JPH0469035B2 - - Google Patents
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- JPH0469035B2 JPH0469035B2 JP2154084A JP2154084A JPH0469035B2 JP H0469035 B2 JPH0469035 B2 JP H0469035B2 JP 2154084 A JP2154084 A JP 2154084A JP 2154084 A JP2154084 A JP 2154084A JP H0469035 B2 JPH0469035 B2 JP H0469035B2
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
- B23K35/3006—Ag as the principal constituent
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、セラミツクスに損傷を与えにくい金
属とセラミツクスとの接合用に適した活性金属ろ
う材に関する。
属とセラミツクスとの接合用に適した活性金属ろ
う材に関する。
最近、セラミツクス材料が、その優れた耐摩耗
性や高温特性から、自動車部品などの構造材料
等、広い分野に利用されはじめている。その多く
の場合は、セラミツクス単体で部品を構成してい
るが、より多くの分野でセラミツクスを利用する
ためには、金属と強固に接合可能なことが必要で
ある。
性や高温特性から、自動車部品などの構造材料
等、広い分野に利用されはじめている。その多く
の場合は、セラミツクス単体で部品を構成してい
るが、より多くの分野でセラミツクスを利用する
ためには、金属と強固に接合可能なことが必要で
ある。
しかるに、金属とセラミツクスとは、それぞれ
異なつた原子結合状態を有し、このため金属とセ
ラミツクスを接合する場合、それらの反応性など
の化学的性質、熱膨張率、電気伝導度などの物理
的性質は、大きく異なる。したがつて、両部材を
良好にぬらし、信頼性の高い、加えて強固な接合
を行なうことは相当困難である。
異なつた原子結合状態を有し、このため金属とセ
ラミツクスを接合する場合、それらの反応性など
の化学的性質、熱膨張率、電気伝導度などの物理
的性質は、大きく異なる。したがつて、両部材を
良好にぬらし、信頼性の高い、加えて強固な接合
を行なうことは相当困難である。
そのため、両部材を良好にぬらし、信頼性の高
い治金的接合を実施する方法が種々検討されてい
る。
い治金的接合を実施する方法が種々検討されてい
る。
ろう接は、母材に変化を与えない。大きな加圧
を必要としないまた、操作が容易であるなどの利
点を有し、金属とセラミツクとの接合で重要な接
合法になつている。ここで金属とセラミツクとを
良好に接合するろう材として知られているもの
に、活性金属を含むろう材がある。活性金属は
Ti、Zrなど同期律表でｂ族の元素を示し、い
ずれも金属とセラミツクの接合に有効であること
が知られている。とくに、活性金属はその融点が
単体では高く（Ti1720℃、Zr1860℃など）その
ままでは通常のろう材として不向であるものの、
CuNi、Feなどの遷移金属との合金においてはそ
の共晶組成領域において融点を数百℃低下させ、
たとえば最も低いTi−Cu合金で872℃になる。こ
のような現象に着目し、遷移金属母材とセラミツ
ク母材との接合部に活性金属を介在させたり、セ
ラミツクとセラミツクの母材の接合部に活性金属
と遷移金属の両方を介在させて前記合金を生成せ
しめ、接合を行う方法などが特許（米国特許第
2857663号）に開示されている。さらに、活性金
属と遷移金属との合金をろう材として金属とセラ
ミツクとの接合を行う方法も考えられるが、活性
金属と遷移金属との合金はその多くの組成域で脆
性で箔のようなろう材として望ましい形状にする
ことが困難であることから、前記合金を溶融紡糸
法と呼ばれる方法にて非晶質構造を有する薄板に
形成したろう材が開発され、特許（特開昭56−
163093）に開示されている。前述のごとくTiや
Zrのような活性金属を含むろう材は、活性金属
の効果により金属やセラミツクスを強固で接合で
きる。
を必要としないまた、操作が容易であるなどの利
点を有し、金属とセラミツクとの接合で重要な接
合法になつている。ここで金属とセラミツクとを
良好に接合するろう材として知られているもの
に、活性金属を含むろう材がある。活性金属は
Ti、Zrなど同期律表でｂ族の元素を示し、い
ずれも金属とセラミツクの接合に有効であること
が知られている。とくに、活性金属はその融点が
単体では高く（Ti1720℃、Zr1860℃など）その
ままでは通常のろう材として不向であるものの、
CuNi、Feなどの遷移金属との合金においてはそ
の共晶組成領域において融点を数百℃低下させ、
たとえば最も低いTi−Cu合金で872℃になる。こ
のような現象に着目し、遷移金属母材とセラミツ
ク母材との接合部に活性金属を介在させたり、セ
ラミツクとセラミツクの母材の接合部に活性金属
と遷移金属の両方を介在させて前記合金を生成せ
しめ、接合を行う方法などが特許（米国特許第
2857663号）に開示されている。さらに、活性金
属と遷移金属との合金をろう材として金属とセラ
ミツクとの接合を行う方法も考えられるが、活性
金属と遷移金属との合金はその多くの組成域で脆
性で箔のようなろう材として望ましい形状にする
ことが困難であることから、前記合金を溶融紡糸
法と呼ばれる方法にて非晶質構造を有する薄板に
形成したろう材が開発され、特許（特開昭56−
163093）に開示されている。前述のごとくTiや
Zrのような活性金属を含むろう材は、活性金属
の効果により金属やセラミツクスを強固で接合で
きる。
しかしながら、得られた金属−セラミツクスの
接合部に熱衝撃を加えると、セラミツクス母材に
クラツクが発生する欠点があつた。
接合部に熱衝撃を加えると、セラミツクス母材に
クラツクが発生する欠点があつた。
前記セラミツクス母材のクラツク発生の原因
は、熱応力でありこれは、金属とセラミツクスと
の熱膨張差に起因するものである。すなわち、金
属とセラミツクスとは、前述のように熱膨張係数
の異なるものが多く、特にSi3N4（約2.5×10-6／
Ｋ）あるいはAlN（約４×10-6／Ｋ）のような窒
化物系セラミツクスの熱膨張係数は鉄鋼（約10×
10-6／Ｋ）やCu（17×10-6／Ｋ）のような金属と
の熱膨張差が大きい。
は、熱応力でありこれは、金属とセラミツクスと
の熱膨張差に起因するものである。すなわち、金
属とセラミツクスとは、前述のように熱膨張係数
の異なるものが多く、特にSi3N4（約2.5×10-6／
Ｋ）あるいはAlN（約４×10-6／Ｋ）のような窒
化物系セラミツクスの熱膨張係数は鉄鋼（約10×
10-6／Ｋ）やCu（17×10-6／Ｋ）のような金属と
の熱膨張差が大きい。
このような応力を緩和させる方法として、よく
知られたものに、CuやCu合金のように延性に富
む金属薄板を介在させて、発生する熱応力を、そ
れら金属薄板の塑性変形により吸収させ、応力を
緩和し、セラミツクのクラツク発生を防止する方
法が知られている。このような例が特許（特開昭
56−163092）にも示されている。
知られたものに、CuやCu合金のように延性に富
む金属薄板を介在させて、発生する熱応力を、そ
れら金属薄板の塑性変形により吸収させ、応力を
緩和し、セラミツクのクラツク発生を防止する方
法が知られている。このような例が特許（特開昭
56−163092）にも示されている。
しかしながら、このように応力を緩衝させるた
めに金属の薄板を用いる接合方法においては、接
合部に、金属薄板を介在させなくてはならないた
め、接合工程が複雑であるという問題があるだけ
でなく、金属部材とセラミツク部材との接合部が
金属薄板のために広くなり、寸法精度が悪くなる
などの問題点があつた。
めに金属の薄板を用いる接合方法においては、接
合部に、金属薄板を介在させなくてはならないた
め、接合工程が複雑であるという問題があるだけ
でなく、金属部材とセラミツク部材との接合部が
金属薄板のために広くなり、寸法精度が悪くなる
などの問題点があつた。
そのため、金属薄板のような緩衝材を用いるこ
となくセラミツクスへのクラツク発生を減少し、
なおかつ金属とセラミツクスとの接合に適するろ
う材の開発が望まれている。
となくセラミツクスへのクラツク発生を減少し、
なおかつ金属とセラミツクスとの接合に適するろ
う材の開発が望まれている。
本発明は、前記問題点を改良し、金属部材とセ
ラミツクス部材とを、応力緩衝のための金属薄板
を使用することなく、強固に接合する事が可能と
なりかつ接合部材に熱衝撃を加えても、セラミツ
クス部材に損傷を与えにくい金属とセラミツクス
との接合用に適した金属活性ろう材を提供しよう
とするものである。
ラミツクス部材とを、応力緩衝のための金属薄板
を使用することなく、強固に接合する事が可能と
なりかつ接合部材に熱衝撃を加えても、セラミツ
クス部材に損傷を与えにくい金属とセラミツクス
との接合用に適した金属活性ろう材を提供しよう
とするものである。
本発明者らは、前記問題点を改良すべく鋭意研
究を重ねるなかで、Ti、Zr等の活性金属を含む
Ag−Cu合金において活性金属を0.1重量％〜0.8
重量％、Cu5〜60重量％、残部Ag合金を用いて
金属とセラミツクスの接合を行なうと、接合部に
熱衝撃を加えてもセラミツクスにクラツクがはい
り難く緩衝用の金属薄板を使用しなくても良好な
結合をなし得るという実験事実を見いだし、本発
明を完成するに到つた。
究を重ねるなかで、Ti、Zr等の活性金属を含む
Ag−Cu合金において活性金属を0.1重量％〜0.8
重量％、Cu5〜60重量％、残部Ag合金を用いて
金属とセラミツクスの接合を行なうと、接合部に
熱衝撃を加えてもセラミツクスにクラツクがはい
り難く緩衝用の金属薄板を使用しなくても良好な
結合をなし得るという実験事実を見いだし、本発
明を完成するに到つた。
すなわち、第１図に示すように、Ti、Zr等の
活性金属の含有量とセラミツクスのクラツクの発
生し易さあるいは、接合強度とは密接な関連を有
することが実験結果から判明した。
活性金属の含有量とセラミツクスのクラツクの発
生し易さあるいは、接合強度とは密接な関連を有
することが実験結果から判明した。
すなわち、TiやZrのような活性金属を含有せ
しめる事により接合強度が増加するが、同時に
TiやZrを含むAg−Cu合金の延性も低下し、その
ため接合部に発生する熱応力の緩和現象も減少
し、その結果、セラミツクス母材にクラツクが発
生し易くなる。したがつて接合強度が低くなる。
一方、TiやZrのような活性金属の含有率が著し
く減少すると、前記理由によりクラツクの発生は
減少するが、セラミツクス母材とのなじみが減少
し、接合強度が低下する。
しめる事により接合強度が増加するが、同時に
TiやZrを含むAg−Cu合金の延性も低下し、その
ため接合部に発生する熱応力の緩和現象も減少
し、その結果、セラミツクス母材にクラツクが発
生し易くなる。したがつて接合強度が低くなる。
一方、TiやZrのような活性金属の含有率が著し
く減少すると、前記理由によりクラツクの発生は
減少するが、セラミツクス母材とのなじみが減少
し、接合強度が低下する。
そこで、Ti、Zrのような活性金属の含有率が
0.1重量％から0.8重量％、Cu5〜60重量％、残部
Agの合金をろう材として用い、セラミツクスと
金属との結合を行なうとセラミツクスにクラツク
が発生しにくくかつ、接合強度の高い接合が行な
うことが可能である。
0.1重量％から0.8重量％、Cu5〜60重量％、残部
Agの合金をろう材として用い、セラミツクスと
金属との結合を行なうとセラミツクスにクラツク
が発生しにくくかつ、接合強度の高い接合が行な
うことが可能である。
なおTi、Zr等の活性金属含有率が0.8重量％を
越えるとセラミツクスにクラツクが発生し易く接
合強度が低下し、また0.1重量％未満の場合は、
セラミツクスとのなじみが低下し接合強度が低下
する。
越えるとセラミツクスにクラツクが発生し易く接
合強度が低下し、また0.1重量％未満の場合は、
セラミツクスとのなじみが低下し接合強度が低下
する。
またCu及びAgの含有量は接合温度に影響を与
える為Cuを５〜60重量％とする事により、900℃
以下での接合が容易となり、工業上有利なものと
なる。
える為Cuを５〜60重量％とする事により、900℃
以下での接合が容易となり、工業上有利なものと
なる。
本発明において、接合すべきセラミツクスの対
象は、窒化物（AlN、Si3N4など）、炭化物（SiC
など）、酸化物（Al2O3など）をはじめとする各
種セラミツクスである。
象は、窒化物（AlN、Si3N4など）、炭化物（SiC
など）、酸化物（Al2O3など）をはじめとする各
種セラミツクスである。
実施例で用いている％はすべて重量％である。
実施例 １
Ti0.5％、Ag72％、Cu残部である合金を圧延
し50μｍ厚の薄板形状のろう材を調整した。
し50μｍ厚の薄板形状のろう材を調整した。
つぎに、15mm角、厚さ２mmのSi3N4を10mm丸で
厚さ３mmの炭素鋼を各１個用意し、トリクレンお
よびアセトンで接合部を脱脂、洗浄した。その後
接合部に実施例のろう材を介在させ、２×
10-5Torrの真空度にしたホツトプレス中にセツ
トした。母材間に上下方向から0.01Kg／mm2の圧力
を印加し高周波加熱により接合部を850℃で10分
間保持した。
厚さ３mmの炭素鋼を各１個用意し、トリクレンお
よびアセトンで接合部を脱脂、洗浄した。その後
接合部に実施例のろう材を介在させ、２×
10-5Torrの真空度にしたホツトプレス中にセツ
トした。母材間に上下方向から0.01Kg／mm2の圧力
を印加し高周波加熱により接合部を850℃で10分
間保持した。
接合部断面を光学顕微鏡で観察した結果、接合
部にボイドやクラツクは見られず良好な接合状態
を示していた。
部にボイドやクラツクは見られず良好な接合状態
を示していた。
さらに、引張せん断試験により接合強度を調べ
たところ、140Kg／cm2の強度が得られた。
たところ、140Kg／cm2の強度が得られた。
実施例 ２
Zr0.6％、Ag70％、Cu残部である合金を圧延し
50μｍ厚の薄板形状のろう材を調整した。
50μｍ厚の薄板形状のろう材を調整した。
つぎに、20mm角、厚さ２mmのAlNと20mm角で
厚さ２mmのCuを各１個用意し、トリクレンおよ
びアセトンで接合部を脱脂洗浄した。その後接合
部に実施例のろう材を介在させ、２×10-5Torr
の真空度にしたホツトプレス中にセツトした。母
材間に上下方向から0.005Kg／mm2の圧力を印加し、
高周波加熱により接合部を830℃で20分間保持し
た。
厚さ２mmのCuを各１個用意し、トリクレンおよ
びアセトンで接合部を脱脂洗浄した。その後接合
部に実施例のろう材を介在させ、２×10-5Torr
の真空度にしたホツトプレス中にセツトした。母
材間に上下方向から0.005Kg／mm2の圧力を印加し、
高周波加熱により接合部を830℃で20分間保持し
た。
接合部断面を光学顕微鏡で観察した結果、接合
部にボイドやクラツクは見られず引張せん断強度
が150Kg／cm2の良好な接合状態を示していた。
部にボイドやクラツクは見られず引張せん断強度
が150Kg／cm2の良好な接合状態を示していた。
本発明では、以上のごとく緩衝材を用いる事な
くセラミツクスにクラツクの発生し難く、強固な
接合が可能となる金属とセラミツクスとの接合に
適する活性金属ろう材が得られる。
くセラミツクスにクラツクの発生し難く、強固な
接合が可能となる金属とセラミツクスとの接合に
適する活性金属ろう材が得られる。
第１図は本発明に係る活性金属ろう材を用いた
接合体の特性例を示す曲線図。
接合体の特性例を示す曲線図。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 活性金属 0.1〜0.8重量％ 銅（Cu） ５〜60重量％ 銀（Ag） 残部 の組成からなる事を特徴とした活性金属ろう材。 ２ 活性金属としてチタニウム（Ti）、ジルコニ
ウム（Zr）の少なくとも１種を用いた事を特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の活性金属ろう
材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2154084A JPS60166195A (ja) | 1984-02-10 | 1984-02-10 | 活性金属ろう材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2154084A JPS60166195A (ja) | 1984-02-10 | 1984-02-10 | 活性金属ろう材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60166195A JPS60166195A (ja) | 1985-08-29 |
| JPH0469035B2 true JPH0469035B2 (ja) | 1992-11-05 |
Family
ID=12057801
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2154084A Granted JPS60166195A (ja) | 1984-02-10 | 1984-02-10 | 活性金属ろう材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60166195A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0635077B2 (ja) * | 1985-10-02 | 1994-05-11 | 田中貴金属工業株式会社 | セラミックス用ろう材 |
| JP2894979B2 (ja) * | 1987-02-10 | 1999-05-24 | 株式会社東芝 | 電子部品 |
| JPH0787997B2 (ja) * | 1987-06-18 | 1995-09-27 | 田中貴金属工業株式会社 | 銀ろう合金 |
| JPH0787996B2 (ja) * | 1987-06-18 | 1995-09-27 | 田中貴金属工業株式会社 | 銀ろう合金 |
-
1984
- 1984-02-10 JP JP2154084A patent/JPS60166195A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60166195A (ja) | 1985-08-29 |
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