JPH0520393B2

JPH0520393B2 -

Info

Publication number: JPH0520393B2
Application number: JP60166724A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Hashiguchi; Yoichi Myazawa
Original assignee: Sumitomo Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Cement Co Ltd
Priority date: 1985-07-30
Filing date: 1985-07-30
Publication date: 1993-03-19
Also published as: JPS6228067A

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の技術分野〕本発明は、セラミツクスの接合方法に係り、特
に、酸化性雰囲気下においてもセラミツクス同
士、又はセラミツクスと金属とを確実に接合可能
なセラミツクスの接合方法に関する。〔従来の技術〕従来より、酸化物セラミツクスの接合方法とし
てテレフンケン法、活性金属法、水素化合物法、
酸化銅法（米国特許3180756）等が知られている。〔従来技術の問題点〕しかしながら、これらの方法は工程が複雑であ
ると共に、接合強度、耐熱衝撃性が充分でない場
合が多い。例えば、テレフンケン法にあつては、
非酸化性雰囲気中1300〜1700℃での高温焼付け、
金属メツキ、安定化処理およびロウ接工程といつ
た複雑な作業工程が必要であり、しかも被接合部
材中の成分によつても影響をうけるという欠点が
ある）高塩治男：窯業協会誌、79

〔９〕1971）。ま
た活性金属法においては真空或は不活性雰囲気が
必要であり、酸素親和性の強いTiやZrが炉中の
酸素量によつては活性を失いやすいという欠点を
有している。さらに、このような不活性雰囲気あ
るいは真空中において高温でジルコニアセラミツ
クを接合した場合には、酸素欠陥が導入されやす
く、著しく外観を損なう、という欠点が存してい
る。また、接合層が薄い場合には、セラミツクス
と金属との熱膨張の差によつて生ずる残留応力を
接合層が緩和出来ずに、セラミツクスにクラツク
が生じたり、剥離が生じセラミツクスと被接合部
材とを確実に接合することができないという欠点
も存していた。そこで、本発明にあつては酸化性雰囲気下にお
いても接合が可能な接合方法を提供するものであ
る。〔本発明の技術的手段及び作用〕本発明にあつては、銀、錫及び銅を合重で80重
量％以上含むロウ材を用いてセラミツクスと被接
合部材とを接合するものである。本発明におけるロウ材はメタライジング層（金
属被覆層）を形成するもので、セラミツクス同士
の接合にあつては、それ自身が接合材の働きをな
すものである。上記、銀、錫、銅の三成分の配合
比は、主成分である銀95〜70重量％に対し、錫１
〜25重量％、銅１〜20重量％の範囲である。錫、
銅については、一部もしくは全部を金属酸化物に
より代替してもよく、銀については、その一部に
金属酸化物を用いてもよい。80重量％以上を占め
る上記三成分に対し、酸化物セラミツクスと高い
反応性を有する金属（チタン（Ti）、クロム
（Cr）、ジルコニウム（Zr）、ニツケル（Ni）等）、
もしくはその酸化物を単体もしくは複数で計20重
量％以下の範囲で含ませることができる。また、
上記、三成分が、夫々、金属の場合にはそれぞれ
金属粉末である場合、三成分より成る合金の箔も
しくは粉末の場合、或は各単体の金属箔の組合せ
の場合がある。さらに三成分のうち一部粉末、一
部箔を用いてもよい。本発明は、ロウ材に銅を加えることによりセラ
ミツクス、特に、酸化物セラミツクスとの良好な
接合が得られるとの知見に基づいているものであ
るが（英国特許761045）、銀と銅のみでは良好な
メタライズ層は得られず偏析が見られ、また、銅
と錫のみでも良好なメタライズ層は得られない。
しかし、銀、錫、銅の三成分とすることで濡れ性
が改善され、セラミツクスの接合面に良好なメタ
ライズ層が得られることが判明した。そして、錫
を添加することにより、上記の通り良好な濡れ性
を実現しロウ材の低融点化を図ることができ、酸
化を抑制することができる。さらに、第１図に示
すように、被接合金属１とセラミツクス２との接
合において錫が、BAG銀ろう３より被接合金属
１の表面に拡散偏析し付着効果を高めるものであ
る。セラミツクス２へのメタライズ層４の強度
は、銅酸化物が最も大きく関連しており、錫酸化
物および銀酸化物もわずかではあるが関連する。
メタライズ層４は略20〜40μm程度の厚さを有し、
錫酸化物及び銅酸化物と金属銀が混りあつた状態
であり、第１図に示すように、錫酸化物及び銅酸
化物６の隙間が金属銀５により充填された形とし
て観察される。この形態により、錫酸化物及び銅
酸化物６が強固な接合力を生み出し、また、銀５
自身の展延性によりセラミツクスと金属との熱膨
張差により生ずる残留応力を緩和することができ
る。従つて、応力緩和の為の中間層を別個に必要
としないことになる。本発明に係るセラミツクスの接合方法におい
て、被覆層（メタライズ層）を塗布する場合に
は、銀、銅、錫を粉末のまま使用して撤布しても
良いが、通常、適当なバインダーおよびその溶
剤、例えば、スクリーンオイル等の印刷用イン
キ、バルサム等を適宜の量用い、ペースト状にし
て塗布する。粉末状又はペースト状の被覆層をセ
ラミツクス表面に塗布又は撤布する場合、被覆量
は目的に応じ適宜決められる。次にメタライズ層により被覆されたセラミツク
スを酸化性雰囲気もしくは不活性雰囲気下で加熱
して焼付ける。本発明にあつては、酸化性雰囲気
