JP3290258B2 - セラミックスと金属の接合体の製造方法 - Google Patents
セラミックスと金属の接合体の製造方法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の
接合体の製造方法に関し、特に実用強度（50MPa以上）
を満たすセラミックスと金属の接合体の製造方法に関す
る。
接合体の製造方法に関し、特に実用強度（50MPa以上）
を満たすセラミックスと金属の接合体の製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】セラミックスと金属とを高温でロウ付接
合すると、常温に冷却する過程で熱膨張差により接合残
留応力が生じ、接合強度が低下する。そこで、従来この
残留応力を緩衝するため、接合応力緩衝材として数層の
金属板を用い、これをセラミックスと接合用金属との間
に挿入し、ロウ付接合する方法が用いられており、この
金属板としては、一般に銅板が多用されている。
合すると、常温に冷却する過程で熱膨張差により接合残
留応力が生じ、接合強度が低下する。そこで、従来この
残留応力を緩衝するため、接合応力緩衝材として数層の
金属板を用い、これをセラミックスと接合用金属との間
に挿入し、ロウ付接合する方法が用いられており、この
金属板としては、一般に銅板が多用されている。
【０００３】一方、この接合方法で用いるロウとして、
接合温度が500℃以上の使用環境にも耐え得るAu-Ni系活
性金属ロウが開発されている。この活性金属ロウは、溶
融温度が1000℃以上と高いため、従来から多用されてい
る銅板(溶融温度：1083℃)を用いることができず、その
結果、使用する接合応力緩衝材としては限られたものに
なる。
接合温度が500℃以上の使用環境にも耐え得るAu-Ni系活
性金属ロウが開発されている。この活性金属ロウは、溶
融温度が1000℃以上と高いため、従来から多用されてい
る銅板(溶融温度：1083℃)を用いることができず、その
結果、使用する接合応力緩衝材としては限られたものに
なる。
【０００４】前記Au-Ni系活性金属ロウを用いてセラミ
ックスと金属とを接合する場合、接合応力緩衝材として
使用可能な代表的な材料は、Ni板を挙げることができ
る。しかし、市販されているNi板は、その表面に圧延加
工工程で生じる凹みや傷があるため、ロウがヌレると、
不均一な接合残留応力が生じる。
ックスと金属とを接合する場合、接合応力緩衝材として
使用可能な代表的な材料は、Ni板を挙げることができ
る。しかし、市販されているNi板は、その表面に圧延加
工工程で生じる凹みや傷があるため、ロウがヌレると、
不均一な接合残留応力が生じる。
【０００５】この不均一な接合残留応力の発生により、
得られたセラミックス−金属接合体は、実用強度である
50MPaを満たさなくなる。この対策として、従来、Ni板
にNiメッキを施し、その欠陥を修正しようとする試みが
提案されている。
得られたセラミックス−金属接合体は、実用強度である
50MPaを満たさなくなる。この対策として、従来、Ni板
にNiメッキを施し、その欠陥を修正しようとする試みが
提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】接合応力緩衝材として
前記したNiメッキを施したNi板を用いてセラミックスと
金属とを接合する方法では、実用強度である50MPaを満
たす接合体を製造することができるが、その中にはNiメ
ッキ部とNi板との間で剥離するものが得られ、歩留まり
が悪いという問題があった。
前記したNiメッキを施したNi板を用いてセラミックスと
金属とを接合する方法では、実用強度である50MPaを満
たす接合体を製造することができるが、その中にはNiメ
ッキ部とNi板との間で剥離するものが得られ、歩留まり
が悪いという問題があった。
【０００７】これは、NiメッキをNi板に施すだけでは十
分な密着性が得られないためであり、Niメッキ面とNi板
の間で剥離現象が生じるからである。そこで、セラミッ
クスと金属との接合において、Niメッキ面とNi板が剥離
せず、高温高強度材料として使用し得るセラミックス−
金属接合体が今日強く要望されている。
分な密着性が得られないためであり、Niメッキ面とNi板
の間で剥離現象が生じるからである。そこで、セラミッ
クスと金属との接合において、Niメッキ面とNi板が剥離
せず、高温高強度材料として使用し得るセラミックス−
金属接合体が今日強く要望されている。
【０００８】本発明は、上記要望に沿うセラミックス−
金属接合体を提供することを技術的課題とするものであ
り、特に50MPa以上の実用強度を有するセラミックス−
金属接合体を提供することを目的とする。
金属接合体を提供することを技術的課題とするものであ
り、特に50MPa以上の実用強度を有するセラミックス−
金属接合体を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】そして、本発明は、接合
応力緩衝材として、所定厚み(1〜5μｍ)のNiメッキを施
したNi板を所定温度(700〜1455℃)で加熱処理したもの
を用いることを特徴とし、これにより上記目的とする接
合体を提供するものである。
応力緩衝材として、所定厚み(1〜5μｍ)のNiメッキを施
したNi板を所定温度(700〜1455℃)で加熱処理したもの
を用いることを特徴とし、これにより上記目的とする接
合体を提供するものである。
【００１０】即ち、本発明は、「セラミックスと金属と
の間に接合応力緩衝材を挿入し、ロウ付接合することに
よりセラミックスと金属との接合体を製造する方法にお
いて、前記接合応力緩衝材として、1〜5μｍ厚のNiメッ
キを施したNi板を700〜1455℃で加熱処理した緩衝材を
用いることを特徴とするセラミックスと金属の接合体の
製造方法。」を要旨とする。
の間に接合応力緩衝材を挿入し、ロウ付接合することに
よりセラミックスと金属との接合体を製造する方法にお
いて、前記接合応力緩衝材として、1〜5μｍ厚のNiメッ
キを施したNi板を700〜1455℃で加熱処理した緩衝材を
用いることを特徴とするセラミックスと金属の接合体の
製造方法。」を要旨とする。
【００１１】以下、本発明を詳細に説明すると、本発明
は、接合応力緩衝材としてNi板を用いるものであるが、
Ni板表面には、圧延加工等による凹みや傷などの欠陥が
存在する。そこで、本発明では、(1)この凹みや傷など
の欠陥を、Niメッキを施すことで修正し、これによりNi
板とロウとの間の“不均一な残留応力の発生”を防止す
るものであり、さらにこれに加えて、(2)このメッキを
施したNi板を加熱処理し、これによりNiメッキとNi板の
界面を密着させ、剥離を防止するようにしたものであ
る。
は、接合応力緩衝材としてNi板を用いるものであるが、
Ni板表面には、圧延加工等による凹みや傷などの欠陥が
存在する。そこで、本発明では、(1)この凹みや傷など
の欠陥を、Niメッキを施すことで修正し、これによりNi
板とロウとの間の“不均一な残留応力の発生”を防止す
るものであり、さらにこれに加えて、(2)このメッキを
施したNi板を加熱処理し、これによりNiメッキとNi板の
界面を密着させ、剥離を防止するようにしたものであ
る。
【００１２】本発明において、Niメッキ手段としては、
特に限定されるものではなく、電解メッキ及び無電解メ
ッキのいずれも適用することができ、いずれも同等の作
用効果が生じる。
特に限定されるものではなく、電解メッキ及び無電解メ
ッキのいずれも適用することができ、いずれも同等の作
用効果が生じる。
【００１３】そのNiメッキの厚みは、1〜5μｍとするの
が好ましい。1μｍ未満の薄いNiメッキ膜では、Ni板表
面の凹みや傷などの欠陥を修正することができず、その
ため実用強度を有するセラミックス−金属接合体が得ら
れないので好ましくない(後記表１のNo.3，9、表２のN
o.18，24参照)。一方、5μｍを越える厚みのNiメッキで
は、メッキ応力により剥離してしまうので、同じく好ま
しくない(後記表１のNo.7，13、表２のNo.22，28参
照)。
が好ましい。1μｍ未満の薄いNiメッキ膜では、Ni板表
面の凹みや傷などの欠陥を修正することができず、その
ため実用強度を有するセラミックス−金属接合体が得ら
れないので好ましくない(後記表１のNo.3，9、表２のN
o.18，24参照)。一方、5μｍを越える厚みのNiメッキで
は、メッキ応力により剥離してしまうので、同じく好ま
しくない(後記表１のNo.7，13、表２のNo.22，28参
照)。
【００１４】また、本発明において、加熱処理としては
700〜1455℃が好ましい。この加熱処理により、Niメッ
キがNi板に拡散してNiメッキとNi板の界面を密着させ、
剥離を防止する作用が生じる。この加熱処理温度が700
℃未満の場合、拡散の効果が少なく、実用強度を有する
セラミックス−金属接合体が得られず(後記表１のNo.
1，表２のNo.16参照)、一方、1455℃より高い場合、接
合応力緩衝材として用いたNi板を溶融してしまうので、
いずれも好ましくない(後記表１のNo.14，表２のNo.29
参照)。
700〜1455℃が好ましい。この加熱処理により、Niメッ
キがNi板に拡散してNiメッキとNi板の界面を密着させ、
剥離を防止する作用が生じる。この加熱処理温度が700
℃未満の場合、拡散の効果が少なく、実用強度を有する
セラミックス−金属接合体が得られず(後記表１のNo.
1，表２のNo.16参照)、一方、1455℃より高い場合、接
合応力緩衝材として用いたNi板を溶融してしまうので、
いずれも好ましくない(後記表１のNo.14，表２のNo.29
参照)。
【００１５】本発明において、接合するセラミックス材
料しては、特に限定するものではないが、窒化ケイ素や
サイアロンなどの非酸化物系セラミックスを用いること
ができる。また、金属材料としては、接合温度1024℃に
耐える金属であれば、どのような種類の金属材料も使用
することができ、これを例示すると、高温耐熱用ステン
レス：大同特殊鋼社製のSUS316、日本冶金社製のSUS30
4、Ni基合金：INCONEL601、INCONEL713C、INCONEL718、
Co基合金：三菱マテリアル社製のステライト等を挙げる
ことができる。
料しては、特に限定するものではないが、窒化ケイ素や
サイアロンなどの非酸化物系セラミックスを用いること
ができる。また、金属材料としては、接合温度1024℃に
耐える金属であれば、どのような種類の金属材料も使用
することができ、これを例示すると、高温耐熱用ステン
レス：大同特殊鋼社製のSUS316、日本冶金社製のSUS30
4、Ni基合金：INCONEL601、INCONEL713C、INCONEL718、
Co基合金：三菱マテリアル社製のステライト等を挙げる
ことができる。
【００１６】上記セラミックス材料と金属材料とを接合
するためのロウとしては、接合温度が900℃以上の活性
金属ロウであれば良く、本発明で特に限定するものでは
ないが、Au-Ni系活性金属ロウが好ましく、例えば市販
の96wt％Au-3wt％Ni-1wt％Tiからなるロウを使用するこ
とができる。その他、Ni-Ti活性金属ロウ(住友特殊金属
社製)や現在市販されているパラジウムロウ、金ロウに
活性金属を数％含有させたロウも使用することができ
る。
するためのロウとしては、接合温度が900℃以上の活性
金属ロウであれば良く、本発明で特に限定するものでは
ないが、Au-Ni系活性金属ロウが好ましく、例えば市販
の96wt％Au-3wt％Ni-1wt％Tiからなるロウを使用するこ
とができる。その他、Ni-Ti活性金属ロウ(住友特殊金属
社製)や現在市販されているパラジウムロウ、金ロウに
活性金属を数％含有させたロウも使用することができ
る。
【００１７】
【実施例】セラミックス、接合金属、接合用ロウとし
て、 ・セラミックス：3×4×20mmの窒化ケイ素(日本セラテ
ック社製) ・接合金属：3×4×20mmのSUS304(日本冶金社製) ・接合用ロウ：3×4×0.05mmのAu-Ni系活性金属ロウ(GT
E-WESGO製の96wt％Au−3wt％Ni−1wt％Ti) を使用した。
て、 ・セラミックス：3×4×20mmの窒化ケイ素(日本セラテ
ック社製) ・接合金属：3×4×20mmのSUS304(日本冶金社製) ・接合用ロウ：3×4×0.05mmのAu-Ni系活性金属ロウ(GT
E-WESGO製の96wt％Au−3wt％Ni−1wt％Ti) を使用した。
【００１８】また、接合応力緩衝材として、表１及び表
２に示すメッキ厚を有するNiメッキを施した0.2mmのNi
板を、同じく表１及び表２に示す熱処理温度で処理した
Ni板を使用した。Ni板に対するNiメッキは、ワット浴中
での電解メッキ(表１)及び無電解メッキ(表２)を施した
ものである。
２に示すメッキ厚を有するNiメッキを施した0.2mmのNi
板を、同じく表１及び表２に示す熱処理温度で処理した
Ni板を使用した。Ni板に対するNiメッキは、ワット浴中
での電解メッキ(表１)及び無電解メッキ(表２)を施した
ものである。
【００１９】まず、上記セラミックス及び接合金属の3
×4mmのそれぞれの面に3×4×0.05mmの上記Au-Ni系活性
金属ロウを挿入し、さらにこのロウ間に接合応力緩衝材
としてNiメッキを施した0.2mmの上記Ni板を挿入した。
次に、これを真空中(10-5Torr以下)、1024℃で10分間加
熱して接合し、3×4×40mmの窒化ケイ素-SUS304接合体
を作製した。
×4mmのそれぞれの面に3×4×0.05mmの上記Au-Ni系活性
金属ロウを挿入し、さらにこのロウ間に接合応力緩衝材
としてNiメッキを施した0.2mmの上記Ni板を挿入した。
次に、これを真空中(10-5Torr以下)、1024℃で10分間加
熱して接合し、3×4×40mmの窒化ケイ素-SUS304接合体
を作製した。
【００２０】得られた接合体に対して、500℃でJIS R16
01に準じた４点曲げ試験を行った。その結果を表１及び
表２に示す。なお、表１及び表２の備考中、○印は実施
例、×印は比較例である。
01に準じた４点曲げ試験を行った。その結果を表１及び
表２に示す。なお、表１及び表２の備考中、○印は実施
例、×印は比較例である。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【表２】
【００２３】表１及び表２から、本発明で規定するNiメ
ッキ厚範囲(1〜5μｍ)内であって、かつ熱処理温度範囲
(700〜1455℃)内で加熱処理したNi板を用いた実施例で
は、65MPa以上の接合強度を有する接合体が得られた。
ッキ厚範囲(1〜5μｍ)内であって、かつ熱処理温度範囲
(700〜1455℃)内で加熱処理したNi板を用いた実施例で
は、65MPa以上の接合強度を有する接合体が得られた。
【００２４】これに対して、本発明で規定するNiメッキ
厚範囲(1〜5μｍ)外の0.8μｍであるNo.3,9,18,24で
は、33MPa以下の接合強度を有する接合体が得られるに
すぎなかった。また、5μｍより厚いNo.7,13,22,28で
は、剥離してしまう。なお、Niメッキを施さないNo.2,
8,17,23では、剥離してしまうか、接合したとしてもそ
の接合強度が極めて低いものであった。
厚範囲(1〜5μｍ)外の0.8μｍであるNo.3,9,18,24で
は、33MPa以下の接合強度を有する接合体が得られるに
すぎなかった。また、5μｍより厚いNo.7,13,22,28で
は、剥離してしまう。なお、Niメッキを施さないNo.2,
8,17,23では、剥離してしまうか、接合したとしてもそ
の接合強度が極めて低いものであった。
【００２５】更に、本発明で規定するNiメッキ厚範囲内
であっても、これを熱処理しない場合(No.15,30)、剥離
ないし極めて低い接合強度のものしか得られなかった。
また、熱処理したとしても、本発明で規定する熱処理温
度範囲(700〜1455℃)外の低温度(650℃)で処理したNo.
1,16では、36MPa以下の接合強度のものであって、実用
強度を満たす接合体が得られず、逆に1455℃より高い15
00℃で熱処理したNo.14,29では、Niが溶けてしまった。
であっても、これを熱処理しない場合(No.15,30)、剥離
ないし極めて低い接合強度のものしか得られなかった。
また、熱処理したとしても、本発明で規定する熱処理温
度範囲(700〜1455℃)外の低温度(650℃)で処理したNo.
1,16では、36MPa以下の接合強度のものであって、実用
強度を満たす接合体が得られず、逆に1455℃より高い15
00℃で熱処理したNo.14,29では、Niが溶けてしまった。
【００２６】
【発明の効果】本発明は、以上詳記したように、接合応
力緩衝材として、所定厚み(1〜5μｍ)のNiメッキを施し
たNi板を所定温度(700〜1455℃)で加熱処理した緩衝材
を用いることにより、50MPa以上の実用強度を満たすセ
ラミック−金属接合体が得られる効果が生じる。
力緩衝材として、所定厚み(1〜5μｍ)のNiメッキを施し
たNi板を所定温度(700〜1455℃)で加熱処理した緩衝材
を用いることにより、50MPa以上の実用強度を満たすセ
ラミック−金属接合体が得られる効果が生じる。
───────────────────────────────────────────────────── 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 (3)
- 【請求項１】 セラミックスと金属との間に接合応力緩
衝材を挿入し、ロウ付接合することによりセラミックス
と金属との接合体を製造する方法において、前記接合応
力緩衝材として、1〜5μｍ厚のNiメッキを施したNi板を
700〜1455℃で加熱処理した緩衝材を用いることを特徴
とするセラミックスと金属の接合体の製造方法。 - 【請求項２】 接合用ロウとして、Au-Ni系活性金属ロ
ウを用いることを特徴とする請求項１に記載のセラミッ
クスと金属の接合体の製造方法。 - 【請求項３】 セラミックスが窒化ケイ素であることを
特徴とする請求項１に記載のセラミックスと金属の接合
体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19207993A JP3290258B2 (ja) | 1993-07-06 | 1993-07-06 | セラミックスと金属の接合体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19207993A JP3290258B2 (ja) | 1993-07-06 | 1993-07-06 | セラミックスと金属の接合体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0725674A JPH0725674A (ja) | 1995-01-27 |
| JP3290258B2 true JP3290258B2 (ja) | 2002-06-10 |
Family
ID=16285294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19207993A Expired - Fee Related JP3290258B2 (ja) | 1993-07-06 | 1993-07-06 | セラミックスと金属の接合体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3290258B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2337393B (en) * | 1998-05-12 | 2000-04-05 | Vtech Communications Ltd | Portable telephone handset construction |
| US7947933B2 (en) | 2003-11-25 | 2011-05-24 | Kyocera Corporation | Ceramic heater and method for manufacture thereof |
-
1993
- 1993-07-06 JP JP19207993A patent/JP3290258B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0725674A (ja) | 1995-01-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |