JPH0248515B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0248515B2 JPH0248515B2 JP57032595A JP3259582A JPH0248515B2 JP H0248515 B2 JPH0248515 B2 JP H0248515B2 JP 57032595 A JP57032595 A JP 57032595A JP 3259582 A JP3259582 A JP 3259582A JP H0248515 B2 JPH0248515 B2 JP H0248515B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- buffer layer
- thickness
- reaction layer
- silicon carbide
- film thickness
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/52—Multiple coating or impregnating multiple coating or impregnating with the same composition or with compositions only differing in the concentration of the constituents, is classified as single coating or impregnation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
緻密な炭化珪素焼結体は、熱衝撃強度、高温時
の機械的強度等の耐熱諸特性に優れ、化学的にも
高い安定性を示し、しかも高い耐摩耗性を具えて
いる処から高温用の機械部材、特に最近において
は内燃機関の各部材として高アルミナ質磁器に代
つて注目されるようになつたが、例えばロツカー
アームの摺動部のチツプとして用いる場合のよう
に金属の如き異種材料と強固に接合する金属化面
の生成に難があつた。 この理由は、炭化珪素焼結体の4.4×10-6で示
される低い熱膨脹係数が上記の耐熱諸特性に大き
く寄与する反面、異種材料の熱膨脹係数、特に鋼
材の15×10-6／℃と大きく懸隔し、同じセラミツ
クスである高アルミナ質磁器の8.0×10-6／℃と
の間にも大きな差異があるため、高温で加熱され
るロー着作業時、更には高温で使用された場合に
おいて接合される異種材料との間に大きな熱膨脹
差をもたらして接合強度を低下させていた。 本発明は、特に異種材料との接合強度を格段と
高める炭化珪素焼結体表面の金属化法に係り該炭
化珪素と反応性の高い金属からなる反応層と、展
延性に富む金属からなる緩衝層の２層を物理蒸着
法によつて形成することを特徴とするものであ
る。 しかして、上記炭化珪素焼結体の表面に形成す
る反応層は、炭化珪素と高い反応性を有する金
属、Ti、Cr、Mo、Zr、Hf、Ｗおよびこれらを
含む合金、例えばNi、Crから撰ばれるがその膜
厚はこれら金属が剛性であり、かつ熱膨脹係数が
基盤の窒化珪素焼結体に比して著しく高い理由お
よび蒸着に要する時間を短縮する目的から可能な
限り薄くすることが望ましいが、薄すぎる場合は
蒸着時において全体が反応して上面の緩衝層との
間に必要な接合強度が得られないため少なく共
100Åは必要であり、それ以上は略々膜厚に応じ
て接合強度を高めるが2000Å付近から鈍化すると
共に、過度の膜厚は上記の理由によつて耐久性を
劣化する惧れがあるだけでなく、蒸着に長時間を
要するので最大10000Å、200〜2000Åの範囲内が
好ましい。 次に、反応層の表面に緩衝層を形成する目的は
異種材料とのロー着を容易にすると共に、接合層
間の熱膨脹差を吸収するためのものであるから、
展延性に富み、かつ価格の面からCuまたはAlが
使用され、その膜厚は上記の理由から反応層とは
逆に厚い方が望ましいが、過度に失した場合はこ
の緩衝層自体の熱膨脹によつて耐久性を劣化させ
る惧れがあるだけでなく、蒸着に長時間を要して
量産性を低下する。また薄すぎる場合はロー材が
下方の反応層まで侵入、拡散して該緩衝層および
反応層の機能に悪影響を及ぼすのでその範囲は
0.5〜5μ、特に１〜2.5μが好ましく、該緩衝層お
よび上記反応層の膜厚はそれら金属の組合せによ
つて決定される。 また、本発明において上記反応層および緩衝層
を形成する手段として物理蒸着法を特定した理由
は、該物理蒸着法が上記両層の材質および膜厚を
自由に撰定しうる処であつて、これによつて従来
セラミツクスに金属化面を形成する手段として慣
用されている、メタライズペーストを基盤の表面
にスクリーン印刷した後、非酸化性雰囲気中にお
いて加熱するメタライズ（厚膜）法における欠
点、すなわち該メタライズ法の場合は基盤上に形
成される金属化面がMoあるいはＷを主体とする
剛性の金属に限定せられ、しかもその膜厚が10〜
20μという厚膜になるため、異種材料間の熱膨脹
差を吸収できない信頼性の低さを一挙に解決する
ことに成功したものである。 しかして物理蒸着法としては真空蒸着を初めと
してイオンビーム蒸着、スパツタリング等がある
が、そのいずれをも採用することができ炭化物焼
結体基盤には常圧焼結品、反応焼結品のいずれを
も使用できる。 実施例 １ 常法による常圧焼結をもつて製作した純度98
％、理論密度98％で、30×10×５mmからなる板状
のSiC焼結体を基盤とし、30×10mmの一方の主表
面を表面粗さ0.17〜0.48μRaに研磨加工を施した
後、中性洗剤および流水による洗浄−アセトンに
よる水分の置換−1.1.1トリクロルエタンおよび
アセトン洗浄−乾燥の各工程によつて清浄し、真
空蒸着機（日本真空技術(株)EVB−60H）の真空
槽内において10-6Torr台に減圧すると共に300℃
に加熱し、上記の研磨加工を施した主表面に、基
盤のSiCと高い反応性を示す金属から選んだTiを
電子ビーム加熱によつて溶融、蒸着して種々の膜
厚の反応層を形成し、該反応層の上に緩衝層とし
て展延性に富む金属Cuを上記の真空度を保持し
た状態において同じく電子ビーム加熱によつて溶
融、1μの厚さに蒸着した試料について、基盤の
炭化珪素焼結体に対する反応層と緩衝層とからな
る金属化面の接合強度を調べるため、該金属面を
フオトエツチングによつて1.13mmφの円形のパタ
ーンとし、これに端面を平坦に研磨した1.0mmφ
の銅線を突合せ半田ロー着した後垂直方向の引張
り試験を行なつた結果を第１表に示す。 但し、上記の反応層と緩衝層とからなる金属化
面は、Tiによる反応層を第１表に示したそれぞ
れの膜厚に蒸着した都度Cuの緩衝層を1μの膜厚
に蒸着して形成した。
の機械的強度等の耐熱諸特性に優れ、化学的にも
高い安定性を示し、しかも高い耐摩耗性を具えて
いる処から高温用の機械部材、特に最近において
は内燃機関の各部材として高アルミナ質磁器に代
つて注目されるようになつたが、例えばロツカー
アームの摺動部のチツプとして用いる場合のよう
に金属の如き異種材料と強固に接合する金属化面
の生成に難があつた。 この理由は、炭化珪素焼結体の4.4×10-6で示
される低い熱膨脹係数が上記の耐熱諸特性に大き
く寄与する反面、異種材料の熱膨脹係数、特に鋼
材の15×10-6／℃と大きく懸隔し、同じセラミツ
クスである高アルミナ質磁器の8.0×10-6／℃と
の間にも大きな差異があるため、高温で加熱され
るロー着作業時、更には高温で使用された場合に
おいて接合される異種材料との間に大きな熱膨脹
差をもたらして接合強度を低下させていた。 本発明は、特に異種材料との接合強度を格段と
高める炭化珪素焼結体表面の金属化法に係り該炭
化珪素と反応性の高い金属からなる反応層と、展
延性に富む金属からなる緩衝層の２層を物理蒸着
法によつて形成することを特徴とするものであ
る。 しかして、上記炭化珪素焼結体の表面に形成す
る反応層は、炭化珪素と高い反応性を有する金
属、Ti、Cr、Mo、Zr、Hf、Ｗおよびこれらを
含む合金、例えばNi、Crから撰ばれるがその膜
厚はこれら金属が剛性であり、かつ熱膨脹係数が
基盤の窒化珪素焼結体に比して著しく高い理由お
よび蒸着に要する時間を短縮する目的から可能な
限り薄くすることが望ましいが、薄すぎる場合は
蒸着時において全体が反応して上面の緩衝層との
間に必要な接合強度が得られないため少なく共
100Åは必要であり、それ以上は略々膜厚に応じ
て接合強度を高めるが2000Å付近から鈍化すると
共に、過度の膜厚は上記の理由によつて耐久性を
劣化する惧れがあるだけでなく、蒸着に長時間を
要するので最大10000Å、200〜2000Åの範囲内が
好ましい。 次に、反応層の表面に緩衝層を形成する目的は
異種材料とのロー着を容易にすると共に、接合層
間の熱膨脹差を吸収するためのものであるから、
展延性に富み、かつ価格の面からCuまたはAlが
使用され、その膜厚は上記の理由から反応層とは
逆に厚い方が望ましいが、過度に失した場合はこ
の緩衝層自体の熱膨脹によつて耐久性を劣化させ
る惧れがあるだけでなく、蒸着に長時間を要して
量産性を低下する。また薄すぎる場合はロー材が
下方の反応層まで侵入、拡散して該緩衝層および
反応層の機能に悪影響を及ぼすのでその範囲は
0.5〜5μ、特に１〜2.5μが好ましく、該緩衝層お
よび上記反応層の膜厚はそれら金属の組合せによ
つて決定される。 また、本発明において上記反応層および緩衝層
を形成する手段として物理蒸着法を特定した理由
は、該物理蒸着法が上記両層の材質および膜厚を
自由に撰定しうる処であつて、これによつて従来
セラミツクスに金属化面を形成する手段として慣
用されている、メタライズペーストを基盤の表面
にスクリーン印刷した後、非酸化性雰囲気中にお
いて加熱するメタライズ（厚膜）法における欠
点、すなわち該メタライズ法の場合は基盤上に形
成される金属化面がMoあるいはＷを主体とする
剛性の金属に限定せられ、しかもその膜厚が10〜
20μという厚膜になるため、異種材料間の熱膨脹
差を吸収できない信頼性の低さを一挙に解決する
ことに成功したものである。 しかして物理蒸着法としては真空蒸着を初めと
してイオンビーム蒸着、スパツタリング等がある
が、そのいずれをも採用することができ炭化物焼
結体基盤には常圧焼結品、反応焼結品のいずれを
も使用できる。 実施例 １ 常法による常圧焼結をもつて製作した純度98
％、理論密度98％で、30×10×５mmからなる板状
のSiC焼結体を基盤とし、30×10mmの一方の主表
面を表面粗さ0.17〜0.48μRaに研磨加工を施した
後、中性洗剤および流水による洗浄−アセトンに
よる水分の置換−1.1.1トリクロルエタンおよび
アセトン洗浄−乾燥の各工程によつて清浄し、真
空蒸着機（日本真空技術(株)EVB−60H）の真空
槽内において10-6Torr台に減圧すると共に300℃
に加熱し、上記の研磨加工を施した主表面に、基
盤のSiCと高い反応性を示す金属から選んだTiを
電子ビーム加熱によつて溶融、蒸着して種々の膜
厚の反応層を形成し、該反応層の上に緩衝層とし
て展延性に富む金属Cuを上記の真空度を保持し
た状態において同じく電子ビーム加熱によつて溶
融、1μの厚さに蒸着した試料について、基盤の
炭化珪素焼結体に対する反応層と緩衝層とからな
る金属化面の接合強度を調べるため、該金属面を
フオトエツチングによつて1.13mmφの円形のパタ
ーンとし、これに端面を平坦に研磨した1.0mmφ
の銅線を突合せ半田ロー着した後垂直方向の引張
り試験を行なつた結果を第１表に示す。 但し、上記の反応層と緩衝層とからなる金属化
面は、Tiによる反応層を第１表に示したそれぞ
れの膜厚に蒸着した都度Cuの緩衝層を1μの膜厚
に蒸着して形成した。
【表】
第１表から、反応層を各種の膜厚のTiとし、
緩衝層のCuを1μの膜厚に固定した場合、反応層
の膜厚が50Å（100Å以下の膜厚は測定困難のた
め蒸着時間によつて推定した）の場合は引張強さ
によつて表わされる基盤との接合強度が不充分で
実用性に乏しく、100Åから急上昇して膜厚に伴
なつて接合強度を高め、5000Åに達するとロー着
部から剥離する程の強度が確かめられたが、前に
述べた理由と接合強度を総合して2000Å程度が好
ましい膜厚であることが示された。 実施例 ２ 金属化面の反応層を膜厚2000ÅのTiに固定し、
緩衝層としてCuおよびAlを各種の膜厚として前
と同様の試験を行なつた結果を第２表に示す。 但し、緩衝層にAlを用いた場合はロー材に商
品名アルソル45Dと呼ばれる日本スペリアル社の
アルミニウム用の半田を使用した。
緩衝層のCuを1μの膜厚に固定した場合、反応層
の膜厚が50Å（100Å以下の膜厚は測定困難のた
め蒸着時間によつて推定した）の場合は引張強さ
によつて表わされる基盤との接合強度が不充分で
実用性に乏しく、100Åから急上昇して膜厚に伴
なつて接合強度を高め、5000Åに達するとロー着
部から剥離する程の強度が確かめられたが、前に
述べた理由と接合強度を総合して2000Å程度が好
ましい膜厚であることが示された。 実施例 ２ 金属化面の反応層を膜厚2000ÅのTiに固定し、
緩衝層としてCuおよびAlを各種の膜厚として前
と同様の試験を行なつた結果を第２表に示す。 但し、緩衝層にAlを用いた場合はロー材に商
品名アルソル45Dと呼ばれる日本スペリアル社の
アルミニウム用の半田を使用した。
【表】
第２表から、緩衝層の膜厚はCu、Alのいずれ
においても0.5μから効果を表わし、膜厚に略々比
例して接合強度を高めるがAlは2.5μ程度から鈍化
する傾向が示された。 実施例 ３ 金属化面の反応層としてTiの他、炭化珪素と
反応性の高い金属として知られるZr、Cr、Moお
よびそれらを含む金属として８：２のNi・Crに
よつて代表させ、一方緩衝層として展延性があ
り、半田ロー材と濡れ性のよい金属から廉価な
Cuを選び、前者反応層を2000Å、後者緩衝層を
2.5μの膜厚として組合せ、前と同様の試験を行な
つた結果を第３表に示す。
においても0.5μから効果を表わし、膜厚に略々比
例して接合強度を高めるがAlは2.5μ程度から鈍化
する傾向が示された。 実施例 ３ 金属化面の反応層としてTiの他、炭化珪素と
反応性の高い金属として知られるZr、Cr、Moお
よびそれらを含む金属として８：２のNi・Crに
よつて代表させ、一方緩衝層として展延性があ
り、半田ロー材と濡れ性のよい金属から廉価な
Cuを選び、前者反応層を2000Å、後者緩衝層を
2.5μの膜厚として組合せ、前と同様の試験を行な
つた結果を第３表に示す。
【表】
第３表から、Zr、Cr、Mo、Ti、Ni.Crからな
る反応層と、Cuからなる緩衝層とによつて形成
された金属化面はいずれの組合せにおいても満足
すべき接合強度を示し、特にZrおよび前者のTi
とCuの組合せにおいて優れた効果を示すことが
明らかにされた。 以上の通り、炭化珪素焼結体の表面にTi、Cr、
Mo、Zr、HfおよびＷ、並びにこれらを含む合金
から撰ばれた該炭化珪素と反応性の高い金属から
なる反応層と、Cu又はAlのいずれか展延性に富
む金属からなる緩衝層を、物理蒸着法によつて形
成することを特徴とした本発明の炭化珪素焼結体
表面の金属化法は、上記反応層および緩衝層のそ
れぞれ目的に応じた材質および膜厚を自由に撰定
することができるので、基盤の炭化珪素と堅固に
結合したÅ台の極めて薄い反応層と、展延性に富
み接合される他の材料との熱膨脹差を吸収するに
足る膜厚の緩衝層とからなり、ロー着によつて他
の金属と強固に接合し、高い耐久性を具えた金属
化面を工業的に得ることができる。 なお、ロー着によつて接合しうる相手の材料は
金属材に限らず、酸化物あるいは窒化物等他のセ
ラミツク焼結体の表面に金属化面を設けたもので
もよく、大型の炭化珪素焼結体を得るため２体ま
たはそれ以上に分割した炭化珪素焼結体を接合す
ることもできるが、熱膨脹係数の異なる異種材料
のロー着に対して特に有効である。
る反応層と、Cuからなる緩衝層とによつて形成
された金属化面はいずれの組合せにおいても満足
すべき接合強度を示し、特にZrおよび前者のTi
とCuの組合せにおいて優れた効果を示すことが
明らかにされた。 以上の通り、炭化珪素焼結体の表面にTi、Cr、
Mo、Zr、HfおよびＷ、並びにこれらを含む合金
から撰ばれた該炭化珪素と反応性の高い金属から
なる反応層と、Cu又はAlのいずれか展延性に富
む金属からなる緩衝層を、物理蒸着法によつて形
成することを特徴とした本発明の炭化珪素焼結体
表面の金属化法は、上記反応層および緩衝層のそ
れぞれ目的に応じた材質および膜厚を自由に撰定
することができるので、基盤の炭化珪素と堅固に
結合したÅ台の極めて薄い反応層と、展延性に富
み接合される他の材料との熱膨脹差を吸収するに
足る膜厚の緩衝層とからなり、ロー着によつて他
の金属と強固に接合し、高い耐久性を具えた金属
化面を工業的に得ることができる。 なお、ロー着によつて接合しうる相手の材料は
金属材に限らず、酸化物あるいは窒化物等他のセ
ラミツク焼結体の表面に金属化面を設けたもので
もよく、大型の炭化珪素焼結体を得るため２体ま
たはそれ以上に分割した炭化珪素焼結体を接合す
ることもできるが、熱膨脹係数の異なる異種材料
のロー着に対して特に有効である。
Claims (1)
- １ 炭化珪素焼結体の表面に、Ti、Cr、Mo、
Zr、Hf及びＷ、並びにこれらを含む合金から撰
ばれた該炭化珪素と反応性の高い金属からなる厚
さ100〜10000Åの反応層と、Cu又はAlのいずれ
か展延性に富む金属からなる厚さ0.5〜5μの緩衝
層を、物理蒸着法によつて形成することを特徴と
した炭化珪素焼結体表面の金属化法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3259582A JPS58151384A (ja) | 1982-03-01 | 1982-03-01 | 炭化珪素焼結体表面の金属化法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3259582A JPS58151384A (ja) | 1982-03-01 | 1982-03-01 | 炭化珪素焼結体表面の金属化法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58151384A JPS58151384A (ja) | 1983-09-08 |
| JPH0248515B2 true JPH0248515B2 (ja) | 1990-10-25 |
Family
ID=12363207
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3259582A Granted JPS58151384A (ja) | 1982-03-01 | 1982-03-01 | 炭化珪素焼結体表面の金属化法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58151384A (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51125641A (en) * | 1974-08-05 | 1976-11-02 | Ngk Insulators Ltd | Process for metallizing ceramics |
| JPS51120951A (en) * | 1975-04-16 | 1976-10-22 | Ngk Spark Plug Co | Method of metallizing ceramics surface to obtaining high brazing strength with metal material |
| JPS5899184A (ja) * | 1981-12-04 | 1983-06-13 | 株式会社日立製作所 | 炭化珪素焼結体のメタライジング法 |
-
1982
- 1982-03-01 JP JP3259582A patent/JPS58151384A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58151384A (ja) | 1983-09-08 |
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