JP3493586B2 - セラミックスのメタライズ組成物 - Google Patents
セラミックスのメタライズ組成物Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、セラミックスと金属
とをろう付け接合するなどのためにセラミックスの表面
を金属化するメタライズ組成物に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来より高純度のアルミナセラミック
ス，窒化珪素セラミックスなどを主成分とするセラミッ
クス同志あるいはこのようなセラミックスと金属とを、
金属ろう材料を用いて接合することなどを目的として、
Ｍｏ−Ｍｎ−ＳｉＯ２系やＣｕ−Ａｇ−Ｔｉ系の組成物
を用いるメタライズ（金属化）方法が提案されて来た。
本発明者は、既に特許願昭６３−２１５５７９号によっ
て、これらのセラミックスと適度に反応性を有し、金ろ
うなどの高温ろう材を用いてろう付処理を施すことが出
来るメタライズ組成物としてＺｒを９．０〜１４．０重
量％含み、Ｙを３．５重量％以下、残部実質的にＮｉよ
りなる成分を提案している。 【０００３】 【考案が解決しようとする課題】その場合、ＳｉＯ２相
を殆ど含まない高純度アルミナセラミックスなどをＭｏ
−Ｍｎ−ＳｉＯ２系組成物を用いて金属化する場合に
は、期待するほどの接合強度が得られない。又、Ｃｕ−
Ａｇ−Ｔｉ系組成物は９００℃程度と比較的融点が低い
ため、より高温の融点を有する金属ろう材を用いること
が出来ないなどの制約があった。Ｎｉ−Ｚｒ−Ｙ系の組
成物の場合には、結合強度が充分でなかったために実用
にならなかった。 【０００４】 【問題を解決するための手段】本発明はこれらの問題点
を解決し、より結合強度の高いメタライズ組成物を提供
するすることを目的としている。本発明のメタライズ組
成物はＺｒを９．０〜１４．０重量％、Ｐｄを０．１〜
１２．０重量％含み、残部実質的にＮｉ及び不可避的不
純物よりなることを特徴としている。これらのセラミッ
クスに対して、ジルコニウム、Ｚｒ、は少量でも濡れ性
を著しく向上させるので、溶融初期の段階でメタライズ
組成物が表面張力によって、塗布パターンよりも縮小し
てしまうのを妨げ、正確なパターンを溶着させるのに有
効であり、さらにメタライズ組成物が溶融状態に保持さ
れている間にセラミックスの表面でセラミクスの成分と
反応し酸化物、炭化物、窒化物などの各種のセラミック
スに応じて、Ｚｒの酸化物、炭化物、窒化物を形成し、
メタライズ層を強固に結合させるのに有効である。但
し、Ｚｒが多すぎる場合にはかえって過剰な反応を生じ
てセラミックスを劣化させたり、メタライズ層を酸化さ
せ易くし、金属ろう材の流れ性を低下させるのであまり
多量に含有させることはかえって不利となる。又、Ｚｒ
が少な過ぎる場合には、結合強度が弱くなり不利となる
ので、９．０〜１４．０重量％（以下、重量％の重量を
省略）の範囲内で配合する必要がある。ＺｒはＴｉに比
較して、より活性なうえに、より低成分で、より低い融
点の共晶を形成することが出来るから、この１２００℃
程度の温度で、例え多少メタライズ炉中の雰囲気が悪く
ても活性を維持することが出来るのでＴｉよりはるかに
有効である。又、このＴｉやＶ、Ｎｂ、Ｈｆなど類似の
元素を４％以内の範囲で添加することも、本発明のメタ
ライズ組成物の特性にそれほど悪影響を与えないので可
能である。ＰｄはＺｒと同様融点を低下させると同時に
セラミックスとの結合力を増大させ、さらにＰｄを含有
させない場合よりバラツキを少なくして信頼性を向上さ
せることが出来るので０．１％以上含有させる。しか
し、１２．０％以上含有させる場合には、メタライズ層
の融点を上げメタライズ層の流動性を低下させて、緻密
なメタライズ層を形成させるのを妨げたりメタライズ層
を硬くしてろう付残留歪を吸収させにくくする。残部の
成分であるＮｉは本来、耐酸化性に優れ、Ｚｒと融点の
低い共晶を形成して、濡れ性を改善することが出来るの
で、表而の平滑なメタライズ層を形成させるのに有効な
元素である。もちろん不可避的不純物とせてＯ、Ｎ、Ｈ
などのガス成分や、Ｓ、Ｃ、Ｓｉ、Ｂなどの半金属を含
有することもある。又、Ｎｉと性質が類似しており広い
固溶範囲を有するＦｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕなどを
１０％の範囲内で含有させることもメタライズ層の特性
にそれほど悪影響を与えないので可能である。本発明の
メタライズ組成物をセラミックスに溶着させるには、前
記組成の１５０メッシュ以下の合金あるいは混合した元
素金属の微粉末に適度な流動性とセラミックス表面への
付着力とを付与するために、粘結剤としてエチルセルロ
ース系、アクリル系などのビークルを混合してペースト
状とし、スクリーン印刷、刷毛、へらなどの塗り方によ
って、セラミックスの所定の面に塗布し、乾繰後、Ａ
ｒ、Ｎｅ、Ｈ２真空などの非酸化性雰囲気中で、１２０
０〜１３００℃の温度範囲で５〜３０分間保持し、溶融
あるいは半溶融状態にして、メタライズ層を形成させ
る。本発明のメタライズ組成物を溶着したアルミナ、窒
化珪素などのセラミックスのメタライズ表面上に、さら
に耐熱性に優れたＮｉ、Ｃｏ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｈなどを
メッキ処理し、メタライズ層中のＺｒが酸化されて、ろ
うの流れが妨げられるのを防ぎながら各種のろう材、例
えばパラジウムろう、金ろう、銅ろう、ニッケルろうな
どを用いて、金属部材にろう付することが出来る。本発
明によって、従来、製造困難とされていた高融点ろう材
を用いて、含ＳｉＯ２ガラス粒界相の少ないセラミック
スと金属とのろう付接合体を造ることが出来る。特に高
純度アルミナとして９９％以上の純度を有するセラミッ
クス部材とコバール合金、４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金などの
金属部材とを金−銅ろう、金−ニッケルろうなどを用い
て接合し、気密封止などを行なうのに最適であり、高温
で使用されるか腐食環境下で使用される各種の気密部品
を製造するのに実用することが出来る。 【０００５】 【実施例１】Ｚｒ１３．０％、Ｐｄ３．０％、残部Ｎｉ
よりなる本発明のメタライズ組成を２００メッシュ以下
の微粉末の金属粉として混合して配合し、エチルセルロ
ース系のビークルを混入せてペースト状とし、厚み３．
０ｍｍ、外径２５ｍｍ、内径８ｍｍのドーナッツ状の９
９．５％のＡｌ２Ｏ３セラミックスの表面に直径１４．
５ｍｍの円形パターンをスクリーン印刷して乾燥した後
Ｈ２炉で１２５０℃約１０分間溶融焼付けてメタライズ
処理を施こした。その後Ｎｉメッキを厚さ０．００５ｍ
ｍ程度施こした後、Ｎｉ２９％、Ｃｏ１７％、残部Ｆｅ
よりなるコバール合金の直径１４．０ｍｍ、厚さ０．５
ｍｍ円板をＢＡｕ−４の金−ニッケルろうを用いて真空
中９７０℃で炉中ろう付してリーク試験用試験片を作製
し、Ｈｅリークテストを実施した。その結果、リーク量
として１．２×１０−９ａｔｍ．ｃｃ／ｓｅｃ以下の良
好な測定値を得た。 【０００６】 【実施例２】第１表に記截の如き各種の本発明のメタラ
イズ組成物を実施例１と同様な方法によって、厚さ５ｍ
ｍ、縦、横、各々２０ｍｍ、純度９９．５％のＡｌ２Ｏ
３セラミックスの表面にメタライズ処理、Ｎｉメッキ処
理を施こした後、同表に記載の如く、金ろうを介して、
各々の寸法のコバール円筒物の一方の端面をろう付した
後、剪断試験を実施して同表に記載の如き結果を得た。
金ろうのろう付温度の１０００℃程度で、コバール合金
はアルミナよりもはるかに大きく熱膨張した状態でろう
付される為にかなりの残留応力が残るので、測定値に若
干バラッキがある。しかし、ＢＡｕ−１より融点の低く
耐食耐酸化性に優れたＢＡｕ−４の場合に、Ｐｄ含有量
のあまり多くない３〜５％程度の組成物では柔軟なメタ
ライズ層を形成することが出来るので比較的高い測低値
を安定して示しており、実用上有効である。 【０００７】 【発明の効果】本発明によれば、セラミックスと金属と
を銀ろうなどよりもはるかに融点の高い金ろうを用いて
強固にろう付接合することが出来る。したがって、従
来、一般的に採用されて来た銀ろう付による場合より
も、耐熱性、耐酸化性、耐蝕性に優れた金ろう付による
接合部品を提供することが出来るので新しいセラミック
スの用途を拡大する創造的技術である。
とをろう付け接合するなどのためにセラミックスの表面
を金属化するメタライズ組成物に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来より高純度のアルミナセラミック
ス，窒化珪素セラミックスなどを主成分とするセラミッ
クス同志あるいはこのようなセラミックスと金属とを、
金属ろう材料を用いて接合することなどを目的として、
Ｍｏ−Ｍｎ−ＳｉＯ２系やＣｕ−Ａｇ−Ｔｉ系の組成物
を用いるメタライズ（金属化）方法が提案されて来た。
本発明者は、既に特許願昭６３−２１５５７９号によっ
て、これらのセラミックスと適度に反応性を有し、金ろ
うなどの高温ろう材を用いてろう付処理を施すことが出
来るメタライズ組成物としてＺｒを９．０〜１４．０重
量％含み、Ｙを３．５重量％以下、残部実質的にＮｉよ
りなる成分を提案している。 【０００３】 【考案が解決しようとする課題】その場合、ＳｉＯ２相
を殆ど含まない高純度アルミナセラミックスなどをＭｏ
−Ｍｎ−ＳｉＯ２系組成物を用いて金属化する場合に
は、期待するほどの接合強度が得られない。又、Ｃｕ−
Ａｇ−Ｔｉ系組成物は９００℃程度と比較的融点が低い
ため、より高温の融点を有する金属ろう材を用いること
が出来ないなどの制約があった。Ｎｉ−Ｚｒ−Ｙ系の組
成物の場合には、結合強度が充分でなかったために実用
にならなかった。 【０００４】 【問題を解決するための手段】本発明はこれらの問題点
を解決し、より結合強度の高いメタライズ組成物を提供
するすることを目的としている。本発明のメタライズ組
成物はＺｒを９．０〜１４．０重量％、Ｐｄを０．１〜
１２．０重量％含み、残部実質的にＮｉ及び不可避的不
純物よりなることを特徴としている。これらのセラミッ
クスに対して、ジルコニウム、Ｚｒ、は少量でも濡れ性
を著しく向上させるので、溶融初期の段階でメタライズ
組成物が表面張力によって、塗布パターンよりも縮小し
てしまうのを妨げ、正確なパターンを溶着させるのに有
効であり、さらにメタライズ組成物が溶融状態に保持さ
れている間にセラミックスの表面でセラミクスの成分と
反応し酸化物、炭化物、窒化物などの各種のセラミック
スに応じて、Ｚｒの酸化物、炭化物、窒化物を形成し、
メタライズ層を強固に結合させるのに有効である。但
し、Ｚｒが多すぎる場合にはかえって過剰な反応を生じ
てセラミックスを劣化させたり、メタライズ層を酸化さ
せ易くし、金属ろう材の流れ性を低下させるのであまり
多量に含有させることはかえって不利となる。又、Ｚｒ
が少な過ぎる場合には、結合強度が弱くなり不利となる
ので、９．０〜１４．０重量％（以下、重量％の重量を
省略）の範囲内で配合する必要がある。ＺｒはＴｉに比
較して、より活性なうえに、より低成分で、より低い融
点の共晶を形成することが出来るから、この１２００℃
程度の温度で、例え多少メタライズ炉中の雰囲気が悪く
ても活性を維持することが出来るのでＴｉよりはるかに
有効である。又、このＴｉやＶ、Ｎｂ、Ｈｆなど類似の
元素を４％以内の範囲で添加することも、本発明のメタ
ライズ組成物の特性にそれほど悪影響を与えないので可
能である。ＰｄはＺｒと同様融点を低下させると同時に
セラミックスとの結合力を増大させ、さらにＰｄを含有
させない場合よりバラツキを少なくして信頼性を向上さ
せることが出来るので０．１％以上含有させる。しか
し、１２．０％以上含有させる場合には、メタライズ層
の融点を上げメタライズ層の流動性を低下させて、緻密
なメタライズ層を形成させるのを妨げたりメタライズ層
を硬くしてろう付残留歪を吸収させにくくする。残部の
成分であるＮｉは本来、耐酸化性に優れ、Ｚｒと融点の
低い共晶を形成して、濡れ性を改善することが出来るの
で、表而の平滑なメタライズ層を形成させるのに有効な
元素である。もちろん不可避的不純物とせてＯ、Ｎ、Ｈ
などのガス成分や、Ｓ、Ｃ、Ｓｉ、Ｂなどの半金属を含
有することもある。又、Ｎｉと性質が類似しており広い
固溶範囲を有するＦｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕなどを
１０％の範囲内で含有させることもメタライズ層の特性
にそれほど悪影響を与えないので可能である。本発明の
メタライズ組成物をセラミックスに溶着させるには、前
記組成の１５０メッシュ以下の合金あるいは混合した元
素金属の微粉末に適度な流動性とセラミックス表面への
付着力とを付与するために、粘結剤としてエチルセルロ
ース系、アクリル系などのビークルを混合してペースト
状とし、スクリーン印刷、刷毛、へらなどの塗り方によ
って、セラミックスの所定の面に塗布し、乾繰後、Ａ
ｒ、Ｎｅ、Ｈ２真空などの非酸化性雰囲気中で、１２０
０〜１３００℃の温度範囲で５〜３０分間保持し、溶融
あるいは半溶融状態にして、メタライズ層を形成させ
る。本発明のメタライズ組成物を溶着したアルミナ、窒
化珪素などのセラミックスのメタライズ表面上に、さら
に耐熱性に優れたＮｉ、Ｃｏ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｈなどを
メッキ処理し、メタライズ層中のＺｒが酸化されて、ろ
うの流れが妨げられるのを防ぎながら各種のろう材、例
えばパラジウムろう、金ろう、銅ろう、ニッケルろうな
どを用いて、金属部材にろう付することが出来る。本発
明によって、従来、製造困難とされていた高融点ろう材
を用いて、含ＳｉＯ２ガラス粒界相の少ないセラミック
スと金属とのろう付接合体を造ることが出来る。特に高
純度アルミナとして９９％以上の純度を有するセラミッ
クス部材とコバール合金、４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金などの
金属部材とを金−銅ろう、金−ニッケルろうなどを用い
て接合し、気密封止などを行なうのに最適であり、高温
で使用されるか腐食環境下で使用される各種の気密部品
を製造するのに実用することが出来る。 【０００５】 【実施例１】Ｚｒ１３．０％、Ｐｄ３．０％、残部Ｎｉ
よりなる本発明のメタライズ組成を２００メッシュ以下
の微粉末の金属粉として混合して配合し、エチルセルロ
ース系のビークルを混入せてペースト状とし、厚み３．
０ｍｍ、外径２５ｍｍ、内径８ｍｍのドーナッツ状の９
９．５％のＡｌ２Ｏ３セラミックスの表面に直径１４．
５ｍｍの円形パターンをスクリーン印刷して乾燥した後
Ｈ２炉で１２５０℃約１０分間溶融焼付けてメタライズ
処理を施こした。その後Ｎｉメッキを厚さ０．００５ｍ
ｍ程度施こした後、Ｎｉ２９％、Ｃｏ１７％、残部Ｆｅ
よりなるコバール合金の直径１４．０ｍｍ、厚さ０．５
ｍｍ円板をＢＡｕ−４の金−ニッケルろうを用いて真空
中９７０℃で炉中ろう付してリーク試験用試験片を作製
し、Ｈｅリークテストを実施した。その結果、リーク量
として１．２×１０−９ａｔｍ．ｃｃ／ｓｅｃ以下の良
好な測定値を得た。 【０００６】 【実施例２】第１表に記截の如き各種の本発明のメタラ
イズ組成物を実施例１と同様な方法によって、厚さ５ｍ
ｍ、縦、横、各々２０ｍｍ、純度９９．５％のＡｌ２Ｏ
