JPH0232235B2

JPH0232235B2 - Seramitsukusunometaraizuho

Info

Publication number: JPH0232235B2
Application number: JP17658885A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Ehata; Masanori Kayama; Nobuyuki Tamatoshi; Minoru Kinoshita
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1985-08-09
Filing date: 1985-08-09
Publication date: 1990-07-19
Anticipated expiration: 2005-08-09
Also published as: JPS6236091A

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野本発明は、セラミツクスのメタライズ法に関す
る。従来技術とその問題点セラミツクスは、一般に耐熱性、耐磨耗性、絶
縁性等に優れているものの、耐衝撃性に劣る為、
構造材料としては、金属との接合体として使用さ
れることが多い。セラミツクスと金属とを接合す
る場合には、予めセラミツクス表面をメタライズ
しておく必要があり、又セラミツクスを導電材料
として使用する場合にも、その表面をメタライズ
しておく必要がある。セラミツクスのメタライズ法としては、テレフ
ンケン法、活性金属法、水素化合物法、酸化物ソ
ルダー法、炭酸銀法等が知られているが、テレフ
ンケン法以外の方法は、ほとんど使用されていな
い。これは、工程が複雑であるのみならず、得ら
れたメタライズ層の接着強度、耐熱衝撃性、耐化
学薬品性等が充分でない場合が多いからである。
現在一般的に使用されているテレフンケン法にお
いては、セラミツクス表面にモリブテン−マンガ
ンを被覆し、非酸化性雰囲気中1400〜1700℃程度
の高温で焼き付け処理した後、金属メツキを行な
い、次いで再度非酸化性雰囲気中で加熱すること
により、安定化したメタライズ層を形成させてい
る。しかしながら、この方法においても、多段階
にわたる煩雑な工程が必要であり、加熱温度が高
いという欠点が存在する。本発明者等は、従来技術の上記の如き欠点を解
消するべく研究を進めた結果、炭酸銅、硫酸銅、
硫化銅、酸化銅及び塩化銅の少なふくとも１種と
SiO₂及びカオリンの少なくとも１種との混合物、
或いは該混合物に酸化スズを加えた酸合物、該混
合物にパラジウム、酸化パラジウム及び塩化白金
の少なくとも１種を加えた配化物、又は該混合物
に希土類元素及びその化合物の少なくとも１種を
加えた酸化物をセラミツクスをメタライズする際
の被覆材として使用する場合には、比較的低温下
の簡易な工程により接着強度、耐熱衝撃性、耐化
学薬品性、導電性等の諸物性に優れたメタライズ
層がセラミツクス上に形成されることを見出し、
これ等の知見に基く発明についですでに特許出願
済である（特開昭59−207887号、特開昭60−
21888号、特願昭59−207685号、特願昭59−
269900号、特願昭60−52843号等）。問題点を解決するための手段本発明者は、セラミツクスのメタライズ法につ
き更に研究を進めた結果、炭酸銅等の銅化合物、
SiO₂及びカオリンの少なくとも１種並びに亜鉛
及びその化合物の少なくとも１種からなる混合物
をセラミツクスの被覆材として使用する場合に
は、やはり低温下での簡易な操作により、各種の
物性に優れ、更に接着強度及び耐磨耗性が著しく
向上したメタライズ層が得られることを見出し、
本発明は完成した。即ち、本発明は(i)炭酸銅、硫酸銅、硫化銅、酸
化銅及び塩化銅の少なくとも１種、(ii)SiO₂及び
カオリンの少なくとも１種、並びに(iii)亜鉛及びそ
の化合物の少なくとも１種からなる混合物をセラ
ミツクス表面に被覆し、酸化性雰囲気中900〜
1300℃で焼付けた後、焼付け層を還元処理するこ
とを特徴とするセラミツクスのメタライズ法に係
る。本発明において被覆材として使用する炭酸銅、
硫酸銅、硫化銅、酸化銅及び塩化銅は、いずれも
通常粉末の形態で用いる。粉末の粒度は、特に限
定されないが、通常100μｍ以下程度より好まし
くは50μｍ以下である。 SiO₂及びカオリンも、粉末として使用するこ
とが好ましく、その粒度は、上記銅化合物の場合
と同様である。本発明においては、被覆材として亜鉛及びその
化合物の少なくとも１種を併用することが必要で
あり、このことによりメタライズ層の接着強度及
び耐磨耗性が著しく向上する。亜鉛化合物として
は、例えば酸化亜鉛、炭酸亜鉛、リン酸亜鉛、塩
化亜鉛、シアン化亜鉛、硫化亜鉛、水酸化亜鉛、
窒化亜鉛等を挙げることができる。亜鉛及びその
化合物も、粉末として使用することが好ましく、
その粒度は、前記銅化合物の場合と同様である。本発明法で用いる被覆材における各成分の使用
割合は、炭酸銅、硫酸銅、硫化銅、酸化銅及び塩
化銅の少なくとも１種80〜30重量％程度、SiO₂
及びカオリンの少なくとも１種５〜30重量％程度
（好ましくは８〜20重量％）、亜鉛及びその化合物
の少なくとも１種３〜60重量％程度（好ましくは
５〜30重量％）とするのが適当である。SiO₂及
び／又はカオリンが５重量％未満の場合には、メ
タライズ層表面の平滑性及び光沢が不充分となる
ことがあり、一方30重量％を上回る場合には、メ
タライズ層の導電性が低下する傾向があるので好
ましくない。また、亜鉛及びその化合物の少なく
とも１種が３重量％未満又は60重量％を上回る場
合には、メタライズ層の接着強度が充分に向上し
ないので、いずれも好ましくない。本発明方法は、通常以下の様にして実施され
る。上記の組成を有する被覆材を粉末状態で又は
ペースト化して、メタライズ層を形成すべきセラ
ミツクス表面に撒布又は塗布して被覆する。ペー
スト化する場合には、粉末混合物に適宜バインダ
ー及びその溶剤、例えばバルサム、スクリーンオ
イル等を適量加えればよい。セラミツクスに対す
る被覆量は、特に限定されず、所望のメタライズ
層の厚さに応じて適宜決定される。次いで、被覆
されたセラミツクスを酸化性雰囲気中で加熱し、
被覆層を焼付ける。酸化性雰囲気としては、特に
限定されないが、特殊なものを使用する必要がな
く、空気、空気と窒素との混合気等を使用すれば
よい。加熱条件は、セラミツクスの形状及び寸
法、被覆材の組成及び被覆量等により変り得る
が、通常900〜1300℃程度で５〜60分間程度加熱
する。かくして、酸化銅化外の銅化合物は酸化銅
となり、亜鉛及び／又は酸化亜鉛以外の亜鉛化合
物は酸化亜鉛となつて、酸化銅及び酸化亜鉛を主
体とし且つSiO₂及び／又はカオリン粉末を含有
する被膜がセラミツクスに密着する。この際、酸
化銅の融液の一部がセラミツクス内に浸透するの
で、得られるメタライズ層の接着強度が向上す
る。又、亜鉛及び／又はその化合物の併用によ
り、メタライズ層の接着強度が著しく改善される
のみならず、耐磨耗性も大きく改善される。更
に、SiO₂及び／又はカオリンの使用により、メ
タライズ層の均一性、表面の平滑性及び光択が著
しく高められる。加熱温度が900℃末満の場合に
は、セラミツクス内への酸化銅融液の浸透が充分
でない為、接着強度が不充分となり、一方1300℃
を上回る場合には、被覆層の粘性が低下して、流
出する危険性がある。次いで、上記の如くして焼付け層を形成された
セラミツクスを還元処理する。還元方法は、酸化
銅及び酸化亜鉛が銅及び亜鉛に還元されるなら
ば、特に限定されない。代表的な還元処理方法と
しては、水素雰囲気、一酸化炭素雰囲気等の還元
性雰囲気中での加熱、エタノール、メタノール、
プロパノール等のアルコール類、石油ベンジン、
ホルムアルデヒト等の還元性溶媒への浸漬、ジメ
チルアミンボラン水溶液への浸漬等を挙げること
ができる。還元性雰囲気中で加熱する場合の温度
は、焼付け層の分解、変質等を防ぐために前記焼
付け温度よりも低いことが好ましく、通常200〜
900℃程度とし、時間は通常５〜60分間程度とす
る。また、還元性溶媒への浸漬による場合は、セ
ラミツクスを通常200〜500℃程度好ましくは300
℃前後に加熱後上記還元性溶媒に10〜60秒間程度
浸漬すれば良い。また、ジメチルアミンボラン水
溶液への浸漬による場合は、セラミツクスを通常
40〜60℃程度に加熱後、該水溶液に10〜60秒間程
度浸漬すれば良い。上記還元処理により極めて優れた導電性を有す
る銅−亜鉛を主体とするメタライズ層がセラミツ
クス表面に形成される。このメタライズ層表面に
は、通常、亜鉛の結晶が認められる。斯くしてメタライズされたセラミツクスには、
必要に応じて、常法例えばロウ接等により、各種
金属を容易に接合することができる。本発明によりメタライズできるセラミツクスと
しては、特に限定されず、例えば窒化珪素、サイ
アロン、炭化珪素、窒化アルミニウム等の非酸化
物系セラミツクス、アルミナ、ジルコニア、ムラ
イト、ベリリア、マグネシア、コージライト等の
酸化物系セラミツクスを挙げることができる。発明の効果本発明によれば、従来法に比べて低温で焼付け
後、還元処理するという極めて簡便な操作で、セ
ラミツクス表面にメタライズ層が形成できる。得
られたメタライズ層は、導電性に優れ且つ接着強
度、耐磨耗性及び耐化学薬品性が極めて高く、ま
たメタライズ層の均一性、特の表面の平滑性及び
光沢に優れているので、商品価値が高い。本発明によりメタライズされたセラミツクス
は、上記如き性能を有するので、セラミツクスパ
ツケージ、IC基板のプリント配線等の電子部品、
セラミツクスを用いた耐磨耗性部品、耐熱性部品
等に好適に使用できる。実施例以下、実施例を挙げて、本発明を更に具体的に
説明する。実施例１酸化銅粉末（粒度5μｍ）60重量部に対してカ
オリン粉末（粒度5μｍ）10重量部、酸化亜鉛粉
末（粒度5μｍ）30重量部及びバルサム10重量部
を含有してペースト状とし、これを平板正方形の
窒化珪素、サイアロン、炭化珪素、アルミナ及び
ジルコニアの夫々の焼結体の表面に0.1ｇ／cm²塗
布した。次いで、電気炉を用いて空気中にて各焼
結体を1100℃で20分間焼成し、焼付け被覆層を形
成した。引続き焼成したものを乾燥器中で50℃に
加熱した後、ジメチルアミンボランの５％水溶液
中に浸漬した。これによつて焼付け被覆層が還元
され、金属銅−亜鉛を主体とするメタライズ層が
形成された。下記第１表の還元前後における電気
抵抗値（電圧1000V）を示す。還元後のメタライ
ズ層は、極めて優れた導電性を有していることが
明らかである。上記で形成されたメタライズ層の耐磨耗性を調
べるため、メタライズ層の表面をサンドペーパー
で摩擦したところ、殆んど傷が付かず、耐磨耗性
が著しく向上していることが判つた。かくして得たメタライズ層を有する各セラミツ
クスと銅片とを銀ロウを用いてロウ接し、秤量
2ton、及び荷重速度５mm／minの引張試験機を用
いて、メタライズ層の接着強度を測定したとこ
ろ、第１表に示す如く、いずれも極めて接着され
ているとが判明した。

【表】実施例２酸化亜鉛粉末に代えて亜鉛粉末（粒度5μｍ）
を用いた他は、実施例１と同様にしてメタライズ
層を形成した。メタライズ層の耐磨耗性を実施例１と同様にし
て調べたところ、著しく向上していることが判つ
た。またメタライズ層の導電性及び接着強度も、
下記第２表に示す通り、極めて優れていることが
判つた。

【表】比較例１酸化銅粉末（粒度5μｍ）80重量部、SiO₂粉末
（粒度5μｍ）20重量部およびスクリーンオオイル
10重量部を混合てペースト状とし、以下実施例１
と同様にしてメタライズ層を形成した。メタライズ層の導電性および接着強度は、下記
第３表に示す通りであつた。

【表】実施例１〜２と比較例１との対比から、亜鉛ま
たは亜鉛化合物を含む混合物を使用する場合に
は、セラミツクスの接着強度が著るしく改善され
ることが明らかである。

Claims

【特許請求の範囲】

１ (i)炭酸銅、硫酸銅、硫化銅、酸化銅及び塩化
銅の少なくとも１種、(ii)SiO₂及びカオリンの少
なくとも１種、並びに(iii)亜鉛及びその化合物の少
なくとも１種からなる混合物をセラミツクス表面
に被覆し、酸化性雰囲気中900〜1300℃で焼付け
た後、焼付け層を還元処理することを特徴とする
セラミツクスのメタライズ法。