JP2512495B2 - 窒化ケイ素セラミックスと金属との接合体 - Google Patents
窒化ケイ素セラミックスと金属との接合体Info
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- JP2512495B2 JP2512495B2 JP22659487A JP22659487A JP2512495B2 JP 2512495 B2 JP2512495 B2 JP 2512495B2 JP 22659487 A JP22659487 A JP 22659487A JP 22659487 A JP22659487 A JP 22659487A JP 2512495 B2 JP2512495 B2 JP 2512495B2
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- silicon nitride
- metal
- base material
- nitride ceramics
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は窒化ケイ素セラミックスと金属との接合体に
関する。
関する。
周知のように、摩耗や熱作用を頻繁に受ける金属部品
に対して、最近は金属部品の一部にセラミックスを用い
て部品の耐摩耗性、耐熱性の向上を図るようにした手段
が採られている。
に対して、最近は金属部品の一部にセラミックスを用い
て部品の耐摩耗性、耐熱性の向上を図るようにした手段
が採られている。
このようなセラミックスと金属との接合製品は、一般
には両者の熱膨張率の大きな違いを考慮して、両者の間
に軟質性金属あるいは低膨張性金属等からなる中間緩衝
材を介在させて接合してあり、接合時の加熱、冷却によ
って生じた残留熱応力を低減して実用的接合強度を得る
ようにしている。また最近では、接合強度に影響する因
子とし、接合母材の種類、上記中間緩衝材の材質とその
厚み、両母材と中間緩衝材とを接合するためのロウ材の
材質、両母材と中間緩衝材の接合面粗さ、接合温度・時
間・加圧力・雰囲気なども取り上げられ、より接合強度
の大きい接合体が試作されるようになってきている。
には両者の熱膨張率の大きな違いを考慮して、両者の間
に軟質性金属あるいは低膨張性金属等からなる中間緩衝
材を介在させて接合してあり、接合時の加熱、冷却によ
って生じた残留熱応力を低減して実用的接合強度を得る
ようにしている。また最近では、接合強度に影響する因
子とし、接合母材の種類、上記中間緩衝材の材質とその
厚み、両母材と中間緩衝材とを接合するためのロウ材の
材質、両母材と中間緩衝材の接合面粗さ、接合温度・時
間・加圧力・雰囲気なども取り上げられ、より接合強度
の大きい接合体が試作されるようになってきている。
しかしながら、上述の各因子を考慮した接合体は、主
に接合強度の点に着眼してなされており、接合強度の向
上は見られるものの、各接合体の間での接合強度のばら
つきについての改善は必ずしも十分なものとはいえず、
信頼性の点で問題が残っていた。
に接合強度の点に着眼してなされており、接合強度の向
上は見られるものの、各接合体の間での接合強度のばら
つきについての改善は必ずしも十分なものとはいえず、
信頼性の点で問題が残っていた。
そこで本発明の技術的課題は、各接合体の間での接合
強度のばらつきを小さくして信頼性の高い接合体を得る
ようにした点にある。
強度のばらつきを小さくして信頼性の高い接合体を得る
ようにした点にある。
本発明は上記技術的課題の解決のために、窒化ケイ素
セラミックス母材と金属母材との間に中間緩衝材を介在
させて接合した接合体において、前記窒化ケイ素セラミ
ックス母材が焼結助剤として酸化アルミニウムと２〜５
モル％の酸化イットリウムを含有すると共に、窒化ケイ
素セラミックス母材、中間緩衝材、金属母材がロウ材に
より接合されていることを手段としている。
セラミックス母材と金属母材との間に中間緩衝材を介在
させて接合した接合体において、前記窒化ケイ素セラミ
ックス母材が焼結助剤として酸化アルミニウムと２〜５
モル％の酸化イットリウムを含有すると共に、窒化ケイ
素セラミックス母材、中間緩衝材、金属母材がロウ材に
より接合されていることを手段としている。
上述のように、本発明に係る接合体は、窒化ケイ素セ
ラミックスと金属との間に中間緩衝材を介在させて接合
したものであり、この中間緩衝材によって窒化ケイ素セ
ラミックスと金属との間の大きな熱膨張係数の差を吸収
し、実用的接合強度を確保している。
ラミックスと金属との間に中間緩衝材を介在させて接合
したものであり、この中間緩衝材によって窒化ケイ素セ
ラミックスと金属との間の大きな熱膨張係数の差を吸収
し、実用的接合強度を確保している。
金属の種類は限定されず、また中間緩衝材は銅やニッ
ケル及びそれらを含む柔軟性合金等が用いられる。
ケル及びそれらを含む柔軟性合金等が用いられる。
窒化ケイ素セラミックスは、窒化ケイ素粉末に焼結助
剤を加え、これを一定の条件下で焼結することによって
得られるが、本件出願の発明者は、この窒化ケイ素セラ
ミックスの焼結助剤が接合体の接合強度、特に接合強度
のばらつきに影響する因子の一つであることに着眼し、
焼結助剤としてAl2O3−Y2O3系を用い、かつY2O3を２〜5
mol％含有する時に接合強度のばらつきが極めて小さく
なることを見い出した。
剤を加え、これを一定の条件下で焼結することによって
得られるが、本件出願の発明者は、この窒化ケイ素セラ
ミックスの焼結助剤が接合体の接合強度、特に接合強度
のばらつきに影響する因子の一つであることに着眼し、
焼結助剤としてAl2O3−Y2O3系を用い、かつY2O3を２〜5
mol％含有する時に接合強度のばらつきが極めて小さく
なることを見い出した。
その理由として、Y2O3が上述の範囲にあるときには、
窒化ケイ素セラミックスと中間緩衝材との接合界面に生
ずる反応生成物が粘り強いものとなり、これが接合強度
のばらつきを小さくすものと考えられる。また、Y2O3量
が2mol％以下の場合は窒化ケイ素セラミックス自体の強
度がばらつき、その結果、接合体の接合強度のばらつき
にも影響する一方、Y2O3量が5mol％を越えると、接合界
面での反応生成物中にイットリウム（Ｙ）元素の量が増
大して脆くなるために、これが原因となって接合強度の
ばらつきが大きくなってしまうと考えられる。尚、Al2O
3は焼結助剤として用いられる場合、およそ26mol％以下
の範囲内で添加可能であるが、本発明ではY2O3との関係
において接合強度のばらつきにも影響があるものと考え
られ、４〜8mol％の範囲で用いられるのが好ましい。
窒化ケイ素セラミックスと中間緩衝材との接合界面に生
ずる反応生成物が粘り強いものとなり、これが接合強度
のばらつきを小さくすものと考えられる。また、Y2O3量
が2mol％以下の場合は窒化ケイ素セラミックス自体の強
度がばらつき、その結果、接合体の接合強度のばらつき
にも影響する一方、Y2O3量が5mol％を越えると、接合界
面での反応生成物中にイットリウム（Ｙ）元素の量が増
大して脆くなるために、これが原因となって接合強度の
ばらつきが大きくなってしまうと考えられる。尚、Al2O
3は焼結助剤として用いられる場合、およそ26mol％以下
の範囲内で添加可能であるが、本発明ではY2O3との関係
において接合強度のばらつきにも影響があるものと考え
られ、４〜8mol％の範囲で用いられるのが好ましい。
また、本発明の接合体は、窒化ケイ素セラミックスと
中間緩衝材との間、中間緩衝材と金属との間がそれぞれ
ロウ材により接合されている。このロウ材は、例えば窒
化ケイ素セラミックスと中間緩衝材との間では、金属チ
タン（Ti）が主に用いられる他、Zr、Nb、Ta、Beなどが
用いられ、また中間緩衝材と金属との間ではBAg−８ロ
ウ材が用いられるが、これらのロウ材を使用した時は接
合強度のばらつきに対し良好な結果を与えている。
中間緩衝材との間、中間緩衝材と金属との間がそれぞれ
ロウ材により接合されている。このロウ材は、例えば窒
化ケイ素セラミックスと中間緩衝材との間では、金属チ
タン（Ti）が主に用いられる他、Zr、Nb、Ta、Beなどが
用いられ、また中間緩衝材と金属との間ではBAg−８ロ
ウ材が用いられるが、これらのロウ材を使用した時は接
合強度のばらつきに対し良好な結果を与えている。
（窒化ケイ素セラミックスの作製） 窒化ケイ素の原料粉末（粒度1.2μｍ、α化率91％）
との焼結助剤（粒度0.5μｍの酸化アルミニムウ6mol％
＋粒度1.5μｍの酸化イットリウム4mol％）とを用い、
0.1MPaのN2雰囲気中、2023K×3.6Ksの条件で焼結した。
との焼結助剤（粒度0.5μｍの酸化アルミニムウ6mol％
＋粒度1.5μｍの酸化イットリウム4mol％）とを用い、
0.1MPaのN2雰囲気中、2023K×3.6Ksの条件で焼結した。
（接合体の作製） 上記焼結した窒化ケイ素セラミックス（10×10×5tm
m）をセラミックス母材として用い、S45C鋼材（40×19
×6tmm）を金属母材として用いた。また、中間緩衝材と
してCu板（15×15×2tmm）を用いた。セラミックス母材
と中間緩衝材との間を接合するロウ材としてTi箔（11×
11×0.01tmm）を用い、また中間緩衝材と金属母材との
間を接合するロウ材としてBAg−８（15×15×0.1tmm）
を用いた。セラミックス母材と金属母材との接合は真空
中、1173K×1.2Ksの条件で行われ、この接合体の構造
は、第１図に示すように、セラミックス母材１と金属母
材２との間に中間緩衝材３が介在し、かつ中間緩衝材３
とセラミックス母材１および中間緩衝材３と金属母材２
とがそれぞれロウ材4a,4bによって接合されたものとな
っている。なお、同条件で12個の試験片を得た。
m）をセラミックス母材として用い、S45C鋼材（40×19
×6tmm）を金属母材として用いた。また、中間緩衝材と
してCu板（15×15×2tmm）を用いた。セラミックス母材
と中間緩衝材との間を接合するロウ材としてTi箔（11×
11×0.01tmm）を用い、また中間緩衝材と金属母材との
間を接合するロウ材としてBAg−８（15×15×0.1tmm）
を用いた。セラミックス母材と金属母材との接合は真空
中、1173K×1.2Ksの条件で行われ、この接合体の構造
は、第１図に示すように、セラミックス母材１と金属母
材２との間に中間緩衝材３が介在し、かつ中間緩衝材３
とセラミックス母材１および中間緩衝材３と金属母材２
とがそれぞれロウ材4a,4bによって接合されたものとな
っている。なお、同条件で12個の試験片を得た。
（強度試験方法） 上記試験片について、室温せん断強度（クロスヘッド
スピード8.3×10-3mm/s）を求めた。結果を第２図に示
す。
スピード8.3×10-3mm/s）を求めた。結果を第２図に示
す。
［比較例］ 焼結助剤の種類および添加量を変えて窒化ケイ素セラ
ミックスを作製し、各接合体の室温せん断強度を実施例
と比較した。比較例における焼結助剤の種類および添加
量は表に示す通りである。
ミックスを作製し、各接合体の室温せん断強度を実施例
と比較した。比較例における焼結助剤の種類および添加
量は表に示す通りである。
比較例（１）〜（５）については、上記実施例と同じ
条件下で窒化ケイ素セラミックスの焼結体を得、比較例
（６）（７）は0.1MPaのN2雰囲気中、1973K×3.6Ksの条
件下、また比較例（８）は0.5MPaのN2雰囲気中、2073K
×7.2Ksの条件下でそれぞれ焼結体を得た。
条件下で窒化ケイ素セラミックスの焼結体を得、比較例
（６）（７）は0.1MPaのN2雰囲気中、1973K×3.6Ksの条
件下、また比較例（８）は0.5MPaのN2雰囲気中、2073K
×7.2Ksの条件下でそれぞれ焼結体を得た。
接合に用いた金属母材、中間緩衝材、ロウ材および接
合条件は実施例と同様である。
合条件は実施例と同様である。
このようにして得た比較例の各試験片について、室温
せん断強度試験を行った。結果を第２図に示す。
せん断強度試験を行った。結果を第２図に示す。
測定の結果、実施例および比較例ともに実用強度は確
保しているものの、各試験片における接合強度のばらつ
きについては両者の間で大きな違いが見られた。
保しているものの、各試験片における接合強度のばらつ
きについては両者の間で大きな違いが見られた。
以上説明したように本発明に係る窒化ケイ素セラミッ