について酸素分圧の制御等特殊な条件下で使用す
る必要はない。不活性雰囲気およびその加圧雰囲
気も許容されるが、ZrやTi等を含む金属酸化物
セラミツクスの加熱において外観品質を損ねない
形で接合するためには酸化性雰囲気が好ましい。この場合の加熱条件としてはセラミツクスの形
状、大きさ、被覆量により多少変化するが10℃／
min以上の昇温速度で950〜1300℃の温度で１〜
30分間程度加熱し、15℃／min以上の速度で冷却
する。好ましくは、30℃／min以上の昇温速度で
1050〜1150℃で10分間加熱し30℃／min程度で冷
却する。焼付けられた被覆層は、メツキ層を設け
ることなくハンダ付けおよびロウ付等により被接
合部材に接合することができる。本発明に係るセラミツクスの本接合方法によれ
ば、酸化物セラミツクスの接合に有効であり
40μmの薄い接合層を有することができる。また、
特に、ジルコニアにおいては、酸素欠陥を生ずる
ことなく接合状態が良好でかる見映えのよい接合
が可能となる。本発明における接合方法の対象としては、セラ
ミツクスとしては例えばアルミナ、ジルコニア、
マグネシア、スピネル類、フオルステライト類そ
の他の金属酸化物セラミツクス等があげられる。被接合部材としてはSS，SC，SK，SUS等の
銅鉄もしくは特殊鋼類、Ni−Cr，Fe−Ni，Fe−
Ni−Co等の合金類等の金属又はセラミツクスが
広く対象になり得る。また、本発明のロウ材の層
に接して市販の超硬用ロウ材層を設けることによ
りWC等超硬工具材料との接合も可能になる。尚、セラミツクス同士の接合においては、銀ロ
ウ等他のロウ材と併用する必要はなく、本発明に
係るロウ材を使用して接合することが可能であ
る。〔実施例〕以下、添付図面に示す実施例に基づき、本発明
を詳細に説明する。〈第１実施例〉銀、錫、銅の金属粉末を所定の配合割合に坪取
し、充分混合した後、該混合粉末の100重量部に
対し、スクリーンオイル10重量部を混合してペー
スト状にし、これを30×15×５mmのアルミナ焼結
体７（表面粗さ１〜2μRa）の表面に、厚さ60μm
で塗布し、メタライズ層８を形成した。次に、電
気炉を用い、大気中にて1100℃で10分間焼成して
メタライズ層８を形成した。この試料に銀ロウ
（BAg−１）を用いて、銀ロウ層９を形成し、真
空中800℃で10分間加熱して金属１０にロウ接し
た。その時の接合の状態を第２図に示し、試験片
の断面のEPMAによる結果を第１図に示す。そ
して、剪断引張強度については万能試験機を用い
て荷重速度0.5mm／minで測定した。その結果、
第１表に示すように、セラミツクスと金属との間
に中間層を設けることなく、従来法を上回る接合
強度が得られた。尚、比較例は、従来の高融点金
属法によるものであり、アルミナセラミツクスを
用いSS材と接合したものである。また、銀80重量部、錫10重量部、銅10重量部の
ロウ材組成で接合し、試験片の熱サイクル試験の
結果を第２表に示す。試験片は500℃で10分間加
熱した後、20分間放冷する操作を10回繰り返した
後、室温における強度を測定したものである。応
力緩和層を特別に設けなくても熱サイクル前の強
度はサイクル後においても低下が小さくなつてい
る。〈第２実施例〉銀、錫、銅の各金属粉末を所定の割合に配合
し、第１実施例と同様の操作によりジルコニアセ
ラミツクスと金属（S45C）とを接合し、強度を
測定した結果を第３表に示す。この場合において
も、セラミツクスと金属との間に特別な中間層を
設けることなく、高い接合強度が得られたもので
ある。更に第１実施例と同様に、熱サイクル試験の結
果を第４表に示す。ロウ材組成は銀80重量部、錫
10重量部、銅10重量部である。この結果から、本
発明は熱サイクル前後の強度低下割合は従来法と
比較して小さく、また外観も良好であつた。尚、比較例は従来の高融点金属法によるもので
あり、アルミナセラミツクスとSS材とを接合し
たものである。以上の実験結果からわかるように、本発明に係
るセラミツクスの接合方法にあつては、酸化性雰
囲気中においてもセラミツクスと金属とを確実に
接合することが可能である。また、メタライズ層
を容易に形成することができ、従来必要としてい
たメツキ工程を省略することができ、接合作業効
率を向上させることができる。さらに、本発明に
あつては、セラミツクスと金属とを接合する場合
に応力緩衝層をメタライズ層と金属との間に設け
る必要がなく、容易に接合作業を行うことができ
る。また、従来よりも比較的低温度で接合するこ
とが可能となるものである。〔発明の効果〕本発明は以上のような構成を有することから、
酸化性雰囲気中においても、セラミツクス同士又
はセラミツクスと金属とを確実に接合することが
できる。

【表】

【表】【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るセラミツクスの接合方法
を用いて金属とセラミツクスとを接合した試験片
の金属組織を示す電子顕微鏡写真、第２図は本発
明に係るセラミツクスの接合方法を用いてセラミ
ツクスと金属とを接合した状態を示す図である。１……被接合部材（被接合金属）、２……セラ
ミツクス、４……ロウ材（メタライズ層）、５…
…銀、６……錫、銅（含、各酸化物）。

Claims

【特許請求の範囲】１銀、錫及び銅を合重で80重量％以上含み、且
つこれらの各成分の重量組成範囲が、銀70〜95重
量％、錫１〜25重量％、銅１〜20重量％であるロ
ウ材を用いてセラミツクスと被接合部材とを接合
することを特徴とするセラミツクスの接合方法。２上記ロウ材中に含まれる錫と銅の一部又は全
部が金属酸化物により代替されていることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載のセラミツクス
の接合方法。