JPH04349184A - セラミックスのメタライズ方法及びセラミックスと金属との接合方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミックスのメタラ
イズ方法及びセラミックスと金属との接合方法に関し、
特に、セラミックス表面に簡便な手段で確実にメタライ
ジングすることができるセラミックスのメタライズ方法
及びこの方法で形成した金属層（メタライジング膜）と
接合用金属とを高接合強度で接合させるセラミックスと
金属との接合方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、セラミックス表面に金属層（メタ
ライジング膜）を形成する方法及び該金属層（メタライ
ジング膜）と接合用金属とをロウ材を用いて接合し、セ
ラミックスー金属接合体を製造する方法が知られている
。

【０００３】この従来法を大別すると、（１）　「高融
点金属法」と呼称されている方法であって、モリブデン
、タングステン、マンガン等からなる金属粉をセラミッ
クス表面に焼結させ、次いで、銀系ロウを用いて金属と
接合する方法、（２）　「活性金属法」と呼称されてい
る方法であって、銀−銅−活性金属系ロウをセラミック
ス表面に焼結させた後、低温ロウを用いて金属と接合す
る方法、（３）　「ニッケル成膜法」と呼称されている
方法であって、ニッケルをセラミックス表面に焼結させ
た後、ロウを用いて金属と接合する方法、が知られてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、酸化物セラ
ミックス、非酸化物セラミックスを問わず、これらセラ
ミックス表面を、簡便な手段で確実に、メタライズ加工
することができる方法の出現が望まれており、また、セ
ラミックスと金属との接合が可能で、しかも、銀−銅共
晶ロウを使用することができ、かつ、接合強度が大きい
セラミックスと金属との接合方法の出現が強く望まれて
いる。

【０００５】しかしながら、上記従来法は、いずれも、
以下に詳記するとおり、欠点ないし問題点を有しており
、今日に至るも上記要望に沿う手段が存在していない。 即ち、上記「高融点金属法」は、製造工程が複雑である
と同時に非酸化物セラミックスに適用できないという欠
点を有する。また、上記「活性金属法」は、上記したと
おり、銀−銅−活性金属系ロウをセラミックス表面に焼
結させる方法であり、そして、その焼結温度としては、
銀と銅の共晶温度の直上（約７８５℃）で行なう必要が
ある。このため、セラミックス表面に金属膜（メタライ
ジング膜）が形成されるけれども、接合用金属（相手方
の金属）と接合する際、その作業温度（接合温度）とし
ては、最高でも６００℃程度とせざるを得ないものであ
る。その結果、使用するロウ材としては、低温ロウを用
いざるをえず、一般的に用いられる銀−銅共晶ロウ（固
相・液相共晶温度７７９℃）を使用することができない
問題点が存在する。更に、上記「ニッケル成膜法」は、
セラミックス表面上のニッケル膜へのロウの濡れが悪く
、接合の強度が低下するという欠点を有する。

【０００６】そこで、本発明は、上記要望に沿うセラミ
ックスのメタライズ方法及びセラミックスと金属との接
合方法を提供することを目的とする。即ち、本発明の目
的は、前記従来法の欠点ないし問題点を解消するセラミ
ックスのメタライズ方法及びセラミックスと金属との接
合方法を提供するにあり、詳細には、酸化物セラミック
ス、非酸化物セラミックスを問わず、これらセラミック
ス表面を、簡便な手段で確実に、メタライズ加工するこ
とができるセラミックスのメタライズ方法を提供するに
あり、また、銀−銅共晶ロウを用いることができ、かつ
、接合強度の大きいセラミックスと金属とを接合する方
法を提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そして、本発明は、上記
目的を達成する手段として、セラミックス表面に、特定
粒径の銅の特定量と同じく特定粒径のチタンの特定量と
からなる銅ーチタン金属層（メタライジング膜）を形成
する方法であり、また、該金属層（メタライジング膜）
と接合用金属とをロウ材を用いて接合するセラミックス
と金属との接合方法であり、これによって、酸化物セラ
ミックス、非酸化物セラミックスのいずれに対しても適
用することができ、製造工程が簡便で、かつ、接合強度
の大きいセラミックスー金属接合体が得られるものであ
る。

【０００８】即ち、本発明は、セラミックスに平均粒径
３〜７μｍの銅８０〜９９重量％と平均粒径１〜５μｍ
のチタン２０〜１重量％とからなる金属層を形成するこ
とを特徴とするセラミックスのメタライズ方法（請求項
１）であり、また、この金属層と接合用金属とをロウ材
を用いて接合することを特徴とするセラミックスと金属
との接合方法（請求項４）である。

【０００９】以下本発明を詳細に説明すると、本発明に
おいて、接合用セラミックスとしては、アルミナ、窒化
珪素、炭化珪素、サイアロン等であり、酸化物セラミッ
クス、非酸化物セラミックスを問わず、所望に応じ適宜
選択することができる。また、接合用金属も目的に応じ
適宜選択することができる。

【００１０】本発明は、上記したとおり、セラミックス
表面に形成する金属層（メタライジング膜）は、平均粒
径３〜７μｍの銅８０〜９９重量％と平均粒径１〜５μ
ｍのチタン２０〜１重量％とからなり、そして、本発明
で限定するものではないが、その成膜手段としては、上
記銅粉末とチタン粉末を、例えば有機溶媒中で混合し、
ペースト化し、該銅ーチタンペーストをセラミックス表
面に塗布し、次いで、非酸化雰囲気（例えば窒素、アル
ゴン等の中性ガス雰囲気）又は真空中で、１０１３℃〜
１１６３℃で加熱し、焼結させるのが好ましい。

【００１１】本発明において、銅の平均粒径が３μｍよ
り細かい場合、セラミックスに銅−チタンペ−ストを塗
布し、焼結する際、収縮割れが生じ、一方、７μｍより
大きい場合、メタライジング膜表面が凸凹状になり、ロ
ウ接が困難となり、いずれも好ましくない。また、チタ
ンの平均粒径については、１μｍより小さいと、金属チ
タンの製造が困難になり、５μｍより大きいと、メタラ
イジング膜表面が凸凹状になり、ロウ接が困難となり、
いずれも好ましくない。

【００１２】更に、本発明において、セラミックス表面
に形成する金属層（メタライジング膜）は、８０〜９９
重量％の銅と２０〜１重量％のチタンからなるものであ
り、この範囲外の銅ーチタンでは、接合強度が低下し、
所望の接合強度が得られないので、好ましくない。また
、成膜温度が１０１３℃より低いと、メタライズ金属が
焼結せず、一方、１１６３℃より高温であると、メタラ
イズペ−ストの原料であるチタンは、セラミックス近傍
にのみ偏析していたものが銅の全体に拡散してしまい、
接合強度が低下するので、好ましくない。

【００１３】

【実施例】次に、本発明の実施例を比較例と共に挙げ、
本発明をより詳細に説明する。 （実施例１〜６）表１に示す規定径、規定量の銅粉（田
中貴金属工業社製）とチタン粉（高純度化学研究所製）
を有機溶剤とエチルセルロ−ス中で混合し、ペ−スト化
した。この銅ーチタンペ−ストを１０×１０×３ｍｍの
セラミックス（アルミナ、窒化珪素、炭化珪素及びサイ
アロン：日本セラテック社製）に塗布した後、非酸化雰
囲気下１１００℃で加熱し、メタライズ加工した。次に
、このメタライズ加工した面に、φ３×１０ｍｍのコバ
−ル金属（ＫＶ−２住友特殊金属社製）を銀−銅共晶ロ
ウ（ＢＡｇ−８　田中貴金属工業社製）を用いてロウ付
けし、セラミックスー金属接合体を作成した。この接合
体の接合強度を測定した。測定結果を表１に示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】（比較例１〜６）比較のために、表２に示
すように、本発明の範囲外の銅径（１μｍ、１０μｍ）
のものを使用した場合（比較例１、同２）、同じく本発
明の範囲外のチタン粉（０．５μｍ、７μｍ）を使用し
た場合（比較例３、同４）及び本発明の範囲内の平均粒
径をもつ銅ーチタンを使用するが、その配合比が本発明
の範囲外である銅ーチタンを使用した場合（比較例５、
同６）について、それぞれ実施例と同一条件でセラミッ
クスー金属接合体を作成した。この接合体の接合強度を
測定した。その結果を表２に示す。

【００１６】

【表２】

【００１７】（比較例７〜１４）更に、比較のために、
表３に示すように、従来法である前記した「高融点金属
法」（比較例７〜１０）及び「ニッケル成膜法」（比較
例１１〜１４）によってセラミックスー金属接合体を作
成した。この接合体の接合強度を測定した。、その結果
を表３に示す。

【００１８】

【表３】

【００１９】表１から明らかなように、本発明によるセ
ラミックスー金属接合体は、酸化物セラミックス（アル
ミナ）、非酸化物セラミックス（窒化珪素、炭化珪素）
のいずれに対しても、その接合強度が１３．１Ｋｇ／ｍ
ｍ２以上という高強度のものが得られることが理解でき
る。

【００２０】これに対して、表２から明らかなように、
平均粒径が本発明の範囲外である１μｍ、１０μｍの銅
を使用した場合（比較例１、同２）、その接合強度が２
．３Ｋｇ／ｍｍ２、３．３Ｋｇ／ｍｍ２にすぎなく、い
ずれも実用に供し得ないものであった。また、同じく平
均粒径が本発明の範囲外である０．５μｍのチタンを使
用しようとしても（比較例３）、このような微細なチタ
ン粉末が得られず、市販されていないので、実施するこ
とができず（これを比較例３の「強度」の項で「Ｔｉ不
可」と表示した。）、一方、平均粒径が本発明の範囲外
である７μｍのチタンを使用した場合（比較例４）、そ
の接合強度が１．７Ｋｇ／ｍｍ２にすぎなかった。更に
、本発明の範囲内の平均粒径をもつ銅ーチタンを使用す
るが、その配合比が本発明の範囲外である銅７０重量％
ーチタン３０重量％の場合（比較例５）、２．９Ｋｇ／
ｍｍ２であり、銅１００重量％の場合、即ち銅のみから
なり、チタンを含まない場合（比較例６）、０．９Ｋｇ
／ｍｍ２であり、いずれも低強度のものであった。

【００２１】また、表３から明らかなように、従来法で
ある「高融点金属法」では、アルミナに対しては、１１
．０Ｋｇ／ｍｍ２の接合強度を示したが（比較例７）、
窒化珪素、炭化珪素及びサイアロンに対しては、メタラ
イズ成膜ができず、その結果、接合用金属を接合させる
ことができなかった（比較例８〜１０）。更に、従来法
である「ニッケル成膜法」の場合（比較例１１〜１４）
、いずれのセラミックスに対してもメタライズすること
ができるが、ニッケル表面への銀ロウの濡れが悪く、接
合強度は、非常に低く（５．１〜６．９Ｋｇ／ｍｍ２）
、実用化の域に至っていないことが理解できる。

【００２２】

【発明の効果】本発明は、以上詳記したとおり、特定粒
径の銅の特定量と同じく特定粒径のチタンの特定量とか
らなる銅ーチタン金属層（メタライジング膜）を形成し
、該金属層（メタライジング膜）と接合用金属とをロウ
材を用いて接合するセラミックスと金属との接合方法で
あり、これによって、酸化物セラミックス、非酸化物セ
ラミックスのいずれに対しても適用することができ、製
造工程が簡便で、かつ、接合強度の大きいセラミックス
ー金属接合体が得られる効果が生ずる。そして、本発明
により、例えば高温に晒される器械部品等の部材に使用
する好適な素材を提供することができる。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　セラミックスに平均粒径３〜７μｍの
   銅８０〜９９重量％と平均粒径１〜５μｍのチタン２０
   〜１重量％とからなる金属層を形成することを特徴とす
   るセラミックスのメタライズ方法。
2. 【請求項２】　　金属層を形成する手段として、１０１
   ３℃〜１１６３℃の温度で加熱・焼結する請求項１に記
   載のセラミックスのメタライズ方法。
3. 【請求項３】　　セラミックスがアルミナ、窒化珪素、
   炭化珪素又はサイアロンである請求項１に記載のセラミ
   ックスのメタライズ方法。
4. 【請求項４】　　セラミックスと金属との接合方法にお
   いて、該セラミックスに平均粒径３〜７μｍの銅８０〜
   ９９重量％と平均粒径１〜５μｍのチタン２０〜１重量
   ％とからなる金属層を形成し、この金属層と接合用金属
   とをロウ材を用いて接合することを特徴とするセラミッ
   クスと金属との接合方法。
5. 【請求項５】　　金属層を形成する手段として、１０１
   ３℃〜１１６３℃の温度で加熱・焼結し、かつ、ロウ材
   として、銀−銅共晶ロウ材を使用する請求項４に記載の
   セラミックスと金属との接合方法。
6. 【請求項６】　　接合用セラミックスがアルミナ、窒化
   珪素、炭化珪素又はサイアロンである請求項４に記載の
   セラミックスと金属との接合方法。