クスと金属との接合体によれば、窒化ケイ素セラミック
スの焼結助剤として、Al2O3と２〜５モル％のY2O3を用
いたことにより、実用的接合強度を確保しつつ各接合体
の間での接合強度のばらきを小さくするとができ、接合
製品の信頼性が一段と高いものとなった。
クスと金属との接合体によれば、窒化ケイ素セラミック
スの焼結助剤として、Al2O3と２〜５モル％のY2O3を用
いたことにより、実用的接合強度を確保しつつ各接合体
の間での接合強度のばらきを小さくするとができ、接合
製品の信頼性が一段と高いものとなった。
第１図はセラミックス−金属接合体の接合構造を示す
図、第２図は実施例および比較例の接合強度をばらつき
を示すグラフである。 １……セラミックス母材（窒化ケイ素セラミックス） ２……金属母材（S45C鋼材） ３……中間緩衝材（Cu板） 4a……ロウ材（Ti箔） 4b……ロウ材（BAg−８）
図、第２図は実施例および比較例の接合強度をばらつき
を示すグラフである。 １……セラミックス母材（窒化ケイ素セラミックス） ２……金属母材（S45C鋼材） ３……中間緩衝材（Cu板） 4a……ロウ材（Ti箔） 4b……ロウ材（BAg−８）
Claims (2)
- 【請求項１】窒化ケイ素セラミックス母材と金属母材と
の間に中間緩衝材を介在させて接合した接合体におい
て、 前記窒化ケイ素セラミックス母材が焼結助剤として酸化
アルミニウムと２〜５モル％の酸化イットリウムを含有
すると共に、 窒化ケイ素セラミックス母材、中間緩衝材、金属母材が
ロウ材により接合されていることを特徴とする窒化ケイ
素セラミックスと金属との接合体。 - 【請求項２】窒化ケイ素セラミックス母材と中間緩衝材
とを接合するロウ材が金属チタンであることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の接合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22659487A JP2512495B2 (ja) | 1987-09-11 | 1987-09-11 | 窒化ケイ素セラミックスと金属との接合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22659487A JP2512495B2 (ja) | 1987-09-11 | 1987-09-11 | 窒化ケイ素セラミックスと金属との接合体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6469576A JPS6469576A (en) | 1989-03-15 |
| JP2512495B2 true JP2512495B2 (ja) | 1996-07-03 |
Family
ID=16847632
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22659487A Expired - Lifetime JP2512495B2 (ja) | 1987-09-11 | 1987-09-11 | 窒化ケイ素セラミックスと金属との接合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2512495B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4649027B2 (ja) * | 1999-09-28 | 2011-03-09 | 株式会社東芝 | セラミックス回路基板 |
| CN117586042A (zh) * | 2024-01-19 | 2024-02-23 | 成都飞机工业（集团）有限责任公司 | 一种陶瓷基复合材料的连接方法 |
-
1987
- 1987-09-11 JP JP22659487A patent/JP2512495B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6469576A (en) | 1989-03-15 |
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