JP6406753B2 - セラミックス部材とアルミニウム部材とを接合する方法 - Google Patents
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Description
(a)アルミニウムおよび/またはケイ素を含有するセラミックス部材、およびアルミニウム部材を準備するステップと、
(b)前記セラミックス部材および前記アルミニウム部材の少なくとも一方に、接合材を設置するステップであって、前記接合材は、シロキサン系ポリマーまたは炭素粉末含有シリカゾルを含むステップと、
(c)前記セラミックス部材と前記アルミニウム部材を、前記接合材を介在させた状態で積層し、組立体を構成するステップと、
(d)前記組立体を、不活性ガス雰囲気下または真空雰囲気下において、430℃以上、600℃未満の温度で加熱するステップと、
を有し、
前記(d)のステップは、
前記組立体の前記接合材に実質的に圧力が印加されない場合、1時間以上実施され、
前記組立体の前記接合材に、0.13gf/cm2(12.7Pa)以上の圧力が印加される場合、5分以上実施されることを特徴とする方法が提供される。
セラミックス部材とアルミニウム部材とを接合する方法であって、
(a)アルミニウムおよび/またはケイ素を含有するセラミックス部材、およびアルミニウム部材を準備するステップと、
(b)前記セラミックス部材および前記アルミニウム部材の少なくとも一方に、接合材を設置するステップであって、前記接合材は、シロキサン系ポリマーまたは炭素粉末含有シリカゾルを含むステップと、
(c)前記セラミックス部材と前記アルミニウム部材を、前記接合材を介在させた状態で積層し、組立体を構成するステップと、
(d)前記組立体を、不活性ガス雰囲気下または真空雰囲気下において、430℃以上、600℃未満の温度で加熱するステップと、
を有し、
前記(d)のステップは、
前記組立体の前記接合材に実質的に圧力が印加されない場合、1時間以上実施され、
前記組立体の前記接合材に、0.13gf/cm2(12.7Pa)以上の圧力が印加される場合、5分以上実施されることを特徴とする方法が提供される。
図1には、アルミニウム粒子とシロキサンを約1:1の重量比で混合したサンプルについて、示差熱−熱重量(TG−DTA)同時分析を行った際の結果を示す。分析は、不活性ガス雰囲気下で実施した。
次に、図面を参照して、本発明の一実施例によるセラミックス部材とアルミニウム部材とを接合する方法(第1の接合方法)について、より詳しく説明する。
アルミニウムおよび/またはケイ素を含有するセラミックス部材、およびアルミニウム部材を準備するステップ(ステップS110)と、
前記セラミックス部材および前記アルミニウム部材の少なくとも一方に、接合材を設置するステップであって、前記接合材は、シロキサン系ポリマーを含むステップ(ステップS120)と、
前記セラミックス部材と前記アルミニウム部材を、前記接合材を介在させた状態で積層し、組立体を構成するステップ(ステップS130)と、
前記組立体を、不活性ガス雰囲気下または真空雰囲気下、430℃以上、600℃未満の温度で加熱するステップ(ステップS140)と、
を有する。
まず、セラミックス部材およびアルミニウム部材が準備される。
次に、セラミックス部材および/またはアルミニウム部材の少なくとも接合面に、接合材が設置される。接合材としては、シロキサン系ポリマーを含む接合材(すなわち、接合材1)が使用される。
シロキサン系ポリマーを含む接合材1において、シロキサン系ポリマーの種類は、特に限られない。
次に、セラミックス部材とアルミニウム部材とを、接合材1を介在させた状態で積層し、組立体を構成する。すなわち、セラミックス部材の接合面と、アルミニウム部材の接合面とが、接合材1を介して対向するようにして、セラミックス部材とアルミニウム部材が配置される。
次に、接合処理のため、組立体が熱処理される。これにより、セラミックス部材とアルミニウム部材とが接合層を介して接合された接合体が製造される。
次に、図5を参照して、本発明の一実施例によるセラミックス部材とアルミニウム部材とを接合する別の方法(第2の接合方法)について説明する。
アルミニウムおよび/またはケイ素を含有するセラミックス部材、およびアルミニウム部材を準備するステップ(ステップS210)と、
前記セラミックス部材および前記アルミニウム部材の少なくとも一方に、接合材を設置するステップであって、前記接合材は、炭素粉末含有シリカゾルを含むステップ(ステップS220)と、
前記セラミックス部材と前記アルミニウム部材を、前記接合材を介在させた状態で積層し、組立体を構成するステップ(ステップS230)と、
前記組立体を、不活性ガス雰囲気下または真空雰囲気下、430℃以上、600℃未満の温度で加熱するステップ(ステップS240)と、
を有する。
第2の接合方法では、接合材として、炭素粉末含有シリカゾルを含む接合材(すなわち、接合材2)が使用される。
炭素粉末含有シリカゾルを含む接合材2において、使用されるシリカゾルの形態は、特に限られない。ただし、炭素粒子の偏在を避けるため、炭素粉末はなるべく細かいもの、例えば#2000よりも細かい粉末を使うことが好ましい。例えば、シリカ粒子の粒子径が小さい(20nm以下の)コロイド系のシリカゾルを使用しても良い。そのようなシリカゾルとしては、例えば、スノーテックスNおよびスノーテックスN−40(日産化学社製)等がある。
次に、図6および図7を参照して、本発明の一実施例による接合体について説明する。
まず、縦20mm×横20mm×厚さ10mmの寸法を有する窒化ケイ素ブロック(純度90%)を2つ用意した。これらを、それぞれ、第1の窒化ケイ素ブロックおよび第2の窒化ケイ素ブロックと称する。スピンコーティング法により、それぞれの窒化ケイ素ブロックの一面(20mm×20mmの一つの面。以下「接合面」と称する)に、市販のポリメチルフェニルシロキサン(KF−54、信越化学工業(株)社製)(以下PMPhSと称する)を塗布した。スピンコーティングの条件は、回転数3000rps、塗布時間30秒とした。
まず、縦30mm×横30mm×厚さ2.5mmの寸法を有するアルミナ板(純度99.5%。α−アルミナ)を1枚用意した。スピンコーティング法により、このアルミナ板の一方の面(30mm×30mmの一つの面。以下「接合面」と称する)に、PMPhSを塗布した。スピンコーティングの条件は、回転数3000rps、塗布時間30秒とした。
まず、縦30mm×横30mm×厚さ2.5mmの寸法を有するアルミナ板(純度99.5%。α−アルミナ)を1枚用意した。スピンコーティング法により、このアルミナ板の一方の面(30mm×30mmの一つの面。以下「接合面」と称する)に、PMPhSを塗布した。スピンコーティングの条件は、回転数3000rps、塗布時間30秒とした。
まず、縦30mm×横30mm×厚さ2.5mmの寸法を有するアルミナ板(純度99.5%。α−アルミナ)を1枚用意した。スピンコーティング法により、このアルミナ板の一方の面(30mm×30mmの一つの面。以下「接合面」と称する)に、PMPhSを塗布した。スピンコーティングの条件は、回転数3000rps、塗布時間30秒とした。
まず、縦20mm×横20mm×厚さ10mmの寸法を有する窒化ケイ素ブロック(純度90%)を1枚用意した。スピンコーティング法により、この窒化ケイ素ブロックの一方の面(20mm×20mmの一つの面。以下「接合面」と称する)に、PMPhSを塗布した。スピンコーティングの条件は、回転数3000rps、塗布時間30秒とした。
まず、縦15mm×横20mm×厚さ2mmの寸法を有するアルミナ板(純度99.5%。α−アルミナ)を1枚用意した。スピンコーティング法により、このアルミナ板の一方の面(30mm×30mmの一つの面。以下「接合面」と称する)に、PMPhSを塗布した。スピンコーティングの条件は、回転数3000rps、塗布時間30秒とした。
実施例6と同様の方法で、アルミ箔とアルミナ板が相互に接合された接合体を製造した。ただし、ここでは、組立体を焼成する温度と時間を変化させて、接合体を製造した。温度は、400℃、425℃、450℃、480℃、500℃、550℃および580℃の中から選択した。また、時間は、1時間、2時間、4時間、8時間、および16時間の範囲で変化させた。なお、組立体の接合面に加わる圧力Pは、いずれもP=0である。
まず、縦15mm×横20mm×厚さ2mmの寸法を有するアルミナ板(純度99.5%。α−アルミナ)を1枚用意した。スピンコーティング法により、このアルミナ板の一方の面(30mm×30mmの一つの面。以下「接合面」と称する)に、PMPhSを塗布した。スピンコーティングの条件は、回転数3000rps、塗布時間30秒とした。
実施例8と同様の方法で、アルミ箔とアルミナ板が相互に接合された接合体を製造した。ただし、ここでは、組立体を焼成する温度と時間を変化させて、接合体を製造した。温度は、400℃、425℃、450℃、480℃、5500℃、550℃および580℃の中から選択した。また、時間は、5分、15分、1時間、2時間、4時間、8時間、および16時間の範囲で変化させた。なお、組立体の接合面に加わる圧力Pは、いずれもP=7gf/cm2(686Pa)である。
まず、縦30mm×横30mm×厚さ2.5mmの寸法を有するアルミナ板(純度99.5%。α−アルミナ)を1枚用意した。スピンコーティング法により、このアルミナ板の一方の面(30mm×30mmの一つの面。以下「接合面」と称する)に、PMPhSを塗布した。スピンコーティングの条件は、回転数3000rps、塗布時間30秒とした。
110 セラミックス部材
130 アルミニウム部材
150 接合層
200 接合体
210 第1のセラミックス部材
230 アルミニウム部材
250 第1の接合層
260 第2のセラミックス部材
290 第2の接合層
Claims (2)
- セラミックス部材とアルミニウム部材とを接合する方法であって、
(a)アルミニウムおよび/またはケイ素を含有するセラミックス部材、およびアルミニウム部材を準備するステップと、
(b)前記セラミックス部材および前記アルミニウム部材の少なくとも一方に、接合材を設置するステップであって、前記接合材は、シロキサン系ポリマーまたは炭素粉末含有シリカゾルを含むステップと、
(c)前記セラミックス部材と前記アルミニウム部材を、前記接合材を介在させた状態で積層し、組立体を構成するステップと、
(d)前記組立体を、不活性ガス雰囲気下または真空雰囲気下において、430℃以上、600℃未満の温度で加熱するステップと、
を有し、
前記(d)のステップは、
前記組立体の前記接合材に実質的に圧力が印加されない場合、1時間以上実施され、
前記組立体の前記接合材に、0.13gf/cm2(12.7Pa)以上の圧力が印加される場合、5分以上実施されることを特徴とする方法。 - 前記セラミックス部材は、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、ムライトおよびアルミノシリケートからなる群から選定された、少なくとも一つの材料を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
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