３セラミックスの表面にメタライズ処理、Ｎｉメッキ処
理を施こした後、同表に記載の如く、金ろうを介して、
各々の寸法のコバール円筒物の一方の端面をろう付した
後、剪断試験を実施して同表に記載の如き結果を得た。
金ろうのろう付温度の１０００℃程度で、コバール合金
はアルミナよりもはるかに大きく熱膨張した状態でろう
付される為にかなりの残留応力が残るので、測定値に若
干バラッキがある。しかし、ＢＡｕ−１より融点の低く
耐食耐酸化性に優れたＢＡｕ−４の場合に、Ｐｄ含有量
のあまり多くない３〜５％程度の組成物では柔軟なメタ
ライズ層を形成することが出来るので比較的高い測低値
を安定して示しており、実用上有効である。 【０００７】 【発明の効果】本発明によれば、セラミックスと金属と
を銀ろうなどよりもはるかに融点の高い金ろうを用いて
強固にろう付接合することが出来る。したがって、従
来、一般的に採用されて来た銀ろう付による場合より
も、耐熱性、耐酸化性、耐蝕性に優れた金ろう付による
接合部品を提供することが出来るので新しいセラミック
スの用途を拡大する創造的技術である。
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フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C04B 41/80 - 41/91
C04B 37/00 - 37/02
C22C 19/03
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 Ｚｒを９．０〜１４．０重量％、Ｐｄを
０．１〜１２．０重量％含み、残部実質的にＮｉ及び不
可避的不純物よりなるこを特徴とするセラミックスのメ
タライズ組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11087293A JP3493586B2 (ja) | 1993-04-01 | 1993-04-01 | セラミックスのメタライズ組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11087293A JP3493586B2 (ja) | 1993-04-01 | 1993-04-01 | セラミックスのメタライズ組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06287094A JPH06287094A (ja) | 1994-10-11 |
| JP3493586B2 true JP3493586B2 (ja) | 2004-02-03 |
Family
ID=14546847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11087293A Expired - Fee Related JP3493586B2 (ja) | 1993-04-01 | 1993-04-01 | セラミックスのメタライズ組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3493586B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5762265B2 (ja) * | 2011-11-30 | 2015-08-12 | 京セラ株式会社 | セラミック体と金属体との接合体 |
-
1993
- 1993-04-01 JP JP11087293A patent/JP3493586B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06287094A (ja) | 1994-10-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |