JP3182170B2 - セラミックスと金属との接合方法 - Google Patents
セラミックスと金属との接合方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックスと金属と
の接合方法に関し、特に、高温下で接合強度の低下が生
ぜず、確実にセラミックスと金属とを接合することがで
きるセラミックスと金属との接合方法に関する。
の接合方法に関し、特に、高温下で接合強度の低下が生
ぜず、確実にセラミックスと金属とを接合することがで
きるセラミックスと金属との接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、非酸化物セラミックスと金属とを
接合する方法として、セラミックスと金属の間に活性金
属ロウを挿入し、約８００℃の高温度で接合する方法が
知られている。しかしながら、約８００℃の高温度で接
合させた従来の非酸化物セラミックス−金属接合体は、
これを２５℃の常温に戻した時、セラミックスの収縮率
と金属の収縮率との差から両者の接合面に接合残留応力
が作用し、その結果、セラミックスを破壊する欠点を有
している。そこで、上記接合残留応力を軽減する目的
で、セラミックスと金属との間に応力緩衝金属を挿入す
ることが提案されている。応力緩衝金属としては、銅、
タングステンの他にチタン、ニオブ等が選定されてい
る。
接合する方法として、セラミックスと金属の間に活性金
属ロウを挿入し、約８００℃の高温度で接合する方法が
知られている。しかしながら、約８００℃の高温度で接
合させた従来の非酸化物セラミックス−金属接合体は、
これを２５℃の常温に戻した時、セラミックスの収縮率
と金属の収縮率との差から両者の接合面に接合残留応力
が作用し、その結果、セラミックスを破壊する欠点を有
している。そこで、上記接合残留応力を軽減する目的
で、セラミックスと金属との間に応力緩衝金属を挿入す
ることが提案されている。応力緩衝金属としては、銅、
タングステンの他にチタン、ニオブ等が選定されてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ここで
選定している銅、タングステン、チタン、ニオブ等の緩
衝金属は、５００℃以上の大気雰囲気下で酸化され、そ
のため、その接合強度が急激に低下する欠点を有してい
る。そして、仮に、５００℃以上の高温度域で使用でき
る高温度特性の優れたセラミックス、耐熱金属、耐熱ロ
ウを用いたとしても、該緩衝金属の耐熱特性に制限され
てしまい、この高温度域で接合強度の高いセラミックス
−金属接合体を得ることができなかった。
選定している銅、タングステン、チタン、ニオブ等の緩
衝金属は、５００℃以上の大気雰囲気下で酸化され、そ
のため、その接合強度が急激に低下する欠点を有してい
る。そして、仮に、５００℃以上の高温度域で使用でき
る高温度特性の優れたセラミックス、耐熱金属、耐熱ロ
ウを用いたとしても、該緩衝金属の耐熱特性に制限され
てしまい、この高温度域で接合強度の高いセラミックス
−金属接合体を得ることができなかった。
【０００４】そこで、本発明者等は、該緩衝金属につい
て鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成したものであっ
て、本発明は、５００℃以上の高温下でも接合強度の低
下が生ぜず、確実にセラミックスと金属とを接合するこ
とができるセラミックスと金属との接合方法を提供する
ことを目的とする。
て鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成したものであっ
て、本発明は、５００℃以上の高温下でも接合強度の低
下が生ぜず、確実にセラミックスと金属とを接合するこ
とができるセラミックスと金属との接合方法を提供する
ことを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そして、本発明は、上記
目的を達成する手段として、高温に強いニッケル又はク
ロムを所定厚さにメッキした金属箔（緩衝金属）を使用
する点にある。即ち、本発明は、セラミックスと金属と
の接合部分に、１〜５μｍのニッケル又はクロムメッキ
を施した金属箔を挿入し、ロウ付けすることを特徴とす
るセラミックスと金属との接合方法である。
目的を達成する手段として、高温に強いニッケル又はク
ロムを所定厚さにメッキした金属箔（緩衝金属）を使用
する点にある。即ち、本発明は、セラミックスと金属と
の接合部分に、１〜５μｍのニッケル又はクロムメッキ
を施した金属箔を挿入し、ロウ付けすることを特徴とす
るセラミックスと金属との接合方法である。
【０００６】本発明において、接合に用いるセラミック
スとしては、窒化珪素、炭化珪素、サイアロン等の非酸
化物セラミックスが好ましく、また、接合に用いる金属
としては、ステンレス（ＳＵＳ３０４）等所望に応じ種
々の金属を使用することができる。
スとしては、窒化珪素、炭化珪素、サイアロン等の非酸
化物セラミックスが好ましく、また、接合に用いる金属
としては、ステンレス（ＳＵＳ３０４）等所望に応じ種
々の金属を使用することができる。
【０００７】また、本発明において、セラミックスと金
属との接合面に挿入する金属箔（緩衝金属）としては、
銅、タングステン、チタン、ニオブが好ましい。そし
て、本発明は、この金属箔（緩衝金属）の表面に、高温
に強いニッケル又はクロムをメッキしたものを使用する
点に特徴を有するが、このメッキ厚は、ニッケル又はク
ロムのどちらであっても、また、何れの緩衝金属に対し
てもその種類を問わず、１〜５μｍが好適である。この
メッキ厚が１μｍより薄い場合、緩衝金属母材を高温大
気雰囲気から保護する効果が少なく、逆に、メッキ厚が
５μｍより厚いと、緩衝金属母材とメッキ膜との熱膨張
係数の差からメッキ膜に残留応力が生じ、メッキが剥離
してしまい、その結果、低荷重でも、セラミックス−金
属接合体が破壊してしまうので、好ましくない。
属との接合面に挿入する金属箔（緩衝金属）としては、
銅、タングステン、チタン、ニオブが好ましい。そし
て、本発明は、この金属箔（緩衝金属）の表面に、高温
に強いニッケル又はクロムをメッキしたものを使用する
点に特徴を有するが、このメッキ厚は、ニッケル又はク
ロムのどちらであっても、また、何れの緩衝金属に対し
てもその種類を問わず、１〜５μｍが好適である。この
メッキ厚が１μｍより薄い場合、緩衝金属母材を高温大
気雰囲気から保護する効果が少なく、逆に、メッキ厚が
５μｍより厚いと、緩衝金属母材とメッキ膜との熱膨張
係数の差からメッキ膜に残留応力が生じ、メッキが剥離
してしまい、その結果、低荷重でも、セラミックス−金
属接合体が破壊してしまうので、好ましくない。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と共に挙げ、
本発明をより詳細に説明する。 （実施例）３×４×２０（ｍｍ）の窒化珪素、炭化珪素
及びサイアロン等の非酸化物セラミックス（何れも日本
セラテック社製）と３×４×２０（ｍｍ）ステンレス
（ＳＵＳ３０４、日本冶金社製）の３×４（ｍｍ）面を
突きあわせる構造体（接合体）に於いて、これらの間
（接合面）に応力緩衝金属として、厚みが０．２（ｍ
ｍ）の銅、タングステン、チタン、ニオブ箔を挿入し、
活性金属ロウ（TKC-710 田中貴金属工業社製）を用い、
１０-6ｔｏｒｒの真空雰囲気で８３０℃でロウ付けし、
接合強度測定用試験体を作成した。
本発明をより詳細に説明する。 （実施例）３×４×２０（ｍｍ）の窒化珪素、炭化珪素
及びサイアロン等の非酸化物セラミックス（何れも日本
セラテック社製）と３×４×２０（ｍｍ）ステンレス
（ＳＵＳ３０４、日本冶金社製）の３×４（ｍｍ）面を
突きあわせる構造体（接合体）に於いて、これらの間
（接合面）に応力緩衝金属として、厚みが０．２（ｍ
ｍ）の銅、タングステン、チタン、ニオブ箔を挿入し、
活性金属ロウ（TKC-710 田中貴金属工業社製）を用い、
１０-6ｔｏｒｒの真空雰囲気で８３０℃でロウ付けし、
接合強度測定用試験体を作成した。
【０００９】ここで用いた各種緩衝金属には、ニッケル
メッキ又はクロムメッキがなされている。このニッケル
メッキは、標準的に用いられるワット浴で、また、クロ
ムメッキも標準的に用いられるクロム酸−硫酸浴でメッ
キした。これらのメッキ厚みは、コク−ル法で確認し
た。この試験体を５００℃に加熱された大気雰囲気中に
１時間放置した後、JIS R1601に定める方法で、この試
験体の接合強度を測定した。結果を表１に、No.2、3、6、
7、10、11、14、15、18、19、22、23、26、27、30、31として表示し
た。
メッキ又はクロムメッキがなされている。このニッケル
メッキは、標準的に用いられるワット浴で、また、クロ
ムメッキも標準的に用いられるクロム酸−硫酸浴でメッ
キした。これらのメッキ厚みは、コク−ル法で確認し
た。この試験体を５００℃に加熱された大気雰囲気中に
１時間放置した後、JIS R1601に定める方法で、この試
験体の接合強度を測定した。結果を表１に、No.2、3、6、
7、10、11、14、15、18、19、22、23、26、27、30、31として表示し
た。
【００１０】（比較例）比較のために、緩衝金属のメッ
キ厚として、本発明の１〜５μｍの範囲外である試験体
（０．５μｍ及び７μｍ厚にメッキ加工した緩衝金属を
用いた試験体）を実施例と同一条件で作成した。この試
験体の接合強度を、実施例と同一方法で測定し、その結
果を同じく表１に、No.1、4、5、8、9、12、13、16、17、20、21、2
4、25、28、29、32として表示した。なお、表１には、接合
すべき非酸化物セラミックスとして、サイアロンを用い
たものの例を示した。
キ厚として、本発明の１〜５μｍの範囲外である試験体
（０．５μｍ及び７μｍ厚にメッキ加工した緩衝金属を
用いた試験体）を実施例と同一条件で作成した。この試
験体の接合強度を、実施例と同一方法で測定し、その結
果を同じく表１に、No.1、4、5、8、9、12、13、16、17、20、21、2
4、25、28、29、32として表示した。なお、表１には、接合
すべき非酸化物セラミックスとして、サイアロンを用い
たものの例を示した。
【００１１】
【表１】
【００１２】表１から明らかなように、１μｍ及び５μ
ｍのニッケルメッキ又はクロムメッキを施した金属箔
（銅、タングステン、チタン、ニオブの緩衝金属）を用
いた接合体は、メッキ材並びに金属箔（緩衝金属）の種
類を問わず、いずれも、少なくとも１０Ｋｇ／ｍｍ2以
上の接合強度（５００℃強度）を有することが理解でき
る。これに対して、本発明で限定する１〜５μｍのメッ
キ厚の範囲外である０．５μｍ及び７μｍ厚としたもの
は、いずれも、接合強度が低く、５Ｋｇ／ｍｍ2の接合
強度（５００℃強度）にも達しないものであった。な
お、表１に示す接合体は、上記したとおり、接合すべき
非酸化物セラミックスとして、サイアロンを用いた例で
あるが、窒化珪素、炭化珪素等の非酸化物セラミックス
であっても、同様な接合強度が得られた。
ｍのニッケルメッキ又はクロムメッキを施した金属箔
（銅、タングステン、チタン、ニオブの緩衝金属）を用
いた接合体は、メッキ材並びに金属箔（緩衝金属）の種
類を問わず、いずれも、少なくとも１０Ｋｇ／ｍｍ2以
上の接合強度（５００℃強度）を有することが理解でき
る。これに対して、本発明で限定する１〜５μｍのメッ
キ厚の範囲外である０．５μｍ及び７μｍ厚としたもの
は、いずれも、接合強度が低く、５Ｋｇ／ｍｍ2の接合
強度（５００℃強度）にも達しないものであった。な
お、表１に示す接合体は、上記したとおり、接合すべき
非酸化物セラミックスとして、サイアロンを用いた例で
あるが、窒化珪素、炭化珪素等の非酸化物セラミックス
であっても、同様な接合強度が得られた。
【００１３】
【発明の効果】本発明は、以上詳記したとおり、５００
℃以上の高温下でも接合強度の低下が生ぜず、確実にセ
ラミックスと金属とを接合することができる効果が生ず
る。そして、本発明により、簡便な工程で、高温下での
高接合強度を有するセラミックス−金属接合体が得ら
れ、高温に晒される機械部品等の素材として好適な新材
料を提供することができる。
℃以上の高温下でも接合強度の低下が生ぜず、確実にセ
ラミックスと金属とを接合することができる効果が生ず
る。そして、本発明により、簡便な工程で、高温下での
高接合強度を有するセラミックス−金属接合体が得ら
れ、高温に晒される機械部品等の素材として好適な新材
料を提供することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 37/00 - 37/04
Claims (3)
- 【請求項１】 セラミックスと金属との接合部分に、１
〜５μｍのニッケル又はクロムメッキを施した金属箔を
挿入し、ロウ付けすることを特徴とするセラミックスと
金属との接合方法。 - 【請求項２】 挿入する金属箔は、銅、タングステン、
チタン、ニオブである請求項１に記載のセラミックスと
金属との接合方法。 - 【請求項３】 接合に用いるセラミックスは、窒化珪
素、炭化珪素、サイアロン等の非酸化物セラミックスで
ある請求項１に記載のセラミックスと金属との接合方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19072291A JP3182170B2 (ja) | 1991-07-04 | 1991-07-04 | セラミックスと金属との接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19072291A JP3182170B2 (ja) | 1991-07-04 | 1991-07-04 | セラミックスと金属との接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0517248A JPH0517248A (ja) | 1993-01-26 |
| JP3182170B2 true JP3182170B2 (ja) | 2001-07-03 |
Family
ID=16262728
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19072291A Expired - Fee Related JP3182170B2 (ja) | 1991-07-04 | 1991-07-04 | セラミックスと金属との接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3182170B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5548167B2 (ja) * | 2011-07-11 | 2014-07-16 | 日本発條株式会社 | 積層体及び積層体の製造方法 |
| JP6096094B2 (ja) * | 2013-10-28 | 2017-03-15 | 日本発條株式会社 | 積層体、絶縁性冷却板、パワーモジュールおよび積層体の製造方法 |
-
1991
- 1991-07-04 JP JP19072291A patent/JP3182170B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0517248A (ja) | 1993-01-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |