JPH04331779A - Method for metallizing oxide based ceramics - Google Patents

Method for metallizing oxide based ceramics

Info

Publication number
JPH04331779A
JPH04331779A JP10225991A JP10225991A JPH04331779A JP H04331779 A JPH04331779 A JP H04331779A JP 10225991 A JP10225991 A JP 10225991A JP 10225991 A JP10225991 A JP 10225991A JP H04331779 A JPH04331779 A JP H04331779A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
powder
tungsten
oxide
hydrogen
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.)
Withdrawn
Application number
JP10225991A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shogo Konya
省吾 紺谷
Yuichi Taniguchi
裕一 谷口
Akira Okamoto
晃 岡本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP10225991A priority Critical patent/JPH04331779A/en
Publication of JPH04331779A publication Critical patent/JPH04331779A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve strength of oxide based ceramics without changing characteristics by forming a specific layer to the surface of an oxide based ceramic sintered body to form a specific layer and then forming the second layer thereon and then sintering these layers in an atmosphere such as hydrogen. CONSTITUTION:A paste obtained by mixing 100 pts. wt. mixed powder consisting of 70-95 pts. wt. tungsten powder having <=10mum average particle diameter and 30-5 pts. wt. glass powder having <=10mum particle diameter with 0.1-20 pts. wt. powder obtained by combining one or more kind of compound among pure substance, oxide and salt of Ni, Co, Pd, Fe, etc., and having <=50mum maximum particle diameter and kneading the mixture with an organic vehicle is applied to the surface of ceramic sintered compact 2 and dried to form a metallized lower layer 31 which is the first layer. Then an upper alloy layer 32 consisting of nickel, etc., is formed on the layer 31. Then the above-mentioned formed body is sintered at sintering temperature corresponding to the composition of the sintered compact 2 and layers 31 and 32 under atmosphere controlled so that ratio (r) of hydrogen and steam may have desired correlation to produce oxide based ceramics in which a metallized layer 3 is formed.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明はセラミックスのメタライ
ズ法、詳しくは真空封止性、ろう付け性および接合強度
に優れた酸化物系セラミックスのメタライズ法に関する
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for metallizing ceramics, and more particularly, to a method for metallizing oxide-based ceramics that has excellent vacuum sealing properties, brazing properties, and bonding strength.

【0002】0002

【従来の技術】金属と酸化物系セラミックスの接合を利
用するものの例として電子レンジ用マグネトロン碍子や
真空スイッチの外囲器等の電子管が挙げられる。これら
に対して金属とセラミックスの接合を利用する場合は、
接合界面が真空封止性を保持していなければならず、こ
の条件に対応する接合方法として、一般的にはセラミッ
クスをメタライズし、メタライズ後相手金属と該セラミ
ックスをろう付けする方法が用いられている。
2. Description of the Related Art Electron tubes such as magnetron insulators for microwave ovens and vacuum switch envelopes are examples of devices that utilize the bonding of metals and oxide ceramics. When using metal and ceramic bonding for these,
The bonding interface must maintain vacuum sealing properties, and the bonding method that meets this condition is generally to metalize ceramics and then braze the ceramics with the mating metal after metallization. There is.

【0003】従来よりかかるメタライズに関する多くの
提案がなされている。しかしながら従来法において真空
封止性とろう付け性を兼ね備えたメタライズ層を形成す
るには複雑な処理と長時間を要するものが多く、経済性
、作業効率性の点において大きな問題を抱かえていた。 そこで本出願人は、かかる問題を効率的に解決したメタ
ライズ法を発明し、先に出願した。この先願発明は、特
開平2−124787号公報として公開されており、そ
の概要は以下のとおりである。尚、この特開平2−12
4787号公報に開示された技術を以下Ni−W法と称
する。
[0003] Many proposals regarding such metallization have been made in the past. However, conventional methods often require complicated processing and a long time to form a metallized layer that has both vacuum sealability and brazing properties, which poses major problems in terms of economy and work efficiency. . Therefore, the present applicant invented a metallization method that efficiently solved this problem, and filed an application earlier. This prior invention has been published as Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-124787, and its outline is as follows. Furthermore, this Unexamined Patent Publication No. 2-12
The technique disclosed in Japanese Patent No. 4787 is hereinafter referred to as the Ni-W method.

【0004】さて、前記Ni−W法は、酸化物系セラミ
ックス焼結体の表面に、タングステンの粉末とガラス粉
末の混合粉末を有機ビークルで混練してなるペーストを
塗布した後、乾燥して第1層を形成し、次に第1層の上
面に、ニッケル、ニッケル酸化物、ニッケル塩のいずれ
か1種あるいは2種以上を組み合わせて混合したものを
前記有機ビークルで混練してなるペーストを塗布した後
、乾燥して第2層を形成することからなる。
Now, in the Ni-W method, a paste made by kneading a mixed powder of tungsten powder and glass powder in an organic vehicle is applied to the surface of an oxide-based ceramic sintered body, and then dried. One layer is formed, and then a paste made by kneading any one or a combination of two or more of nickel, nickel oxide, and nickel salt in the organic vehicle is applied to the top surface of the first layer. and then drying to form a second layer.

【0005】第1層を形成する混合粉末は、平均粒径が
10μm以下に調整されたタングステン粉末70〜95
重量%とガラス粉末30〜5重量%を混合したものであ
り、第2層を形成する混合粉末は、平均粒径10μmに
調整されたニッケル、ニッケル酸化物、ニッケル塩のい
ずれか1種もしくは2種以上を組み合わせた粉末である
The mixed powder forming the first layer is 70 to 95 tungsten powder whose average particle size is adjusted to 10 μm or less.
The mixed powder forming the second layer contains one or two of nickel, nickel oxide, and nickel salt adjusted to an average particle size of 10 μm. It is a powder that is a combination of more than one species.

【0006】前述したように、セラミックス表面上に第
1層と第2層を形成した後、セラミックス焼結体を12
00〜1400℃の範囲で、雰囲気中に水素と水蒸気の
比が1<(H2 /H2 O)<100000に調整さ
れた雰囲気条件で焼成する。この焼成の際、第1層のタ
ングステン粉末は適度の量の空隙をもって焼結する。こ
れに対して、前記ペースト中のガラス粉末は溶融し、そ
の一部分はセラミックス焼結体の表面に流動し、セラミ
ックスと反応する。ガラスの残部はタングステンの空隙
部分を隙間なく充填し、タングステンとガラスの混合層
(メタライズ下部層)を形成する。
As mentioned above, after forming the first layer and the second layer on the ceramic surface, the ceramic sintered body is heated for 12 hours.
Firing is performed in the range of 00 to 1,400°C under atmospheric conditions in which the ratio of hydrogen to water vapor in the atmosphere is adjusted to be 1<(H2/H2O)<100000. During this firing, the tungsten powder of the first layer is sintered with an appropriate amount of voids. On the other hand, the glass powder in the paste melts, a part of which flows onto the surface of the ceramic sintered body and reacts with the ceramic. The remaining glass fills the voids in the tungsten without any gaps, forming a mixed layer of tungsten and glass (metallized lower layer).

【0007】一方、第2層中のニッケル、ニッケル酸化
物、ニッケル塩は焼成雰囲気中では金属状態に還元され
、十分焼結し、メタライズ下部層を被覆し、自らはニッ
ケル層を形成する。図2はこのようにしてセラミックス
焼結体2の表面に生成されたメタライズ層3の断面を示
すもので、セラミックス焼結体2の表面に前述したタン
グステン−ガラスからなるメタライズ下部層31が、ま
たこの混合層31の上面にニッケル層32が形成され、
メタライズ層3を構成している。この場合、ニッケル層
32にはタングステンがその固溶限まで固溶し得るが、
ろう付け性には影響を及ぼさない。このようにしてセラ
ミックス焼結体2上に、強固に接着されたメタライズ層
3が形成される。冷却後はアルミナとガラスは連続相と
なり、タングステンとガラスはアンカー効果により、強
固に接着する。かくして、酸化物系セラミックスとタン
グステンはガラスを媒介として、タングステンとニッケ
ルは相互拡散によりそれぞれ接着して、メタライズされ
たアルミナ体1が完成する。
On the other hand, nickel, nickel oxide, and nickel salt in the second layer are reduced to a metallic state in the firing atmosphere, are sufficiently sintered, and cover the metallized lower layer, forming a nickel layer by themselves. FIG. 2 shows a cross section of the metallized layer 3 formed on the surface of the ceramic sintered body 2 in this way. A nickel layer 32 is formed on the upper surface of this mixed layer 31,
It constitutes the metallized layer 3. In this case, tungsten can be dissolved in the nickel layer 32 up to its solid solubility limit;
Does not affect brazing properties. In this way, a strongly bonded metallized layer 3 is formed on the ceramic sintered body 2. After cooling, alumina and glass become a continuous phase, and tungsten and glass firmly adhere due to the anchor effect. In this way, the oxide ceramic and tungsten are bonded to each other through glass, and the tungsten and nickel are bonded to each other by mutual diffusion, and the metallized alumina body 1 is completed.

【0008】Ni−W法は、従来より使用されてきた高
融点金属法と称されるメタライズ法を改善する目的で発
明されたもので、高融点金属法と比較して、ろう付け性
及び真空封止性が劣らず、製造コストが約半分になる上
に接合強度が劣らない等の多くの優れた特徴を有する。
The Ni-W method was invented for the purpose of improving the conventionally used metallization method called the refractory metal method, and compared with the refractory metal method, it has better brazing properties and vacuum It has many excellent features such as good sealing performance, approximately half the manufacturing cost, and no inferior bonding strength.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】Ni−W法が生み出す
特性は非常に高いものであり、十分使用に供することが
できるものであるが、強度の面ではメタライズ下部層の
強度を高めることにより、さらに接合体の強度を高くす
ることができる可能性があった。その理由を以下に述べ
る。Ni−W法においてはメタライズ下部層のタングス
テンが適量の空隙を持つことが重要であり、タングステ
ンが過焼結すると、タングステンの空隙が少なくなるた
め、メタライズ下部層それ自体の強度は上昇するが、タ
ングステンとガラスのアンカー効果が減少し、全体とし
ての強度は低下する。逆に、メタライズ下部層中のタン
グステンの焼結状態が不十分であると、タングステン中
の空隙は多くなり、ガラスとタングステンのアンカー効
果は十分に得られるが、メタライズ下部層の強度それ自
体は低下し、全体としての接合強度はやはり低下する。 即ち、アンカー効果を低下させずに、メタライズ下部層
を強化することができれば、Ni−W法をさらに上回る
強度が得られる可能性があった。
[Problems to be Solved by the Invention] The properties produced by the Ni-W method are very high and can be used satisfactorily, but in terms of strength, by increasing the strength of the metallized lower layer, Furthermore, there was a possibility that the strength of the joined body could be increased. The reason for this is explained below. In the Ni-W method, it is important that the tungsten in the metallized lower layer has an appropriate amount of voids; when tungsten is oversintered, the tungsten voids decrease, so the strength of the metalized lower layer itself increases; The anchoring effect of tungsten and glass is reduced and the overall strength is reduced. Conversely, if the sintering state of tungsten in the lower metallized layer is insufficient, there will be more voids in the tungsten, and although a sufficient anchoring effect between glass and tungsten can be obtained, the strength of the lower metallized layer itself will decrease. However, the overall bonding strength still decreases. That is, if the metallized lower layer could be strengthened without reducing the anchoring effect, there was a possibility that strength even higher than the Ni-W method could be obtained.

【0010】また、Ni−W法における焼成温度は12
00〜1400℃であるが、第1層にタングステンの焼
結を促進する金属を添加すると同時に、雰囲気を調整す
ることにより、焼成温度を低減できる可能性があった。 即ち、セラミックスの成分によっては1200℃以上で
焼成すると、母材の特性が劣化するものがある。例えば
1100℃で焼成されるチタン酸バリウムコンデンサを
1200℃以上でメタライズすると誘電特性が大きく劣
化した。そのため1200℃未満でもメタライズできる
方法が望まれていた。
[0010] Furthermore, the firing temperature in the Ni-W method is 12
00 to 1400°C, but it was possible to reduce the firing temperature by adding a metal that promotes sintering of tungsten to the first layer and adjusting the atmosphere at the same time. That is, depending on the components of the ceramic, the characteristics of the base material may deteriorate if fired at a temperature of 1200° C. or higher. For example, when a barium titanate capacitor fired at 1100° C. was metalized at 1200° C. or higher, the dielectric properties were significantly deteriorated. Therefore, there has been a desire for a method that allows metallization even at temperatures below 1200°C.

【0011】本発明はNi−W法のさらに改良を図るも
ので、メタライズ下部層を形成する物質として、タング
ステン金属内に微量のNi,Co,Pd,Fe,Pt,
Ru,Ir,Rh,Reの1種もしくは2種以上を添加
し、雰囲気を調整することにより焼成温度の低減を可能
ならしめ、かつ接合強度をさらに向上させようとするも
のである。
The present invention aims to further improve the Ni-W method, and includes a trace amount of Ni, Co, Pd, Fe, Pt,
By adding one or more of Ru, Ir, Rh, and Re and adjusting the atmosphere, it is possible to reduce the firing temperature and further improve the bonding strength.

【0012】0012

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決する本
発明は、酸化物系セラミックス焼結体の表面に、平均粒
径が10μm以下のタングステン粉末70〜95重量部
と、粒径が10μm以下のガラス粉末30〜5重量部か
らなる混合粉末100重量部に対して、Ni,Co,P
d,Fe,Pt,Ru,Ir,Rh,Reの純物質、酸
化物、塩のうちいずれか1種または2種以上を組み合わ
せた、最大粒径50μm以下の粉末0.1〜20重量部
を混合し、これを有機ビークルで混練したペーストを塗
布した後、乾燥して第1層を形成し、次いで前記第1層
上に、平均粒径が10μm以下のニッケルあるいはコバ
ルトの純物質、酸化物、塩のうちいずれか1種もしくは
2種以上を組み合わせた粉末を有機ビークルで混練した
ペーストを塗布し、乾燥して第2層を形成するか、ある
いは平均粒径が10μm以下のニッケルあるいはコバル
トの純物質、酸化物、塩のうちいずれか1種、もしくは
2種以上を組み合わせた粉末と銅の純物質、酸化物、塩
のうちいずれか1種もしくは2種以上を組み合わせた粉
末とを有機ビークルで混練したペーストを塗布し、乾燥
して第2層を形成し、次いで前記セラミックス焼結体の
成分および第1層、第2層の粉末組成に応じて焼成温度
を設定すると共に、予め求めた焼成温度と雰囲気中の水
素と水蒸気の比rの相関に基づき、前記比rを制御しつ
つ焼成することを特徴とする真空封止性、ろう付け性並
びに接合強度に優れた酸化物系セラミックスのメタライ
ズ法を要旨とするものである。
[Means for Solving the Problems] The present invention, which solves the above-mentioned problems, includes adding 70 to 95 parts by weight of tungsten powder with an average particle size of 10 μm or less and a particle size of 10 μm on the surface of an oxide-based ceramic sintered body. For 100 parts by weight of a mixed powder consisting of 30 to 5 parts by weight of the following glass powders,
0.1 to 20 parts by weight of powder with a maximum particle size of 50 μm or less, which is a combination of any one or two or more of pure substances, oxides, and salts of d, Fe, Pt, Ru, Ir, Rh, and Re. After applying a paste made by mixing and kneading this with an organic vehicle, it is dried to form a first layer, and then a pure substance or oxide of nickel or cobalt with an average particle size of 10 μm or less is applied on the first layer. Apply a paste made by kneading powder of one or more salts in an organic vehicle and dry it to form a second layer, or apply a paste of nickel or cobalt with an average particle size of 10 μm or less. A powder containing one or more of pure copper substances, oxides, and salts, and a powder containing one or more of pure copper substances, oxides, and salts in an organic vehicle. The paste kneaded with is applied and dried to form a second layer, and then the firing temperature is set according to the components of the ceramic sintered body and the powder composition of the first and second layers, and the firing temperature is set at a temperature determined in advance. Oxide-based ceramics with excellent vacuum sealability, brazing properties, and bonding strength, characterized in that the ratio r is controlled based on the correlation between the firing temperature and the ratio r of hydrogen to water vapor in the atmosphere. The gist is the metallization method.

【0013】[0013]

【作用】前述したNi−W法の工程は以下の通りである
。まず、平均粒径(以下特記無き場合は、単に粒径と称
する)10μm以下に調整されたタングステン粉末70
〜95重量%とガラス粉末30〜5重量%を混合してペ
ースト状にし、酸化物系セラミックス焼結体の上面に塗
布して第1層を形成する。この第1層を乾燥した後、粒
径10μmに調整されたニッケル、ニッケル酸化物、ニ
ッケル塩のいずれか1種もしくは2種以上を組合わせた
粉末をペースト状にし、第1層上面に塗布して第2層を
形成し、再度乾燥する。このようにしてセラミックス上
に第1層と第2層を形成した後、セラミックス焼結体を
1200〜1400℃の範囲で、雰囲気中の水素と水蒸
気の比が1<H2 /H2 O<100000に調整さ
れた雰囲気条件で焼成する。
[Operation] The steps of the Ni-W method described above are as follows. First, tungsten powder 70 adjusted to an average particle size (hereinafter simply referred to as particle size unless otherwise specified) of 10 μm or less
~95% by weight and 30~5% by weight of glass powder are mixed to form a paste, and the paste is applied to the upper surface of the oxide ceramic sintered body to form the first layer. After drying this first layer, a powder of one or more of nickel, nickel oxide, and nickel salt adjusted to a particle size of 10 μm is made into a paste and applied to the top surface of the first layer. to form a second layer and dry again. After forming the first and second layers on the ceramic in this way, the ceramic sintered body is heated in the range of 1200 to 1400°C so that the ratio of hydrogen to water vapor in the atmosphere is 1<H2 /H2O<100000. Firing under controlled atmospheric conditions.

【0014】この焼成の際、図2に示すように第1層の
タングステン粉末は、ある程度焼結する。これに対し、
前記ペースト中のガラス粉末は溶融し、その一部分はセ
ラミックス焼結体の表面に流動し、アルミナと反応する
。ガラスの残部はタングステンの空隙部分を隙間なく充
填し、タングステンとガラス混合層を形成する。一方、
第2層中のニッケル、ニッケル酸化物、ニッケル塩は焼
成雰囲気中ではニッケルに還元され、十分焼結し、タン
グステン層を被覆し、自らはニッケル層を形成する。
During this firing, the tungsten powder of the first layer is sintered to some extent as shown in FIG. On the other hand,
The glass powder in the paste melts, and a portion of it flows onto the surface of the ceramic sintered body and reacts with the alumina. The remaining glass fills the voids in the tungsten without any gaps, forming a tungsten and glass mixed layer. on the other hand,
Nickel, nickel oxide, and nickel salt in the second layer are reduced to nickel in the firing atmosphere, are sufficiently sintered, cover the tungsten layer, and form the nickel layer themselves.

【0015】このようにしてセラミックス焼結体上に、
強固に接着されたメタライズ層が形成される。冷却後は
アルミナとガラスは連続相となり、タングステンとガラ
スはアンカー効果により、強固に接着する。かくして、
アルミナとタングステンはガラスを媒介として、タング
ステンとニッケルは相互拡散によりそれぞれ接着して、
メタライズされたセラミックス体が完成する。かくして
メタライズされたセラミックスは金属と強固に接合する
ことが可能となる。
[0015] In this way, on the ceramic sintered body,
A strongly bonded metallized layer is formed. After cooling, alumina and glass become a continuous phase, and tungsten and glass firmly adhere due to the anchor effect. Thus,
Alumina and tungsten are bonded together through glass, and tungsten and nickel are bonded together through mutual diffusion.
The metallized ceramic body is completed. In this way, metallized ceramics can be firmly bonded to metals.

【0016】さらに本発明者らは、ニッケルと同等のろ
う付け性をもつ金属として、コバルトをニッケルの代替
材料とする方法を特願平1−246736号として出願
した。さらにメタライズ層表面のニッケル層に銅を添加
し、ハンダ付け性を向上させる方法を特願2−3188
号として出願した。
Furthermore, the present inventors filed Japanese Patent Application No. 1-246736 for a method of using cobalt as a substitute material for nickel as a metal having brazing properties equivalent to nickel. Furthermore, patent application No. 2-3188 discloses a method of adding copper to the nickel layer on the surface of the metallized layer to improve solderability.
The application was filed as No.

【0017】本発明は、Ni−W法において、メタライ
ズ下部層に前記添加剤を添加し、Ni−W法で得られる
接合強度をさらに向上させ、さらにメタライズ層焼成温
度を低下させて、セラミックスの成分に適した焼成温度
の選択を可能にしようとするものである。前述したよう
に、Ni−W法においてはメタライズ下部層のタングス
テンが適量の空隙を持つことが重要であり、タングステ
ンが過焼結すると、タングステンの空隙が少なくなるた
め、メタライズ下部層それ自体の強度は上昇するが、タ
ングステンとガラスのアンカー効果が減少し、全体とし
ての強度は低下する。逆に、メタライズ下部層中のタン
グステンの焼結状態が不十分であると、タングステン中
の空隙は多くなり、ガラスとタングステンのアンカー効
果は十分に得られるが、メタライズ下部層の強度それ自
体は低下し、全体としての接合強度はやはり低下する。 即ち、接合強度は、図3の実線に示すようにメタライズ
下部層の強度とアンカー効果の強度がそれぞれの最適値
になる条件で最大となる。
[0017] In the Ni-W method, the present invention adds the above-mentioned additive to the metallized lower layer, further improves the bonding strength obtained by the Ni-W method, and further lowers the firing temperature of the metallized layer, thereby improving the performance of ceramics. The aim is to enable the selection of firing temperatures suitable for the ingredients. As mentioned above, in the Ni-W method, it is important that the tungsten in the metallized lower layer has an appropriate amount of voids, and when tungsten is oversintered, the tungsten voids decrease, so the strength of the metalized lower layer itself decreases. increases, but the anchoring effect of tungsten and glass decreases, and the overall strength decreases. Conversely, if the sintering state of tungsten in the lower metallized layer is insufficient, there will be more voids in the tungsten, and although a sufficient anchoring effect between glass and tungsten can be obtained, the strength of the lower metallized layer itself will decrease. However, the overall bonding strength still decreases. That is, the bonding strength is maximized under conditions where the strength of the lower metallized layer and the strength of the anchor effect are each at their optimum values, as shown by the solid line in FIG.

【0018】即ち、アンカー効果を低下させずに、メタ
ライズ下部層を強化することができれば、図3の破線に
示すように引例のNi−W法をさらに上回る強度を得る
ことができる。アンカー効果を保ちつつ、メタライズ下
部層の強度を向上させるには、タングステンの適量の空
隙を残したまま、メタライズ下部層内のタングステンを
部分的に過焼結させてやればよい。メタライズ下部層が
部分的に過焼結することにより、メタライズ下部層の強
度は向上し、かつ空隙は失われていないため、アンカー
効果も保たれる。
That is, if the lower metallized layer can be strengthened without reducing the anchoring effect, it is possible to obtain strength that is even higher than the Ni--W method in the cited example, as shown by the broken line in FIG. In order to improve the strength of the metallized lower layer while maintaining the anchor effect, the tungsten in the metallized lower layer may be partially oversintered while leaving an appropriate amount of tungsten voids. By partially oversintering the metallized lower layer, the strength of the metallized lower layer is improved, and since the voids are not lost, the anchoring effect is also maintained.

【0019】また、Ni−W法における焼成温度は12
00〜1400℃であるが、低温焼結型の酸化物系セラ
ミックス(例えば1100℃で焼成されるガラス添加型
チタン酸バリウムコンデンサー)等は、1100℃以上
でメタライズするとコンデンサーとしての特性が変化し
、これらのメタライズは1100℃未満の焼成温度で行
わねばならなかった。そこで、低温焼成温度で高強度を
提供するメタライズ法が望まれていた。第1層にタング
ステンの焼結を促進する金属を添加すると同時に、雰囲
気を調整することにより、焼成温度を低減できる可能性
があり、適応可能なセラミックス種が増加される。
[0019] Furthermore, the firing temperature in the Ni-W method is 12
However, when low-temperature sintered oxide ceramics (e.g. glass-added barium titanate capacitors fired at 1100°C) are metallized at temperatures above 1100°C, their characteristics as capacitors change. These metallizations had to be carried out at firing temperatures below 1100°C. Therefore, a metallization method that provides high strength at low firing temperatures has been desired. By adding a metal that promotes sintering of tungsten to the first layer and adjusting the atmosphere at the same time, it is possible to reduce the firing temperature and increase the number of applicable ceramic species.

【0020】そこで、研究を重ねた結果、第1層のタン
グステンとガラスの混合体にNi,Co,Pd,Fe,
Ru,Ir,Pt,Rh,Reを添加すると、メタライ
ズ下部層強度が向上し、接合強度が高くなり、しかも焼
成温度を900℃まで低減できることを知見した。本発
明は、メタライズ下部層を形成する物質として、タング
ステン金属内に微量のNi,Co,Pd,Fe,Pt,
Ru,Ir,Rh,Reを添加することにより、引例の
Ni−W法によって得られる接合強度をさらに向上させ
、しかも焼成温度を大幅に低減できることを特徴とする
。第1層に添加されるNi,Co,Pd,Fe,Pt,
Ru,Ir,Rh,Reを以下添加剤と称する。
Therefore, as a result of repeated research, Ni, Co, Pd, Fe, Ni, Co, Pd, Fe,
It has been found that addition of Ru, Ir, Pt, Rh, and Re improves the strength of the metallized lower layer, increases the bonding strength, and can reduce the firing temperature to 900°C. The present invention uses trace amounts of Ni, Co, Pd, Fe, Pt,
By adding Ru, Ir, Rh, and Re, the bonding strength obtained by the cited Ni-W method can be further improved, and the firing temperature can be significantly reduced. Ni, Co, Pd, Fe, Pt added to the first layer,
Ru, Ir, Rh, and Re are hereinafter referred to as additives.

【0021】図4は、本発明における基本的な機構を説
明するための模式図である。まず、図4(a)に示すよ
うに、酸化物系セラミックスの一つであるアルミナ質の
セラミックス焼結体2の表面に、Ni,Co,Pd,F
e,Pt,Ru,Ir,Rh,Reの純物質、酸化物、
塩のいずれか1種もしくは2種以上の混合粉末、タング
ステン粉末およびガラス粉末とからなる混合粉末を有機
ビークルで混練してなるペーストを塗布した後、乾燥し
て第1層301を形成する。タングステン粉末とガラス
粉末はそれぞれ粒径が10μm以下に調整されている。 ガラスは、酸化物系で焼成温度で溶融し、かつ焼成雰囲
気内で金属に還元されないものであれば使用可能である
。その一例としてAl2 O3 −MnO−SiO2 
系を用いることができる。また有機ビークルの一例とし
てはエチルセルロース等の有機バインダとテルピネオー
ル等の有機溶剤を混合し、適度な粘度にしたものが使用
可能である。次に第1層301の上面に、粒径が10μ
m以下のニッケルあるいはコバルトの純物質、酸化物、
塩のうちいずれか1種もしくは2種以上を組み合わせた
粉末を有機ビークルで混練したペースト、あるいは粒径
が10μm以下のニッケルあるいはコバルトの純物質、
酸化物、塩のうちいずれか1種もしくは2種以上を組み
合わせた粉末と銅の純物質、酸化物、塩のうちいずれか
1種もしくは2種以上を組み合わせた粉末を有機ビーク
ルで混練したペーストを塗布した後、乾燥して第2層3
02を形成する。図4(b)はこれらを模式的に示した
ものである。
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the basic mechanism of the present invention. First, as shown in FIG. 4(a), Ni, Co, Pd, F,
e, Pt, Ru, Ir, Rh, Re pure substances, oxides,
A paste made by kneading a mixed powder of one or more salts, tungsten powder, and glass powder using an organic vehicle is applied and then dried to form the first layer 301 . The particle sizes of the tungsten powder and the glass powder are each adjusted to 10 μm or less. Glass can be used as long as it is an oxide and melts at the firing temperature and is not reduced to metal in the firing atmosphere. One example is Al2 O3 -MnO-SiO2
system can be used. Further, as an example of the organic vehicle, a mixture of an organic binder such as ethyl cellulose and an organic solvent such as terpineol to obtain an appropriate viscosity can be used. Next, on the top surface of the first layer 301, a particle size of 10 μm is applied.
pure nickel or cobalt substances, oxides,
A paste made by kneading powder of one or more salts in an organic vehicle, or a pure substance of nickel or cobalt with a particle size of 10 μm or less,
A paste made by kneading a powder containing one or more of oxides and salts and a powder containing one or more of pure copper, oxides and salts in an organic vehicle. After coating, dry and apply the second layer 3.
Form 02. FIG. 4(b) schematically shows these.

【0022】このようにして第1層301と第2層30
2を形成した後、セラミックス焼結体2を、セラミック
ス成分および第1層、第2層の粉末組成に応じて焼成温
度を選択し、該焼成温度に対応した雰囲気条件で焼成す
る。この際、図5の模式図に示すように、第1層301
のタングステン粉末は適量の空隙をもって焼結する。こ
のとき、第1層に添加された添加剤はタングステンにほ
とんど固溶せず、極く微量がタングステン粉末の表面に
拡散する。即ち、タングステンの焼結に必要なタングン
テン原子の移動は、表面に拡散した添加剤を通って生じ
ることになる。添加剤中のタングステンの拡散係数は、
添加剤がない場合のタングステンの拡散係数と比較して
著しく大きいものである(例えばニッケル中のタングス
テンの拡散係数は、1250℃において2.2×10−
14 m2/sであり、ニッケルがない場合の拡散係数
5.8×10−24 m2/sを大きく上回る)。即ち
、極く微量拡散する添加剤によって、焼成温度を大幅に
低下できる。ただし、水素/水蒸気比が低すぎるとタン
グステン表面に薄い酸化皮膜が形成され、これが添加剤
のタングステン粒表面への表面拡散を阻害するため、特
に1200℃未満の低温で焼成する場合は水素/水蒸気
比を高く保つことが必要である。
In this way, the first layer 301 and the second layer 30
After forming the ceramic sintered body 2, the firing temperature is selected depending on the ceramic component and the powder composition of the first layer and the second layer, and the ceramic sintered body 2 is fired under atmospheric conditions corresponding to the firing temperature. At this time, as shown in the schematic diagram of FIG.
Tungsten powder is sintered with a suitable amount of voids. At this time, the additive added to the first layer is hardly dissolved in the tungsten, and a very small amount is diffused onto the surface of the tungsten powder. That is, the movement of tungsten atoms necessary for sintering of tungsten occurs through the additive diffused on the surface. The diffusion coefficient of tungsten in the additive is
This is significantly larger than the diffusion coefficient of tungsten in the absence of additives (for example, the diffusion coefficient of tungsten in nickel is 2.2 x 10-
14 m2/s, much higher than the diffusion coefficient of 5.8 x 10-24 m2/s in the absence of nickel). That is, the firing temperature can be significantly lowered by the addition of an additive that diffuses in a very small amount. However, if the hydrogen/steam ratio is too low, a thin oxide film will form on the tungsten surface, which will inhibit the surface diffusion of additives to the tungsten grain surface. It is necessary to keep the ratio high.

【0023】またタングステンは添加剤中に固溶するこ
とができるため、タングステンは添加剤中に拡散する。 この現象により、添加剤周囲にはタングステンが集まる
ことになり、結果として添加剤を中心として、金属が部
分的に過焼結したと同じ現象が生じたことになる。この
ことにより、メタライズ下部層の強度が上昇する。前記
ペースト中のガラス粉末は溶融し、その一部分はセラミ
ックス焼結体2の表面に流動し、アルミナと反応する。 ガラスの残部はタングステンの空隙を隙間なく充填し、
タングステン、ガラス、添加剤の三種共存のメタライズ
下部層を形成する。
[0023] Furthermore, since tungsten can form a solid solution in the additive, tungsten diffuses into the additive. This phenomenon caused tungsten to gather around the additive, resulting in the same phenomenon as when the metal was partially oversintered around the additive. This increases the strength of the metallized lower layer. The glass powder in the paste is melted, and a portion of it flows onto the surface of the ceramic sintered body 2 and reacts with alumina. The remainder of the glass fills the voids in the tungsten without any gaps.
Form a metallized lower layer containing three types of coexistence: tungsten, glass, and additives.

【0024】一方、第2層302中のニッケル、コバル
ト、銅の純物質あるいはその酸化物、塩は焼成雰囲気中
ではニッケル、コバルト、銅に還元され、十分焼結し、
メタライズ下部層を被覆し、自らは上部合金層を形成す
る。図1はこのようにしてセラミックス焼結体2の表面
に生成されたメタライズ層3の断面を示すもので、セラ
ミックス焼結体2の表面に前述したメタライズ下部層3
1が、またこのメタライズ下部層31の上面に上部合金
層32が形成され、メタライズ層3を構成している。こ
の場合、上部合金層32にはタングステンが、その固溶
限(約35重量%)まで固溶し得るが、ろう付け性には
影響を及ぼさない。このようにして、セラミックス焼結
体2上に、強固に接着されたメタライズ層3が形成され
る。冷却後はアルミナとガラスは連続相となり、タング
ステンとガラスはアンカー効果により、強固に接着する
。かくして、アルミナとタングステンはガラスを媒介と
して、タングステンと上部合金は相互拡散により、それ
ぞれ接着して、メタライズされたアルミナ体1が完成す
る。
On the other hand, the pure substances of nickel, cobalt, and copper in the second layer 302 or their oxides and salts are reduced to nickel, cobalt, and copper in the firing atmosphere, and are sufficiently sintered.
It covers the lower layer of metallization and itself forms the upper alloy layer. FIG. 1 shows a cross section of the metallized layer 3 generated on the surface of the ceramic sintered body 2 in this way.
1, and an upper alloy layer 32 is formed on the upper surface of this lower metallized layer 31, constituting the metallized layer 3. In this case, tungsten can be dissolved in the upper alloy layer 32 up to its solid solubility limit (approximately 35% by weight), but this does not affect the brazing properties. In this way, a strongly bonded metallized layer 3 is formed on the ceramic sintered body 2. After cooling, alumina and glass become a continuous phase, and tungsten and glass firmly adhere due to the anchor effect. In this way, alumina and tungsten are bonded to each other through glass, and tungsten and the upper alloy are bonded to each other by mutual diffusion, and a metalized alumina body 1 is completed.

【0025】タングステン粒は粒径が10μm以下のも
のに限定される。この範囲を外れると、タングステン粒
間距離の大小差が大きくなりすぎ、毛管現象によりガラ
スがタングステン粒間径の狭い部位へ移動し、粒間径の
広い部分にガラスが存在し得なくなるため、真空封止性
が得られない。ガラス粒径も10μm以下のものに限ら
れるが、この理由は上述のタングステン粒径限定理由と
同じである。則ち、粒径10μm以上のガラスが溶融し
た場合、ガラスはタングステン粒間径の小さい部位に吸
い取られ、ガラスが存在していた部分は空隙となるから
である。
[0025] The tungsten grains are limited to those having a grain size of 10 μm or less. Outside this range, the difference in distance between tungsten grains becomes too large, and glass moves to areas with narrow intergranular diameters due to capillary action, making it impossible for glass to exist in areas with wide intergranular diameters. Sealing properties cannot be obtained. The glass particle size is also limited to 10 μm or less for the same reason as the above-mentioned reason for limiting the tungsten particle size. In other words, when glass having a particle size of 10 μm or more is melted, the glass is absorbed into the area where the tungsten particle size is small, and the area where the glass was present becomes a void.

【0026】タングステン粉末とガラス粉末の混合比は
、タングステンが70〜95重量%、ガラスが30〜5
重量%に限定される。この比からタングステンが多い側
に外れると、ガラスの絶対量が少なくなりすぎ、ガラス
がタングステンのネットワークを充填できず、真空封止
性が保証できない。逆にタングステンが少ない側にずれ
るとタングステンがネットワークを形成できず、十分な
強度が得られないからである。
The mixing ratio of tungsten powder and glass powder is 70 to 95% by weight of tungsten and 30 to 5% by weight of glass.
% by weight. If the ratio deviates from the side with more tungsten, the absolute amount of glass becomes too small, the glass cannot fill the tungsten network, and vacuum sealability cannot be guaranteed. On the other hand, if the amount of tungsten is shifted to the side where there is less tungsten, the tungsten will not be able to form a network and sufficient strength will not be obtained.

【0027】ニッケル源、コバルト源、銅源則ちニッケ
ル、コバルト、銅の純物質、酸化物、塩は10μm以下
に限定される。これを外れると、焼結が十分に進まず、
メタライズ下部層31表面を完全に被覆できないため、
ろう付け性が悪くなる。添加剤量は、タングステンとガ
ラスの合計重量100重量部に対して、添加剤重量は0
.1〜20重量部に限定される。前記限定範囲を少ない
側に外れると、添加剤としての効果が得られず、多い側
に外れると過焼結部分が全体におよび、アンカー効果が
消失する。
The thickness of the nickel source, cobalt source, and copper source, that is, the pure substances, oxides, and salts of nickel, cobalt, and copper, is limited to 10 μm or less. If this is not the case, sintering will not proceed sufficiently.
Since the surface of the metallized lower layer 31 cannot be completely covered,
Brazing properties deteriorate. The amount of additive is 0 parts by weight per 100 parts by weight of the total weight of tungsten and glass.
.. It is limited to 1 to 20 parts by weight. If it deviates from the above-mentioned limited range to the small side, the effect as an additive cannot be obtained, and if it deviates to the large side, the oversintered portion will cover the entire area and the anchor effect will disappear.

【0028】添加剤の粒径は最大粒径が50μmに限ら
れる。50μmを越えると、粒がスクリーン印刷の際に
スクリーンを通過しないためである。焼成温度は、セラ
ミックスの成分、および第1層、第2層の粉末組成から
900〜1450℃の間で設定される。例えば、セラミ
ックスが純度92%程度のアルミナである場合、焼成温
度900〜1450℃であればメタライズ可能である。 しかし、サファイヤのような、ガラスとの反応性が純度
92%アルミナよりも乏しい場合は、焼成温度は高温で
メタライズ層を焼成する必要があり、逆に低温度焼成型
のガラス添加チタン酸バリウムでは1100℃以下での
メタライズ層焼成が必要となる。その際、焼成温度と雰
囲気の関係は以下の如く定められる。焼成温度Tに対し
て雰囲気中の水素と水蒸気の比rは下表の範囲内に入っ
ていなければならない。第2層の銅源は、メタライズ層
を半田付に対応させる場合に特に必要になるが、第2層
が銅源を含む場合と、含まない場合では焼成温度と雰囲
気の相関性が異なる。この原因は1150℃以上では銅
が溶融し、タングステンの空隙中に浸透して、液相焼結
の効果が出て来るからである。焼成温度が1150℃未
満では銅が添加されていることの影響はみられなかった
。■第2層に銅源を含有しない場合         焼成温度  T(℃)      雰
囲気中の水素と水蒸気の比r    900≦T<10
00℃    50≦(H2 /H2 O)≦1000
00  1000≦T<1100℃    10≦(H
2 /H2 O)≦100000  1100≦T<1
200℃      5≦(H2 /H2 O)≦10
0000  1200≦T<1450℃      1
≦(H2 /H2 O)≦100000■第2層に銅源
が含有される場合         焼成温度  T(℃)      雰
囲気中の水素と水蒸気の比r    900≦T<10
00℃    50≦(H2 /H2 O)≦1000
00  1000≦T<1100℃    10≦(H
2 /H2 O)≦100000  1100≦T<1
150℃      5≦(H2 /H2 O)≦10
0000  1150≦T<1450℃      1
≦(H2 /H2 O)≦100000上記焼成温度の
うち、温度範囲が900℃未満では、いくら雰囲気調整
を行っても、タングステンの焼結が不十分であり、14
50℃を超えると、メタライズ層が過焼結し、いずれも
接合強度が低下した。
The particle size of the additive is limited to a maximum particle size of 50 μm. This is because if the particle size exceeds 50 μm, the particles will not pass through the screen during screen printing. The firing temperature is set between 900 and 1450°C based on the ceramic components and the powder compositions of the first and second layers. For example, when the ceramic is alumina with a purity of about 92%, metallization is possible at a firing temperature of 900 to 1450°C. However, for materials such as sapphire, which have poorer reactivity with glass than alumina with a purity of 92%, the metallized layer must be fired at a high firing temperature, whereas glass-added barium titanate, which is fired at a low temperature, The metallized layer must be fired at a temperature of 1100°C or lower. At that time, the relationship between firing temperature and atmosphere is determined as follows. The ratio r of hydrogen to water vapor in the atmosphere with respect to the firing temperature T must fall within the range shown in the table below. The copper source in the second layer is particularly necessary when making the metallized layer compatible with soldering, but the correlation between the firing temperature and the atmosphere is different depending on whether the second layer contains the copper source or not. The reason for this is that at temperatures above 1150°C, copper melts and penetrates into the pores of tungsten, producing the effect of liquid phase sintering. When the firing temperature was less than 1150°C, no effect of copper addition was observed. ■When the second layer does not contain a copper source Firing temperature T (°C) Ratio of hydrogen to water vapor in the atmosphere r 900≦T<10
00℃ 50≦(H2/H2O)≦1000
00 1000≦T<1100℃ 10≦(H
2/H2O)≦100000 1100≦T<1
200℃ 5≦(H2/H2O)≦10
0000 1200≦T<1450℃ 1
≦(H2 /H2 O)≦100000 ■When the second layer contains a copper source Firing temperature T (°C) Ratio of hydrogen to water vapor in the atmosphere r 900≦T<10
00℃ 50≦(H2/H2O)≦1000
00 1000≦T<1100℃ 10≦(H
2/H2O)≦100000 1100≦T<1
150℃ 5≦(H2/H2O)≦10
0000 1150≦T<1450℃ 1
≦(H2/H2O)≦100000 Among the above firing temperatures, if the temperature range is less than 900°C, sintering of tungsten will be insufficient no matter how much the atmosphere is adjusted.
When the temperature exceeded 50°C, the metallized layer was oversintered and the bonding strength decreased in both cases.

【0029】雰囲気rが設定範囲より少ない側にずれる
と、タングステン表面に酸化皮膜が形成され、タングス
テンの焼結を阻害する。特にrが1未満ではタングステ
ン全体が酸化される。rが100000を超える場合は
ガラスが還元されて金属が析出し、かつアルミナの変色
が激しくなる。このように水素と水蒸気が所定の範囲内
にあれば、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを
混合することができる。
[0029] When the atmosphere r deviates from the set range, an oxide film is formed on the tungsten surface, which inhibits sintering of the tungsten. In particular, when r is less than 1, the entire tungsten is oxidized. If r exceeds 100,000, the glass will be reduced and metal will precipitate, and the alumina will become more discolored. As described above, as long as hydrogen and water vapor are within a predetermined range, an inert gas such as nitrogen, argon, helium, etc. can be mixed.

【0030】以上のようにNi−W法では、実験例のア
ルミナ(Al2 O3 )の他に、ムライト、ステアタ
イト、フォルステライト、コーディエライトへのメタラ
イズも可能であったが、本発明のメタライズ法では、前
記酸化物系セラミックスの他に、チタン酸バリウムのよ
うな1100℃程度の低温で焼成する、コンデンサー等
の機能性セラミックスに対し、メタライズ層焼成温度が
低いことによる特性劣化防止が可能になり、しかも高強
度を有するメタライズ層の形成が可能になる。
As described above, in the Ni-W method, in addition to alumina (Al2O3) in the experimental example, it was also possible to metalize mullite, steatite, forsterite, and cordierite. In addition to the oxide-based ceramics mentioned above, the method also makes it possible to prevent property deterioration due to the low firing temperature of the metallized layer for functional ceramics such as capacitors, which are fired at a low temperature of about 1100°C, such as barium titanate. This makes it possible to form a metallized layer with high strength.

【0031】[0031]

【実施例】【Example】

実施例1 図6の斜視図に示す内径12mmφ×外径16mmφ×
高さ10mmのセラミックス焼結体である円筒体20に
、図7に示す如く鉄管6を接合する際に本発明を実施し
た。
Example 1 Inner diameter 12 mmφ×outer diameter 16 mmφ× shown in the perspective view of FIG.
The present invention was carried out when an iron pipe 6 was joined to a cylindrical body 20, which is a ceramic sintered body having a height of 10 mm, as shown in FIG.

【0032】円筒体20はAl2 O3 含有量92%
のアルミナであり、この円筒体20の上端20aに、先
ずそれぞれ粒径5μm以下に調整されたAl2O3:M
nO:SiO2=10:45:45重量比のAl2O3
−MnO−SiO2系ガラスの粉末とタングステン粉末
を、85:15重量%の比率で混合した混合粉末に、さ
らにニッケル酸化物粉末を5重量部添加した混合粉末を
有機ビークルで混練し、得られたペーストをスクリーン
印刷により塗布した。ただしガラス粉末は1200℃未
満で焼成するときは、ガラスにほう酸を添加し、融点を
低下させたものを用いた。ペーストを塗布した後、オー
ブン内で200×120分間乾燥処理を行い、図8に示
すように第1層311を形成した。ついで第1層311
の表面311aに、粒径5μm以下に調整されたニッケ
ル酸化物粉末、コバルト酸化物粉末を種々の比率で混合
物を前述した有機ビークルで混練し、得られたペースト
をスクリーン印刷により塗布した。塗布後、オーブン内
で200×120分間乾燥処理を行い第2層321を形
成させた。第1層311と第2層321の厚さは共に2
0μmである。しかる後、H2 /H2 Oをそれぞれ
1、5、10、50、100に調整した窒素、水素、水
蒸気混合雰囲気で焼成を行った。前記露点は水素と窒素
の混合ガスを所定の水温の水中でバブリングさせること
で得られる。具体的にはH2 /H2 Oが1のときは
、水素5体積%、窒素95体積%、水温30℃、H2 
/H2 Oが5のときは、水素10体積%、窒素90体
積%、水温20℃、H2 /H2 Oが10のときは、
水素13体積%、窒素87体積%、水温10℃、H2 
/H2 Oが50のときは、水素50体積%、窒素50
体積%、水温7℃、H2 /H2 Oが100のときは
、水素70体積%、窒素30体積%、水温2℃である。 前記混合ガス気流中で昇温速度10℃/分で表1〜表5
に示す温度まで加熱し、60分保持した。次いで10℃
/分で冷却し、メタライズ層30を形成させ、アルミナ
体10を得た。
[0032] The cylindrical body 20 has an Al2O3 content of 92%.
The upper end 20a of this cylindrical body 20 is first coated with Al2O3:M, each of which has a particle size of 5 μm or less.
nO:SiO2=10:45:45 weight ratio Al2O3
A mixed powder obtained by mixing -MnO-SiO2 glass powder and tungsten powder in a ratio of 85:15% by weight, and further adding 5 parts by weight of nickel oxide powder was kneaded in an organic vehicle. The paste was applied by screen printing. However, when the glass powder was fired at a temperature lower than 1200° C., boric acid was added to the glass to lower the melting point. After applying the paste, a drying process was performed in an oven for 200×120 minutes to form a first layer 311 as shown in FIG. Next, the first layer 311
A mixture of nickel oxide powder and cobalt oxide powder adjusted to a particle size of 5 μm or less in various ratios was kneaded in the above-mentioned organic vehicle, and the resulting paste was applied to the surface 311a by screen printing. After coating, a second layer 321 was formed by drying in an oven for 200×120 minutes. The thickness of both the first layer 311 and the second layer 321 is 2
It is 0 μm. Thereafter, firing was performed in a mixed atmosphere of nitrogen, hydrogen, and water vapor in which H2/H2O was adjusted to 1, 5, 10, 50, and 100, respectively. The dew point can be obtained by bubbling a mixed gas of hydrogen and nitrogen into water at a predetermined water temperature. Specifically, when H2/H2O is 1, hydrogen is 5% by volume, nitrogen is 95% by volume, water temperature is 30°C, H2
When /H2O is 5, hydrogen is 10% by volume, nitrogen is 90% by volume, water temperature is 20℃, and when H2 /H2O is 10,
Hydrogen 13% by volume, nitrogen 87% by volume, water temperature 10°C, H2
/H2O is 50, hydrogen is 50% by volume, nitrogen is 50%
When % by volume, water temperature is 7°C, and H2/H2O is 100, hydrogen is 70% by volume, nitrogen is 30% by volume, and water temperature is 2°C. Tables 1 to 5 at a heating rate of 10°C/min in the mixed gas flow
The mixture was heated to the temperature shown in and held for 60 minutes. Then 10℃
The alumina body 10 was obtained by cooling at a rate of 1/2 min to form a metallized layer 30.

【0033】このアルミナ体10に、図7に示すように
鉄管6を接合し、真空封止性と接合強度を測定した。鉄
管6との接合は前記メタライズ層30と鉄管6の間にろ
う材5(本実施例ではJIS  Z  3261  B
Ag−8を用いた)を介在せしめ、水素雰囲気中でろう
付けして接合体を得た。接合体を得た後、アルミナ体の
底面20bに、十分な封止性を保持する接着剤を用いて
、鉄製治具を装着した。
An iron pipe 6 was bonded to this alumina body 10 as shown in FIG. 7, and the vacuum sealability and bonding strength were measured. For joining with the iron pipe 6, a brazing material 5 (in this example, JIS Z 3261 B) is used between the metallized layer 30 and the iron pipe 6.
A bonded body was obtained by brazing in a hydrogen atmosphere. After obtaining the bonded body, an iron jig was attached to the bottom surface 20b of the alumina body using an adhesive that maintains sufficient sealing properties.

【0034】真空封止性は、ヘリウムリーク検出器を用
い、鉄管6の先端部からのリーク量を測定した。評価の
基準は1×10−10 Torr・L/sec以下の封
止性を示すものを合格とした。接合強度は、鉄製治具を
固定し、鉄管6を上方に引張り、測定した。表1〜表5
は前記のガラス粉末とタングステン粉末の混合比と、焼
成温度をパラメータとした調査結果の一例を示すもので
ある。
Vacuum sealability was determined by measuring the amount of leakage from the tip of the iron tube 6 using a helium leak detector. The criteria for evaluation was that those exhibiting a sealing performance of 1×10 −10 Torr·L/sec or less were passed. The bonding strength was measured by fixing an iron jig and pulling the iron pipe 6 upward. Tables 1 to 5
shows an example of the results of an investigation using the mixing ratio of the glass powder and tungsten powder and the firing temperature as parameters.

【0035】[0035]

【表1】[Table 1]

【0036】[0036]

【表2】[Table 2]

【0037】[0037]

【表3】[Table 3]

【0038】[0038]

【表4】[Table 4]

【0039】[0039]

【表5】[Table 5]

【0040】実施例2 実施例1のうち、第2層321を形成する物質をニッケ
ル酸化物50重量%、コバルト酸化物50重量%の混合
粉末を使用し、その混合粉末を銅酸化物粉末の比を、8
0:20重量比にして、実施例1と同様の処理を行った
。表6はその結果を示すものである。
Example 2 In Example 1, a mixed powder of 50% by weight of nickel oxide and 50% by weight of cobalt oxide was used as the substance forming the second layer 321, and the mixed powder was mixed with copper oxide powder. The ratio is 8
The same treatment as in Example 1 was performed using a weight ratio of 0:20. Table 6 shows the results.

【0041】[0041]

【表6】[Table 6]

【0042】実施例3 実施例1において、第1層321に添加する添加剤をそ
れぞれCo,Pd,Fe,Pt,Ru,Ir,Rh,F
e,Reに変え、タングステンとガラスの混合粉末10
0重量部に対して、添加剤をそれぞれ5重量部添加して
実験を行った。焼成温度は900〜1450℃、雰囲気
はH2 /H2 O=50、第2層322を形成する物
質はニッケル酸化物:コバルト酸化物=50:50の重
量比の混合粉末である。以下の表7は結果を示す。
Example 3 In Example 1, the additives added to the first layer 321 were Co, Pd, Fe, Pt, Ru, Ir, Rh, and F.
e, Re, mixed powder of tungsten and glass 10
An experiment was conducted by adding 5 parts by weight of each additive to 0 parts by weight. The firing temperature is 900 to 1450°C, the atmosphere is H2/H2O=50, and the material forming the second layer 322 is a mixed powder of nickel oxide:cobalt oxide in a weight ratio of 50:50. Table 7 below shows the results.

【0043】[0043]

【表7】[Table 7]

【0044】実施例4 実施例1において、第1層321に添加する添加剤をニ
ッケル酸化物とし、その添加量を、タングステンとガラ
スの混合粉末100重量部に対して、0.05〜30重
量部添加して実験を行った。焼成温度は900〜145
0℃、雰囲気はH2 /H2 O=50、第2層322
を形成する物質はニッケル酸化物:コバルト酸化物=5
0:50重量比の混合粉末である。以下の表8は結果を
示す。0.1〜20重量部のとき、無添加よりも高強度
が得られた。
Example 4 In Example 1, the additive added to the first layer 321 is nickel oxide, and the amount added is 0.05 to 30 parts by weight per 100 parts by weight of the mixed powder of tungsten and glass. An experiment was conducted with the addition of Firing temperature is 900-145
0°C, atmosphere H2/H2O=50, second layer 322
The substance that forms is nickel oxide: cobalt oxide = 5
It is a mixed powder with a weight ratio of 0:50. Table 8 below shows the results. When the amount was 0.1 to 20 parts by weight, higher strength was obtained than when no additive was added.

【0045】[0045]

【表8】[Table 8]

【0046】実施例5 メタライズするセラミックスをチタン酸バリウムとし、
第1層に添加剤として、ニッケル酸化物を、タングステ
ンとガラスの混合粉末100重量部に対して、5重量%
添加し、第2層はニッケル酸化物80重量%、銅酸化物
20重量%として、焼成温度1000℃、雰囲気中の水
素水蒸気比rを15にしてメタライズを行った。焼成後
は、メタライズ層表面に半田付けにより、太さ0.5m
mの鉄線を接合し、誘電率等の特性値を調査した。その
結果、母材の特性(誘電率)の劣化は全く認められず、
また引張試験の際は、半田部分が破壊し、メタライズ層
および母材からの破壊は認められなかった。
Example 5 The ceramic to be metalized was barium titanate,
As an additive in the first layer, 5% by weight of nickel oxide is added to 100 parts by weight of mixed powder of tungsten and glass.
The second layer was made of 80% by weight of nickel oxide and 20% by weight of copper oxide, and metallization was performed at a firing temperature of 1000° C. and a hydrogen-steam ratio r of 15 in the atmosphere. After firing, the surface of the metallized layer is soldered to a thickness of 0.5 m.
m iron wires were joined and characteristic values such as dielectric constant were investigated. As a result, no deterioration of the properties (permittivity) of the base material was observed.
Further, during the tensile test, the solder part was destroyed, and no destruction was observed from the metallized layer or the base material.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によればN
i−W法によって得られていた強度をさらに向上させる
ことができ、かつ、セラミックス成分に対応して焼成温
度を設定できるため、高温で焼成すると母材特性が変化
するような機能性セラミックスに対しても、その特性を
変化させることなくメタライズすることが可能である。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, N
The strength obtained by the i-W method can be further improved, and the firing temperature can be set according to the ceramic components, so it is suitable for functional ceramics whose base material properties change when fired at high temperatures. However, it is possible to metalize it without changing its properties.

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

【図1】本発明に基づき形成されたメタライズ層を示す
断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a metallized layer formed according to the present invention.

【図2】引例のNi−W法でメタライズされたメタライ
ズ相の断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a metallized phase metallized by the cited Ni-W method.

【図3】タングステンの焼結度と接合強度の関係を表し
たグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the degree of sintering of tungsten and bonding strength.

【図4】アルミナ質セラミックス焼結体表面にペースト
が塗布された状態を示すもので、(a)は断面図、(b
)は模式図である。
Fig. 4 shows the state in which paste is applied to the surface of the alumina ceramic sintered body, (a) is a cross-sectional view, (b)
) is a schematic diagram.

【図5】アルミナ質セラミックス焼結体表面に塗布され
たペーストが焼き付けられた状態を示す模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a state in which the paste applied to the surface of the alumina ceramic sintered body is baked.

【図6】本発明の具体的実施例を示すもので円筒状アル
ミナ質セラミックス焼結体の斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view of a cylindrical alumina ceramic sintered body showing a specific embodiment of the present invention.

【図7】前記図6のアルミナ体に鉄管を接合した状態を
示す断面図である。
7 is a sectional view showing a state in which an iron pipe is joined to the alumina body of FIG. 6; FIG.

【図8】図7のアルミナ体におけるメタライズ層を示す
断面図である。
8 is a cross-sectional view showing a metallized layer in the alumina body of FIG. 7. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、10          アルミナ体2、20  
        アルミナ質セラミックス焼結体3、3
0          メタライズ層31      
        メタライズ下部層32       
       上部合金層301、311    第1
層 302、321    第2層
1, 10 Alumina body 2, 20
Alumina ceramic sintered body 3, 3
0 metallized layer 31
Metallized lower layer 32
Upper alloy layer 301, 311 first
Layers 302, 321 2nd layer

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】  酸化物系セラミックス焼結体の表面に
、平均粒径が10μm以下のタングステン粉末70〜9
5重量部と、粒径10μm以下のガラス粉末30〜5重
量部からなる混合粉末100重量部に対して、Ni,C
o,Pd,Fe,Pt,Ru,Ir,Rh,Reの純物
質、酸化物、塩のうちいずれか1種または2種以上を組
み合わせた、最大粒径50μm以下の粉末0.1〜20
重量部を混合し、これを有機ビークルで混練したペース
トを塗布した後、乾燥して第1層を形成し、次いで前記
第1層上に、平均粒径が10μm以下のニッケルあるい
はコバルトの純物質、酸化物、塩のうちいずれか1種も
しくは2種以上を組み合わせた粉末を有機ビークルで混
練したペーストを塗布し、乾燥して第2層を形成し、次
いで前記セラミックス焼結体の成分および第1層、第2
層の粉末組成に応じて焼成温度を設定すると共に、予め
求めた焼成温度と雰囲気中の水素と水蒸気の比rの相関
に基づき、前記比rを制御しつつ焼成することを特徴と
する真空封止性、ろう付け性並びに接合強度に優れた酸
化物系セラミックスのメタライズ方法。 【請求項2】  焼成温度と雰囲気中の水素と水蒸気の
比rが、下記条件を満足することを特徴とする請求項1
記載の酸化物系セラミックスのメタライズ法。         焼成温度  T(℃)      雰
囲気中の水素と水蒸気の比  r    900≦T<
1000℃    50≦(H2 /H2 O)≦10
0000  1000≦T<1100℃    10≦
(H2 /H2 O)≦100000  1100≦T
<1200℃      5≦(H2 /H2 O)≦
100000  1200≦T<1450℃     
 1≦(H2 /H2 O)≦100000【請求項3
】  第2層が、平均粒径が10μm以下のニッケルあ
るいはコバルトの純物質、酸化物、塩のうちいずれか1
種もしくは2種以上を組み合わせた粉末と銅の純物質、
酸化物、塩のうちいずれか1種もしくは2種以上を組み
合わせた粉末を有機ビークルで混練したペーストを塗布
し、乾燥して形成されたことを特徴とする請求項1記載
の酸化物系セラミックスのメタライズ法。 【請求項4】  焼成温度と雰囲気中の水素と水蒸気の
比rが、下記条件を満足することを特徴とする請求項3
記載の酸化物系セラミックスのメタライズ法。         焼成温度  T(℃)      雰
囲気中の水素と水蒸気の比  r    900≦T<
1000℃    50≦(H2 /H2 O)≦10
0000  1000≦T<1100℃    10≦
(H2 /H2 O)≦100000  1100≦T
<1150℃      5≦(H2 /H2 O)≦
100000  1150≦T<1450℃     
 1≦(H2 /H2 O)≦100000
[Scope of Claims] [Claim 1] Tungsten powder 70-9 having an average particle size of 10 μm or less is coated on the surface of an oxide-based ceramic sintered body.
5 parts by weight and 30 to 5 parts by weight of glass powder with a particle size of 10 μm or less,
Powder 0.1 to 20 with a maximum particle size of 50 μm or less, which is a combination of any one or two or more of pure substances, oxides, and salts of O, Pd, Fe, Pt, Ru, Ir, Rh, and Re.
After applying a paste made by mixing parts by weight and kneading this in an organic vehicle, it is dried to form a first layer, and then a pure substance of nickel or cobalt with an average particle size of 10 μm or less is applied on the first layer. A paste made by kneading powder of one or more of the following: oxides, salts, etc. in an organic vehicle is applied and dried to form a second layer, and then the components of the ceramic sintered body and the 1st layer, 2nd layer
Vacuum sealing characterized in that the firing temperature is set according to the powder composition of the layer, and the firing is performed while controlling the ratio r based on the correlation between the firing temperature determined in advance and the ratio r of hydrogen to water vapor in the atmosphere. A method for metallizing oxide-based ceramics that has excellent fastening properties, brazing properties, and bonding strength. [Claim 2] Claim 1, wherein the firing temperature and the ratio r of hydrogen and water vapor in the atmosphere satisfy the following conditions.
The metallization method for oxide ceramics described. Firing temperature T (°C) Ratio of hydrogen to water vapor in the atmosphere r 900≦T<
1000℃ 50≦(H2/H2O)≦10
0000 1000≦T<1100℃ 10≦
(H2 /H2 O)≦100000 1100≦T
<1200℃ 5≦(H2/H2O)≦
100000 1200≦T<1450℃
1≦(H2/H2O)≦100000 [Claim 3
] The second layer is made of any one of pure substances, oxides, and salts of nickel or cobalt with an average particle size of 10 μm or less.
A pure substance of copper, a powder of seeds or a combination of two or more kinds,
The oxide-based ceramic according to claim 1, wherein the oxide-based ceramic is formed by applying a paste made by kneading powder of one or more of oxides and salts in an organic vehicle and drying the paste. Metallization method. 4. Claim 3, characterized in that the firing temperature and the ratio r of hydrogen to water vapor in the atmosphere satisfy the following conditions:
The metallization method for oxide ceramics described. Firing temperature T (°C) Ratio of hydrogen to water vapor in the atmosphere r 900≦T<
1000℃ 50≦(H2/H2O)≦10
0000 1000≦T<1100℃ 10≦
(H2 /H2 O)≦100000 1100≦T
<1150℃ 5≦(H2/H2O)≦
100000 1150≦T<1450℃
1≦(H2/H2O)≦100000
JP10225991A 1991-05-08 1991-05-08 Method for metallizing oxide based ceramics Withdrawn JPH04331779A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10225991A JPH04331779A (en) 1991-05-08 1991-05-08 Method for metallizing oxide based ceramics

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10225991A JPH04331779A (en) 1991-05-08 1991-05-08 Method for metallizing oxide based ceramics

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH04331779A true JPH04331779A (en) 1992-11-19

Family

ID=14322598

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10225991A Withdrawn JPH04331779A (en) 1991-05-08 1991-05-08 Method for metallizing oxide based ceramics

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH04331779A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008137850A (en) * 2006-12-01 2008-06-19 Tokyo Ceramics Co Ltd Ceramics metallized component and production method thereof
JP2020043336A (en) * 2018-09-05 2020-03-19 新光電気工業株式会社 Ceramic substrate, electrostatic chuck, method of manufacturing the same
KR20210101149A (en) 2020-02-07 2021-08-18 신꼬오덴기 고교 가부시키가이샤 Ceramic substrate, electrostatic chuck, and manufacturing method of electrostatic chuck
US11177152B2 (en) 2018-09-05 2021-11-16 Shinko Electric Industries Co., Ltd. Ceramic substrate containing aluminum oxide and electrostatic chuck having electrode containing tungsten with oxides

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008137850A (en) * 2006-12-01 2008-06-19 Tokyo Ceramics Co Ltd Ceramics metallized component and production method thereof
JP2020043336A (en) * 2018-09-05 2020-03-19 新光電気工業株式会社 Ceramic substrate, electrostatic chuck, method of manufacturing the same
US11177152B2 (en) 2018-09-05 2021-11-16 Shinko Electric Industries Co., Ltd. Ceramic substrate containing aluminum oxide and electrostatic chuck having electrode containing tungsten with oxides
KR20210101149A (en) 2020-02-07 2021-08-18 신꼬오덴기 고교 가부시키가이샤 Ceramic substrate, electrostatic chuck, and manufacturing method of electrostatic chuck

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0574956B1 (en) Metallized circuit substrate comprising nitride type ceramics
US4837408A (en) High density multilayer wiring board and the manufacturing thereof
JPH02208274A (en) Composition for metallizing ceramic surface, surface-metallizing method and surface-metallized product
JPH04331779A (en) Method for metallizing oxide based ceramics
US5346720A (en) Palladium thick film resistor containing boron nitride
JPS58178903A (en) Conductive paste
JP2822518B2 (en) Method for forming metallized layer on aluminum nitride sintered body
JPH05238857A (en) Method for metallizing substrate of aluminum nitride
JPH05170552A (en) Aluminum nitride substrate having metallized layer and metallization of the substrate
JPH04331778A (en) Method for metallizing oxide based ceramics
JP2685216B2 (en) Metallization paste composition for nitride ceramics substrate
US5830570A (en) Aluminum nitride substrate and process for preparation thereof
RU2374056C1 (en) Solder metal for soldering
JP3577109B2 (en) Metallized substrate
JPH05221759A (en) Aluminum nitride substrate with metallizing layer and metallizing method
US5281389A (en) Palladium paste and process for forming palladium film onto a ceramic substrate utilizing the paste
JP3850152B2 (en) Aluminum nitride substrate and method for manufacturing the same
JPH03146488A (en) Production of aluminum nitride sintered body with metallizing layer
JPH03146487A (en) Production of aluminum nitride sintered body with metallizing layer
KR900006680B1 (en) Circuit substrate comprising aitride type ceramics method for preparing it and metallizing composition for use in it
JPH0699200B2 (en) Insulation board for high frequency transistors
JP3928645B2 (en) Insulating paste and method for forming insulating layer using insulating paste
KR960007378B1 (en) Method for metallizing of aluminium nitride base
JPH02101131A (en) Metallizing composition on the surface of ceramics and metallizing method
JPH04285085A (en) Ceramic substrate with thick film

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 19980806