JPH03193674A - セラミックスの電気接合方法及び電気接合用インサート材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、特に少なくとも一方が絶縁性のセラミックス
との接合に好適な電気接合方法及びその接合用インサー
ト材に関するものである。

〈従来技術と発明が解決しようとする問題点〉セラミッ
クス同士またはセラミックスと金属とを接合する場合、
特開昭６１−３６１８０号及び６２−２０２８７５号公
報に示されるように、セラミックスの導電性を利用して
接合方向に電流を流し、そのときに発生するジュール熱
により、セラミックスを高温度に加熱させて電気的な接
合を行っている。

しかし、両者ともセラミックスの導電性を利用している
ために、絶縁性セラミックスについては、電気的な接合
ができないという根本的な問題点がある。一方、前者に
ついては、通電電極を被接合部材の突合せ部近傍に近づ
けることにより、局部加熱を行っているが、電極を被接
合部材の外周面に設けているために、複雑形状になると
、外周面に沿って電極を設は難くくなるという問題があ
る。

また、電流が外周面より流れ込むために、電極を近づけ
ると、突合せ面の広い被接合部では、その外周側と内部
側とで電流密度が異なり、それに伴う発熱量が異なるた
めに、突合せ部会体を均一に加熱できないという問題が
ある。他方、後者については、セラミックス全体が加熱
されるために、高温接合や大気中の接合では、セラミッ
クスの劣化が全体に及ぶ虞れがある。

く問題点を解決するための手段〉 本発明は、上記の問題点を解決するために、請求項１に
おいては、被接合セラミックスと導電性被接合部材との
間に、高導電性通電部材と高導電性通電部材よりも大き
い抵抗率を有する通電発熱部材とを備えた電気接合用イ
ンサート材を介在させて突合せ、導電性被接合部材と高
導電性通電部材との間に電流を通じることにより、主に
通電発熱部材に生じるジュール熱によって、突合せ部及
びその近傍を直接加熱して接合することを特徴としてい
る。

また、請求項２においては、被接合セラミックスと被接
合部材との間に、第１及び第２の高導電性通電部材と高
導電性通電部材間に設けられ、かつ高導電性通電部材よ
りも大きい抵抗率を有する通電発熱部材とを備えた電気
接合用インサート材を介在させて突合せ、前記第１及び
第２の高導電性通電部材間に電流を通じることにより、
主に通電発熱部材に生じるジュール熱によって、前記突
合せ部及びその近傍を直接加熱して接合することを特徴
としている。

さらに、請求項３．４においては、被接合セラミックス
と被接合部材との電気接合用インサート材であって、高
導電性通電部材と通電発熱部材とが予め強固に接合され
、また前述の２者に、さらに少なくとも一層からなる熱
応力緩和部材とが予め強固に接合されていることを特徴
としている。

く作　用〉 以上のような方法及びインサート材とすることにより、
被接合セラミックスと被接合部材との間に介在した通電
発熱部材から発生するジュール熱が他よりも大きくなる
ので、両者による突合せ部及びその近傍を集中的かつ均
一に加熱させることができ、かつ応力緩和に対応させる
ことができる。

特に、少なくとも一方が絶縁性の被接合セラミックスを
接合する場合に、本発明が最大限に発揮される。

〈実施例〉 実施例１ 第１図は、本発明の第１の接合方法を示す実施例の概略
断面図であって、絶縁性のセラミックスと導電性被接合
部材とを接合する場合を示している。まず、被接合セラ
ミックス１を絶縁性５１３Ｎ４　（φ７Ｘ１０ｍｍ）、
導電性被接合部材２をコバール（φ７Ｘ７ｍｍ）とし、
この間に、Ｔ　ｉ　／　Ｃｕ　／　Ａ　ｇ合金箔の接合
剤３ａ（φ７　Ｘ　Ｏ，３ｍｍ）を介在したタングステ
ン（抵抗率ρ−５Ｘ１０−６Ω・ｃｍ）の高導電性通電
部材４（φ７　Ｘ　ｏ、３ｍｍ）とＴｉＮ含有Ｓｉ３Ｎ
４セラミックス（抵抗率ρ−５Ｘ１０＝Ω・ｃｍ）の通
電発熱部材５（φ７Ｘ３龍）とからなる電気接合用イン
サート材８の両面に、接合剤３ａと同様の接合剤３ｂ、
３ｃを設けて配設する。配設に際しては、通電部材４が
セラミックス１側に、かつ発熱部材５が被接合部材２側
になるようにする。ここで、通電を容易にするために、
通電部材４の外周方向に突出した端子部９が設けられて
おり、この端子部は接合後、不必要テアれば、加工によ
り除去する。つぎに、この構成体中の発熱部材５が高導
電性の通電補助部材１０に向くように載置し、接合方向
に約５０ｋｇ／Ｃ−の圧力Ｐを加えて固定する。

このような構成において、接合雰囲気を真空とし、高導
電性通電部材４と通電補助部材１０との間に電圧を印加
すると、発熱部材５の抵抗率を通電部材４よりも十分大
きくしているので、電流は接合剤３ａ、発熱部材５．接
合剤３Ｃ及び導電性被接合部材２を接合方向に略均−に
流れる。本実施例では、発熱部材５の抵抗率を他よりも
大きくしているので、発熱部材５でのジュール熱が主と
なり、その熱が接合剤３ａ、通電部材４．接合剤３ｂ、
被接合セラミックス１及び接合剤３ｃ、被接合部材２へ
と順次に伝導し、それぞれの接合剤とその両側の各部材
とが反応するまで、電流を徐々に増加させ、発熱部材５
の中央部の温度を放射温度計により測定しつつ、約３０
℃／ａｋｉｎの、率で約９５０℃まで加熱し、１０分間
保持した後、電流を徐々に減少させ、約３０℃／ｗｉｎ
で室温まで冷却し接合を完了した。接合強度については
、常温でせん断試験を行った結果、約９０　Ｍ　Ｐ　ａ
であった。

実施例２ 第２図は、本発明の第１の接合方法の他の実施例を示す
概略断面図であって、実施例１に熱応力緩和を考慮した
場合を示しており、実施例１と異なる点は、導電性被接
合部材２と通電発熱部材５との間に、熱応力緩和部材６
を配設している。配設に際しては、接合剤３Ｃ側に熱応
力緩和部材６を設け、この緩和部材６と被接合部材２と
の間に接合剤３ｄを介在させる。接合剤３ｄは、実施例
１の３ａ〜３Ｃと同様に、Ｔ　ｉ　／　Ｃｕ　／　Ａ　
ｇ合金箔である。

このような構成の主たる目的は、被接合部材２と発熱部
材５との熱膨張係数が大きくなると、残留応力が発生し
、強度が低下する虞れがあるために、熱応力を緩和する
必要がある。

熱応力緩和部材６としては、被接合部材２と発熱部材５
との中間的な熱膨張係数を有する材料または延性の大き
な金属、例えばＣｕ、ＡＪｉ、Ｎｉなどを用いることが
できる。また、複数の組成からなる熱応力緩和層を段階
的に形成すればより効果的である。なお、この部材は導
電性が必要であり、また抵抗率が発熱部材５と路間等で
あれば、発熱部材となりうる。

本実施例の接合条件については、実施例１と同様である
ので省略する。

以上の実施例１，２において、導電性被接合部材２とし
ては、Ｓ　ｉ　Ｃ，Ｔ　ｉ　Ｎ、　Ｔ　ｉ　Ｃなどの単
一導電性セラミックスまたは絶縁性セラミックスに導電
性材を付与した複合セラミックス、サーメット、金属が
例示され、また通電発熱部材５として、上記のセラミッ
クスの他、サーメットが例示できるが、発熱部材５は被
接合部材２よりも大きい抵抗率を有するものを選定する
必要がある。

また、高導電性通電部材４としては発熱部材５の抵抗率
に比べて十分小さい抵抗率を有する材料で、かつ接合終
了までの過程で全体が溶融するなどして、通電に支障を
きたすことのない材料が必要であり、上記の被接合部材
２と同様のものが例示される。

さらに、被接合セラミックス１を絶縁性としたが、導電
性であっても可能であり、この場合、被接合部材１を通
って上部がら電流が流れ出ないように、この部材１の上
部を絶縁すればよい。

実施例３ 第３図は、本発明の第２の接合方法を示す実施例の概略
断面図であって、絶縁性のセラミックスと絶縁性の被接
合部材とを接合する場合を示している。まず、被接合セ
ラミックス１を絶縁性Ａ１ｚ　Ｏ３（＜６７Ｘ２０ｎｏ
ｓ）　、被接合部材２’　ヲ絶Ｒ性Ａｊ！ｚｏａ（φ７
Ｘ２０ｎｕｍ）とし、この間に、Ｔｉｃ含有Ａ１２ｏ３
セラミックス（ρ−４ｘｌＯ−２Ω・ＣＩＩ＋）の通電
発熱部材５（φ７Ｘ３ｍｍ）の両面にＴ　ｉ　／　Ｃｕ
　／　Ａ　ｇ合金箔の接合剤３ａ、３ｂ（φ７Ｘ０．３
ｍｍ）を介して設けられたＭ。

（ρ−５×１０−６Ω・ａｍ）の第１及び第２の高導電
性通電部材４ａ、４ｂ　（φ７　Ｘ　Ｏ，３ｍ＋＋ｅ）
とからなる電気接合用インサート材８を配設する。配設
に際しては、このインサート材８の両面に、接合剤３ａ
、３ｂと同様の接合剤３ｃ、３ｄを設ける４第１及びｆ
ｉＪ２の通電部材４ａ、４ｂについては、実施例１と同
様に通電用の端子部９ａ、９ｂがそれぞれ設けられてい
る。つぎに、この構成体を接合方向に約５０　ｋｇ　／
　ｃ−の圧力Ｐを加えて固定するこのような構成におい
て、接合雰囲気を真空とし、第１及び第２の通電部材４
ａ、４ｂ間に電圧を印加すると、発熱部材５の抵抗率を
通電部材４ａ、４ｂよりも十分大きくしているので、電
流は接合剤３　ａ　＋発熱部材５及び接合剤３ｂを接合
方向に略均−に流れる。本実施例では、発熱部材５の抵
抗率を他よりも大きくしているので、発熱部材５でのジ
ュール熱が主となり、その熱が接合剤３ａ、第１の通電
部材４ａ、接合剤３ｃ、被接合セラミックス１及び接合
剤３ｂ、第２の通電部材４ｂ、接合剤３ｄ、被接合部材
２′へと順次に伝導し、それぞれの接合剤とその両側の
各部材とが反応して接合を完了するまで、実施例１を同
条件で行った。その結果、接合体より３　ｍｒａ　Ｘ　
４　ｍｍ＋　Ｘ４０　ｍｍの試験片を切り出し、常温で
４点曲げ試験で約１８０　Ｍ　Ｐ　ａの接合強度が得ら
れた。

実施例４ 第４図は、本発明の第２の接合方法の他の実施例を示す
概略断面図であって、実施例３に熱応力緩和を考慮した
場合を示しており、実施例３と異なる点は、被接合部材
２′を金属、例えば鋼としているので、第２の高導電性
通電部材４ｂと被接合部材２′との間に熱応力緩和部材
６を配設している。配設に際しては接合剤３ｄ側に緩和
部材６を設け、この緩和部材６と被接合部材２′との間
に接合剤３ｅを介在させる。接合剤３ｅは、接合剤３ａ
〜３ｄと同様に、Ｔ　ｉ　／　ＣＬｌ　／　Ａ　ｇ合金
箔である。

このような構成の目的は、熱応力緩和であって、緩和部
材６として実施例２と同様のものが適用できる。

本実施例の接合条件は、実施例１と同様であるので省略
する。

以上の実施例３，４において、第１及び第２の通電部材
４ａ、４ｂを同種としたが、異種であってもよい。ただ
し、発熱部材５及び被接合部材２′の熱膨張係数が著し
く異なる場合は、第２の通電部材４ｂとして、発熱部材
５と被接合部材２′との中間的な熱膨張係数を有する材
料を選ぶとより好ましい。

また、緩和部材６は第２の通電部材４ｂと被接合部材２
′との間に配設してもよい。

さらに、被接合セラミックス１は導電性セラミックスが
適用でき、被接合部材２′は導電性セラミクス、サーメ
ットのいずれでも適用できるが、この場合には、実施例
１，２のように、絶縁を考慮すればよい。

なお、以上の実施例１〜４の接合剤３８〜３ｅは、それ
ぞれ両側の材料同士が直接、拡散などにより反応強固に
接合できる場合は、特に必要ではない。

実施例５ 本実施例は、請求項１，３に対応する。

第５図は、本発明の第１の接合方法に適用される第１の
電気接合用インサート材を示す概略断面図である。図に
おいて、通電を容易にするための端子部９が設けられた
高導電性通電部材４と通電発熱部材５とが、予め強固に
接合され一体化されており、さらに必要に応じてその両
面に接合剤３ｂ、・３ｃが形成されている。

一体化の方法としては、接合剤による接合またはホット
プレス、ＨＩＰなどによる拡散接合が可能である。

接合剤３ｂ、３ｃの形成方法としては、スクリーン印刷
、スプレー法、イオンブレーティング、ＣＶＤ、溶射な
どのあらゆる薄膜または厚膜作成技術が適用できる。

実施例６ 本実施例は、請求項１，４に対応する。

第６図は、本発明の第１の接合方法に適用される第２の
電気接合用インサート材を示す概略断面図である。図に
おいて、実施例５の通電部材４と発熱部材５とに、さら
に発熱部材５側に設けられた熱応力緩和部材６との３者
が、予め強固に接合され一体化されており、必要に応じ
てその両面に接合剤３ｂ、３ｄが形成されている。

実施例７ 本実施例は、請求項２，３に対応する。

第７図は、本発明の第２の接合方法に適用される第１の
電気接合用インサート材を示す概略断面図である。図に
おいて、通電を容易にするための端子部９ａ、９ｂがそ
れぞれ設けられた第１及び第２の高導電性通電部材４ａ
、４ｂ間に、通電発熱部材５か予め強固に接合され一体
化されており、必要に応じてその両面に接合剤３ｃ、３
ｄが形成されている。

実施例８ 本実施例は、請求項２□４に対応する。

第８図は、本発明の第２の接合方法に適用される第２の
電気接合用インサート材を示す概略断面図である。図に
おいて、実施例７の第１の通電部材４ａ、発熱部材５．
第２の通電部材４ｂとに、さらに第２の通電部材４ｂ側
に設けられた熱応力緩和部材６との４者が、予め強固に
接合され一体化されており、必要に応じてその両側に接
合剤３ｃ、３ｅが形成されている。なお、緩和部材６は
第２の通電部材４ｂと被接合部材２′との間に配設して
もよい。

〈発明の効果〉 本発明の請求項１及び２の効果は、被接合セラミックス
と被接合部材との間に介在した通電発熱部材から発生す
るジュール熱を他よりも大きくさせたので、両者により
突合せ部及びその近傍を集中的かつ均一に加熱させるこ
とができ、かつ応力緩和に対応させることができる。特
に、少なくとも一方が絶縁性の被接合セラミックスを接
合する場合に、本発明を最大限に発揮させることができ
る。

また、突合せ部及びその近傍のみを直接加熱するように
したので、被接合セラミックス全体の劣化を最小限にと
どめることができ、かつ加熱効率が高く、短時間接合、
設備費の低減、ランニングコストの低減が可能であると
いう実用上の価値が大である。

請求項３，４の効果は、高導電性通電部材と通電発熱部
材、またはこの２者にさらに熱応力緩和部材とを一体化
して、必要に応じてその両面に接合剤を設けることによ
り、取扱い及び接合時の位置合せが容易になり、接合工
程を簡略することができ、また現場作業が容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、それぞれ本発明の第１の接合方法
を示す実施例及び他の実施例の概略断面図である。 第３図および第４図は、それぞれ本発明の第２の接合方
法を示す実施例及び他の実施例の概略断面図である。 第５図及び第６図は、それぞれ本発明の第１の接合方法
に適用される第１及び第２の電気接合用インサート材を
示す概略断面図である。 第７図及び第８図は、それぞれ本発明の第２の接合方法
に適用される第１及び第２の電気接合用インサート材を
示す概略断面図である。 １・・・被接合セラミックス、２，２′・・・被接合部
材、３　ａ　〜３　ｅ−接合剤、４．４　ｇ、４ｂ”高
導電性通電部材、 ５・・・通電発熱部材、 ・・熱応力緩 和部材、 ８・・・電気接合用インサー 部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被接合セラミックスと導電性被接合部材との間に、
   高導電性通電部材と前記高導電性通電部材よりも大きい
   抵抗率を有する通電発熱部材とを備えた電気接合用イン
   サート材を介在させて突合せ、前記導電性被接合部材と
   高導電性通電部材との間に電流を通じることにより、主
   に前記通電発熱部材に生じるジュール熱によって、前記
   突合せ部及びその近傍を直接加熱して接合するセラミッ
   クスの電気接合方法。 ２、被接合セラミックスと被接合部材との間に、第１及
   び第２の高導電性通電部材と前記高導電性通電部材間に
   設けられ、かつ前記高導電性通電部材よりも大きい抵抗
   率を有する通電発熱部材とを備えた電気接合用インサー
   ト材を介在させて突合せ、前記第１及び第２の高導電性
   通電部材間に電流を通じることにより、主に前記通電発
   熱部材に生じるジュール熱によって、前記突合せ部及び
   その近傍を直接加熱して接合するセラミックス電気接合
   方法。 ３、請求項１または請求項２記載の高導電性部材と通電
   発熱部材とが、予め強固に接合されている電気接合用イ
   ンサート材。 ４、請求項１または請求項２記載の高導電性部材と通電
   発熱部材とに、さらに少なくとも一層からなる熱応力緩
   和部材とを備えており、前記高導電性部材と通電発熱部
   材と熱応力緩和部材とが、予め強固に接合されている電
   気接合用インサート材。