JP3700151B2 - 金属−セラミックス複合部材の製造装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属−セラミックス複合部材の製造装置に関するものであり、特に、自動車部品、電子部品等に好適な酸化物、窒化物、炭化物セラミックスと金属との強固な複合部材を製造するための横型連続接合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックスの化学安定性、高融点、絶縁性、高硬度等の特性と、金属の高強度、高靱性、易加工性、導電性等の特性を生かした金属−セラミックス部材は、自動車、電子装置等に広く用いられ、その代表的な例として大電力電子素子実験用の基板およびパッケージ等が挙げられる。
【０００３】
上記金属−セラミックス複合部材の主な製造方法としては、アルミナ基板を用いる直接接合法や窒化アルミニウム基板を用いるろう接合法により大部分の複合基板が生産されるようになった。
【０００４】
本出願人も先にセラミックス部材に溶湯金属としてのアルミニウムや銅を直接接合する連続装置として特願平７−２６０６８号「金属−セラミックス複合部材の製造装置」に示すものを提案した。
【０００５】
この装置によって容易にセラミックス複合部材を得ることが可能となったが、セラミックス基板のサイズが多種あるのでそれに応じてダイスサイズを交換する必要があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように従来の装置では品種変えに対応するのに時間を要するという問題があった。このため何らかの改良技術の開発と鋳型とルツボとの着脱がより簡易に行なえる構造の連続鋳造接合装置の開発が望まれていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は斯かる課題を解決するために鋭意研究したところ、溶湯ルツボの底面に脱着可能な特殊鋳型を取り付け、一方この鋳型の左右側面にセラミックス基板がピンチローラで移動される搬入部並びに搬出部を脱着可能に連接することによって、従来の問題を解決し得る連続鋳造装置を製作できた。
【０００８】
即ち、本発明の金属−セラミックス複合部材の製造装置は、セラミックス部材を連続的に供給するための搬入部と、セラミックス部材を通過させる鋳型と、該鋳型端部に連設する搬出部とより成り、上記鋳型が、セラミックス部材を通過せしめてセラミックス部材の周囲面の少なくとも一部分に金属を接合せしめるための金属溶湯貯留部と、この貯留部にルツボ内の金属溶湯を導入するためのスリットと、ルツボの底面に脱着自在に嵌合するルツボ脱着孔とを有することを特徴とする。また、上記セラミックス部材の搬入部並びに搬出部が上記鋳型の両側面に夫々脱着可能に接続されることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明装置について図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明装置の全体を示す概略図であるが、本発明装置において、金属−セラミックス複合部材を連続的に製造するために、金属溶湯を連続的に供給し、且つ溶湯の温度を一定の温度に保たなければならない。
【００１１】
この場合、金属溶湯の供給方法としては、別の溶解炉で溶解した金属溶湯を本発明装置内のルツボに供給し、必要に応じて所定の接合温度に加熱・保持する方法や、あるいは金属原料を安定に本発明装置内のルツボに供給し、該ルツボ内で溶かし、一定の温度に加熱・保持する方法があるが、これは何れにしても溶湯を保持するためのルツボと加熱ヒーターとが必要である。
【００１２】
室温状態のセラミックス部材を直接に金属溶湯に挿入すると、熱衝撃でセラミックス部材が割れる可能性があり、これを防止するためにセラミックス部材を予熱する必要がある。この場合、セラミックス部材を別途加熱装置において予熱し、予熱された部材を本発明装置の搬送手段を用いて供給することも可能である。加熱された部材を本発明装置の搬送手段を用いて供給することも可能であるが、加熱された部材を運ぶ時の安全上の不便さ、運搬時の熱衝撃の問題もあることから、本発明装置の場合、縦型ガイド一体型ダイスを使用し金属溶湯を加熱するヒーターの予熱を利用するとともに縦型ガイド一体型ダイスにヒーターを設けてセラミックス部材を予熱している。
【００１３】
本発明装置の特徴の一つは、如何にして金属溶湯表面の酸化物等の汚れ層の影響を除去し、セラミックス部材と清浄な金属溶湯とを接触させるかということにあり、本発明においては、ルツボ底部と接触するスリットによって溶湯中の酸化物の金属溶湯貯留部への混入を防止し、金属溶湯貯留部には清浄な金属溶湯のみが入るようルツボ上面に設けたおもりを上下させることにある。
【００１４】
アルミ溶湯貯留部に一定量貯留された清浄な金属溶湯中を、搬入部と鋳型とを通過したセラミックス部材が進入すると共に、基板側面に該金属溶湯が接触し、順次鋳型並びに搬出部と移動するに従って冷却され、搬出部端部に設けた冷却ジャケットによって、これらの金属溶湯は全て凝固され所望の接合基板を得ることができた。
【００１５】
本発明で使用する金属−ガイド一体型ダイスの各材料の高温酸化を防ぐために必要に応じて装置の内部をある特定の雰囲気にする必要がある。後述する実施例においては窒素ガス雰囲気において実施したが、同じような効果はアルゴンのような不活性ガスを使っても得られる。
【００１６】
なお、本発明で使用する金属としては、アルミニウム、または、アルミニウムを主成分とする合金であり、一方、セラミックス部材としてはアルミニウム、硅素等の酸化物、窒化物、炭化物等である。
【００１７】
【実施例】
図１に本発明装置の概略図を示す。本発明装置は、左側からピンチローラ（図示せず）を使って、一個一個のセラミックス部材１を縦状に連続的に供給する搬送手段（図示せず）と、縦型ガイド一体型ダイス５を予熱ヒーター１４で加熱しながら順次セラミックス部材を搬送させ、一方ルツボ８内の金属を融解する溶湯ヒーター６，６′で金属を溶湯４とし、その溶湯４をスリット１１を介して前記縦型ガイド一体型ダイス５と連接する鋳型７内に設けた金属溶湯貯留部１３に装入し、次いで、移送したセラミックス部材の少なくとも一面以上にこの金属溶湯を接合する鋳型と、水冷ジャケット２′で温度制御を行ない、接触させた金属溶湯を凝固させる冷却部９とを主要構成部とし、後工程として得られる金属−セラミックス複合部材をセラミックス部材のつなぎ部分で剪断するカッターを有する剪断部（図示せず）とから構成されるものである。
【００１８】
上記装置を用い先ず３６ｍｍ×１１２ｍｍ×０．６３５ｍｍのアルミナセラミックス部材を長手方向に縦型とし、ピンチローラーを縦状に順設した搬送手段（図示せず）で一個一個縦型ガイド一体型ダイス５に搬送した。この場合、このダイス５は予熱ヒーター１４によりダイス全体に熱が伝わることから、該ダイス入口に水冷ジャケット２を設けて温度を１００℃以下に保つようにしている。
【００１９】
次いで、予熱されセラミックス部材は脱着可能に連接する鋳型７内に搬送され、金属溶湯貯留部１３を通過するが、この時、この金属溶湯貯留部には、鋳型上部に脱着可能に接合するルツボから、金属溶湯としてのアルミニウム溶湯がスリット１１を介して清浄なアルミニウム溶湯が装入されており、その中を通過することによってアルミナ部材の表・裏面にアルミニウムを接着させた。
【００２０】
この場合、金属としてのアルミニウムをルツボ８の中にセットし、セラミックス部材を一体型ダイス５の入口から入れて、その先端が冷却部９に到達するようにセットしてから、窒素ガス（Ｎ₂ ）雰囲気においてルツボ８を加熱し、アルミニウムを溶解する。アルミニウム溶湯４は図３，図４に示すようにルツボ脱着孔１２に設けられたスリット１１を介して、金属溶湯貯留部１３にルツボ上のオモリ３の作用により装入されるが、この時、スリット幅が０．８ｍｍ（適正幅０．３〜１．５ｍｍ）に調整してあることからルツボ内の酸化物の混入を防ぎ、金属溶湯貯留部には清浄なアルミニウム溶湯を装入することになる。
【００２１】
セラミックス部材１の表・裏面に接触したアルミニウム溶湯は順次冷却部の方に移動しながらその先端部は除々に融点以下に下がり、その部分が凝固して出口を塞ぎ溶湯の流出を防止している。
【００２２】
また、入口側の鋳型内部とセラミックス部材との間の隙間に溶湯が入らないようにするためそのクリアランスを０．２ｍｍ以下とした。アルミニウム溶湯が７５０℃に加熱された後、入口側からセラミックス部材を連続的に供給したところセラミックス部材は順番に金属溶湯貯留部を通過して、部材の表・裏面にアルミニウム溶湯を接触させて移動し、冷却部を通過することによって厚みが０．５ｍｍのアルミニウム体として接合強度の高い複合基板を得ることができた。
【００２３】
以下、本発明の他の実施例を説明する。
【００２４】
予めセラミックス部材として３６ｍｍ×５２ｍｍ×０．６３５ｍｍのＡｌＮ基板を複数個用意して実施例１と同様な手段でアルミニウム溶湯中を通過させてアルミニウムＡｌＮ部材からなる金属−セラミックス複合部材を得た。
【００２５】
冷却部９で得た金属−セラミックス複合部材１０を剪断部（図示せず）に導き、カッターでセラミックス複合部材のつなぎ目部分のアルミニウムを切断し、所定形状の複合部材を得た。この場合、セラミックス複合部材は縦状であるため、従来の横状タイプのようにたわみを生ずることなく切断をスムーズに行なうことができ、基板の割れ等の不良を軽減できた。
【００２６】
【発明の効果】
上述のように本発明装置を用いることによって種々のセラミックス部材に溶湯金属を連続的に接合できるようになり、所定の金属−セラミックス複合部材を安価に、且つ連続的に大量に製造できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金属−セラミックス複合部材の製造装置の概略断面図である。
【図２】本発明装置中、鋳型の平面図である。
【図３】本発明装置中、図２の鋳型のＡ−Ａ′断面図である。
【図４】本発明装置中、図２の鋳型のＢ−Ｂ′断面図である。
【符号の説明】
１ セラミックス部材
２ 冷却ジャケット
２′ 冷却ジャケット
３ おもり
４ 金属溶湯
５ 縦型ガイド一体型ダイス
６ ヒーター
６′ ヒーター
７ 鋳型
８ ルツボ
９ 冷却部
１０ 複合基板
１１ スリット
１２ ルツボ脱着孔
１３ 金属溶湯貯留部
１４ 予熱ヒーター

Claims (2)

1. セラミックス部材を連続的に供給するための搬入部と、セラミックス部材を通過させる鋳型と、該鋳型端部に連設する搬出部とより成り、上記鋳型が、セラミックス部材を通過せしめてセラミックス部材の周囲面の少なくとも一部分に金属を接合せしめるための金属溶湯貯留部と、この貯留部にルツボ内の金属溶湯を導入するためのスリットと、ルツボの底面に脱着自在に嵌合するルツボ脱着孔とを有することを特徴とする金属−セラミックス複合部材の製造装置。
2. 上記鋳型の両側面に上記セラミックス部材の搬入部並びに搬出部が夫々脱着可能に接続されることを特徴とする請求項１記載の金属−セラミックス複合部材の製造装置。

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