JP6562323B2 - 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、および接合体 - Google Patents
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(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、600℃〜1400℃の温度で加熱するステップと、
を有する方法が提供される。
(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、660℃〜1400℃の温度で加熱するステップと、
を有する方法が提供される。
両者の間には、前記セラミックス部材および前記アルミニウム部材に比べて、シリコンの量が高い領域が存在することを特徴とする接合体が提供される。
前記第2のセラミックス部材と前記アルミニウム部材の間には、前記第2のセラミックス部材および前記アルミニウム部材に比べて、シリコンの量が高い領域が存在しても良い。
(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、600℃〜1400℃の温度で加熱するステップと、
を有する方法が提供される。
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、600℃〜1400℃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、600℃〜1400℃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。
以下の方法により、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合体を製作した。
実施例1と同様の方法により、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合体を製作した。ただし、この実施例2では、シロキサン系ポリマーとして、PMPhSの代わりに、市販のポリメチルヒドロシロキサン(KF−99:信越化学社製。以下、「PMHS」と称する)を使用した。PMHSは、トルエン溶液中に、濃度が0.1mol/Lとなるように添加して使用した。
実施例1と同様の方法により、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合体を製作した。ただし、この実施例3では、シロキサン系ポリマーとして、PMPhSの代わりに、市販のポリメチルシルセスキオキサン(YR−33707:モメンティブパフォーマンスマテリアルズ社製。以下、「PMSQ」と称する)を使用した。PMSQは、トルエン溶液中に、濃度が0.1mol/Lとなるように添加して使用した。
実施例1と同様の方法により、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合体を製作した。ただし、この実施例4では、接合材として、炭素粉末を含むシリカゾルを使用した。
純度99%以上であるアルミニウム粉末(和光純薬製)を85wt%程度含むスラリー(溶媒:エタノール)を作製し、実施例1と同じ要領で表面をコーティングしたアルミナ基板上にスラリーをスクリーン印刷の要領で塗布し、アルゴン雰囲気下、900℃で1時間焼成した。その結果、スクリーンと同じ模様の配線状のアルミニウム金属が、アルミナ基板上に接合された。このアルミニウム金属は、指で引っ掻いても剥離せず、良好な接合力を有することが確認された。
焼成温度を900℃から950℃に変更した以外は、実施例1と同様の方法により、2つのアルミナブロックがアルミ箔を介して接合された接合体を製作した。この接合体を、以下、「実施例6に係る接合体」と称する。
実施例1と同様の方法により、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合を試みた。ただし、この比較例1では、各アルミニウムブロックの接合面に、PMPhSを塗布しなかった。
実施例1と同様の方法により、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合を試みた。ただし、この比較例2では、接合材として、ポリカルボシラン(Nipusi Type−A:日本カーボン社製。以下、「PCS」と称する)を使用した。PCSは、トルエン溶液中に、濃度が0.1mol/Lとなるように添加して使用した。
以下の方法により、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合体を製作した。
実施例7の場合と同様の手順により、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合体を製作した。
実施例8の場合と同様の手順により、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合体を製作した。
実施例7の場合と同様の手順により、セラミックス部材とアルミニウム合金部材の接合体を製作した。だだし、この実施例10では、アルミニウム線の代わりに、直径2000μmφのAl−Si合金(シルミン:ケイ素量12wt%)線を使用した。また、アルミナ板の熱処理(アルミニウム合金部材との接合)条件は、アルゴン雰囲気下、650℃、1時間とした。
実施例1と同様の方法により、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合体を製作した。ただし、この実施例11では、セラミックス部材として、アルミナブロックの代わりに、窒化ケイ素ブロック(20mm×4mm×4mm)を使用した。すなわち、PMPhSが塗布された2つの窒化ケイ素ブロックを、アルミニウム箔を介して接合面(20mm×4mmの一面)同士で接合して、接合体を作製した。
実施例7の場合と同様の手順により、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合体を製作した。
実施例7の場合と同様の手順により、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合体を製作した。
実施例13の場合と同様の手順により、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合体を製作した。ただし、この実施例14では、熱処理(アルミニウム部材との接合)条件は、アルゴン雰囲気下、600℃、1時間とした。
実施例12の場合と同様の手順により、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合体を製作した。ただし、この実施例15では、熱処理(アルミニウム部材との接合)条件は、アルゴン雰囲気下、600℃、1時間とした。
実施例7の場合と同様の手順により、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合を試みた。ただし、この比較例3では、アルミナ板の熱処理(アルミニウム部材との接合)条件は、アルゴン雰囲気下、580℃、1時間とした。その他の条件は実施例7の場合と同様である。
実施例12の場合と同様の手順により、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合を試みた。ただし、この比較例4では、窒化ケイ素板の熱処理(アルミニウム部材との接合)条件は、アルゴン雰囲気下、580℃、1時間とした。その他の条件は実施例12の場合と同様である。
実施例13の場合と同様の手順により、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合を試みた。ただし、この比較例5では、窒化アルミニウム板の熱処理(アルミニウム部材との接合)条件は、アルゴン雰囲気下、580℃、1時間とした。その他の条件は実施例13の場合と同様である。
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 (6)
- 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と、アルミニウム部材とが、アルミノシリケート(ただしムライトを除く)を含有する接合層を介して接合された接合体であって、
前記接合層には、Al2Si50O103、Al2Si4O10、およびAl1.9Si0.05O2.95が含有されていることを特徴とする、接合体。 - 前記セラミックス部材と、前記アルミニウム部材との間には、前記セラミックス部材および前記アルミニウム部材に比べて、シリコンの量が高い領域が存在することを特徴とする請求項1に記載の接合体。
- 前記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または2に記載の接合体。
- 前記アルミニウム部材中には、炭素塊、炭化物塊または金属シリコン塊が含まれていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の接合体。
- さらに、前記アルミニウム部材の前記セラミックス部材とは反対の側には、アルミノシリケートを含有する第2の接合層を介して、第2のセラミックス部材が配置されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載の接合体。
- さらに、前記アルミニウム部材の前記セラミックス部材とは反対の側には、第2のセラミックス部材が配置され、
前記第2のセラミックス部材と前記アルミニウム部材の間には、前記第2のセラミックス部材および前記アルミニウム部材に比べて、シリコンの量が高い領域が存在することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一つに記載の接合体。
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