JPH0247428B2 - - Google Patents
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- JPH0247428B2 JPH0247428B2 JP58063676A JP6367683A JPH0247428B2 JP H0247428 B2 JPH0247428 B2 JP H0247428B2 JP 58063676 A JP58063676 A JP 58063676A JP 6367683 A JP6367683 A JP 6367683A JP H0247428 B2 JPH0247428 B2 JP H0247428B2
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Description
【発明の詳細な説明】
（発明の技術分野）
本発明は、セラミツクス構造体及びその製造方
法に関する。
法に関する。
（発明の技術的背景及びその問題点）
セラミツクスを構造材料として用いる試みが近
年行なわれている。このような場合、セラミツク
スを他の部材と接合して用いなければならないこ
とが多い。このようなセラミツクスと他の部材と
の接合手段としては、接着剤による接合、あるい
はセラミツクスをMo−Mn等によりメタライズ
したのちろう付けする接合等が行なわれていた。
年行なわれている。このような場合、セラミツク
スを他の部材と接合して用いなければならないこ
とが多い。このようなセラミツクスと他の部材と
の接合手段としては、接着剤による接合、あるい
はセラミツクスをMo−Mn等によりメタライズ
したのちろう付けする接合等が行なわれていた。
しかしながら、接着剤による接合では、構造体
として使用可能な温度範囲が低く、また、メタラ
イズによる接合は、メタライズできるセラミツク
スがアルミナ等に限られ窒化けい素等の構造材に
適するセラミツクスにそのまま適用できないとい
う難点があつた。
として使用可能な温度範囲が低く、また、メタラ
イズによる接合は、メタライズできるセラミツク
スがアルミナ等に限られ窒化けい素等の構造材に
適するセラミツクスにそのまま適用できないとい
う難点があつた。
（発明の目的）
本発明は、他の部材との接合が容易でかつ強固
な接合を得られる構造体として適するセラミツク
スを提供することを目的とする。また、前記のセ
ラミツクス構造体を得る製造方法を提供する。
な接合を得られる構造体として適するセラミツク
スを提供することを目的とする。また、前記のセ
ラミツクス構造体を得る製造方法を提供する。
（発明の概要）
本発明セラミツクス構造体は、セラミツクス表
面にセラミツクスを改質してなる結合層を介して
金属体を接合してなることを特徴とする。本発明
セラミツクス構造体に適用するセラミツクスは、
特にニユーセラミツクスと称されるシリコンセラ
ミツクス、例えば窒化けい素、炭化けい素、サイ
アロン等が高温強度が大きい点で望ましい。ま
た、前記の結合層は、セラミツクスに所定の処理
を施して形成する。
面にセラミツクスを改質してなる結合層を介して
金属体を接合してなることを特徴とする。本発明
セラミツクス構造体に適用するセラミツクスは、
特にニユーセラミツクスと称されるシリコンセラ
ミツクス、例えば窒化けい素、炭化けい素、サイ
アロン等が高温強度が大きい点で望ましい。ま
た、前記の結合層は、セラミツクスに所定の処理
を施して形成する。
処理としては酸化雰囲気中での加熱処理が適用
できる。前記のシリコンセラミツクスにおいて、
このような処理を行なうと、その表面には、
SiO2を主体とするシリケート結晶相及びガラス
相）を含む結合層が形成される。この結合層は例
えば銅または銅合金である金属体との結合に寄与
し大きな結合力を得ることができる。結合層は
1μ以下で充分その役割を果たす。
できる。前記のシリコンセラミツクスにおいて、
このような処理を行なうと、その表面には、
SiO2を主体とするシリケート結晶相及びガラス
相）を含む結合層が形成される。この結合層は例
えば銅または銅合金である金属体との結合に寄与
し大きな結合力を得ることができる。結合層は
1μ以下で充分その役割を果たす。
結合層は余り厚く形成する必要はないが、20μ
以下で適用が可能である。結合層の表面は、加熱
処理により結晶粒が形成されるが、以後の結合作
用に寄与するのは結晶粒界での作用と考えられる
ため、結晶粒の大きさは100μ以下が好ましい。
以下で適用が可能である。結合層の表面は、加熱
処理により結晶粒が形成されるが、以後の結合作
用に寄与するのは結晶粒界での作用と考えられる
ため、結晶粒の大きさは100μ以下が好ましい。
結合層は、金属体が接触した状態で加熱される
ことにより金属体と反応して結合する。
ことにより金属体と反応して結合する。
金属体としては銅、鉄、ニツケル、クロム及び
これらの合金が適用できる。また金属体は、厚さ
50μｍ〜５mmの板状のものが良好な結合をもたら
す。シリコンセラミツクスを用いた場合、金属体
は銅または銅合金でなるものが結合が良好であ
る。金属体の結合に供する加熱処理は、金属の融
点以下でかつ結合反応が生じる温度域でなされ
る。
これらの合金が適用できる。また金属体は、厚さ
50μｍ〜５mmの板状のものが良好な結合をもたら
す。シリコンセラミツクスを用いた場合、金属体
は銅または銅合金でなるものが結合が良好であ
る。金属体の結合に供する加熱処理は、金属の融
点以下でかつ結合反応が生じる温度域でなされ
る。
銅の場合、1065〜1083℃の範囲で行なわれる。
この加熱処理時に、更に第２のセラミツクス（結
合層を有する）を銅に接触させて同時に加熱する
ことにより、セラミツクスの結合した構造体を得
ることができる。この構造体によれば、単一のブ
ロツクからの削り出しなどでしかできなかつた複
雑形状部品や大型部品が分割した各部を順次積み
上げ組合せることによつて簡単に製造できる。更
に必要な部位に必要な機能をもつたセラミツクス
を得ることができる。
この加熱処理時に、更に第２のセラミツクス（結
合層を有する）を銅に接触させて同時に加熱する
ことにより、セラミツクスの結合した構造体を得
ることができる。この構造体によれば、単一のブ
ロツクからの削り出しなどでしかできなかつた複
雑形状部品や大型部品が分割した各部を順次積み
上げ組合せることによつて簡単に製造できる。更
に必要な部位に必要な機能をもつたセラミツクス
を得ることができる。
セラミツクス構造体としては、表面に結合層を
介して接合された金属体に、更に第２の金属体を
結合したものがある。
介して接合された金属体に、更に第２の金属体を
結合したものがある。
この場合、金属と金属の接合は従来から行なわ
れている接合方法（例えばろう付け）が適用でき
る。こうして得られるセラミツクス構造体は、耐
摩耗性、耐熱性、高熱伝導性、耐食性等の複合さ
れた機能を有する。
れている接合方法（例えばろう付け）が適用でき
る。こうして得られるセラミツクス構造体は、耐
摩耗性、耐熱性、高熱伝導性、耐食性等の複合さ
れた機能を有する。
また、前記した接合面は平面のものであれば精
度良い構造体が得られ、接合面を曲面（凸凹面
等）として機械的な嵌合を併用すればより強固な
結合力を得ることが出来る。
度良い構造体が得られ、接合面を曲面（凸凹面
等）として機械的な嵌合を併用すればより強固な
結合力を得ることが出来る。
（発明の実施例）
(1) Si3N4及びAlNを主体とするセラミツクス焼
結体（20×15×30mm）２個を大気中で1250〜
1350℃、10時間加熱処理して結合層を形成し
た。結合層の生成は、1250℃では４〜16時間、
1350℃では20分〜６時間の条件で好ましいもの
が得られた。得られたSi3N4及びAlNをタフピ
ツチ銅（板厚0.5t）を介して窒素雰囲気中で加
熱処理して結合した。温度は1078℃で約15分で
ある。得られた接合面のせん断強度は、６〜12
Kg／mm2と高い強度を示した。Si3N4の加熱処理
温度が1300℃付近のものが最も高い接合強度を
示した。
結体（20×15×30mm）２個を大気中で1250〜
1350℃、10時間加熱処理して結合層を形成し
た。結合層の生成は、1250℃では４〜16時間、
1350℃では20分〜６時間の条件で好ましいもの
が得られた。得られたSi3N4及びAlNをタフピ
ツチ銅（板厚0.5t）を介して窒素雰囲気中で加
熱処理して結合した。温度は1078℃で約15分で
ある。得られた接合面のせん断強度は、６〜12
Kg／mm2と高い強度を示した。Si3N4の加熱処理
温度が1300℃付近のものが最も高い接合強度を
示した。
なお、加熱処理後のSi3N4表面は、光学顕微
鏡で観察すると、結晶がりんぺん状に形成され
ている。この結晶が余り大きくては構造体とし
て良好な結合を得ることはむずかしい。この大
きさは100μ以下が望ましいと考えられる。ま
た、接合後の接合面EPMA及びSEM−EDXに
よりを観察すると、銅粒内からのCu2Oとの反
応相の他に粒界からのCu2Oとの反応相が存在
している。後者が優勢な場合は、反応面内に再
結晶した銅の結晶粒の形である多角形の網目が
出現し効果的である。
鏡で観察すると、結晶がりんぺん状に形成され
ている。この結晶が余り大きくては構造体とし
て良好な結合を得ることはむずかしい。この大
きさは100μ以下が望ましいと考えられる。ま
た、接合後の接合面EPMA及びSEM−EDXに
よりを観察すると、銅粒内からのCu2Oとの反
応相の他に粒界からのCu2Oとの反応相が存在
している。後者が優勢な場合は、反応面内に再
結晶した銅の結晶粒の形である多角形の網目が
出現し効果的である。
なお、得られた接合体の抗折試験を行ない構
造体としての適正を確認した。
造体としての適正を確認した。
接合体の曲げ強度は、Si3N4の加熱処理温度
により変化する。加熱処理温度が、1250℃付近
のものが最もよいが（約80Kg／mm2）1300℃付近
でも約50Kg／mm2程度の強度が得られる。
により変化する。加熱処理温度が、1250℃付近
のものが最もよいが（約80Kg／mm2）1300℃付近
でも約50Kg／mm2程度の強度が得られる。
EPMA及びSEM−EDXにより観察したとこ
ろAlNとCuとの接合層はAl2O3−Cu2Oが見ら
れた。
ろAlNとCuとの接合層はAl2O3−Cu2Oが見ら
れた。
同様にして得たセラミツクス構造体としては
Al2O3、AlN、Si3N4、SiC、サイアロンの組合
せがある。このうち、AlN、SiCは良熱伝導
体、Si3N4、SiCは高温での高強度、Al2O3は耐
アルカリ性、SiCは耐食性に特にすぐれてお
り、これらを複合することにより従来にはなか
つたセラミツクス構造体を得ることができる。
Al2O3、AlN、Si3N4、SiC、サイアロンの組合
せがある。このうち、AlN、SiCは良熱伝導
体、Si3N4、SiCは高温での高強度、Al2O3は耐
アルカリ性、SiCは耐食性に特にすぐれてお
り、これらを複合することにより従来にはなか
つたセラミツクス構造体を得ることができる。
(2) Si3N4焼結体に（25×40×５mm）に、加熱処
理（1300℃、酸化雰囲気、10時間）を施して結
合層を形成した。
理（1300℃、酸化雰囲気、10時間）を施して結
合層を形成した。
ついでタフピツチ銅（0.3t）を載置し、1078
℃、N2中、10分の加熱処理を施した。ついで
Niメツキをした鋳物材（FC材20×20×５mm）
を銀ローを介して載置し、ろう付け加熱（840
℃×20分）を行ない構造体を得た。
℃、N2中、10分の加熱処理を施した。ついで
Niメツキをした鋳物材（FC材20×20×５mm）
を銀ローを介して載置し、ろう付け加熱（840
℃×20分）を行ない構造体を得た。
Si3N4とFC材の接合部のせん断強度は約10
Kg／mm2が得られた。このように得られる構造体
は、摺動部品、回転体機械部品等として広く適
用が可能である。また、接合面を曲面とし、機
械的篏合を併用することにより、更に強固な結
合力を得ることができる。
Kg／mm2が得られた。このように得られる構造体
は、摺動部品、回転体機械部品等として広く適
用が可能である。また、接合面を曲面とし、機
械的篏合を併用することにより、更に強固な結
合力を得ることができる。
（発明の効果）
本発明によれば、従来得られなかつた接合力の
大きいセラミツクス構造体を得ることができ、ま
たその態様も応用用途によつて多様に適合するこ
とができる。
大きいセラミツクス構造体を得ることができ、ま
たその態様も応用用途によつて多様に適合するこ
とができる。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 窒化珪素、炭化珪素、サイアロンのいずれか
を主体とするセラミツクス表面に、セラミツクス
を改質してなるSiO2を主体とするシリケートを
含む結合層を介して金属体を接合してなり、この
金属体にさらに第２のセラミツクス体および第２
の金属体のいずれかを接合してなるセラミツクス
構造体。 ２ 結合層は、結晶粒の大きさが100μ以下であ
る特許請求の範囲第１項に記載のセラミツクス構
造体。 ３ 金属体は、銅あるいは銅合金でなる特許請求
の範囲第１項に記載のセラミツクス構造体。 ４ セラミツクス構造体と第２のセラミツクス体
は、同質のセラミツクス体で構成された特許請求
の範囲第１項に記載のセラミツクス構造体。 ５ セラミツクス構造体と第２のセラミツクス体
は、異質のセラミツクス体で構成された特許請求
の範囲第１項に記載のセラミツクス構造体。 ６ 窒化珪素、炭化珪素、サイアロンのいずれか
を主体とするセラミツクスに加熱処理を施すこと
よりセラミツクス表面を改質してSiO2を主体と
するシリケートを含む結合層を形成し、この結合
層に金属体を接触させ、さらに金属体に、第２の
セラミツクス体および第２の金属体のいずれかを
接触させて金属体の融点以下で加熱結合処理を施
して結合層と金属体および、金属体と第２のセラ
ミツクス体および第２の金属体のいずれかを結合
する工程を備えたセラミツクス構造体の製造方
法。 ７ 加熱処理は、温度120℃〜1400℃時間10分〜
20時間、酸化雰囲気で行なう特許請求の範囲第６
項に記載のセラミツクス構造体の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58063676A JPS59190279A (ja) | 1983-04-13 | 1983-04-13 | セラミツクス構造体及びその製造方法 |
| EP84104060A EP0123212B1 (en) | 1983-04-13 | 1984-04-11 | Ceramic bonded structure and method of manufacturing the same |
| DE8484104060T DE3472946D1 (en) | 1983-04-13 | 1984-04-11 | Ceramic bonded structure and method of manufacturing the same |
| US06/599,579 US4542073A (en) | 1983-04-13 | 1984-04-12 | Ceramic bonded structure and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58063676A JPS59190279A (ja) | 1983-04-13 | 1983-04-13 | セラミツクス構造体及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59190279A JPS59190279A (ja) | 1984-10-29 |
| JPH0247428B2 true JPH0247428B2 (ja) | 1990-10-19 |
Family
ID=13236195
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58063676A Granted JPS59190279A (ja) | 1983-04-13 | 1983-04-13 | セラミツクス構造体及びその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4542073A (ja) |
| EP (1) | EP0123212B1 (ja) |
| JP (1) | JPS59190279A (ja) |
| DE (1) | DE3472946D1 (ja) |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60171277A (ja) * | 1984-02-17 | 1985-09-04 | 株式会社東芝 | 金属−セラミツクス接合体 |
| CH660176A5 (de) * | 1984-07-06 | 1987-03-31 | Bbc Brown Boveri & Cie | Metall-keramik-verbundelement und verfahren zu dessen herstellung. |
| JPS61256663A (ja) * | 1985-05-09 | 1986-11-14 | Agency Of Ind Science & Technol | 半導体装置 |
| US4795679A (en) * | 1985-05-22 | 1989-01-03 | North American Philips Corporation | Monocrystalline silicon layers on substrates |
| DE3518710A1 (de) * | 1985-05-24 | 1986-11-27 | Kernforschungsanlage Jülich GmbH, 5170 Jülich | Verfahren zum verbinden von siliciumcarbid-formteilen |
| US4762269A (en) * | 1985-05-24 | 1988-08-09 | Kernforschungsanlage Julich Gmbh | Method of joining molded silicon carbide parts |
| JPS62192281U (ja) * | 1986-05-27 | 1987-12-07 | ||
| US4853287A (en) * | 1987-10-19 | 1989-08-01 | W. R. Grace & Co. | Highly formable laminates |
| FR2623046B1 (fr) * | 1987-11-10 | 1990-03-23 | Telemecanique Electrique | Procede de liaison d'une feuille de cuivre a un substrat en materiau electriquement isolant |
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| NL83997C (ja) * | 1953-05-12 | |||
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| JPS5925754B2 (ja) * | 1981-12-02 | 1984-06-20 | 工業技術院長 | セラミックス用接着剤及びその接着方法 |
| US4447283A (en) * | 1982-03-04 | 1984-05-08 | Agency Of Industrial Science And Technology | Adhesive for ceramic articles and method for adhesion thereof |
| EP0097944B1 (en) * | 1982-06-29 | 1988-06-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method for directly bonding ceramic and metal members and laminated body of the same |
| EP0109814B1 (en) * | 1982-11-17 | 1988-02-03 | Ae Plc | Joining silicon nitride to metals |
-
1983
- 1983-04-13 JP JP58063676A patent/JPS59190279A/ja active Granted
-
1984
- 1984-04-11 EP EP84104060A patent/EP0123212B1/en not_active Expired
- 1984-04-11 DE DE8484104060T patent/DE3472946D1/de not_active Expired
- 1984-04-12 US US06/599,579 patent/US4542073A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (5)
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| JPS5237914A (en) * | 1975-07-30 | 1977-03-24 | Gen Electric | Method of directly combining metal to ceramics and metal |
| JPS593077A (ja) * | 1982-06-29 | 1984-01-09 | 株式会社東芝 | セラミツク部材と金属との接合方法 |
| JPS59162184A (ja) * | 1983-03-04 | 1984-09-13 | 三井造船株式会社 | 酸化物系セラミツクスの接合方法 |
| JPS59164678A (ja) * | 1983-03-10 | 1984-09-17 | 三井造船株式会社 | 酸化物系セラミツクスの接合方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59190279A (ja) | 1984-10-29 |
| DE3472946D1 (en) | 1988-09-01 |
| EP0123212B1 (en) | 1988-07-27 |
| EP0123212A2 (en) | 1984-10-31 |
| EP0123212A3 (en) | 1986-03-19 |
| US4542073A (en) | 1985-09-17 |
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