JP3388606B2 - セラミックスの接合方法 - Google Patents
セラミックスの接合方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックスの接合方
法に関し、特にアルミナ等の酸化物系セラミックス同志
を接合する方法に関する。
法に関し、特にアルミナ等の酸化物系セラミックス同志
を接合する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、アルミナ同志を接合する方法とし
て、(1) アルミナ表面にＭｏやＷのような高融点金属を
1500℃近傍又はそれ以上の温度で焼き付け、その焼付け
面をロウで接合する方法、(2) 銀及び銅から成るロウ箔
間にチタン箔を挿入した構造から成るロウを用いて接合
する方法、が知られている。
て、(1) アルミナ表面にＭｏやＷのような高融点金属を
1500℃近傍又はそれ以上の温度で焼き付け、その焼付け
面をロウで接合する方法、(2) 銀及び銅から成るロウ箔
間にチタン箔を挿入した構造から成るロウを用いて接合
する方法、が知られている。
【０００３】また、セラミックスの接合に用いるロウと
して、(3) 銀、銅及びチタン粒を合金化し、これをシ−
ト化した活性ロウ、が市販されており、この市販活性ロ
ウを用いてセラミックスを接合する方法も知られてい
る。
して、(3) 銀、銅及びチタン粒を合金化し、これをシ−
ト化した活性ロウ、が市販されており、この市販活性ロ
ウを用いてセラミックスを接合する方法も知られてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記
(1)の接合方法では、作業温度が高いので生産効率が劣
るという欠点があった。また、前記(2)の接合方法で
は、使用するロウが“銀及び銅から成るロウ箔間にチタ
ン箔を挿入した構造から成るロウ”であり、このロウを
作製することが難しいという問題点を有し 、そのため
広く実用化されていない。
(1)の接合方法では、作業温度が高いので生産効率が劣
るという欠点があった。また、前記(2)の接合方法で
は、使用するロウが“銀及び銅から成るロウ箔間にチタ
ン箔を挿入した構造から成るロウ”であり、このロウを
作製することが難しいという問題点を有し 、そのため
広く実用化されていない。
【０００５】また、前記(3)の“銀、銅及びチタン粒を
合金化し、これをシ−ト化した活性ロウ”を用いる「活
性ロウ付けによる接合法」では、窒化珪素や炭化珪素な
どの非酸化物系セラミックスに対して良好な接合性を示
すものの、酸化物系セラミックス、例えばアルミナに対
しては接合効果を発揮するものではない。
合金化し、これをシ−ト化した活性ロウ”を用いる「活
性ロウ付けによる接合法」では、窒化珪素や炭化珪素な
どの非酸化物系セラミックスに対して良好な接合性を示
すものの、酸化物系セラミックス、例えばアルミナに対
しては接合効果を発揮するものではない。
【０００６】上記「活性ロウ付け」のメカニズムは、窒
化珪素の場合、ロウに配合されているチタンと窒化珪素
の窒素分とがセラミックスとロウとの界面で結合し、Ti
Nをその界面に生成し、強固な接合体を得ることができ
る。また、炭化珪素の場合、ロウに配合されているチタ
ンと炭化珪素の炭素分とがセラミックスとロウとの界面
で結合し、TiCをその界面に生成し、同じく強固な接合
体を得ることができる。
化珪素の場合、ロウに配合されているチタンと窒化珪素
の窒素分とがセラミックスとロウとの界面で結合し、Ti
Nをその界面に生成し、強固な接合体を得ることができ
る。また、炭化珪素の場合、ロウに配合されているチタ
ンと炭化珪素の炭素分とがセラミックスとロウとの界面
で結合し、TiCをその界面に生成し、同じく強固な接合
体を得ることができる。
【０００７】しかしながら、アルミナに対しては、上記
活性ロウ中のチタンはアルミナの酸素と結合し、TiO及
びTiO2を生成してしまう。これは、酸化物であるため脆
く、しかも窒化珪素や炭化珪素などに対する場合と比較
して濡れ性が悪く、実用に供することができないという
問題点を有している。
活性ロウ中のチタンはアルミナの酸素と結合し、TiO及
びTiO2を生成してしまう。これは、酸化物であるため脆
く、しかも窒化珪素や炭化珪素などに対する場合と比較
して濡れ性が悪く、実用に供することができないという
問題点を有している。
【０００８】本発明は、上記した従来の欠点、問題点に
鑑み成されたものであって、その目的は、酸化物系セラ
ミックス同志を簡便に、しかも強固に接合することがで
きる接合方法を提供することにある。
鑑み成されたものであって、その目的は、酸化物系セラ
ミックス同志を簡便に、しかも強固に接合することがで
きる接合方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の接合方法は、酸
化物系セラミックス同志からなるセラミックスの接合方
法において、酸化物系セラミックスを窒素雰囲気中1100
〜1450℃で加熱処理して該セラミックスの表面に窒化層
を形成させた後、該セラミックスを10MPa以上の接合荷
重を掛け、活性金属ロウを用いて接合することを特徴と
し、これにより上記目的を達成したものである。
化物系セラミックス同志からなるセラミックスの接合方
法において、酸化物系セラミックスを窒素雰囲気中1100
〜1450℃で加熱処理して該セラミックスの表面に窒化層
を形成させた後、該セラミックスを10MPa以上の接合荷
重を掛け、活性金属ロウを用いて接合することを特徴と
し、これにより上記目的を達成したものである。
【００１０】本発明は、例えばアルミナ、ジルコニア、
ベリリア等の酸化物系セラミックス同志を接合するのに
好適であり、以下アルミナ同志の接合方法を例に挙げて
説明するが、本発明は、これのみに限定されるものでは
なく、異種の酸化物系セラミックス同志を接合する場合
にも適用することができ、これらも本発明に包含される
ものである。
ベリリア等の酸化物系セラミックス同志を接合するのに
好適であり、以下アルミナ同志の接合方法を例に挙げて
説明するが、本発明は、これのみに限定されるものでは
なく、異種の酸化物系セラミックス同志を接合する場合
にも適用することができ、これらも本発明に包含される
ものである。
【００１１】
【００１２】本発明は、アルミナ(Al2O3)の表面に窒化
層を形成させ、この状態でアルミナ同志に10MPa以上の
接合荷重を掛け、活性金属ロウを用いて接合することを
特徴とする。上記の「窒化層形成方法」としては、大型
部品に対しても適用可能な窒素雰囲気で加熱処理を施す
方法が望ましい。
層を形成させ、この状態でアルミナ同志に10MPa以上の
接合荷重を掛け、活性金属ロウを用いて接合することを
特徴とする。上記の「窒化層形成方法」としては、大型
部品に対しても適用可能な窒素雰囲気で加熱処理を施す
方法が望ましい。
【００１３】本発明において、窒化層形成方法における
加熱処理条件としては、窒素雰囲気中1100〜1450℃が好
ましく、これによりアルミナ(Al2O3)の表面に窒素(N2)
が結合し、この状態でアルミナ同志に10MPa以上の接合
荷重を掛けて活性金属ロウで接合すると、アルミナ表面
の上記窒素と活性金属ロウ(後に詳記する)中のチタンと
が結合し、その界面にTiNを形成して強固な接合を呈す
る。
加熱処理条件としては、窒素雰囲気中1100〜1450℃が好
ましく、これによりアルミナ(Al2O3)の表面に窒素(N2)
が結合し、この状態でアルミナ同志に10MPa以上の接合
荷重を掛けて活性金属ロウで接合すると、アルミナ表面
の上記窒素と活性金属ロウ(後に詳記する)中のチタンと
が結合し、その界面にTiNを形成して強固な接合を呈す
る。
【００１４】加熱温度として1100℃未満の場合、アルミ
ナの表面に窒素が結合し難く、次工程のロウ付け反応が
生じ難く、そのため実用接合強度(50MPa)が得られない
ので好ましくない（後記表１、No.1参照）。一方、加熱
温度が1450℃を越えると、アルミナの焼結助剤が滲み出
し、分解してしまうのでこれ以上高くできず、また、焼
結助剤の滲み出し、分解により同じく次工程のロウ付け
反応が生じ難く、この場合も実用接合強度(50MPa)が得
られないので好ましくない（後記表１、No.7参照）。
ナの表面に窒素が結合し難く、次工程のロウ付け反応が
生じ難く、そのため実用接合強度(50MPa)が得られない
ので好ましくない（後記表１、No.1参照）。一方、加熱
温度が1450℃を越えると、アルミナの焼結助剤が滲み出
し、分解してしまうのでこれ以上高くできず、また、焼
結助剤の滲み出し、分解により同じく次工程のロウ付け
反応が生じ難く、この場合も実用接合強度(50MPa)が得
られないので好ましくない（後記表１、No.7参照）。
【００１５】次に、接合荷重が10MPa以上であると、界
面反応が促進され、強固に接合され実用強度を発揮する
が、10MPa以下では、界面反応が不十分であり、実用強
度を示さないので好ましくない（後記表１、No.8参
照）。
面反応が促進され、強固に接合され実用強度を発揮する
が、10MPa以下では、界面反応が不十分であり、実用強
度を示さないので好ましくない（後記表１、No.8参
照）。
【００１６】本発明において活性金属ロウとしては、銀
及び銅のマトリックス金属にチタン等の活性金属を含む
ものからなり、前記したような市販の「活性ロウ」も使
用することができる。特に限定するものではないが、例
えば72±1重量％銀及び28±1重量％銅の100重量部にチ
タンを1〜3重量部配合してなる活性金属ロウの使用が好
適である。
及び銅のマトリックス金属にチタン等の活性金属を含む
ものからなり、前記したような市販の「活性ロウ」も使
用することができる。特に限定するものではないが、例
えば72±1重量％銀及び28±1重量％銅の100重量部にチ
タンを1〜3重量部配合してなる活性金属ロウの使用が好
適である。
【００１７】
【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。3×4×40(mm)の形状のア
ルミナ(日本セラテック社製)を窒素雰囲気中で表１に示
す加熱温度(℃)で加熱処理した。その後、このアルミナ
の3×4(mm)面同志を、3×4×0.1(mm)のロウ(72±1重量
％銀及び28±1重量％銅の100重量部にチタンを1〜3重量
部配合してなる活性金属ロウ：溶融温度785℃)を介し、
接合面に対して同じく表１に示す接合荷重(MPa)を加え
て接合した。この際のロウ付けは、真空雰囲気中で820
℃に加熱して行った。
本発明をより詳細に説明する。3×4×40(mm)の形状のア
ルミナ(日本セラテック社製)を窒素雰囲気中で表１に示
す加熱温度(℃)で加熱処理した。その後、このアルミナ
の3×4(mm)面同志を、3×4×0.1(mm)のロウ(72±1重量
％銀及び28±1重量％銅の100重量部にチタンを1〜3重量
部配合してなる活性金属ロウ：溶融温度785℃)を介し、
接合面に対して同じく表１に示す接合荷重(MPa)を加え
て接合した。この際のロウ付けは、真空雰囲気中で820
℃に加熱して行った。
【００１８】接合された各試料(表１、No.1〜9)につい
て、４点曲げ(インナ−スパン：10mm、アウタ−スパ
ン：30mm)強度を測定した。その測定結果を表１に示
す。なお、表１中のNo.2〜6及びNo.9は、本発明で規定
する「加熱温度：1100〜1450℃」、「接合荷重：10MPa
以上」の範囲内のものであり、本発明の実施例に相当す
る。一方、表１中のNo.1及びNo.7は、本発明で規定する
加熱温度範囲外のものであり、No.8は、同じく本発明で
規定する接合荷重の範囲外のものであり、いずれも比較
例に相当する。
て、４点曲げ(インナ−スパン：10mm、アウタ−スパ
ン：30mm)強度を測定した。その測定結果を表１に示
す。なお、表１中のNo.2〜6及びNo.9は、本発明で規定
する「加熱温度：1100〜1450℃」、「接合荷重：10MPa
以上」の範囲内のものであり、本発明の実施例に相当す
る。一方、表１中のNo.1及びNo.7は、本発明で規定する
加熱温度範囲外のものであり、No.8は、同じく本発明で
規定する接合荷重の範囲外のものであり、いずれも比較
例に相当する。
【００１９】
【表１】
【００２０】表１から明かなように、本発明で規定する
加熱温度範囲及び接合荷重範囲を共に備えたNo.2〜6及
びNo.9（いずれも本発明の実施例）では、58MPa以上の
接合強度が得られ、強固に接合していることが認められ
た。これに対して、本発明で規定する加熱温度範囲及び
接合荷重範囲のいずれか一方の要件を欠くNo.1、No.7及
びNo.8（いずれも比較例）では、接合強度が37MPa以下
であり、実用に供し得なかった。
加熱温度範囲及び接合荷重範囲を共に備えたNo.2〜6及
びNo.9（いずれも本発明の実施例）では、58MPa以上の
接合強度が得られ、強固に接合していることが認められ
た。これに対して、本発明で規定する加熱温度範囲及び
接合荷重範囲のいずれか一方の要件を欠くNo.1、No.7及
びNo.8（いずれも比較例）では、接合強度が37MPa以下
であり、実用に供し得なかった。
【００２１】
【発明の効果】本発明は、以上詳記したとおり、酸化物
系セラミックス同志からなるセラミックスの接合方法に
おいて、酸化物系セラミックスを窒素雰囲気中1100〜14
50℃で加熱処理して該セラミックスの表面に窒化層を形
成させ、次に、該セラミックスを10MPa以上の接合荷重
を掛け、活性金属ロウを用いて接合することにより、簡
便に、しかも強固に接合することができる効果が生じ
る。そして、本発明により酸化物系セラミックス同志、
特にアルミナ同志を簡便に接合し得るものであるから、
構造部品への適用がおおいに期待できる。
系セラミックス同志からなるセラミックスの接合方法に
おいて、酸化物系セラミックスを窒素雰囲気中1100〜14
50℃で加熱処理して該セラミックスの表面に窒化層を形
成させ、次に、該セラミックスを10MPa以上の接合荷重
を掛け、活性金属ロウを用いて接合することにより、簡
便に、しかも強固に接合することができる効果が生じ
る。そして、本発明により酸化物系セラミックス同志、
特にアルミナ同志を簡便に接合し得るものであるから、
構造部品への適用がおおいに期待できる。
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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61−281078（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−118684（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−254479（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−50180（ＪＰ，Ａ)
特公 昭52−42809（ＪＰ，Ｂ２)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C04B 37/00 - 37/02
C04B 41/87
Claims (4)
- 【請求項１】 酸化物系セラミックス同志からなるセラ
ミックスの接合方法において、酸化物系セラミックスを
窒素雰囲気中1100〜1450℃で加熱処理して該セラミック
スの表面に窒化層を形成させた後、該セラミックスを10
MPa以上の接合荷重を掛け、活性金属ロウを用いて接合
することを特徴とするセラミックスの接合方法。 - 【請求項２】 前記酸化物系セラミックスが、アルミナ
であることを特徴とする請求項１記載のセラミックスの
接合方法。 - 【請求項３】 前記活性金属ロウが、銀及び銅のマトリ
ックス金属にチタン等の活性金属を含むものからなり、
この活性金属ロウの溶融温度以上で接合することを特徴
とする請求項１記載のセラミックスの接合方法。 - 【請求項４】 前記活性金属ロウが、72±1重量％銀及
び28±1重量％銅の100重量部にチタンを1〜3重量部配合
してなるロウであることを特徴とする請求項１または請
求項２記載のセラミックスの接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14843293A JP3388606B2 (ja) | 1993-05-27 | 1993-05-27 | セラミックスの接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14843293A JP3388606B2 (ja) | 1993-05-27 | 1993-05-27 | セラミックスの接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06340476A JPH06340476A (ja) | 1994-12-13 |
| JP3388606B2 true JP3388606B2 (ja) | 2003-03-24 |
Family
ID=15452666
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14843293A Expired - Fee Related JP3388606B2 (ja) | 1993-05-27 | 1993-05-27 | セラミックスの接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3388606B2 (ja) |
-
1993
- 1993-05-27 JP JP14843293A patent/JP3388606B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06340476A (ja) | 1994-12-13 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |