JPH0240028B2

JPH0240028B2 - Seramitsukusutokinzoku*doshuseramitsukusudoshimatahaishuseramitsukusukannosetsugohoho

Info

Publication number: JPH0240028B2
Application number: JP7728085A
Authority: JP
Inventors: Mizuo Edamura
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-04-10
Filing date: 1985-04-10
Publication date: 1990-09-10
Anticipated expiration: 2005-04-10
Also published as: JPS61236661A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕この発明はセラミツクスと金属、同種セラミツ
クス同志または異種セラミツクス間の接合方法に
関する。〔従来の技術〕一般に、セラミツクスは金属に較べて耐摩耗
性、耐熱性、耐腐食性、絶縁性などにすぐれた特
性を有する材料であるが、機械的な衝撃に脆い、
導電性に劣る、加工性に劣るなどの欠点を有して
いる。一方、金属はこのようなセラミツクスの欠
点とされる面には逆にすぐれていることが多い。そこで、セラミツクスを金属との接合体として
使用した場合には、それぞれの持つ欠点を相互に
補うことが可能となり、セラミツクスと金属との
有用性を共に生かして利用することができ、セラ
ミツクス−金属接合体としての用途範囲が広いも
のとなる。また、同種セラミツクス同志の接合による場合
はセラミツクスの成形方法を簡略化でき、小型で
構成できることから価格が安くなり、セラミツク
スの用途範囲が極めて広いものとなる。さらに、異種セラミツクス間の接合による場
合、それぞれのセラミツクスのもつ特性、たとえ
ば電気絶縁性、熱伝導性、耐摩耗性などの特性を
相互に補うことができ、セラミツクスの用途範囲
は極めて広いものとなる。しかるに、このようなセラミツクスと金属との
接合体は、通常過酷な条件下で使用されることが
多く、特にセラミツクスと金属との熱膨張率の差
に起因して両者の接合部では高い熱応力が発生し
やすいという問題がある。また、同種セラミツク
ス同志の接合においては、セラミツクスの特性を
生かす必要があるところから、耐熱性あるいは気
密性のある接合を必要とする問題がある。さら
に、異種セラミツクス間の接合においても同様の
技術的な問題がある。このため、セラミツクスと金属、同種セラミツ
クス同志または異種セラミツクス間は強力に接合
されていることが要求されるが、このような接合
を金属ろう材を用いて一回の加熱により行う方法
は極めて利用価値の高いものである。従来、セラミツクスと金属との接合体を得る方
法として、酸化物型セラミツクスと銅とを酸化性
雰囲気中で加熱して両者を接着させる方法が知ら
れている（特公昭58−3999号公報、特開昭59−
217684号公報）。この方法は一回の加熱により良
好な接着強度を得るすぐれた方法ではあるが、酸
化性雰囲気による加熱によつて銅表面にこの表面
性状を著しく阻害する酸化銅被膜が形成され、か
つ高温による加熱のため銅自体が変形し、このた
め後加工が必要となるなどの欠点があつた。また、焼結セラミツクスの金属化法として、マ
ンガンの融点より低い温度でマンガンと珪素との
反応を起こし得る珪素化合物を含有する焼結セラ
ミツクス表面に、マンガン含有金属層を形成し、
該金属層をマンガンの融点より低い温度に加熱し
てマンガンと珪素との結合反応を行わせる方法で
あつて、上記マンガン含有金属層を上記結合反応
に先立つて上記セラミツクス表面に緊密に密着さ
せ、上記珪素化合物とマンガンとをマンガンの融
点より低い温度で反応させる方法が提案されてい
る（特開昭58−204885号公報）。しかるに、この方法はマンガン含有金属層とセ
ラミツクスとを加熱中に緊密に密着させる必要が
あり、また被接合セラミツクスにはマンガン含有
金属層と反応を起こし得る珪素化合物すなわち
SiO₂およびSiN₄を必ず含有させておかねばなら
ず、被接合セラミツクスの種類が著しく限定され
るという欠点があつた。また、特に酸化物型のセラミツクスの金属化法
として、たとえばMo−Mn粉末を主体にSiO₂、
CaOなどを添加してなるメタライズペーストを塗
布し、加熱還元雰囲気中で焼結して金属化層を形
成し、しかるのちNiメツキを施してろう付けす
る方法が一般的に行われている。この方法は焼結
とろう付けの二度の加熱を必要とし、またその間
にNiメツキを行わねばならないので、著しく生
産性が悪く、煩雑な工程管理を必要とするなどの
欠点があつた。また、酸素に対して活性な金属Ti、Zr、Nbな
どとセラミツクスとの界面における反応を利用し
て接合する活性金属法が知られている。たとえば
アルミナに対してはTi−25％Ｖ−25％Cr合金が
用いられ、その接合温度は1550〜1650℃で真空、
Arなどの不活性雰囲気中で行われている。この
方法は接合温度が高く、設備面から制約を受け生
産性の低いものであつた。さらに、従来、酸化物型セラミツクス、窒化物
型セラミツクス、炭化物型セラミツクスにおいて
セラミツクス同志を接合する接着剤として、フツ
化ナトリウムおよびフツ化カルシウムの少なくと
も１種、またはこれとカオリンとの混合物を有効
成分とする接着剤が提案されている（特開昭58−
95668号公報）。しかるにこの方法は接着後の接合
強度は大きいが、接合加熱中に接合面は半溶融状
態となり、接合後のセラミツクスの相互寸法精度
の維持が難しいという欠点があつた。〔発明が解決しようとする問題点〕このように、セラミツクスと金属あるいはセラ
ミツクス同志の接合方法としては、今日まで種々
の方法が提案されているが、それぞれ固有の問題
点を有している。この問題点の一部はすでに記述
したとおりであるが、この点も含めてさらに検討
整理すれば以下の如くである。まず、上記従来の酸化銅法では、前記問題点の
ほか、この方法で得られた金属化面を利用して引
き続いて金属構造体に接合する場合、セラミツク
スと銅層との熱膨張率の差に起因して、約800℃
付近の硬ろう付を行うとセラミツクス側にクラツ
クが生じるため、強度の低い約300℃以下で施工
する硬ろう付により金属構造体に接合せざるを得
ない。その結果、最終的な接合強度は総合して弱
いものとなり、また折角のセラミツクスの耐熱性
も硬ろう付の耐熱性が低いことにより、その性能
を充分に発揮されないという重大な問題があつ
た。また、上記従来のマンガン含有金属による接合
法は加熱と同時に加圧する必要があり、それだけ
複雑な治具あるいは装置を必要とする問題があ
り、またマンガン含有金属層と反応を起こし得る
珪素化合物をセラミツクス側に含有させておく必
要があり、セラミツクスの特性を劣化させる場合
があると同時に、そのセラミツクスの種類が限定
されるという問題がある。また、上記従来のMo−Mn法は焼結−メツキ
−ろう付という複雑な工程が必要とされると同時
に、SiO₂とCaOなどの比較的融点の低い脆弱な
ガラス質の中にMo、Ｗなどの粉末が混在してな
る異質層が残つているという問題がある。また、上記従来の活性金属法は接合に用いるろ
う材の融点が高く、設備面からの制約が大きく、
生産性の低いものであると同時に温度が高いこと
により、セラミツクスと金属化面の熱膨張差が大
きく影響し、総合的な接合強度は低いものとなら
ざるをえなかつた。さらに、上記従来のフツ化ナトリウムおよびフ
ツ化カルシウムの少なくとも１種またはこれとカ
オリンとの混合物を用いるセラミツクス用接着剤
は被接着セラミツクスへはげしく拡散し、半溶融
ガラス層がセラミツクス接合境面に生じ、セラミ
ツクス相互の寸法精度の維持が難しいと同時に接
合面全体にわたり均一な境界層を得ることが困難
であるという問題がある。したがつて、この発明は、上記従来の諸方法の
問題点をすべて解決して、加熱接合時の温度制御
が容易で、一回の加熱により安定して大きな接合
強度を得ることができ、被接合体相互の寸法精度
維持が容易である工業的に有用なセラミツクスと
金属、同種セラミツクス同志または異種セラミツ
クス間を接合する方法を提供することを目的とし
ている。〔問題点を解決するための手段〕この発明者は、上記目的を達成するために鋭意
検討した結果、接合用の金属ろう材として、チタ
ニウムおよびジルコニウムの中から選ばれた少な
くとも１種の元素とマンガン、モリブデンおよび
タングステンの中から選ばれた少なくとも１種の
元素を必須元素として含み、これに適宜Cu、Ni
などのろう材の融点を降下させるための公知元素
を適当量含ませたろう材を用いて、真空中で加熱
する接合方法を行つた場合には、上記の如き問題
点をことごとく解消できることを知つた。すなわち、金属ろう材の必須元素としてチタニ
ウムないしジルコニウムとともにマンガンを含ま
せたときには、これら金属が真空中で加熱される
ことにより、その真空度を平衡する微量のチタニ
ウム酸化物ないしジルコニウム酸化物およびマン
ガン酸化物と共にセラミツクス境面に存在し、そ
の触媒作用によりセラミツクスを構成する酸化
物、窒化物、炭化物を極く微量解離して、解脱し
た金属成分はろう材自身の中へ溶解拡散し、酸
素、窒素、炭素は真空により系外へ排出される。また、上記の如きセラミツクスの解離触媒作用
は、チタニウムないしジルコニウムとマンガンと
のほかに、さらにモリブデンないしタングステン
を共存させることにより一層大きくなり、このモ
リブデンないしタングステンはこれをマンガンの
代わりに単独使用した場合でも上記同様の作用を
発揮する。しかも、上記真空中で生じるチタニウムないし
ジルコニウムの微量の酸化物はセラミツクスとよ
く濡れ、セラミツクス中に拡散する作用を有して
おり、この作用と前記セラミツクスの解離触媒作
用とによつて、セラミツクスの接合性を非常に良
好なものとする。さらに、真空中における加熱は、セラミツクス
の解離温度を下げ、ろう付け中の上記セラミツク
スの解離により生成された微量の金属成分のろう
材中への拡散を促進し、セラミツクスと金属、同
種セラミツクスおよび異種セラミツクス間の接合
操作をより有利に行える。この発明は、以上の知見をもとになされたもの
であり、その要旨とするところは、セラミツクス
と金属、同種セラミツクス同志または異種セラミ
ツクス間を接合する方法において、各接合部に、
(a)チタニウムおよびジルコニウムの中から選ばれ
た少なくとも１種の元素と、(b)マンガン、モリブ
デンおよびタングステンの中から選ばれた少なく
とも１種の元素とを必須元素として含む金属ろう
材を介在させて、真空中で加熱することを特徴と
するセラミツクスと金属、同種セラミツクス同志
または異種セラミツクス間の接合方法にある。〔発明の構成・作用〕この発明の接合方法には、セラミツクスと金
属、同種セラミツクス同志および異種セラミツク
ス間の接合方法が包含される。上記のセラミツク
スには、酸化物型セラミツクス、窒化物型セラミ
ツクス、炭化物型セラミツクスなどの従来公知の
セラミツクスがいずれも含まれ、またこれと接合
させる金属としてはろう材の融点より高い金属で
あれば特に制限はなく、たとえばCu、Fe、Niな
どの金属ないし合金あるいはこれら金属と他種金
属との合金などが挙げられる。同種セラミツクス同志の接合とは、たとえば酸
化物型セラミツクス同志の接合、窒化物型セラミ
ツクス同志の接合、炭化物型セラミツクス同志の
接合などをいい、また異種セラミツクス間の接合
とは、たとえば酸化物型セラミツクスと窒化物型
セラミツクスとの接合、酸化物型セラミツクスと
炭化物型セラミツクスとの接合、窒化物型セラミ
ツクスと炭化物型セラミツクスとの接合などであ
る。この発明において上記接合に用いる金属ろう材
は、(a)チタニウムおよびジルコニウムの中から選
ばれた少なくとも１種の元素と、(b)マンガン、モ
リブデンおよびタングステンの中から選ばれた少
なくとも１種の元素とを必須元素として含むもの
であるが、これら元素のほかに、ろう材として当
然要求される低融点性も持たせるために銅、ニツ
ケル、銀、パラジウムなどの公知のろう材成分
（以下、ろう材母元素という）が適宜使用される
ものである。すなわち、この発明では、前述のとおり、真空
中での加熱によりセラミツクス構成体の解離反応
を起こさせる接合原理を応用しているが、この場
合にセラミツクスの種類に限定されることなく、
ろう材成分として上記ａ、ｂ元素とともに上記ろ
う材母元素を適宜組み合わせ配合することによ
り、ろう材の融点を調整し、また真空中での加熱
温度と時間を操作することにより、解離反応を自
由に制御することが可能である。たとえば、ろう
材母元素としてCuを用いればより低い融点が得
られ、またニツケルを選定すれば融点が比較的上
昇し、この場合解離反応を促進することができ
る。この発明においては、まず上記の如きろう材
を、セラミツクスと金属、同種セラミツクス同志
または異種セラミツクス間の各接合部に介在させ
る。この介在手段は任意であり、用いるろう材の
種類、組み合わせに応じて適宜決めればよい。介
在形態は板状、粉末状、粒状、塗膜またはこれら
の組み合わせなどの種々の態様をとれ、この際ろ
う材成分の一部もしくは全部が予め合金化された
状態であつても、また合金化されない単体の状態
であつてもよい。なお、ろう材成分の必須元素のひとつとしてタ
ングステン、モリブデンを用いるときは、一般に
これら金属を接合部の一方に設けておくのがよ
い。その手段としては上記金属をスクリーンオイ
ルなどの有機バインダと混合して塗布乾燥する方
法が有効である。また上記金属を種々の酸化物、
窒化物、炭化物などと混合してセラミツクス側の
接合部に還元性雰囲気下で焼付けて極く薄い層と
して設けたり、さらに溶射法やスパツタリング法
により設けるようにしてよい。上記の如く設けられる耐熱金属としてのモリブ
デン、タングステンは、さらにこの上に他のろう
材成分が設けられて真空中加熱処理されたとき
に、ろう材の流れをよくする働きを有する。ここ
で前記従来の接合方法においては、タングステン
やモリブデンの焼付け後、NiあるいはCuメツキ
を施す必要があつたが、この発明の前記ろう材を
用いる方法においてはかかるメツキ施工は必要で
なく、かつ上記金属が混在する低融点酸化物、窒
化物、炭化物からなるガラス質層はろう材の溶融
中に取り込まれるか、一部は解離することにな
る。この方法は接合箇所にろう材の毛細管現象を
利用できない部品、すなわちプリント基板として
この発明のろう材を表面に焼付ける場合などに好
適に応用できる。また、この発明において、特にセラミツクスと
金属との接合部に前記ろう材を介在させる手段と
して、上記金属が少なくとも上記ろう材の融点よ
り高い接合で構成されているものでは、この金属
構造物上にろう材とセラミツクスとを順次溶射す
る方法を採用してもよい。ここで、単に溶射する
だけではこれによつてもたらさる接合は機械的な
アンカー効果にすぎないため充分な接合強度を得
ることができず、セラミツクス−金属接合体のよ
うな高い熱応力変動をきたす部材には適用できな
いが、上記溶射後真空中での加熱接合に供するこ
とによつてすぐれた接合強度を得ることが可能と
なる。上記の溶射法ではセラミツクス層とろう材層と
を共に薄肉形成できるため、セラミツクス−金属
接合体の熱応力がそれだけ低減され、これによつ
て接合体の接合部や構造物への悪影響を少なくす
ることができる。金属構造物上へのろう材およびセラミツクスの
溶射方法は、プラズマ溶射法など従来公知の方法
を採用できる。溶射層の厚みとしては、ろう材層
では通常0.05〜0.5mm、好ましくは0.1〜0.3mm程
度、セラミツクス層では通常0.1〜2.5mm、好まし
くは0.3〜1.5mm程度とするのがよい。なお、接合部に上記種々の方法にてろう材を介
在させるにあたり、接合面に前処理を施しておく
必要は特になく、接合面が清浄な状態に維持され
ておればそれで充分である。この理由は、この発
明の接合方法がセラミツクス構造体の解離反応に
基づく接合原理を利用したものであるためであ
る。このようにしてセラミツクスと金属、同種セラ
ミツクス同志または異種セラミツクス間の各接合
部に前記ろう材を介在させたのち、真空中で加熱
処理する。この加熱処理はろう材が融液となる温
度に加熱するものであるが、その加熱温度と時間
はろう材の種類によつて適宜選択すればよい。なお、金属構造物上にろう材およびセラミツク
スを溶射形成した前記接合態様にあつては、上記
加熱処理に際し、セラミツクス側から金属構造物
側に対して均一に加圧して両者の密着化を図すよ
うにしておくのがよい。また、各種接合態様にお
いて、ろう材の加熱時の流れに対して必要な隙間
あるいは隅部が必要となることはいうまでもな
い。このような真空中での加熱処理により、上記ろ
う材に含まれる前記必須元素ａ、ｂの特有の作用
により、接合強度の極めて強固なセラミツクス−
金属接合体、同種セラミツクス同志の接合体また
は異種セラミツクス間の接合体が得られる。つぎに、この発明のろう材には前記必須元素ａ
とｂとの種々の組み合わせが包含されるため、そ
の作用効果面から、特に必須元素ｂがモリブデン
および／またはタングステンからなる場合（これ
を態様−１という）、マンガンからなる場合（こ
れを態様−２という）およびマンガンとモリブデ
ンおよび／またはタングステンとからなる場合
（これを態様−３という）に大別して、これら態
様−１、２、３のより具体的な接合方法とその作
用効果などにつき、以下に説明する。まず、、態様−１は下記第１表に示す必須元素
の組み合わせからなり、各必須元素はそれぞれ同
表に示す作用を有し、この組み合わせ成分を持つ
ろう材を用いて前記接合操作を行うことにより、
表面性状の極めて良好な金属化面を得ることがで
き、接合後に複雑な後加工を施す必要は特にな
い。

【表】上記態様−１において、たとえばろう材母元素
が銅であれば、チタニウムおよび／またはジルコ
ニウムの含有量は通常５〜60重量％、好ましくは
30〜50重量％とするのがよい。５重量％未満ある
いは60重量％を超えるとろう材の融点が上昇する
と同時にセラミツクスに対するぬれ性が悪くなる
ので好ましくない。モリブデンおよび／またはタ
ングステンの含有量は1.0〜5.0重量％が適当であ
る。チタニウムおよび／またはジルコニウムは予め
銅との合金としておいても単体として用いてもよ
い。モリブデンおよび／またはタングステンにつ
いても上記同様であるが、好ましくはこれら金属
を微粉末としてスクリーンオイルなどの有機バイ
ンダと混合してセラミツクスの接合部に塗布し乾
燥後、他のろう材成分と接触させるようにするの
がよい。接合に際しての加熱温度は、必須元素ａとして
チタニウムを用いる場合、1000℃以上とするのが
好ましく、さらに好ましくは1020℃〜1050℃とす
るのがよい。一方、必須元素ａとしてジルコニウ
ムを使用しその含有量が20〜40重量％である場合
は1100℃以上と高くするのがよい。真空度はチタ
ニウムおよび／またはジルコニウムの高温酸化を
防止し、ろう材の流れをよくするため、１×10^-3
mmHg以上の高真空度とするのが好ましく、さら
に好ましくは１×10^-4mmHg以上とするのがよい。つぎに、態様−２は下記第２表に示す必須元素
の組み合わせからなり、各必須元素はそれぞれ同
表に示す作用を有し、この組み合わせ成分を持つ
ろう材を用いて前記接合操作を行うことにより、
加熱時のろう材の流れは前記態様−１よりも一層
よくなり、強固な接合を得ることができる。

【表】上記態様−２において、たとえばろう材母元素
が銅であれば、マンガン含有量は５〜35重量％、
好ましくは10〜20重量％とするのがよく、またチ
タニウムおよび／またはジルコニウムの含有量は
５〜60重量％、好ましくは30〜50重量％とするの
がよい。マンガン含有量が５重量％未満か35重量
％を超えると、またチタニウムおよび／またはジ
ルコニウムの含有量が５重量％未満か60重量％を
超えると、いずれもろう材の融点が上昇し、ろう
材の流れも悪くなる。接合に際しての加熱温度は、必須元素ａとして
チタニウムを用いる場合1000℃以上とするのが好
ましく、さらに好ましくは1030℃〜1050℃とする
のがよい。一方、必須元素ａとしてジルコニウム
を使用しその含有量が20〜40重量％である場合は
1100℃以上と高くするのがよい。真空度は、マン
ガンとチタニウムおよび／またはジルコニウムの
高温酸化を防止し、ろう材の流れをよくするた
め、１×10^-3Hg以上の高真空度とするのが好ま
しく、さらに好ましくは１×10^-4Hg以上とする
のがよい。また、態様−３は、下記第３表に示す必須元素
の組み合わせからなり、各必須元素はそれぞれ同
表に示す作用を有し、この組み合わせ成分を持つ
ろう材を用いて前記接合操作を行うことにより、
セラミツクスとの反応を一層高め強固な接合を得
ることができる。この態様−３の各元素の含有量
や加熱操作の条件の設定は前記態様−１、２に準
じて行えばよい。

〔実施例〕

以下に、この発明の実施例を記載してより具体
的に説明する。なお、以下において％および部と
あるはそれぞれ重量％および重量部を意味するも
のとする。実施例１アルミナ含有率80％のセラミツクス円筒をアル
ミナ含有率80％のセラミツクス円板上に置き、接
合部に100μｍ厚さの銅箔70mgと100μｍ厚さのチ
タニウム箔を充分に接触させて置き、セラミツク
ス接合部にはあらかじめモリブデン、タングステ
ンおよびモリブデンとタングステンの重量比１：
９の混合粉末（何れも250メツシユ）をろう材成
分の３％スクリーンオイルでねつたものを塗布し
充分乾燥した。また、別に、アルミナ含有率80％のセラミツク
ス円板上に、厚さ1.5mm、大きさ10mm角のコバー
ル合金板（Ｃ＝0.008％、Si＝0.12％、Mn＝0.38
％、Ni＝29.73％、Co＝15.95％、残部Fe）を置
き、以下上記と同様の手順で接合部にろう材を介
在させた。上記ふたつの組み合わせ体を真空炉へ装入し、
１×10^-4mmHgの真空度において1050℃で６分間
の加熱処理を行つたのち、炉内で冷却し取り出し
て、ろう材成分の組成が異なる六種の接合体を得
た。各接合体のろう材成分および接合特性は下記
の第４表に示されるとおりであつた。

【表】

【表】実施例２アルミナ含有率93％のセラミツクス円筒をアル
ミナ含有率93％のセラミツクス角板上に置き、接
合部に100μｍ厚さの銅合金箔（Cu＝68％、Mn＝
22％、Ni＝10％）70mgと100μｍ厚さのチタニウ
ム箔を充分に接触させて置いた。また、別に、厚さ1.5mm、大きさ20mm角のコバ
ール合金板（実施例１のものと同じ合金組成）上
に、アルミナ含有率93％のセラミツクス円筒を置
き、以下上記と同様の手順で接合部にろう材を介
在させた。上記二つの組み合わせ体を真空炉へ装入し、１
×10^-6mmHgの真空度において1040℃で４分間の
加熱処理を行つたのち、炉内で冷却し取り出し
て、二種の接合体を得た。両接合体のろう材成分
および接合特性は下記の第５表に示されるとおり
であつた。

【表】

【表】実施例３アルミナ含有率80％のセラミツクス円筒をアル
ミナ含有率80％のセラミツクス円板上に置き、接
合部に100μｍ厚さの銅合金箔（実施例２のもの
と同じ合金組成）70mgと100μｍ厚さのチタニウ
ム箔を充分に接触させて置き、セラミツクス接合
部にはあらかじめモリブデン、タングステンおよ
びモリブデンとタングステンの重量比１：９の混
合粉末（何れも250メツシユ）をろう材成分３％
のスクリーンオイルでねつたものを塗布し充分乾
燥した。また、別に、厚さ1.5mm、大きさ10mm角のコバ
ール合金板（実施例１のものと同じ合金組成）を
アルミナ含有率80％のセラミツクス円板上に置
き、以下上記と同様の手順で接合部にろう材を介
在させた。上記二つの組み合わせ体を真空炉へ装入し、５
×10^-5mmHgの真空度において1050℃で６分間の
加熱処理を行つたのち、炉内で冷却し取り出し
て、ろう材成分の組成が異なる六種の接合体を得
た。各接合体のろう材成分および接合特性は下記
の第６表に示されるとおりであつた。

【表】

【表】実施例４ 100μｍ厚さの銅合金箔（実施例２のものと同
じ合金組成）と100μｍ厚さのチタニウム箔を充
分に接触させて置き、第７表に示すろう材成分と
なるように合金量120mgのろう材をアルミナ質93
％のセラミツクス角板上に置き、真空炉へ装入
し、１×10^-4mmHgの真空度において1150℃で２
分間の加熱処理を行つた。この実施例は加熱処理時のろう材の流れ性とセ
ラミツクへの接合性を調べたもので、第７表に示
す結果から、チタニウム含有量20％以下ではろう
材の流れは悪くなるが、ろう材自身のセラミツク
スとの接合はいずれも充分強固となるものである
ことが判つた。

【表】

【表】実施例５ 100μｍ厚さの銅合金箔（実施例２のものと同
じ合金組成）と150μｍ厚さのジルコニウム箔を
充分に接触させておき、第８表に示すろう材成分
となるように合計量200mgのろう材をアルミナ質
80％のセラミツクス円板上に置き、さらにその上
に厚さ1.5mm、大きさ10mm角のコバール合金板を
置き、真空炉へ装入し、１×10^-5mmHgの真空度
において1055℃で４分間の加熱処理を行つた。このようにして得た接合体は、第８表に示すと
おり、セラミツクスと金属との接合が強固で、加
熱処理時のろう材の流れ性も良好であつた。

【表】実施例６ TiN100％からなるセラミツクスコーテイング
層をもつ超硬合金上にコバール合金板（実施例１
のものと同じ合金組成）を置き、接合部に100μ
ｍ厚さの銅合金箔（実施例２のものと同じ合金組
成）70mgと100μｍ厚さのチタニウム箔を充分に
接触させて置いた。また、別に、炭化タングステン95％からなる超
硬セラミツクスをアルミナ含有率80％からなるセ
ラミツクス上に置き、以下上記と同様の手順で接
合部にろう材を介在させた。上記二つの組み合わせ体を真空炉へ装入し、１
×10^-6mmHgの真空度において1040℃で４分間の
加熱処理を行つたのち、炉中で冷却し取り出し
て、二種の接合体を得た。両接合体のろう材成分
および接合特性は下記の第９表に示されるとおり
であつた。

【表】実施例７厚さ10mm、直径59mmの鋼性円板のメカニカルシ
ール部品上に、プラズマ溶射法で1.5μｍ厚さのモ
リブデンのボンドコーテイングを行い、ついで
100メツシユのチタニウム母合金（Ti75％、Ni15
％、Cu15％）６部と100メツシユの銅マンガン母
合金（Cu50％、Mn50％）４部からなる溶射用混
合粉末を100μｍプラズマ溶射し、再び1.5μｍ厚さ
のモリブデンのボンドコーテイングを行い、次い
で溶射用白色アルミナ粉末を用いて400μｍのセ
ラミツクスコーテイングを行つた。このセラミツクス溶射構造体にセラミツクス溶
射層の上から0.1Kg／cm²の均一な加圧力をかけな
がら、真空炉において、１×10^-5mmHgの真空度
で1100℃で５分間の加熱処理を行つた。このメカニカルシール部品はセラミツクス摺動
部と鋼製円板とが一体となつて強固に接合されて
おり、ろう材層とセラミツクス層が共に薄肉とさ
れているため生じる熱応力が低く非常に耐久性に
優れていた。実施例８アルミナ含有率80％のセラミツクス円筒をステ
アタイト（MgO・SiO₂）円板あるいはアルミナ
含有率80％のセラミツクス円板上に置き、接合部
に、100μｍ厚さの銀合金箔（Ag72％、Cu27.8％、
Li0.2％）と100μｍ厚さのチタニウム箔と100μｍ
厚さの銅合金箔（実施例２のものと同じ合金組
成）との三者を、充分接触させて置いた。さら
に、ろう材成分中にモリブデンを含ませるものに
ついては、あらかじめ上記の接合部にモリブデン
粉（250メツシユ）をスクリーンオイルでねつた
ものを塗布し充分乾燥した。これらろう材成分の
合計量は接合体１個につき193〜227mgの範囲にあ
つた。上記の組み合わせ体を真空炉へ装入し、５×
10^-5mmHgの真空度において940℃で５分間の加熱
処理を行つたのち、炉内で冷却し取り出して、五
種の接合体を得た。各接合体のろう材成分の組
成、接合体の組み合わせおよび接合特性は下記第
10表に示されるとおりであつた。

【表】上記の実施例は接合温度を下げるため、ろう材
母元素が銀の場合について調べたもので、第10表
に示す結果から、セラミツクスの接合はいずれも
充分強固となるものであることが判つた。実施例９ 0.5mm厚さのインバー合金（C0.032％、Si0.17
％、Mn0.37％、Ni36.68％、残部Fe）と窒化珪素
セラミツクス角板あるいは炭化珪素セラミツクス
角板との接合部に、100μｍ厚さの銀合金箔（実
施例８のものと同じ合金組成）と100μｍ厚さの
チタニウム箔と100μｍ厚さの銅合金箔（実施例
２のものと同じ合金組成）との三者を、充分接触
させて置いた。さらに、ろう材成分中にモリブデ
ンを含ませるものについては、あらかじめ上記の
接合部にモリブデンとマンガンの重量比１：１の
混合粉末（いずれも250メツシユ）をスクリーン
オイルでねつたものを塗布し充分乾燥した。これ
らろう材成分の合金量は接合体１個につき223〜
227mgであつた。上記の組み合わせ体を真空炉へ装入し、５×
10^-5mmHgの真空度において970℃で４分間の加熱
処理を行つたのち、炉内で冷却し取り出して、三
種の接合体を得た。各接合体のろう材成分の組
成、接合体の組み合わせ、ろう材の流れ性および
接合特性は下記第11表に示されるとおりであつ
た。

【表】上記の実施例はろう材母元素が銀の場合につい
て必須元素が比較的少量の場合でのろう材の流れ
性とセラミツクスとの接合について調べたもので
あり、第11表に示すとおり、加熱処理時のろう材
の流れ性が良好で、セラミツクスと金属との接合
が強固であつた。

Claims

【特許請求の範囲】１セラミツクスと金属、同種セラミツクス同志
または異種セラミツクス間を接合する方法におい
て、各接合部に、(a)チタニウムおよびジルコニウ
ムの中から選ばれた少なくとも１種の元素と、(b)
マンガン、モリブデンおよびタングステンの中か
ら選ばれた少なくとも１種の元素とを必須元素と
して含む金属ろう材を介在させて、真空中で加熱
することを特徴とするセラミツクスと金属、同種
セラミツクス同志または異種セラミツクス間の接
合方法。２ｂ成分がマンガンである特許請求の範囲第１
項記載のセラミツクスと金属、同種セラミツクス
同志または異種セラミツクス間の接合方法。３ｂ成分がマンガンとモリブデンおよび／また
はタングステンとからなる特許請求の範囲第１項
記載のセラミツクスと金属、同種セラミツクス同
志または異種セラミツクス間の接合方法。４ｂ成分がモリブデンおよび／またはタングス
テンからなる特許請求の範囲第１項記載のセラミ
ツクスと金属、同種セラミツクス同志または異種
セラミツクス間の接合方法。５セラミツクスと金属とを接合する方法であつ
て、その接合部に金属ろう材を介在させる方法と
して、接合すべき金属上に金属ろう材とセラミツ
クスとを順次溶射する方法を採用した特許請求の
範囲第１〜４項のいずれかに記載のセラミツクス
と金属の接合方法。