用いる場合、金属部材２の金属材料として４２アロイを用いれば、セラミックス部材１との熱膨張係数が近く、ろう付け工程での急速冷却に伴うセラミックスの割れやクラックなどを抑制することが可能となる。また、金属部材２は、金属部材２の金属材料として、たとえば、Ｆｅを主成分とするＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金を好適に用いることができる。金属部材２は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金として、たとえば、Ｆｅ：５４％，Ｎｉ：２９％，Ｃｏ：１７％を含有するコバールを用いることができる。   The metal member 2 is joined using the ceramic member 1 and the brazing material 4. The metal member 2 includes a concave portion 2 a that fits with the convex portion 1 a of the ceramic member 1. When the convex part 1a protrudes in a direction inclined with respect to the surface 1aa of the ceramic member 1, the metal member 2 may be provided with a concave part 2a that is inclined and recessed corresponding to the convex part 2a. If the concave part 2a can be fitted to the convex part 1a, the shape of the concave part 2a can be various shapes. The metal member 2 preferably has a relatively small difference in linear expansion coefficient between the ceramic member 1 and the metal member 2 so that thermal stress is not easily generated between the metal member 2 and the ceramic member 1. The metal member 2 may be made of a material having excellent heat resistance and corrosion resistance depending on the application of the ceramic-metal joined body 10 or the like. As the metal member 2, for example, a material containing Ni and mainly made of Fe can be suitably used as the metal material of the metal member 2. Here, mainly consisting of Fe means that one of the main components of the metal material constituting the metal member 2 is Fe. As the metal member 2 containing Ni and mainly made of Fe, an Fe—Ni alloy or the like can be suitably used. As the metal member 2, for example, a 42 alloy containing Fe: 58% and Ni: 42% can be suitably used as the Fe—Ni alloy. When the ceramic member 1 containing 92% alumina is used as the metal member 2, if 42 alloy is used as the metal material of the metal member 2, the thermal expansion coefficient is close to that of the ceramic member 1, so that rapid cooling in the brazing process is possible. Accompanying cracks and cracks in ceramics can be suppressed. In addition, as the metal member 2, for example, an Fe—Ni—Co alloy containing Fe as a main component can be suitably used as the metal material of the metal member 2. For the metal member 2, for example, Kovar containing Fe: 54%, Ni: 29%, and Co: 17% can be used as the Fe—Ni—Co alloy.

接着層３は、セラミックス部材１と、ろう材４との接着性を向上可能なものである。接着層３は、活性金属を含んでいる。活性金属は、セラミックス部材１のセラミック材料の構成元素と反応可能なものである。活性金属は、ろう材４の主となる金属元素よりもイオン化傾向が強いことが好ましい。活性金属は、たとえば、セラミックス部材１のセラミック材料として酸化物系セラミックや窒化物系セラミックを用いる場合、Ｔｉ、ＺｒやＨｆなどの金属元素が好適に挙げられる。   The adhesive layer 3 can improve the adhesion between the ceramic member 1 and the brazing material 4. The adhesive layer 3 contains an active metal. The active metal is capable of reacting with a constituent element of the ceramic material of the ceramic member 1. The active metal preferably has a stronger ionization tendency than the main metal element of the brazing material 4. As the active metal, for example, when an oxide-based ceramic or a nitride-based ceramic is used as the ceramic material of the ceramic member 1, a metal element such as Ti, Zr, or Hf is preferably used.

セラミックス−金属の接合体１０の製造方法は、たとえば、活性金属として、Ｔｉを用いる場合、接着層３の基礎となるペースト材３ａ中に含まれるＴｉが、セラミックス部材１のセラミック材料中におけるＯやＮと反応する。また、セラミックス−金属の接合体１０は、接着層３がろう材４のセラミックス部材１側への濡れ性を良くする。そのため、セラミックス−金属の接合体１０の製造方法は、ろう材４側とセラミックス部材１側との接合強度の向上を図ることが可能となる。本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０では、接着層３は、ろう材４とともに一度の加熱処理により形成することができる。   For example, when Ti is used as an active metal, Ti contained in the paste material 3a serving as the basis of the adhesive layer 3 is used to produce O or O in the ceramic material of the ceramic member 1. Reacts with N. In the ceramic-metal joined body 10, the adhesive layer 3 improves the wettability of the brazing material 4 to the ceramic member 1 side. Therefore, the method for manufacturing the ceramic-metal bonded body 10 can improve the bonding strength between the brazing material 4 side and the ceramic member 1 side. In the ceramic-metal bonded body 10 of the present embodiment, the adhesive layer 3 can be formed together with the brazing material 4 by a single heat treatment.

接着層３は、接着層３に含まれる活性金属の含有量が少なすぎれば、セラミックス部材１を構成するセラミック材料との反応が不十分となる傾向にある。また、接着層３は、接着層３に含まれる活性金属が多すぎれば、接着層３と、ろう材４との間の濡れ性が悪くなる傾向にある。したがって、接着層３は、接着層３中の活性金属の含有量を、セラミックス部材１やろう材４に応じて適宜に設定することが好ましい。接着層３は、活性金属として、たとえば、酸化物系セラミックや窒化物系セラミックに対して接合特性が良好なＴｉを好適に利用することができる。接着層３は、Ｔｉとセラミックス部材１のセラミック材料との反応を高めるため、接着層３の基礎となるペースト材３ａ中に粉末状のＴｉＨ２を含有することが好ましい。接着層３は、接着層３の基礎となるペースト材３ａ中に粉末状のＴｉＨ２を含有させることで、Ｔｉの酸化や窒化を抑制することが可能となる。 If the content of the active metal contained in the adhesive layer 3 is too small, the adhesive layer 3 tends to be insufficiently reacted with the ceramic material constituting the ceramic member 1. In addition, if the adhesive layer 3 contains too much active metal, the wettability between the adhesive layer 3 and the brazing material 4 tends to deteriorate. Therefore, it is preferable that the adhesive layer 3 appropriately set the content of the active metal in the adhesive layer 3 according to the ceramic member 1 and the brazing material 4. For the adhesive layer 3, for example, Ti having good bonding characteristics with respect to an oxide-based ceramic or a nitride-based ceramic can be suitably used as the active metal. In order to enhance the reaction between Ti and the ceramic material of the ceramic member 1, the adhesive layer 3 preferably contains powdered TiH 2 in the paste material 3 a serving as the basis of the adhesive layer 3. The adhesive layer 3 can suppress oxidation and nitridation of Ti by including powdered TiH 2 in the paste material 3 a that is the basis of the adhesive layer 3.

本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０の製造方法では、ろう付け工程前に、スクリーン印刷によって形成されたペースト材３ａを利用して接着層３を形成している。ペースト材３ａには、粉末状のＴｉＨ２を含有している。ＴｉＨ２は、たとえば、平均粒子径２μｍないし１５μｍのものを利用することができる。なお、平均粒子径は、レーザー光による光散乱法による球相当径による測定で測ることができる。本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０の製造方法は、活性金属であるＴｉの水素化物を用いることで、ろう付け工程時の加熱処理により、Ｔｉが酸化することを抑制することが可能となる。また、本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０の製造方法は、活性金属であるＴｉの酸化を抑制することで、セラミックス部材１側へのろう材４の濡れ性を向上させることができる。さらに、本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０の製造方法は、スクリーン印刷により、ペースト材３ａを塗布することにより、セラミックス部材１の表面１ａａ全体に接着層３の基礎となるペースト材３ａを均一に形成することが可能となる。本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０の製造方法では、セラミックス部材１側への、ろう材４の濡れ性の均一性を向上させることが可能となる。 In the manufacturing method of the ceramic-metal joined body 10 of the present embodiment, the adhesive layer 3 is formed using the paste material 3a formed by screen printing before the brazing process. The paste material 3a is in powder containing TiH 2. For example, TiH 2 having an average particle diameter of 2 μm to 15 μm can be used. The average particle diameter can be measured by measurement with a sphere equivalent diameter by a light scattering method using laser light. The manufacturing method of the ceramic-metal bonded body 10 of the present embodiment can suppress the oxidation of Ti by heat treatment during the brazing process by using a hydride of Ti which is an active metal. Become. Moreover, the manufacturing method of the ceramic-metal joined body 10 of this embodiment can improve the wettability of the brazing material 4 to the ceramic member 1 side by suppressing the oxidation of Ti which is an active metal. Furthermore, in the method for manufacturing the ceramic-metal bonded body 10 of the present embodiment, the paste material 3a is applied to the entire surface 1aa of the ceramic member 1 by applying the paste material 3a by screen printing. It becomes possible to form uniformly. In the method for manufacturing the ceramic-metal bonded body 10 according to the present embodiment, it is possible to improve the uniformity of the wettability of the brazing material 4 toward the ceramic member 1 side.

また、本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０の製造方法では、粉末状のＴｉＨ２を２０重量％ないし４０重量％でペースト材３ａ中に含有させることが好ましい。 Further, in the method for manufacturing the ceramic-metal bonded body 10 of the present embodiment, it is preferable to contain 20% by weight to 40% by weight of powdered TiH 2 in the paste material 3a.

本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０の製造方法では、ペースト材３ａ中にＴｉＨ２を２０重量％から４０重量％の範囲内で含有させることで、ろう材４のフィレット４ｂの一部に引けが生ずることを抑制しつつ、ろう材４のフィレット４ｂを形成することが容易となる。本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０の製造方法は、ペースト材３ａ中に２０重量％から４０重量％のＴｉＨ２を有するので、セラミックス−金属の接合体１０を製造した場合、セラミックス部材１側へのろう材４の濡れ性やろう材４のフィレット４ｂの形状が良好となる。 In the manufacturing method of the ceramic-metal joined body 10 of the present embodiment, TiH 2 is contained in the paste material 3a in the range of 20% by weight to 40% by weight, so that it becomes a part of the fillet 4b of the brazing material 4. It becomes easy to form the fillet 4b of the brazing material 4 while suppressing the occurrence of shrinkage. The method for producing the ceramic-metal joined body 10 of the present embodiment has 20% to 40% by weight of TiH 2 in the paste material 3a. Therefore, when the ceramic-metal joined body 10 is produced, the ceramic member 1 The wettability of the brazing material 4 to the side and the shape of the fillet 4b of the brazing material 4 are improved.

セラミックス−金属の接合体１０の製造方法では、ペースト材３ａ中におけるＴｉＨ２が２０重量％より小さい場合、ペースト材３ａの粘度調整が困難となる傾向にある。また、セラミックス−金属の接合体１０の製造方法では、ペースト材３ａ中におけるＴｉＨ２が２０重量％より小さい場合、粉末状のＴｉＨ２の分散性が低下し、均一なペースト材３ａをセラミックス部材１の表面１ａａに形成することが難しくなる傾向にある。その結果、セラミックス−金属の接合体１０の製造方法では、セラミックス部材１側へのろう材４の濡れ性が低下する傾向にある。 In the method of manufacturing the ceramic-metal bonded body 10, when TiH 2 in the paste material 3a is smaller than 20% by weight, it is difficult to adjust the viscosity of the paste material 3a. Further, in the method for manufacturing the ceramic-metal joined body 10, when TiH 2 in the paste material 3a is smaller than 20% by weight, the dispersibility of the powdered TiH 2 is lowered, and the uniform paste material 3a is converted into the ceramic member 1. It tends to be difficult to form the surface 1aa. As a result, in the method for manufacturing the ceramic-metal joined body 10, the wettability of the brazing material 4 toward the ceramic member 1 tends to be reduced.

また、セラミックス−金属の接合体１０の製造方法では、ペースト材３ａ中におけるＴｉＨ２が４０重量％よりも大きい場合、活性金属のＴｉと金属部材２のＮｉとが、ろう材４中で反応して偏析し、ろう材４中に金属間化合物の析出量が多くなりすぎる傾向にある。セラミックス−金属の接合体１０の製造方法では、ペースト材３ａ中におけるＴｉＨ２が４０重量％よりも大きい場合、析出量が多い金属間化合物により、残留応力が増大する傾向にある。この結果、セラミックス−金属の接合体１０の製造方法では、ペースト材３ａ中におけるＴｉＨ２が４０重量％よりも大きい場合、ろう材４の接合強度が低下する傾向にある。 Further, in the method for manufacturing the ceramic-metal bonded body 10, when TiH 2 in the paste material 3 a is larger than 40 wt%, the active metal Ti reacts with the Ni of the metal member 2 in the brazing material 4. The amount of precipitation of intermetallic compounds in the brazing material 4 tends to be excessive. In the method for manufacturing the ceramic-metal bonded body 10, when TiH 2 in the paste material 3a is larger than 40% by weight, the residual stress tends to increase due to the intermetallic compound having a large amount of precipitation. As a result, in the method for manufacturing the ceramic-metal joined body 10, when the TiH 2 in the paste material 3a is larger than 40% by weight, the joining strength of the brazing material 4 tends to decrease.

以下、本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０の製造方法によって製造されたセラミックス−金属の接合体１０における接合信頼性が高まることを、比較例２，３を用いて説明する。図６に示す比較例２のセラミックス−金属の接合体２０は、セラミックス部材２１の表面２１ａａに垂直な法線と傾斜して金属部材２２を設け、ペースト材２３ａ中におけるＴｉＨ２を１０重量％とした以外は比較例１と同様にして製造している。図７に示す比較例３のセラミックス−金属の接合体２０は、セラミックス部材２１の表面２１ａａに垂直な法線と傾斜して金属部材２２を設け、ペースト材２３ａ中におけるＴｉＨ２を６５重量％とした以外は比較例１と同様にして製造している。 Hereinafter, it will be described with reference to Comparative Examples 2 and 3 that the bonding reliability in the ceramic-metal bonded body 10 manufactured by the method of manufacturing the ceramic-metal bonded body 10 of the present embodiment is increased. A ceramic-metal bonded body 20 of Comparative Example 2 shown in FIG. 6 is provided with a metal member 22 inclined with respect to a normal line perpendicular to the surface 21aa of the ceramic member 21, and TiH 2 in the paste material 23a is 10% by weight. Except for the above, it is manufactured in the same manner as Comparative Example 1. A ceramic-metal bonded body 20 of Comparative Example 3 shown in FIG. 7 is provided with a metal member 22 inclined with respect to a normal line perpendicular to the surface 21aa of the ceramic member 21, and TiH 2 in the paste material 23a is 65% by weight. Except for the above, it is manufactured in the same manner as Comparative Example 1.

セラミックス−金属の接合体１０の製造方法と比較する比較例２のセラミックス−金属の接合体２０の製造方法では、たとえば、ペースト材（図示していない）中に１０重量％のＴｉＨ２を有する場合、ろう材２４のセラミックス部材２１側への濡れが不十分となりやすい傾向にある。 In the method for manufacturing the ceramic-metal bonded body 20 of Comparative Example 2 compared with the method for manufacturing the ceramic-metal bonded body 10, for example, when 10% by weight of TiH 2 is contained in the paste material (not shown). The wetting of the brazing material 24 toward the ceramic member 21 tends to be insufficient.

そのため、ペースト材中にＴｉＨ２の濃度を１０重量％でセラミックス−金属の接合体２０を製造した場合、セラミックス−金属の接合体２０は、ろう材２４のフィレット２４ｂの一部に引けが生ずる（図６の破線で囲まれた領域を参照）。セラミックス−金属の接合体２０は、ろう材２４のフィレット２４ｂの一部に引けが生ずると、セラミックス部材１と金属部材２との接合箇所となる、ろう材２４で気密性を確保することが難しくなる傾向にある。 Therefore, when the ceramic-metal joined body 20 is manufactured with a TiH 2 concentration of 10% by weight in the paste material, the ceramic-metal joined body 20 is contracted in a part of the fillet 24b of the brazing material 24 ( (See the area surrounded by the broken line in FIG. 6). In the ceramic-metal bonded body 20, when a part of the fillet 24 b of the brazing material 24 is contracted, it is difficult to ensure airtightness with the brazing material 24, which is a joint portion between the ceramic member 1 and the metal member 2. Tend to be.

セラミックス−金属の接合体１０の製造方法と比較する比較例３のセラミックス−金属の接合体２０の製造方法では、たとえば、ペースト材２３ａ中におけるＴｉＨ２が６５重量％の場合、ろう材２４の濡れ性が高くなりすぎる。ろう材２４の濡れ性が高くなりすぎるとなるセラミックス−金属の接合体２０では、金属部材２２側へろう材２４が這い上がり難くなる傾向にある。 In the method for manufacturing the ceramic-metal bonded body 20 of Comparative Example 3 compared with the method for manufacturing the ceramic-metal bonded body 10, for example, when TiH 2 in the paste material 23a is 65% by weight, the brazing material 24 is wetted. Too high. In the ceramic-metal joined body 20 in which the wettability of the brazing material 24 becomes excessively high, the brazing material 24 tends to hardly crawl up to the metal member 22 side.

そのため、ペースト材中にＴｉＨ２の濃度を６５重量％でセラミックス−金属の接合体２０を製造した場合、セラミックス−金属の接合体２０は、ろう材２４のフィレット２４ｂも小さくなる（図７の破線で囲まれた領域を参照）。また、セラミックス−金属の接合体２０は、ペースト材中にＴｉＨ２の濃度を６５重量％でセラミックス−金属の接合体２０を製造した場合、ろう材２４中に過剰な金属間化合物（図示していない）が形成される恐れがある。セラミックス−金属の接合体２０は、ろう材２４中に過剰な金属間化合物が形成されると、セラミックス部材２１に過剰な応力がかかり、接合強度が低下する傾向にある。 Therefore, when the ceramic-metal joined body 20 is manufactured with a TiH 2 concentration of 65% by weight in the paste material, the ceramic-metal joined body 20 also has a smaller fillet 24b of the brazing material 24 (broken line in FIG. 7). (See the area surrounded by). Further, when the ceramic-metal joined body 20 is manufactured with the concentration of TiH 2 in the paste material being 65% by weight, an excess intermetallic compound (not shown) is present in the brazing filler metal 24. There is a risk of formation). When an excessive intermetallic compound is formed in the brazing filler metal 24, the ceramic-metal bonded body 20 tends to apply excessive stress to the ceramic member 21 and decrease the bonding strength.

この結果、比較例３のセラミックス−金属の接合体２０では、ろう材２４のフィレット２４ｂの大きさが小さくなり、強度低下を招く恐れがある。また、セラミックス−金属の接合体２０では、セラミックス−金属の接合体２０を気密封止の用途に用いる場合、フィレット２４ｂの大きさが小さくなると、ろう材２４における気密封止の信頼性が低下する恐れもある。   As a result, in the ceramic-metal joined body 20 of Comparative Example 3, the size of the fillet 24b of the brazing material 24 is reduced, which may cause a reduction in strength. Further, in the ceramic-metal joined body 20, when the ceramic-metal joined body 20 is used for hermetic sealing, the reliability of the hermetic sealing in the brazing material 24 is lowered when the size of the fillet 24b is reduced. There is also a fear.

したがって、本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０の製造方法においても、粉末状のＴｉＨ２を２０重量％ないし４０重量％でペースト材３ａ中に含有させることが好ましい。 Therefore, also in the manufacturing method of the ceramic-metal joined body 10 of the present embodiment, it is preferable to contain 20% by weight to 40% by weight of powdered TiH 2 in the paste material 3a.

ろう材４は、セラミックス部材１と金属部材２とを接合可能なものである。ろう材４は、セラミックス部材１、金属部材２や接着層３の材質に応じて適宜に選択することができる。ろう材４の基礎となる金属材４ａは、たとえば、Ａｇ−Ｃｕ系合金を用いることができる。ろう材４は、ＡｇとＣｕとの合金だけでなく、ＡｇとＣｕとの合金にＳｎが含有されたものを用いることができる。同様に、ろう材４は、ＡｇとＣｕとの合金にＬｉが含有されたものも用いることができる。ろう材４は、金属部材２の接合端部２ｂの外周２ｂａを覆い、金属部材２側からセラミックス部材１側に向けて裾拡がりとなるフリット形状を有していることが好ましい。   The brazing material 4 is capable of joining the ceramic member 1 and the metal member 2. The brazing material 4 can be appropriately selected according to the materials of the ceramic member 1, the metal member 2, and the adhesive layer 3. For example, an Ag—Cu-based alloy can be used as the metal material 4 a serving as the basis of the brazing material 4. As the brazing material 4, not only an alloy of Ag and Cu but also an alloy of Ag and Cu containing Sn can be used. Similarly, the brazing material 4 may be an alloy of Ag and Cu containing Li. The brazing material 4 preferably has a frit shape that covers the outer periphery 2ba of the joining end 2b of the metal member 2 and expands from the metal member 2 side toward the ceramic member 1 side.

ろう材４は、接着層３の活性金属との濡れ性あるいは親和性に優れた類似組成の金属材４ａを使用することが望ましい。Ａｇ−Ｃｕ系合金の金属材４ａは、Ｔｉなどの活性金属と反応して金属間化合物の偏析層４ａ１を形成することも少なく、融点が比較的低く、金属部材２との接合性も良い。なお、Ａｇ−Ｃｕ系合金は、Ａｇ−Ｃｕ系合金におけるＡｇとＣｕとの含有比率を、たとえば、Ａｇが１００重量に対し、Ｃｕを３０重量から５０重量とすることが好ましい。   As the brazing material 4, it is desirable to use a metal material 4 a having a similar composition excellent in wettability or affinity with the active metal of the adhesive layer 3. The Ag-Cu-based alloy metal material 4a hardly reacts with an active metal such as Ti to form a segregation layer 4a1 of an intermetallic compound, has a relatively low melting point, and has good bondability to the metal member 2. In the Ag—Cu based alloy, the content ratio of Ag and Cu in the Ag—Cu based alloy is preferably 30 to 50 weights with respect to 100 weights of Ag, for example.

（実施形態２）
図８に示す本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０は、図１に示す実施形態１の金属部材２のフィレット形成領域２ｂｂにろう材４に対して金属部材２よりも濡れ性の高い金属膜５を備えた点が主として相違する。実施形態１と同様の部材については、同じ番号を付して重複する説明を省略する。 (Embodiment 2)
The ceramic-metal joined body 10 of this embodiment shown in FIG. 8 is a metal having higher wettability than the metal member 2 in the fillet forming region 2bb of the metal member 2 of Embodiment 1 shown in FIG. The main difference is that the film 5 is provided. About the member similar to Embodiment 1, the same number is attached | subjected and the overlapping description is abbreviate | omitted.

本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０は、図８に示すように、金属部材２は、ろう材４と接する外周２ｂａにろう材４のフィレット４ｂを形成するフィレット形成領域２ｂｂを有している。金属部材２は、フィレット形成領域２ｂｂにろう材４に対して金属部材２よりも濡れ性の高い金属膜５を備えている。   As shown in FIG. 8, in the ceramic-metal joined body 10 of the present embodiment, the metal member 2 has a fillet forming region 2 bb that forms a fillet 4 b of the brazing material 4 on the outer periphery 2 ba in contact with the brazing material 4. Yes. The metal member 2 includes a metal film 5 having higher wettability than the metal member 2 with respect to the brazing material 4 in the fillet forming region 2bb.

セラミックス−金属の接合体１０は、Ｎｉを含有し主としてＦｅよりなる金属部材２のフィレット形成領域２ｂｂに対して、めっき処理を施すことによりＣｕよりなる金属膜５を形成することができる。セラミックス−金属の接合体１０は、Ｎｉを含有する金属部材２と比較して、銀ろうのろう材４との濡れ性が高いＣｕの金属膜５を金属部材２の少なくともフィレット形成領域２ｂｂに有している。   The ceramic-metal bonded body 10 can form a metal film 5 made of Cu by plating the fillet forming region 2bb of the metal member 2 containing Ni and mainly made of Fe. The ceramic-metal joined body 10 has a Cu metal film 5 having higher wettability with a brazing filler metal 4 than that of the metal member 2 containing Ni in at least the fillet forming region 2bb of the metal member 2. doing.

なお、セラミックス−金属の接合体１０は、金属部材２の金属膜５のめっき処理にあたり、金属膜５を形成させたくない領域に予め樹脂などによりマスクしてから電気めっき処理を行うことができる。セラミックス−金属の接合体１０は、マスクを利用した電気めっき処理により、金属部材２のフィレット形成領域２ｂｂを選択して金属膜５を形成することができる。本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０では、予め樹脂により金属部材２の接合端部２ｂにおける凹状部位２ａをマスクしてからＣｕの電気めっき処理を行っている。セラミックス−金属の接合体１０は、電気めっき処理後にマスクを除去している。   Note that the ceramic-metal bonded body 10 can be subjected to electroplating after masking a region where the metal film 5 is not desired to be formed with a resin or the like in the plating process of the metal film 5 of the metal member 2. The ceramic-metal bonded body 10 can form the metal film 5 by selecting the fillet forming region 2bb of the metal member 2 by electroplating using a mask. In the ceramic-metal bonded body 10 of the present embodiment, the Cu electroplating process is performed after masking the concave portion 2a at the bonded end 2b of the metal member 2 in advance with a resin. The mask of the ceramic-metal bonded body 10 is removed after the electroplating process.

本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０は、フィレット形成領域２ｂｂに金属膜５を有していることにより、金属部材２側へのろう材４の濡れ性が向上する。セラミックス−金属の接合体１０は、ろう材４の一部にフィレット４ｂの引けが生ずることを抑制することが可能となる。   Since the ceramic-metal joined body 10 of the present embodiment has the metal film 5 in the fillet forming region 2bb, the wettability of the brazing material 4 toward the metal member 2 is improved. The ceramic-metal joined body 10 can suppress the shrinkage of the fillet 4 b in a part of the brazing material 4.

（実施形態３）
図９に示す本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０は、図１に示す実施形態１の金属部材２の接合端部２ｂがセラミックス部材１側に向かって先細りする外表面２ｂｃを有している点が主として相違する。実施形態１と同様の部材については、同じ番号を付して重複する説明を省略する。 (Embodiment 3)
The ceramic-metal joined body 10 of the present embodiment shown in FIG. 9 has an outer surface 2bc in which the joining end 2b of the metal member 2 of the first embodiment shown in FIG. 1 tapers toward the ceramic member 1 side. The main difference is. About the member similar to Embodiment 1, the same number is attached | subjected and the overlapping description is abbreviate | omitted.

本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０は、図９に示すように、金属部材２は、接合端部２ｂがセラミックス部材１側に向かって先細りする外表面２ｂｃを有している。金属部材２は、外表面２ｂｃが平面状である。これにより、本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０では、金属部材２側へのろう材４に対する濡れ性を向上させることが可能となる。この結果、セラミックス−金属の接合体１０は、外表面２ｂｃが平面状であることにより、金属部材２側へのろう材４に対する濡れ性を向上させ、ろう材４の一部にフィレット４ｂの引けが生ずることを抑制することが可能となる。   As shown in FIG. 9, in the ceramic-metal joined body 10 of the present embodiment, the metal member 2 has an outer surface 2 bc whose joint end 2 b tapers toward the ceramic member 1 side. The metal member 2 has a planar outer surface 2bc. Thereby, in the ceramic-metal joined body 10 of this embodiment, it becomes possible to improve the wettability with respect to the brazing material 4 to the metal member 2 side. As a result, the ceramic-metal joined body 10 improves the wettability with respect to the brazing material 4 toward the metal member 2 side because the outer surface 2bc is planar, and the fillet 4b is pulled into a part of the brazing material 4. Can be suppressed.

また、セラミックス−金属の接合体１０では、外表面２ｂｃが平面状なものだけに限られず、図１０に示すように、金属部材２は、外表面２ｂｃが外側に向かって膨らむ曲面状としてもよい。これにより、図１０に示すセラミックス−金属の接合体１０は、金属部材２側へのろう材４に対する濡れ性を向上させることが可能となる。セラミックス−金属の接合体１０は、外表面２ｂｃが外側に向かって膨らむ曲面状であることにより、金属部材２側へのろう材４に対する濡れ性を向上させ、ろう材４の一部にフィレット４ｂの引けが生ずることを抑制することが可能となる。   Further, in the ceramic-metal bonded body 10, the outer surface 2bc is not limited to a flat surface, and the metal member 2 may have a curved surface in which the outer surface 2bc bulges outward as shown in FIG. . Thereby, the ceramic-metal joined body 10 shown in FIG. 10 can improve the wettability of the brazing material 4 toward the metal member 2 side. The ceramic-metal joined body 10 has a curved shape in which the outer surface 2bc swells outward, thereby improving the wettability of the brazing material 4 toward the metal member 2 side. It is possible to suppress the occurrence of closing.

なお、本実施形態のセラミックス−金属の接合体１０では、実施形態１と同様に、セラミックス部材１の表面１ａａと垂直な法線と傾斜して金属部材２を設けてもよいし、実施形態２と同様に、金属膜５を備えてもよい。   In addition, in the ceramic-metal joined body 10 of the present embodiment, the metal member 2 may be provided so as to be inclined with respect to a normal line perpendicular to the surface 1aa of the ceramic member 1 as in the first embodiment. Similarly to the above, a metal film 5 may be provided.

１ セラミックス部材
１ａ 凸状部位
１ａａ 表面
２ 金属部材
２ａ 凹状部位
２ｂ 接合端部
２ｂａ 外周
２ｂｂ フィレット形成領域
２ｂｃ 外表面
３ 接着層
３ａ ペースト材
４ ろう材
４ａ 金属材
４ｂ フィレット
５ 金属膜
１０ セラミックス−金属の接合体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ceramic member 1a Convex part 1aa Surface 2 Metal member 2a Concave part 2b Join end part 2ba Outer periphery 2bb Fillet formation area 2bc Outer surface 3 Adhesive layer 3a Paste material 4 Brazing material 4a Metal material 4b Fillet 5 Metal film 10 Ceramic-metal Zygote

Claims (6)

セラミックス部材と金属部材とを、ろう材により接合したセラミックス−金属の接合体であって、
前記セラミックス部材は、該セラミックス部材の表面から突出する凸状部位を備え、前記セラミックス部材と反応可能な活性金属を含み前記セラミックス部材と前記ろう材との接着を行う接着層を前記凸状部位周りの前記表面に有しており、前記金属部材は、前記凸状部位と嵌合する凹状部位を前記セラミックス部材側の接合端部に備えており、前記ろう材は、前記接着層および前記接合端部の外周に接していることを特徴とするセラミックス−金属の接合体。 A ceramic-metal joined body in which a ceramic member and a metal member are joined by a brazing material,
The ceramic member has a convex portion protruding from the surface of the ceramic member, and includes an active metal capable of reacting with the ceramic member, and an adhesive layer for bonding the ceramic member and the brazing material around the convex portion. The metal member includes a concave portion that fits into the convex portion at a joint end portion on the ceramic member side, and the brazing material includes the adhesive layer and the joint end. A ceramic-metal joined body characterized by being in contact with the outer periphery of the portion. 前記金属部材は、前記ろう材と接する前記外周に前記ろう材のフィレットを形成するフィレット形成領域を有し、該フィレット形成領域に前記ろう材に対して前記金属部材よりも濡れ性の高い金属膜を備えていることを特徴とする請求項１に記載のセラミックス−金属の接合体。   The metal member has a fillet forming region that forms a fillet of the brazing material on the outer periphery in contact with the brazing material, and the metal film has higher wettability than the metal member with respect to the brazing material in the fillet forming region. The ceramic-metal joined body according to claim 1, comprising: 前記金属部材は、前記接合端部が前記セラミックス部材側に向かって先細りする外表面を有しており、該外表面が平面状あるいは外側に向かって膨らむ曲面状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセラミックス−金属の接合体。   The metal member has an outer surface in which the joining end portion tapers toward the ceramic member side, and the outer surface is a flat surface or a curved surface bulging outward. The ceramic-metal joined body according to claim 1 or 2. 酸化物系セラミックあるいは窒化物系セラミックよりなるセラミックス部材と、Ｎｉを含有し主としてＦｅよりなる金属部材とを、ＡｇとＣｕとの合金を含むろう材により接合するセラミックス−金属の接合体の製造方法であって、
前記セラミックス部材の表面から突出する凸状部位と、該凸状部位と嵌合する凹状部位を備えた前記金属部材とを、前記凸状部位周りの前記表面に設けられＴｉを含有するペースト材および該ペースト材上のＡｇとＣｕとの合金よりなる金属材を介して配置する配置工程と、
減圧雰囲気において、５分から３０分の間、前記ペースト材と前記金属材とを７９０℃から８５０℃の温度範囲内で加熱処理して前記金属材を溶融させることにより、前記セラミックス部材と前記金属部材とをろう付けするろう付け工程とを有することを特徴とするセラミックス−金属の接合体の製造方法。 A method for producing a ceramic-metal joined body in which a ceramic member made of an oxide-based ceramic or a nitride-based ceramic and a metal member containing Ni and mainly made of Fe are joined by a brazing material containing an alloy of Ag and Cu Because
A paste material containing Ti, provided on the surface around the convex part, a convex part protruding from the surface of the ceramic member, and the metal member provided with a concave part fitted to the convex part; An arrangement step of arranging via a metal material made of an alloy of Ag and Cu on the paste material;
In a reduced pressure atmosphere, the paste material and the metal material are heat-treated within a temperature range of 790 ° C. to 850 ° C. for 5 minutes to 30 minutes to melt the metal material, whereby the ceramic member and the metal member And a brazing step for brazing the ceramic-metal joined body. 前記ろう付け工程に先立って、粉末状のＴｉＨ２を含有する前記ペースト材を前記表面に印刷するスクリーン印刷工程を有することを特徴する請求項４に記載のセラミックス−金属の接合体の製造方法。 5. The method for producing a ceramic-metal joined body according to claim 4, further comprising a screen printing step of printing the paste material containing powdered TiH 2 on the surface prior to the brazing step. 前記ペースト材は、前記ペースト材中に２０重量％から４０重量％のＴｉＨ２を有することを特徴とする請求項５に記載のセラミックス−金属の接合体の製造方法。 6. The method for producing a ceramic-metal joined body according to claim 5, wherein the paste material has 20% by weight to 40% by weight of TiH 2 in the paste material.
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