JPH04108675A - Ceramics-metal bonded body - Google Patents

Ceramics-metal bonded body

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JPH04108675A
JPH04108675A JP22966890A JP22966890A JPH04108675A JP H04108675 A JPH04108675 A JP H04108675A JP 22966890 A JP22966890 A JP 22966890A JP 22966890 A JP22966890 A JP 22966890A JP H04108675 A JPH04108675 A JP H04108675A
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JP
Japan
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ceramic
stress
bonded body
metal
ceramics
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JP22966890A
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Japanese (ja)
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Shunichiro Tanaka
俊一郎 田中
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

PURPOSE:To improve the bonding strength by reducing the stress of the surface of a ceramic member by machining or releasing the stress of the surface of the bonded body including the maximum principal stress point by irradiating the surface with an energy beam. CONSTITUTION:The surface of a ceramic member 12 of Si3N4, etc. is machined by a barrel finishing machine to reduce its stress, the surface roughness (Rmax)is controlled to about 4mum, and a non-oriented compressive residual stress of about 80 MPa is imparted. The member 12 and a metallic member 13 of steel, etc., are heated in vacuum with Cu as a buffer 14 and brazed together with an active metal to obtain a ceramics metal bonded body 11. Meanwhile, ceramic members 32a and 32b and a metallic member 33 are bonded with a buffer metal Cu 34 in-between to obtain a ceramics-metal bonded body 31. The bonding interface including the maximum principal stress point extending over the ceramics 32a and 32b and metallic member 33 with the Cu sheet 34 as the center is irradiated with an energy beam such as a laser beam to release its stress.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明はセラミックス部材と金属部材とを接合したセラ
ミックス−金属接合体に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a ceramic-metal bonded body in which a ceramic member and a metal member are bonded.

(従来の技術) セラミックスは、軽量で高硬度であるという特徴を有し
、この硬さによる高強度、耐摩耗性が積極的に利用され
ている。
(Prior Art) Ceramics are characterized by being lightweight and high hardness, and the high strength and wear resistance due to this hardness are actively utilized.

さらに、セラミックスの優れた点は、1000℃以上の
高温領域で発揮される。たとえば窒化ケイ素では120
0℃、炭化ケイ素では1500℃近くまで耐熱性を有し
、金属では耐えられない温度領域での適用により熱効率
の大幅な向上が期待できる。
Furthermore, the superiority of ceramics is exhibited at high temperatures of 1000° C. or higher. For example, silicon nitride has 120
It has heat resistance up to 0°C, while silicon carbide has heat resistance up to nearly 1500°C, and it can be expected to significantly improve thermal efficiency when applied in temperature ranges that metals cannot withstand.

しかし、セラミックスは本来脆性材料であるため単体で
は使用し難く、特性が必要な部位にのみセラミックスを
用い、他の材料と組合せて用いる方法が合理的である。
However, since ceramics are inherently brittle materials, it is difficult to use them alone; therefore, it is rational to use ceramics only in areas where properties are required and to use them in combination with other materials.

このようなセラミックスの接合技術としては、機械的結
合や有機接着剤を用いた手法、または界面における構成
元素の拡散、固溶、反応生成物形成などなんらかの反応
を伴う化学的接合法が、試みられている。
As bonding techniques for such ceramics, methods using mechanical bonding or organic adhesives, or chemical bonding methods that involve some kind of reaction such as diffusion of constituent elements at the interface, solid solution, or reaction product formation, have been attempted. ing.

セラミックスの化学的接合法としては、構造用セラミッ
クスの場合、介在物なしに直接的に接合する固相接合法
や、セラミックスと反応しやすいインサート材を用いる
活性金属法等が主流であり、半導体基板などにはメタラ
イズ法か用いられている。
In the case of structural ceramics, the mainstream chemical bonding methods for ceramics include solid-phase bonding, which involves direct bonding without inclusions, and active metal methods, which use insert materials that easily react with ceramics. For example, metallization method is used.

たとえば、代表的な構造用セラミックスである窒化ケイ
素を金属部材と接合するには、Tiなとの活性金属を介
在させて、この活性金属との共晶を利用して接合する方
法や、接合時の応力を緩和するためにセラミックスと金
属との間に緩衝材として延性を有する金属(通常Cuな
と)を配置し、Ag−Cu−Tj系等のろう材でろう接
する金属ろう接法が多用されている。
For example, in order to bond silicon nitride, which is a typical structural ceramic, to a metal member, there are two methods: interposing an active metal such as Ti and using eutectic formation with the active metal; Metal brazing is often used, in which a ductile metal (usually Cu) is placed between the ceramic and the metal as a buffer material to alleviate the stress, and the metal is soldered with a brazing material such as Ag-Cu-Tj. has been done.

(発明が解決しようとする課題) しかし、セラミックスは金属に比較して熱膨張が小さく
、なかでも構造用セラミックスとして有用な耐熱性の高
い窒化ケイ素、炭化ケイ素は非常に小さい。
(Problems to be Solved by the Invention) However, ceramics have a smaller thermal expansion than metals, and especially silicon nitride and silicon carbide, which have high heat resistance and are useful as structural ceramics, have a very small thermal expansion.

このため、セラミックスと金属材料との接合に際して、
接合後の冷却過程で熱膨張差に起因する残留応力が発生
し、様々な問題を引起こす原因となっている。
Therefore, when joining ceramics and metal materials,
Residual stress is generated during the cooling process after bonding due to the difference in thermal expansion, causing various problems.

すなわち、接合部近傍、特に接合界面における特異点近
傍に大きな残留応力が生し、外部応力との相乗によって
接合強度か大幅に低下したり、接合後の冷却過程、ある
いは熱サイクルによって応力の最大点からクラックが発
生し、セラミックスの破壊が引きおこされるのである。
In other words, large residual stress is generated near the joint, especially near the singular point at the joint interface, and joint strength can be significantly reduced due to synergy with external stress, or the maximum stress point may be reduced due to the cooling process after joining or thermal cycles. This causes cracks to occur, leading to destruction of the ceramic.

このような現状において、セラミックス表面の残留応力
を低減してセラミックスと金属部材との接合強度を向上
させ、セラミックスの優れた特性を活かすことのできる
セラミックス−金属接合体が望まれている。
Under these circumstances, there is a demand for a ceramic-metal bonded body that can reduce the residual stress on the surface of the ceramic, improve the bonding strength between the ceramic and the metal member, and take advantage of the excellent properties of the ceramic.

本発明はこのような課題を解決するためになされたもの
で、セラミックスと金属部材との接合強度が高く、クラ
ック等の発生がない、健全で安定なセラミックス−金属
接合体を提供することを目的とする。
The present invention was made to solve these problems, and the purpose is to provide a healthy and stable ceramic-metal bonded body that has high bonding strength between ceramic and metal members, does not generate cracks, etc. shall be.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明における第1の発明のセラミックス−金属接合体
は、セラミックス部材と金属部材との接合体であり、前
記セラミックス部材の表面には機械加工によって無方向
性圧縮応力を付与する応力低減処理が施されたことを特
徴としている。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The ceramic-metal bonded body of the first aspect of the present invention is a bonded body of a ceramic member and a metal member, and the surface of the ceramic member is machined. It is characterized by having been subjected to stress reduction treatment that imparts non-directional compressive stress.

第2の発明のセラミックス−金属接合体は、セラミック
ス部材と金属部材との接合体であり、この接合体の最大
主応力点を含む接合体の表面にはエネルギービーム照射
による応力解放処理が施されたことを特徴としている。
The ceramic-metal bonded body of the second invention is a bonded body of a ceramic member and a metal member, and the surface of the bonded body including the maximum principal stress point is subjected to stress release treatment by energy beam irradiation. It is characterized by

第1の発明において、応力低減処理を行う方法としては
、たとえばバレル研磨、ショットピーニング、ホーニン
グなど、機械加工による方法が挙げられ、これらの機械
加工によって接合前接合後のセラミックス部材に対して
無方向性の圧縮応力を付与するような応力低減処理を施
す。
In the first invention, methods for performing stress reduction treatment include, for example, machining methods such as barrel polishing, shot peening, and honing. A stress reduction treatment is applied to impart a strong compressive stress.

応力低減処理は、セラミックス部材全面に施してもよい
し、または最も応力のかかる部分に局部的に施してもよ
い。
The stress reduction treatment may be applied to the entire surface of the ceramic member, or may be applied locally to the most stressed portion.

このような無方向性の圧縮応力が内部に残留しているセ
ラミックス部材は、金属部材との接合時にセラミックス
表面に生じる引張り応力を低減することかでき、接合状
態の健全なセラミックス−金属接合体を得ることができ
る。
Ceramic members with such non-directional compressive stress remaining inside can reduce the tensile stress generated on the ceramic surface when bonded to metal members, and maintain a healthy ceramic-metal bonded body. Obtainable.

第2の発明において、応力解放処理に使用するエネルギ
ービームとしては、電子線、遠赤外線、レーザ、イオン
ビーム、SOR光、X線などのエネルギービーム細束が
挙げられる。
In the second invention, examples of the energy beam used in the stress release treatment include energy beam bundles such as electron beams, far infrared rays, lasers, ion beams, SOR light, and X-rays.

これらのエネルギービームは、接合後のセラミックス−
金属接合体表面における最大主応力点を含む部位に局部
的に照射され、接合体のセラミックス部材側のみ、また
は金属部材側のみ、あるいは接合体の接合界面を挾んで
セラミックス部材と金属部材の両方にまたがる最大主応
力点を含めた接合部位に照射される。
These energy beams are applied to the ceramics after bonding.
Irradiation is applied locally to the area containing the maximum principal stress point on the surface of the metal bonded body, and is applied only to the ceramic component side of the bonded body, only to the metal component side, or to both the ceramic component and the metal component by sandwiching the joint interface of the bonded body. Irradiation is applied to the joint area including the maximum principal stress point across.

本発明において、これらエネルギービームの照射はアニ
ーリングの効果を発揮するものである。
In the present invention, irradiation with these energy beams exhibits an annealing effect.

アニーリングは素材の熱変形温度よりも低い温度で長時
間加熱することにより成形体の残留応力を低減させる処
理方法で、本発明においては、たとえば窒化ケイ素セラ
ミックス部材に対しては500〜800℃で063〜2
時間の照射、窒化ケイ素セラミックスと鋼材とにまたが
る場合には4aO〜600℃で0.1〜5時間の照射が
好ましい。
Annealing is a treatment method that reduces residual stress in a molded body by heating it for a long time at a temperature lower than the thermal deformation temperature of the material. In the present invention, for example, for silicon nitride ceramic members, 063 ~2
When irradiating silicon nitride ceramics and steel materials, irradiation is preferably performed at 4aO to 600°C for 0.1 to 5 hours.

このようなエネルギービーム照射による応力解放処理に
よって、接合時の熱膨張差から接合体に残留した応力が
緩和、解放される。
By such stress release treatment using energy beam irradiation, stress remaining in the bonded body due to the difference in thermal expansion during bonding is relaxed and released.

特に、局所的な処理は接合体の各構成部材の性質を損う
ことがなく、コスト削減にもつながるため有効である。
Particularly, local treatment is effective because it does not impair the properties of each component of the joined body and leads to cost reduction.

また、本発明に使用するセラミックス部材および金属部
材は特に限定されず、セラミックスとしては窒化ケイ素
、炭化ケイ素、アルミナ、ジルコニア、サイアロンなど
、金属としては鋼材、銅板、耐熱合金、超硬合金、W 
SNo、 Nfなどの純金属など、種々の部材に対して
適用可能である。
Further, the ceramic members and metal members used in the present invention are not particularly limited, and examples of ceramics include silicon nitride, silicon carbide, alumina, zirconia, and sialon, and examples of metals include steel materials, copper plates, heat-resistant alloys, cemented carbide, and W.
It is applicable to various members such as pure metals such as SNo and Nf.

(作 用) セラミックスル金属接合体における残留応力分布の一例
を第9図に示す。
(Function) An example of residual stress distribution in a ceramic-metal bonded body is shown in Fig. 9.

これは、Sf3 N 4−Cu−8teel平板状接合
体(Cuは緩衝材として介挿されている)のSi3N4
部における測定結果であり、第9図の(a)はy−0,
1mm、(b)はy−0,5txtx接合界面から離れ
た線上における垂直応力およびせん断応力の分布を示し
ている。
This is a Si3N4 composite of Sf3N4-Cu-8teel plate-shaped joint (Cu is inserted as a buffer material).
Fig. 9(a) is the measurement result at y-0,
1 mm, (b) shows the distribution of normal stress and shear stress on a line away from the y-0,5txtx bonding interface.

接合体の特異点である最側端においてはσR8、σ2.
いずれの垂直応力も引張応力となり、特に、σRYが2
00MPaを超える大きな値を示している。
At the extreme end, which is the singular point of the zygote, σR8, σ2.
Any normal stress becomes a tensile stress, especially when σRY is 2
It shows a large value exceeding 00 MPa.

つまり、この引張応力は、第10図に示すようにセラミ
ックス部材1と金属部材2との接合界面Aに対して垂直
方向(矢印Y方向)に働く応力が大きいことを意味して
いる。
In other words, this tensile stress means that the stress acting in the direction perpendicular to the bonding interface A between the ceramic member 1 and the metal member 2 (in the direction of arrow Y) is large, as shown in FIG.

これに対して、第1の発明のセラミックス−金属接合体
には、接合前のセラミックス部材に対して機械加工によ
る応力低減処理が施され、セラミックス部材に無方向性
の圧縮応力が付与される。
On the other hand, in the ceramic-metal bonded body of the first invention, stress reduction treatment is performed on the ceramic members by machining before joining, and non-directional compressive stress is applied to the ceramic members.

この圧縮応力は矢印Y方向の引張応力と相殺しあって、
接合後の残留応力を低減させる。
This compressive stress cancels out the tensile stress in the direction of arrow Y,
Reduces residual stress after bonding.

また、第2の発明のセラミックス−金属接合体には、接
合後の最大主応力点を含む接合体表面にエネルギービー
ム照射による応力解放処理が施され、残留した応力を解
放して接合体の健全化を図る。
In addition, in the ceramic-metal bonded body of the second invention, the surface of the bonded body including the maximum principal stress point after bonding is subjected to stress release treatment by energy beam irradiation to release residual stress and maintain the soundness of the bonded body. We aim to make this possible.

これらによって、セラミックス−金属接合体の残留応力
が低減され、接合強度が向上する。
These reduce the residual stress of the ceramic-metal bonded body and improve the bonding strength.

(実施例) 次に、本発明の実施例について説明する。(Example) Next, examples of the present invention will be described.

実施例1 第1図は、本発明の一実施例のセラミックス金属接合体
を示す図である。
Example 1 FIG. 1 is a diagram showing a ceramic-metal bonded body according to an example of the present invention.

同図に示すセラミックス−金属接合体11は、サイズが
断面125mX1.2m■、長さ20mmである窒化ケ
イ素セラミックス12と、これと同サイズの545C鋼
材13とが、活性金属ろう付性によって接合されたもの
であり、窒化ケイ素セラミックス12の表面には、バレ
ル研磨による応力低減処理が施されている。
The ceramic-metal bonded body 11 shown in the figure is made by joining a silicon nitride ceramic 12 with a cross section of 125 m x 1.2 m and a length of 20 mm to a 545C steel material 13 of the same size by active metal brazing. The surface of the silicon nitride ceramic 12 is subjected to stress reduction treatment by barrel polishing.

このセラミックス−金属接合体11は、次のようにして
作製する。
This ceramic-metal bonded body 11 is produced as follows.

まず、あらかじめ窒化ケイ素セラミックス12に対して
湿式遠心バレル研磨機を用い、回転数1100rp、研
磨時間1hrのバレル研磨を全面に行う。
First, the entire surface of the silicon nitride ceramic 12 is subjected to barrel polishing using a wet centrifugal barrel polishing machine at a rotation speed of 1100 rpm and a polishing time of 1 hr.

この応力低減処理によって窒化ケイ素セラミックス12
の表面粗さはRmax4μmとなり、80MPaの方向
性のない圧縮残留応力を付与した。
By this stress reduction treatment, silicon nitride ceramic 12
The surface roughness was Rmax 4 μm, and a non-directional compressive residual stress of 80 MPa was applied.

次いで、この窒化ケイ素セラミックス12と545C鋼
材13とを830℃、6分、真空でCuを緩衝材として
活性金属ろう付は接合する。
Next, this silicon nitride ceramic 12 and the 545C steel material 13 are joined by active metal brazing at 830° C. for 6 minutes in a vacuum using Cu as a buffer material.

この実施例によるセラミックス−金属接合体の曲げ強度
を測定したところ、370MPaという結果が得られた
When the bending strength of the ceramic-metal bonded body according to this example was measured, a result of 370 MPa was obtained.

一方、比較のため、窒化ケイ素セラミックスに対するバ
レル研磨を行わず、その他の条件はこの実施例と同一で
あるセラミックス−金属接合体を作製し、曲げ強度を測
定した。すると、この比較例の接合体は320MPaと
低い値であった。
On the other hand, for comparison, a ceramic-metal bonded body was prepared under the same conditions as this example except that barrel polishing was not performed on the silicon nitride ceramic, and the bending strength was measured. Then, the bonded body of this comparative example had a low value of 320 MPa.

実施例2 第2図は、本発明の他の実施例のセラミックス−金属接
合体を示す図である。
Example 2 FIG. 2 is a diagram showing a ceramic-metal bonded body according to another example of the present invention.

同図に示すセラミックス−金属接合体21は、サイズが
断面が10m厘×3−■、長さ20−■である窒化ケイ
素セラミックス22と、同サイズの5US304材23
とか、活性金属ろう付性によって接合されたものであり
、窒化ケイ素セラミックス22の表面には、ホーニング
による応力低減処理が施されている。
The ceramic-metal bonded body 21 shown in the figure consists of a silicon nitride ceramic 22 with a cross section of 10 m × 3-■ and a length of 20-■, and a 5US304 material 23 of the same size.
The surfaces of the silicon nitride ceramics 22 are subjected to stress reduction treatment by honing.

このセラミックス−金属接合体21は、次のようにして
作製する。
This ceramic-metal bonded body 21 is produced as follows.

まず、あらかじめ窒化ケイ素セラミックス22に対して
、直径0.5−層のノズルから吹付は量100g/分、
吹付は速度15■/秒の条件でガラスピーズを用いたw
etホーニングを行う。
First, the silicon nitride ceramic 22 was sprayed at a rate of 100 g/min from a nozzle with a diameter of 0.5 layers.
Spraying was done using glass beads at a speed of 15 seconds/sec.
Perform et honing.

この応力低減処理によって窒化ケイ素セラミックス22
の表面粗さはRsax8μsとなり、120MPaの方
向性のない圧縮残留応力を付与した。
By this stress reduction treatment, the silicon nitride ceramic 22
The surface roughness was Rsax8μs, and a non-directional compressive residual stress of 120MPa was applied.

次いで、この窒化ケイ素セラミックス22と5US30
4材23とを830℃、6分、真空中で活性金属ろう付
接合する。
Next, this silicon nitride ceramic 22 and 5US30
4 materials 23 are joined by active metal brazing in vacuum at 830° C. for 6 minutes.

この実施例によるセラミックス−金属接合体の曲げ強度
を測定したところ、150MPaという結果が得られた
When the bending strength of the ceramic-metal bonded body according to this example was measured, a result of 150 MPa was obtained.

一方、比較のため、窒化ケイ素セラミックスに対するホ
ーニングを行わず、その他の条件はこの実施例と同一で
あるセラミックス−金属接合体を作製し、曲げ強度を測
定した。すると、この比較例の接合体は2つの部材の接
合界面近傍でクラックが発生し、製品としては使用でき
ない欠陥品となってしまった。
On the other hand, for comparison, a ceramic-metal bonded body was fabricated under the same conditions as this example without honing the silicon nitride ceramic, and its bending strength was measured. As a result, cracks occurred in the joined body of this comparative example near the joint interface between the two members, resulting in a defective product that could not be used as a product.

実施例3 第3図は、本発明の実施例の一つであるセラミックス−
金属接合体を示す図である。
Example 3 FIG. 3 shows a ceramic material which is one of the examples of the present invention.
It is a figure showing a metal joint.

同図に示すセラミックス−接合体31は、サイズが断面
が2hi X  3mm、長さ20m1である窒化ケイ
素セラミックス32aと32bとの間に、断面が20m
*X  3+g@、長さ 31Ilである545C鋼材
33が挾まれた接合体である。
The ceramic bonded body 31 shown in the same figure has a cross section of 2hi x 3 mm and a length of 20 m between silicon nitride ceramics 32a and 32b.
*This is a joined body in which 545C steel material 33 having a length of 31Il and a length of 3+g is sandwiched.

窒化ケイ素セラミックス32aおよび32bと545C
鋼材33との間には、緩衝金属として銅板34が介挿さ
れている。
Silicon nitride ceramics 32a and 32b and 545C
A copper plate 34 is inserted between the steel member 33 and the steel member 33 as a buffer metal.

また、銅板34を中心として窒化ケイ素セラミックス3
2aおよび32bと545C鋼材33とにまたがる接合
界面部にはレーザ照射による応力解放処理か施されてい
る。
In addition, silicon nitride ceramics 3 are made around the copper plate 34.
The bonding interface between 2a and 32b and the 545C steel material 33 is subjected to stress release treatment by laser irradiation.

このセラミックス−金属接合体31は、あらかじめ各構
成部材を通常の方法で接合した後、その接合体の最大主
応力点を含む接合特異点近傍および接合界面中央部周辺
に、直径2,0■の大きさで計5箇所に5K11のCO
2レーザを5分間照射して部分アニーリングを行ったも
のである。
This ceramic-metal bonded body 31 is made by bonding each constituent member in advance using a normal method, and then attaching a diameter of 2.0 square meters near the bond singular point including the maximum principal stress point of the bonded body and around the center of the bond interface. 5K11 CO in 5 locations in total
Partial annealing was performed by irradiating two lasers for 5 minutes.

最大主応力は、第4図に示すように、接合両端部の軸方
向に緩衝金属であるCuと窒化ケイ素との接合界面から
約0.51m窒化ケイ素側に入った部位に現れ、この部
位を含むようレーザ照射を行う。
As shown in Fig. 4, the maximum principal stress appears in the axial direction of both ends of the bond at a portion approximately 0.51 m from the bond interface between Cu, which is a buffer metal, and silicon nitride, toward the silicon nitride side. Laser irradiation is performed to include the

このような応力解放処理後、上述した接合界面に沿う最
大主応力ライン上での残留応力分布を測定した。その結
果、最大点での残留応力値は120MPaであった。
After such stress release treatment, the residual stress distribution on the maximum principal stress line along the above-mentioned bonding interface was measured. As a result, the residual stress value at the maximum point was 120 MPa.

一方、レーザ照射を行わない場合の最大主応力値は3]
0MPaであった。
On the other hand, the maximum principal stress value without laser irradiation is 3]
It was 0 MPa.

これらの結果を第5図に示す。実施例の結果は実線で、
比較例の結果は点線で示した。
These results are shown in FIG. The results of the example are shown as a solid line,
The results of the comparative example are shown by dotted lines.

実施例4 第6図は、本発明の実施例の−っであるセラミックス−
金属接合体を示す図である。
Example 4 FIG. 6 shows ceramics according to an example of the present invention.
It is a figure showing a metal joint.

同図に示すセラミックス−接合体41は、アルミナ基板
42上にCu板43がDBC法によって接合されたもの
である。
A ceramic bonded body 41 shown in the figure has a Cu plate 43 bonded onto an alumina substrate 42 by the DBC method.

Cu板43の各コーナ一部に5にνのCO2レーザ(直
径1.5mm)を第6図44に示すように走査しながら
10分間ずつ照射してアニールを施した。
A portion of each corner of the Cu plate 43 was annealed by irradiating it with a CO2 laser (diameter 1.5 mm) of 5.nu. for 10 minutes while scanning as shown in FIG. 644.

その後の熱衝撃テスト(300’C−水中焼き入れ0℃
)にも耐えた。
Subsequent thermal shock test (300'C - water quenching at 0°C)
) withstood.

これに対して、アニール処理のないものはCu板に、は
がれが生じた。
On the other hand, peeling occurred in the Cu plate in the case where the annealing treatment was not performed.

実施例5 ′M7図は、本発明の実施例の一つであるセラミックス
−金属接合体を示す図である。
Embodiment 5 Figure M7 is a diagram showing a ceramic-metal bonded body which is one of the embodiments of the present invention.

同図に示すセラミックス−接合体51は、窒化アルミニ
ウム基板52上に4枚のCu板53が直接接合法によっ
て分散して接合されたものである。
A ceramic bonded body 51 shown in the figure has four Cu plates 53 dispersively bonded to an aluminum nitride substrate 52 by a direct bonding method.

このCu板53の各コーナ一部には直径2■1の大きさ
で3KVのYAGレーザを20分間照射して部分アニー
リングか施されている。
A portion of each corner of this Cu plate 53 is partially annealed by irradiating a YAG laser of 3KV for 20 minutes with a diameter of 2.times.1.

このように応力解放処理を行った窒化アルミニウム基板
と、応力解放処理を行わない窒化アルミニウム基板とに
ついて熱サイクルテストを行った。
A thermal cycle test was conducted on the aluminum nitride substrate subjected to the stress relief treatment as described above and the aluminum nitride substrate not subjected to the stress relief treatment.

すると、レーザ照射を行った基板は、行わない基板より
 2倍の寿命を有していた。
The results showed that the substrates that were irradiated with laser had twice the lifespan of the substrates that were not irradiated with laser irradiation.

実施例6 第8図は、本発明の実施例の一つであるセラミックス−
金属接合体を示す図である。
Embodiment 6 FIG.
It is a figure showing a metal joint.

同図に示すセラミックス−金属接合体61は、遠赤外線
照射が施されたものである。
A ceramic-metal bonded body 61 shown in the figure has been irradiated with far infrared rays.

これはAIN 8層構造のPGAであり、AINにメタ
ライズ処理後、N1メツキ、Agろう付けし、KOvリ
ード62を接合している。接合部周辺63は遠赤外線照
射が施され、この処理の施されていないものよりもAI
N破断などの不良が生じなかった。
This is a PGA with an AIN 8-layer structure, in which the AIN is metallized, N1 plated, Ag brazed, and a KOv lead 62 is connected. The area around the joint 63 is irradiated with far infrared rays, and the AI is higher than that without this treatment.
No defects such as N breakage occurred.

また、同図中64は接合部周辺63の拡大図であり、K
OVリード62を中心に同心円状にアニル部65が存在
している。
In addition, 64 in the figure is an enlarged view of the vicinity of the joint 63, and K
An anil portion 65 exists concentrically around the OV lead 62.

これらの結果から明らかなように、応力低減処理または
応力解放処理を施されたセラミックス−金属接合体は、
セラミックス部材に付与された無方向性圧縮応力か接合
体接合時の熱膨張差によって生じる残留応力を吸収して
低減させることができ、また残留応力を有する接合後の
接合体においてもエネルギービームを用いた部分アニー
リングにより応力を緩和し、接合強度の向上を図ること
ができた。
As is clear from these results, the ceramic-metal bonded body subjected to stress reduction treatment or stress release treatment has
It is possible to absorb and reduce residual stress caused by non-directional compressive stress applied to ceramic members or thermal expansion difference during bonding of bonded bodies, and energy beams can also be used for bonded bodies with residual stress. We were able to alleviate the stress and improve the bonding strength through partial annealing.

[発明の効果コ 以上説明したように、本発明のセラミックス−金属接合
体によれば、セラミックス部材の表面に、無方向性圧縮
応力を付与したり、接合体の最大主応力点を含む部位に
エネルギービーム照射を行うことにより、接合体に発生
する残留応力を低減して接合強度を向上させ、クラック
等の欠陥発生率の低い健全なセラミックス−金属接合体
を得ることができる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the ceramic-metal bonded body of the present invention, non-directional compressive stress can be applied to the surface of the ceramic member, and the area containing the maximum principal stress point of the bonded body can be By performing energy beam irradiation, it is possible to reduce the residual stress generated in the bonded body, improve the bonding strength, and obtain a healthy ceramic-metal bonded body with a low incidence of defects such as cracks.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例のセラミックス−金属接合体
を示す図、第2図および第3図は本発明の他の実施例の
セラミックス−金属接合体を示す図、第4図は接合界面
近傍の最大主応力の平面分布を示す図、第5図はセラミ
ックス−金属接合体における残留応力分布の測定結果を
示す図、第6図から第8図は本発明のさらに他の実施例
を示す図、第9図は従来のセラミックス−金属接合体に
おける残留応力分布の一例を示す図、第10図は従来の
セラミックス−金属接合体を説明するための図である。 11.21・・・セラミックス−金属接合体、12.2
2・・・窒化ケイ素セラミックス、13.23・・・金
属部材、 34・・・銅板、35・・・照射跡、 42・・・アルミナ基板、43・・・銅板、52・・・
窒化アルミニウム基板、 61・・・セラミックス−金属接合体、A・・・接合界
面。 第1図 出願人      株式会社 東芝
FIG. 1 is a diagram showing a ceramic-metal bonded body according to an embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are diagrams showing a ceramic-metal bonded body according to another embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram showing a ceramic-metal bonded body according to another embodiment of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing the planar distribution of the maximum principal stress near the interface, FIG. 5 is a diagram showing the measurement results of residual stress distribution in a ceramic-metal bonded body, and FIGS. 6 to 8 are diagrams showing still other embodiments of the present invention. FIG. 9 is a diagram showing an example of residual stress distribution in a conventional ceramic-metal bonded body, and FIG. 10 is a diagram for explaining a conventional ceramic-metal bonded body. 11.21...Ceramics-metal bonded body, 12.2
2...Silicon nitride ceramics, 13.23...Metal member, 34...Copper plate, 35...Irradiation trace, 42...Alumina substrate, 43...Copper plate, 52...
Aluminum nitride substrate, 61... Ceramic-metal bonded body, A... Bonding interface. Figure 1 Applicant: Toshiba Corporation

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)セラミックス部材と金属部材との接合体であり、
前記セラミックス部材の表面には機械加工によって無方
向性圧縮応力を付与する応力低減処理が施されたことを
特徴とするセラミックス−金属接合体。
(1) A joined body of a ceramic member and a metal member,
A ceramic-metal bonded body, characterized in that the surface of the ceramic member is subjected to stress reduction treatment that applies non-directional compressive stress by machining.
(2)セラミックス部材と金属部材との接合体であり、
この接合体の最大主応力点を含む接合体の表面にはエネ
ルギービーム照射による応力解放処理が施されたことを
特徴とするセラミックス−金属接合体。
(2) A joined body of a ceramic member and a metal member,
A ceramic-metal bonded body characterized in that the surface of the bonded body including the maximum principal stress point of the bonded body is subjected to stress release treatment by energy beam irradiation.
JP22966890A 1990-08-30 1990-08-30 Ceramics-metal bonded body Pending JPH04108675A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013111581A (en) * 2011-11-24 2013-06-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Joined body, vehicle constituted of the joined body, and method for manufacturing the joined body

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013111581A (en) * 2011-11-24 2013-06-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Joined body, vehicle constituted of the joined body, and method for manufacturing the joined body

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