JP3276509B2 - 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、さらに詳しくはセラミックスと金属
とを中間材を介して接合する方法に関する。
の接合方法に関し、さらに詳しくはセラミックスと金属
とを中間材を介して接合する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】セラミックスは、耐熱性、耐摩耗性等に
優れ、近年、構造部材としての用途が拡大しつつあり、
これにともない、セラミックスと金属との接合の必要性
が高まっている。
優れ、近年、構造部材としての用途が拡大しつつあり、
これにともない、セラミックスと金属との接合の必要性
が高まっている。
【０００３】セラミックスと金属との接合では、ろう材
を用いる方法が一般的であるが、この方法は、たとえ、
熱膨張係数の差の小さい組み合わせでも、大型形状のも
のの接合を行うと、加熱接合後の冷却過程で発生する残
留応力のために、被接合体であるセラミックスと金属と
が剥離したり、被接合体であるセラミックス中に亀裂が
発生したりする。また、そこまで至らない場合でも、接
合強度を低下させることになる。
を用いる方法が一般的であるが、この方法は、たとえ、
熱膨張係数の差の小さい組み合わせでも、大型形状のも
のの接合を行うと、加熱接合後の冷却過程で発生する残
留応力のために、被接合体であるセラミックスと金属と
が剥離したり、被接合体であるセラミックス中に亀裂が
発生したりする。また、そこまで至らない場合でも、接
合強度を低下させることになる。
【０００４】そこで、このような残留応力を軽減させる
方法として、被接合体であるセラミックスと金属との間
に、中間材として銅やニッケル等の延性金属板を被接合
体間に介在させ、被接合体であるセラミックスと延性金
属板、延性金属板と被接合体である金属との間をろう材
により接合することが行われている。
方法として、被接合体であるセラミックスと金属との間
に、中間材として銅やニッケル等の延性金属板を被接合
体間に介在させ、被接合体であるセラミックスと延性金
属板、延性金属板と被接合体である金属との間をろう材
により接合することが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、延性金
属板を中間材として用いる方法は、延性金属部分の強度
が小さいという問題点を有する。また、延性金属板を接
合面に合わせて介在させ、ろう付けしても、熱膨張係数
の差の大きいセラミックスと金属の接合の場合や接合面
積が大きい場合などは、残留応力の緩和が十分行われ
ず、良好な接合体の作製ができない。
属板を中間材として用いる方法は、延性金属部分の強度
が小さいという問題点を有する。また、延性金属板を接
合面に合わせて介在させ、ろう付けしても、熱膨張係数
の差の大きいセラミックスと金属の接合の場合や接合面
積が大きい場合などは、残留応力の緩和が十分行われ
ず、良好な接合体の作製ができない。
【０００６】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたもので、熱処理を要するセラミックスと金
属の接合において、加熱接合後の冷却過程で発生する残
留応力を緩和させ、被接合体であるセラミックスと金属
とが剥離したり、被接合体であるセラミックス中に亀裂
が発生したりしないような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。
めになされたもので、熱処理を要するセラミックスと金
属の接合において、加熱接合後の冷却過程で発生する残
留応力を緩和させ、被接合体であるセラミックスと金属
とが剥離したり、被接合体であるセラミックス中に亀裂
が発生したりしないような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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者が、延性金属板
に代わる中間材を見出すべく鋭意研究したところ、細溝
を設けたセラミックス薄板を中間材として使用すると、
良好なセラミックスと金属との接合体が得られることを
見出し本発明を完成した。すなわち、本発明は、セラミ
ックスと金属とを中間材を介して接合する方法におい
て、細溝を設けたセラミックス薄板を中間材として使用
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。
に代わる中間材を見出すべく鋭意研究したところ、細溝
を設けたセラミックス薄板を中間材として使用すると、
良好なセラミックスと金属との接合体が得られることを
見出し本発明を完成した。すなわち、本発明は、セラミ
ックスと金属とを中間材を介して接合する方法におい
て、細溝を設けたセラミックス薄板を中間材として使用
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。
【０００８】本発明に用いる中間材としての、細溝を設
けたセラミックス薄板は、細溝の幅と深さ、細溝の本数
やセラミックス薄板の厚み等は、被接合体の大きさ、ろ
う材、加熱条件などにより適宜定めるが、細溝の幅と深
さは、それぞれ１０μｍ〜１ｍｍ、セラミックス薄板の
厚みは１００μｍ〜２ｍｍとするのが好ましい。細溝
は、セラミックス薄板に、例えば接合面が正方形、長方
形の場合、縦横に細溝を井桁状に、また、接合面が円の
場合、接合面の中心からの同心円状などの均一なパター
ンになるように設けるのが好ましい。細溝は、レーザー
加工、超音波加工、ダイヤモンドブレードを用いた加工
等によりセラミックス薄板に導入するのが好ましいが、
レーザースクライブ装置を用いたレーザー加工を行え
ば、種々のパターンの細溝を比較的簡便に導入すること
ができるので、レーザー加工で導入するのが特に好まし
い。また、セラミックス薄板の形状は、接合部の欠陥を
なくす意味から、接合面と同形にすることが好ましい。
さらに、セラミックス薄板は、被接合材であるセラミッ
クスと同質のもの、あるいは被接合体であるセラミック
スと金属との中間の熱膨張係数をもつものが、残留応力
緩和の観点から有効である。
けたセラミックス薄板は、細溝の幅と深さ、細溝の本数
やセラミックス薄板の厚み等は、被接合体の大きさ、ろ
う材、加熱条件などにより適宜定めるが、細溝の幅と深
さは、それぞれ１０μｍ〜１ｍｍ、セラミックス薄板の
厚みは１００μｍ〜２ｍｍとするのが好ましい。細溝
は、セラミックス薄板に、例えば接合面が正方形、長方
形の場合、縦横に細溝を井桁状に、また、接合面が円の
場合、接合面の中心からの同心円状などの均一なパター
ンになるように設けるのが好ましい。細溝は、レーザー
加工、超音波加工、ダイヤモンドブレードを用いた加工
等によりセラミックス薄板に導入するのが好ましいが、
レーザースクライブ装置を用いたレーザー加工を行え
ば、種々のパターンの細溝を比較的簡便に導入すること
ができるので、レーザー加工で導入するのが特に好まし
い。また、セラミックス薄板の形状は、接合部の欠陥を
なくす意味から、接合面と同形にすることが好ましい。
さらに、セラミックス薄板は、被接合材であるセラミッ
クスと同質のもの、あるいは被接合体であるセラミック
スと金属との中間の熱膨張係数をもつものが、残留応力
緩和の観点から有効である。
【０００９】
【作用】細溝を設けたセラミックス薄板を中間材として
用いると、加熱接合後の冷却過程で発生する残留応力の
ために細溝に沿って、セラミックス薄板が破壊し、この
破壊により、被接合体にかかるべき残留応力が、このセ
ラミックス板の破壊に吸収され、被接合体の残留応力は
大幅に緩和される。また中間材が、それ自体の破壊で、
小ブロックに分割されることにより、中間材層の自由度
が増し、残留応力を緩和する効果を高める。これに反
し、細溝のないセラミックス板を用いると、熱膨張係数
の差の大きいセラミックスと金属の接合の場合や接合面
積が大きい場合などは、残留応力の緩和が十分行われ
ず、良好な接合体を作製することができない。
用いると、加熱接合後の冷却過程で発生する残留応力の
ために細溝に沿って、セラミックス薄板が破壊し、この
破壊により、被接合体にかかるべき残留応力が、このセ
ラミックス板の破壊に吸収され、被接合体の残留応力は
大幅に緩和される。また中間材が、それ自体の破壊で、
小ブロックに分割されることにより、中間材層の自由度
が増し、残留応力を緩和する効果を高める。これに反
し、細溝のないセラミックス板を用いると、熱膨張係数
の差の大きいセラミックスと金属の接合の場合や接合面
積が大きい場合などは、残留応力の緩和が十分行われ
ず、良好な接合体を作製することができない。
【００１０】
【実施例】以下に、本発明を実施例、比較例により、さ
らに詳細に説明する。 実施例１ 本実施例は、縦４０ｍｍ、横４０ｍｍ、高さ２０ｍｍの
アルミナ製直方体と、縦４０ｍｍ、横４０ｍｍ、高さ２
０ｍｍのＳＵＳ３０４製直方体との接合の例である。こ
こで、接合面は４０×４０ｍｍである。中間材としての
セラミックス薄板は、縦４０ｍｍ、横４０ｍｍ、高さ５
００μｍのアルミナ薄板をレーザースクライブ装置を用
いレーザー加工により、縦横に２．５ｍｍ間隔で、深さ
２００μｍ、幅１００μｍの細溝を設けた。すなわち、
４０×４０ｍｍの面を２．５×２．５ｍｍの２５６個の
面になるような井桁状パターンにしているわけである。
らに詳細に説明する。 実施例１ 本実施例は、縦４０ｍｍ、横４０ｍｍ、高さ２０ｍｍの
アルミナ製直方体と、縦４０ｍｍ、横４０ｍｍ、高さ２
０ｍｍのＳＵＳ３０４製直方体との接合の例である。こ
こで、接合面は４０×４０ｍｍである。中間材としての
セラミックス薄板は、縦４０ｍｍ、横４０ｍｍ、高さ５
００μｍのアルミナ薄板をレーザースクライブ装置を用
いレーザー加工により、縦横に２．５ｍｍ間隔で、深さ
２００μｍ、幅１００μｍの細溝を設けた。すなわち、
４０×４０ｍｍの面を２．５×２．５ｍｍの２５６個の
面になるような井桁状パターンにしているわけである。
【００１１】接合は、被接合体であるアルミナ製直方体
とＳＵＳ３０４製直方体との間に細溝を設けたアルミナ
薄板を介在させ、アルミナ製直方体接合面、細溝を設け
たアルミナ薄板面、ＳＵＳ３０４製直方体接合面のそれ
ぞれの面間に、縦４０ｍｍ、横４０ｍｍ、厚さ５０μｍ
の箔状の活性金属ろう（銀７０．５重量％−銅２６．５
重量％−チタン３重量％）を用い、真空中、９５０℃、
５分の条件で行い、接合体を得た。
とＳＵＳ３０４製直方体との間に細溝を設けたアルミナ
薄板を介在させ、アルミナ製直方体接合面、細溝を設け
たアルミナ薄板面、ＳＵＳ３０４製直方体接合面のそれ
ぞれの面間に、縦４０ｍｍ、横４０ｍｍ、厚さ５０μｍ
の箔状の活性金属ろう（銀７０．５重量％−銅２６．５
重量％−チタン３重量％）を用い、真空中、９５０℃、
５分の条件で行い、接合体を得た。
【００１２】実施例２ 本実施例は、直径４０ｍｍ、高さ２０ｍｍのアルミナ製
円柱体と、直径４０ｍｍ、高さ２０ｍｍのＳＵＳ３０４
製円柱体との接合の例である。ここで、接合面は直径４
０ｍｍの面である。中間材としてのセラミックス薄板
は、直径４０ｍｍ、厚さ５００μｍのアルミナ製のもの
を使用した。このアルミナ薄板をレーザースクライブ装
置を用いレーザー加工により、同心円状で２ｍｍ間隔の
深さ２００μｍ、幅１００μｍの細溝を設けた。
円柱体と、直径４０ｍｍ、高さ２０ｍｍのＳＵＳ３０４
製円柱体との接合の例である。ここで、接合面は直径４
０ｍｍの面である。中間材としてのセラミックス薄板
は、直径４０ｍｍ、厚さ５００μｍのアルミナ製のもの
を使用した。このアルミナ薄板をレーザースクライブ装
置を用いレーザー加工により、同心円状で２ｍｍ間隔の
深さ２００μｍ、幅１００μｍの細溝を設けた。
【００１３】接合は、被接合体であるアルミナ製円柱体
とＳＵＳ３０４製円柱体との間に細溝を設けたアルミナ
薄板を介在させ、アルミナ製円柱体接合面、細溝を設け
たアルミナ薄板、ＳＵＳ３０４製円柱体接合面のそれぞ
れの接合面間に、直径４０ｍｍ、厚さ５０μｍの箔状の
活性金属ろう（銀７０．５重量％−銅２６．５重量％−
チタン３重量％）を用い、真空中、９５０℃、５分の条
件で行い、接合体を得た。
とＳＵＳ３０４製円柱体との間に細溝を設けたアルミナ
薄板を介在させ、アルミナ製円柱体接合面、細溝を設け
たアルミナ薄板、ＳＵＳ３０４製円柱体接合面のそれぞ
れの接合面間に、直径４０ｍｍ、厚さ５０μｍの箔状の
活性金属ろう（銀７０．５重量％−銅２６．５重量％−
チタン３重量％）を用い、真空中、９５０℃、５分の条
件で行い、接合体を得た。
【００１４】比較例１ 中間材として、縦４０ｍｍ、横４０ｍｍ、厚さ５００μ
ｍの銅板を使用した以外は、実施例１と同様にして接合
体を得た。
ｍの銅板を使用した以外は、実施例１と同様にして接合
体を得た。
【００１５】比較例２ 中間材として、直径４０ｍｍ、厚さ５００μｍの銅板を
使用した以外は、実施例２と同様にして接合体を得た。
使用した以外は、実施例２と同様にして接合体を得た。
【００１６】比較例３ 中間材として、縦４０ｍｍ、横４０ｍｍ、厚さ５００μ
ｍの細溝を設けないアルミナ板を使用した以外は、実施
例１と同様にして接合体を得た。
ｍの細溝を設けないアルミナ板を使用した以外は、実施
例１と同様にして接合体を得た。
【００１７】比較例４ 中間材として、直径４０ｍｍ、厚さ５００μｍの細溝を
設けないアルミナ板を使用した以外は、実施例２と同様
にして接合体を得た。
設けないアルミナ板を使用した以外は、実施例２と同様
にして接合体を得た。
【００１８】各実施例、各比較例についてそれぞれ５回
の接合を行った。実施例１及び２で作製した接合体を、
接合面に垂直な面で５ケ所切断して観察したところ、被
接合体であるアルミナ中に亀裂がなく、また接合部に剥
離が見られず、いずれも良好な接合体であった。また、
細溝を設けたアルミナ薄板は、接合周辺部で細溝に沿っ
て破壊していることが確認された。一方、比較例１及び
２で作製した接合体は、接合面に垂直な面で５ケ所切断
して観察したところ、いずれも被接合体であるアルミナ
中に亀裂が発生していた。また、比較例３及び４で作製
した接合体は、接合面に垂直な面で５ケ所切断したとこ
ろ、いずれも接合部が剥離した。
の接合を行った。実施例１及び２で作製した接合体を、
接合面に垂直な面で５ケ所切断して観察したところ、被
接合体であるアルミナ中に亀裂がなく、また接合部に剥
離が見られず、いずれも良好な接合体であった。また、
細溝を設けたアルミナ薄板は、接合周辺部で細溝に沿っ
て破壊していることが確認された。一方、比較例１及び
２で作製した接合体は、接合面に垂直な面で５ケ所切断
して観察したところ、いずれも被接合体であるアルミナ
中に亀裂が発生していた。また、比較例３及び４で作製
した接合体は、接合面に垂直な面で５ケ所切断したとこ
ろ、いずれも接合部が剥離した。
【００１９】
【発明の効果】中間材として、細溝を設けたセラミック
ス薄板を用いることにより、接合時にこれが破壊される
ことにより、被接合材であるセラミックスと金属とにか
かる接合時の残留応力が大幅に緩和され、良好なセラミ
ックスと金属との接合体を得ることができる。
ス薄板を用いることにより、接合時にこれが破壊される
ことにより、被接合材であるセラミックスと金属とにか
かる接合時の残留応力が大幅に緩和され、良好なセラミ
ックスと金属との接合体を得ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 37/02
Claims (6)
- 【請求項１】 セラミックスと金属とを中間材を介して
接合する方法において、細溝を設けたセラミックス薄板
を中間材として使用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】 セラミックスと細溝を設けたセラミック
ス薄板との間、細溝を設けたセラミックス薄板と金属と
の間にろう材を用いる請求項１記載のセラミックスと金
属との接合方法。 - 【請求項３】 細溝を井桁状、同心円状に設けたセラミ
ックス薄板を用いる請求項１または請求項２記載のセラ
ミックスと金属との接合方法。 - 【請求項４】 細溝の幅、深さが、それぞれ１０μｍ〜
１ｍｍである請求項１ないし請求項３のいずれか一項記
載のセラミックスと金属との接合方法。 - 【請求項５】 セラミックス薄板の厚さが、１００μｍ
〜２ｍｍである請求項１ないし請求項３のいずれか一項
記載のセラミックスと金属との接合方法。 - 【請求項６】 細溝をレーザー、超音波、ダイヤモンド
ブレードによりセラミックス薄板に導入した請求項１な
いし請求項３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 |
|---|---|---|---|
| JP09043194A JP3276509B2 (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP09043194A JP3276509B2 (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | セラミックスと金属との接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07267747A JPH07267747A (ja) | 1995-10-17 |
| JP3276509B2 true JP3276509B2 (ja) | 2002-04-22 |
Family
ID=13998427
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09043194A Expired - Fee Related JP3276509B2 (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | セラミックスと金属との接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3276509B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2005327925B2 (en) | 2004-11-30 | 2011-01-27 | The Regents Of The University Of California | Joining of dissimilar materials |
| JP5477155B2 (ja) * | 2010-05-14 | 2014-04-23 | 三菱マテリアル株式会社 | セラミックス材と金属材との接合体および接合方法 |
| CN113828954B (zh) * | 2021-10-22 | 2022-11-01 | 中国科学院空天信息创新研究院 | 金属-陶瓷封接方法、金属-陶瓷复合结构 |
-
1994
- 1994-03-24 JP JP09043194A patent/JP3276509B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07267747A (ja) | 1995-10-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |