JP3255379B2 - アルミナセラミックスと金属の接合方法 - Google Patents
アルミナセラミックスと金属の接合方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はアルミナセラミックスと
金属を接合する方法に関する。
金属を接合する方法に関する。
【０００２】
【従来技術】従来、アルミナセラミックスと金属を接合
する方法として、アルミナセラミックスの表面にモリブ
デンやタングステン等の高融点金属を約１５００℃また
はそれ以上の温度で焼き付け、その面と金属とをロウや
ハンダで接合する方法がある。この方法は、高融点金属
法として従来より公知の技術であり、広く実用化されて
いる。しかし、作業温度が高いため生産効率が低いとい
う欠点がある。
する方法として、アルミナセラミックスの表面にモリブ
デンやタングステン等の高融点金属を約１５００℃また
はそれ以上の温度で焼き付け、その面と金属とをロウや
ハンダで接合する方法がある。この方法は、高融点金属
法として従来より公知の技術であり、広く実用化されて
いる。しかし、作業温度が高いため生産効率が低いとい
う欠点がある。
【０００３】また、銀、銅、チタン、ニッケル等を用い
て接合する方法も、従来より知られている。例えば、
銀、銅、チタンを合金化したものや、それら金属を積層
して箔化したもの、およびニッケルやモネル（ニッケル
と銅の合金）とチタンを積層したものが活性金属ロウと
して市販されている。しかし、これらの活性金属ロウ
は、窒化珪素や炭化珪素等の非酸化物セラミックスに対
しては良好な接合性を示すものの、アルミナセラミック
スに対しては接合性が悪いという欠点があった。すなわ
ち、上記非酸化物セラミックスの場合、窒化珪素や炭化
珪素の窒素分や炭素分が金属ロウに含まれるチタンと界
面で結合し、ＴｉＮ、ＴｉＣの生成により強固な接合が
得られる。これに対し、アルミナセラミックスの場合
は、金属ロウ中のチタンがセラミックスの酸素と結合
し、ＴｉＯやＴｉＯ2を生成する。これらの生成物は酸
化物であるため脆く、しかも窒化珪素や炭化珪素の場合
と比べて濡れが悪いため、実用に適さない。
て接合する方法も、従来より知られている。例えば、
銀、銅、チタンを合金化したものや、それら金属を積層
して箔化したもの、およびニッケルやモネル（ニッケル
と銅の合金）とチタンを積層したものが活性金属ロウと
して市販されている。しかし、これらの活性金属ロウ
は、窒化珪素や炭化珪素等の非酸化物セラミックスに対
しては良好な接合性を示すものの、アルミナセラミック
スに対しては接合性が悪いという欠点があった。すなわ
ち、上記非酸化物セラミックスの場合、窒化珪素や炭化
珪素の窒素分や炭素分が金属ロウに含まれるチタンと界
面で結合し、ＴｉＮ、ＴｉＣの生成により強固な接合が
得られる。これに対し、アルミナセラミックスの場合
は、金属ロウ中のチタンがセラミックスの酸素と結合
し、ＴｉＯやＴｉＯ2を生成する。これらの生成物は酸
化物であるため脆く、しかも窒化珪素や炭化珪素の場合
と比べて濡れが悪いため、実用に適さない。
【０００４】さらに、近年、銀と銅の共晶合金箔とチタ
ン箔を積層して箔化したものが出現し、アルミナセラミ
ックスに対して良好な接合性を示している。しかし、こ
の構造のロウを作ることが難しく、広く実用化されてい
ない。
ン箔を積層して箔化したものが出現し、アルミナセラミ
ックスに対して良好な接合性を示している。しかし、こ
の構造のロウを作ることが難しく、広く実用化されてい
ない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の問題
点に鑑みてなされたものであり、その目的は、アルミナ
セラミックスと金属との簡便かつ強固な接合方法を提供
することにある。
点に鑑みてなされたものであり、その目的は、アルミナ
セラミックスと金属との簡便かつ強固な接合方法を提供
することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】まず、アルミナセラミッ
クスの表面に窒化層を形成する。具体的には、窒素雰囲
気下において加熱処理をする。加熱温度は１１００〜１
４５０℃が好ましい。この方法によると大型部品への適
用も可能である。
クスの表面に窒化層を形成する。具体的には、窒素雰囲
気下において加熱処理をする。加熱温度は１１００〜１
４５０℃が好ましい。この方法によると大型部品への適
用も可能である。
【０００７】ここで、アルミナセラミックスの窒素雰囲
気下での加熱温度が１１００℃より低いと、アルミナセ
ラミックスの表面に窒素層が形成されにくく、接合強度
が小さくなり、１４５０℃より高いと、セラミックスの
劣化により強度が低下する。
気下での加熱温度が１１００℃より低いと、アルミナセ
ラミックスの表面に窒素層が形成されにくく、接合強度
が小さくなり、１４５０℃より高いと、セラミックスの
劣化により強度が低下する。
【０００８】次いで、金属の表面にニッケル層を形成す
る。ニッケル層の形成は、通常のメッキ方法で十分に行
うことができる。好ましい金属層の厚さは、１μｍ以上
である。
る。ニッケル層の形成は、通常のメッキ方法で十分に行
うことができる。好ましい金属層の厚さは、１μｍ以上
である。
【０００９】次に、この窒素化されたアルミナセラミッ
クスの表面と、１μｍ以上のニッケル層を形成した金属
との間に、銀および銅の共晶合金の中にチタン等の活性
金属を含有した合金ロウ箔を挿入し、これに１０ＭＰ
ａ．以上の接合荷重を加え、金属ロウの溶融温度以上で
接合する。つまり、アルミナセラミックスの表面と、チ
タンを含有する銀と銅の活性金属ロウとを接触させるこ
とにより、接合界面で窒素とチタンの結びつきを生成さ
せ、強固な接合を得るものである。上記合金ロウ箔にお
ける銀、銅およびチタンの割合は、それぞれ７１重量
％、２７重量％、２重量％であることが好ましい。
クスの表面と、１μｍ以上のニッケル層を形成した金属
との間に、銀および銅の共晶合金の中にチタン等の活性
金属を含有した合金ロウ箔を挿入し、これに１０ＭＰ
ａ．以上の接合荷重を加え、金属ロウの溶融温度以上で
接合する。つまり、アルミナセラミックスの表面と、チ
タンを含有する銀と銅の活性金属ロウとを接触させるこ
とにより、接合界面で窒素とチタンの結びつきを生成さ
せ、強固な接合を得るものである。上記合金ロウ箔にお
ける銀、銅およびチタンの割合は、それぞれ７１重量
％、２７重量％、２重量％であることが好ましい。
【００１０】ここで、アルミナセラミックスとの接合に
用いる金属ロウとして、アルミナセラミックスと熱膨張
係数の近似するコバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）や軟
らかい銅を用いた場合は、セラミックスの表面の窒化層
と金属ロウのチタンが十分に反応する以前に金属ロウが
金属側に流れ出してしまい、接合に供するロウの量が減
少し、接合強度が低下する。
用いる金属ロウとして、アルミナセラミックスと熱膨張
係数の近似するコバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）や軟
らかい銅を用いた場合は、セラミックスの表面の窒化層
と金属ロウのチタンが十分に反応する以前に金属ロウが
金属側に流れ出してしまい、接合に供するロウの量が減
少し、接合強度が低下する。
【００１１】そこで、接合の相手方となる金属の表面に
１μｍ以上の厚みでニッケル層を形成しておくことが望
ましい。こうすると、金属ロウに含まれる銅と金属表面
のニッケルとがモネルを形成しながら濡れていき、金属
ロウが金属側へ流れ出す速度が減少する。したがって、
アルミナセラミックスとの接合に供する金属ロウの量が
減少するのを抑制することができ、良好な接合を得るこ
とができる。ニッケル層の厚みが１μｍ未満であると、
かかる効果を十分に得ることができない。
１μｍ以上の厚みでニッケル層を形成しておくことが望
ましい。こうすると、金属ロウに含まれる銅と金属表面
のニッケルとがモネルを形成しながら濡れていき、金属
ロウが金属側へ流れ出す速度が減少する。したがって、
アルミナセラミックスとの接合に供する金属ロウの量が
減少するのを抑制することができ、良好な接合を得るこ
とができる。ニッケル層の厚みが１μｍ未満であると、
かかる効果を十分に得ることができない。
【００１２】接合面に対する接合荷重は１０ＭＰａ．以
上必要である。１０ＭＰａ．未満であると、アルミナセ
ラミックスの表面の窒素分と活性金属ロウのチタンとの
結びつきが不十分となり、強固な接合が得られない。
上必要である。１０ＭＰａ．未満であると、アルミナセ
ラミックスの表面の窒素分と活性金属ロウのチタンとの
結びつきが不十分となり、強固な接合が得られない。
【００１３】
実施例１ ３×４×２０（ｍｍ）のアルミナセラミックス（株式会
社日本セラテック）を窒素雰囲気下において１１００℃
で加熱処理する。その後、３×４（ｍｍ）のセラミック
スの表面と３×４×２０（ｍｍ）の金属（コバール：Ｋ
Ｖ−２ 住友特殊金属株式会社製、銅：無酸素銅 日立
金属株式会社製）との間に３×４×０．１（ｍｍ）のロ
ウ（Ａｇ７１重量％、Ｃｕ２７重量％、Ｔｉ２重量％；
溶融温度７８５℃）を挟み込み、接合面に対して１０Ｍ
Ｐａ．の荷重を加え、真空雰囲気下（１０-6Ｔｏｒｒ）
において８２０℃で加熱して接合した。なお、金属面の
ニッケルは電解メッキ（Ｗａｔｔ浴）により形成した。
接合された試料の接合強度は、４点曲げ試験（インナー
スパン：１０ｍｍ、アウタースパン：３０ｍｍ）により
測定した。結果を表１に示す。
社日本セラテック）を窒素雰囲気下において１１００℃
で加熱処理する。その後、３×４（ｍｍ）のセラミック
スの表面と３×４×２０（ｍｍ）の金属（コバール：Ｋ
Ｖ−２ 住友特殊金属株式会社製、銅：無酸素銅 日立
金属株式会社製）との間に３×４×０．１（ｍｍ）のロ
ウ（Ａｇ７１重量％、Ｃｕ２７重量％、Ｔｉ２重量％；
溶融温度７８５℃）を挟み込み、接合面に対して１０Ｍ
Ｐａ．の荷重を加え、真空雰囲気下（１０-6Ｔｏｒｒ）
において８２０℃で加熱して接合した。なお、金属面の
ニッケルは電解メッキ（Ｗａｔｔ浴）により形成した。
接合された試料の接合強度は、４点曲げ試験（インナー
スパン：１０ｍｍ、アウタースパン：３０ｍｍ）により
測定した。結果を表１に示す。
【００１４】実施例２〜１１ アルミナセラミックスの加熱温度、接合金属、金属表面
のニッケル厚み、接合荷重を変えて、実施例１と同様に
実施し、接合強度を測定した。結果を表１に示す。
のニッケル厚み、接合荷重を変えて、実施例１と同様に
実施し、接合強度を測定した。結果を表１に示す。
【００１５】比較例１〜８ 加熱温度、ニッケル厚み、接合荷重を本発明の範囲外と
なるようにして、実施例１と同様に実施し、接合強度を
測定した。その結果を表２に示した。
なるようにして、実施例１と同様に実施し、接合強度を
測定した。その結果を表２に示した。
【００１６】
【表１】
【表２】
【００１７】
【発明の効果】本発明により、アルミナセラミックスと
金属とを簡便かつ強固に接合することが可能となった。
金属とを簡便かつ強固に接合することが可能となった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−50166（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−132669（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−112678（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−340476（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 37/02
Claims (4)
- 【請求項１】 表面に窒化層を形成したアルミナセラミ
ックスと、表面にニッケル層を形成した金属との間に活
性金属ロウ箔を挿入し、１０ＭＰａ．以上の接合加重を
加えて溶融接合することを特徴とするアルミナセラミッ
クスと金属の接合方法。 - 【請求項２】 セラミックスに窒化層を形成するにあた
り、該セラミックスを１１００℃〜１４５０℃の窒素雰
囲気中で加熱処理することを特徴とする請求項１に記載
の接合方法。 - 【請求項３】 金属表面に形成するニッケル層の厚みが
１μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の接
合方法。 - 【請求項４】 活性金属ロウ箔が銀および銅の共晶合金
に活性金属を包含したものであることを特徴とする請求
項１に記載の接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14889593A JP3255379B2 (ja) | 1993-06-21 | 1993-06-21 | アルミナセラミックスと金属の接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14889593A JP3255379B2 (ja) | 1993-06-21 | 1993-06-21 | アルミナセラミックスと金属の接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0710646A JPH0710646A (ja) | 1995-01-13 |
| JP3255379B2 true JP3255379B2 (ja) | 2002-02-12 |
Family
ID=15463094
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14889593A Expired - Fee Related JP3255379B2 (ja) | 1993-06-21 | 1993-06-21 | アルミナセラミックスと金属の接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3255379B2 (ja) |
-
1993
- 1993-06-21 JP JP14889593A patent/JP3255379B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0710646A (ja) | 1995-01-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |