JPH06321663A - 非酸化物セラミックスの表面処理方法 - Google Patents

非酸化物セラミックスの表面処理方法

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JPH06321663A
JPH06321663A JP15591292A JP15591292A JPH06321663A JP H06321663 A JPH06321663 A JP H06321663A JP 15591292 A JP15591292 A JP 15591292A JP 15591292 A JP15591292 A JP 15591292A JP H06321663 A JPH06321663 A JP H06321663A
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徹 野口
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 比較的低い温度で、また短時間で、しかも任
意の場所に酸化層を形成して接合剤あるいはメタライジ
ン剤との接着力を向上してなる非酸化物セラミックスの
表面処理方法を提供することを目的とする。 【構成】 Cu,Cu2 OもしくはCuOから選ばれた
粒径0.1μm以下の微粒子を非酸化物セラミックスの
表面に付着させた後、酸化雰囲気下で熱処理を行うこと
により非酸化物セラミックスの表面に酸化層を設けた点
にある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は非酸化物セラミックスの
表面処理方法に係り、詳しくは非酸化物セラミックスを
接合剤あるいはメタライジング剤と強固に接着させる上
で非酸化物セラミックスの表面に例えばCuAl2 4
あるいはCuAlO2 の酸化物層を形成する非酸化物セ
ラミックスの表面処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】セラミックスは高耐熱性、高硬度という
特徴を有しているが、その反面、機械的・熱的衝撃に弱
い欠点がある。これを補うのに金属と組み合わせたり、
あるいは同じセラミックスでも特性の異なるものを組み
合わせると用途が拡大する。このようにセラミックス
と、セラミックスまたは金属との複合化技術(接合技
術)はセラミックス加工技術の重要な要素技術の1つに
なっている。
【0003】ところで、セラミックス同志、セラミック
スと金属との接合方法としては、PbO、CaO、Al
2 3 、MgOなどの金属酸化物を含むペースト物を接
合剤として用いる方法、あるいはTi系、Zr系、Be
系、Ni系などの活性金属を含んだペースト状の接合剤
を用いる方法、またMo−Mn系、Mo系、W系等の高
融点金属を被接合材表面でメタライジングし、その表面
にNiメッキ、そして金属ろうを付着し、更にもう一方
の被接合材表面にNiメッキした後、高温度で接合する
方法が使用されている。
【0004】また、他の方法として非酸化物セラミック
スの表面に酸化物層を形成し、該セラミックスと接合剤
との接着性を改善する試みがなされている。例えば、特
公昭64−4668によると、非酸化物セラミックスを
酸化雰囲気中で1000〜1300°Cの温度で数時間
加熱することにより、非酸化物セラミックス表面にAl
2 3 のような酸化物層を形成することが開示されてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の非酸化
物セラミックスの表面に酸化物層を形成する方法では、
高温雰囲気下で長時間放置して酸化物層を形成しなけれ
ばならず、またセラミックスに損傷を与えやすく、経済
的にも不利な方法であった。本発明はこのような諸問題
を解決するものであり、比較的低い温度で、また短時間
で、しかも任意の場所に酸化物層を形成して接合剤ある
いはメタライジン剤との接着力を向上してなる非酸化物
セラミックスの表面処理方法を提供することを目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明の非酸化物
セラミックスの表面処理方法では、Cu,Cu2 Oもし
くはCuOから選ばれた粒径0.1μm以下の微粒子を
非酸化物セラミックスの表面に付着させた後、酸化雰囲
気下で熱処理を行うことにより非酸化物セラミックスの
表面に酸化物層を設けた点にある。粒径0.1μm以下
のCu,Cu2 OもしくはCuOから選ばれた微粒子
は、溶剤に溶けた高分子のペースト物中に分散してい
る。また、上記酸化物層は主としてCuAl2 4 ある
いはCuAlO2 である。
【0007】本発明で使用するCuもしくはCu2 Oか
ら選ばれた微粒子は、以下の方法によって得ることがで
きる。即ち、まず高分子材料を融解後、これにより生じ
た蒸発物を基材面の上で急速固化して熱力学的に非平衡
化した高分子層を形成し、この高分子層の表面に銅膜を
密着させた後、高分子が平衡状態になるまで緩和させ、
該銅膜から微粒子化したCuもしくはCu2 Oを高分子
層内に浸透させると共に分散させ、これをm−クレゾー
ル、1.2−ジクロロエタン、アセトン等の溶剤に溶か
してペースト物にしたものである。この微粒子を分散し
た高分子複合物は、微粒子が凝集せずに独立した状態で
分離分散し、しかも微粒子が高分子層に安定した状態で
分散しているので、経時安定性に優れている。
【0008】ここで使用する高分子材料としては、熱可
塑性高分子であり、例えばナイロン6、ナイロン66、
ナイロン11、ナイロン12、ナイロン69、高密度ポ
リエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDP
E)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリ塩化ビ
ニル、ポリオキシメチレンなどが挙げられ、特に限定さ
れない。
【0009】また、本発明で使用する非酸化物セラミッ
クスは、窒化アルミニウム(AlN)、窒化珪素(Si
3 4 )、炭化珪素(SiC)からなる。
【0010】しかして、本発明方法では、まず非酸化物
セラミックスの粉体とCu,Cu2OもしくはCuOの
微粒子を含む高分子複合物を混合し、700〜900°
Cの酸化雰囲気中で、約1分〜60分間焼成する。また
他の方法としては非酸化物セラミックスの板体の上にC
u,Cu2 OもしくはCuOの微粒子を含むペースト物
を塗布し、700〜900°Cの酸化雰囲気中で、約1
分〜60分間焼成する。更に、他の方法としては非酸化
物セラミックスの板体の上にCuを真空蒸着、スパッタ
リングあるいは溶融噴霧によって付着し、700〜90
0°Cの酸化雰囲気中で、約1分〜60分間焼成する。
この結果、非酸化物セラミックスの表面、特にCu,C
2 OもしくはCuOから選ばれた微粒子を付着したと
ころのみに、酸化物層が形成される。とりわけ、非酸化
物セラミックスの表面に形成されたCuAl2 4 ある
いはCuAlO2 の酸化物層は、接合剤との接着力を向
上することができる。
【0011】
【作用】即ち、本発明によると、非酸化物セラミックス
の表面にCu,Cu2 OもしくはCuOの粒径0.1μ
mの微粒子を付着させた後、比較的低温でかつ短時間で
焼成しても、微粒子の粒径が小さいために該セラミック
スの表面には例えばCuAl2 4 あるいはCuAlO
2 の酸化物層が形成される。そして、この酸化物層の表
面に、例えばCuあるいはCu2 Oの粉体とバインダー
からなるメタライジング剤を塗布して焼成すると、本発
明により得られたCuAl2 4 あるいはCuAlO2
の酸化物層が非酸化物セラミックスとメタライズ膜の両
方に化学的に結合するため、非酸化物セラミックスとメ
タライズ膜との接着力が向上する。また、比較的低温で
かつ短時間で焼成して非酸化物セラミックスの表面に酸
化物層を形成することができるため、被接合材である非
酸化物セラミックスの基板の熱劣化を避けることもでき
る。
【0012】
【実施例】次に、本発明を具体的な実施例により更に詳
細に説明する。 (Cu2 O微粒子を含んだ高分子複合物の作成)真空蒸
着装置により、ナイロン11ペレットをタングステンボ
ード中に入れ、10-6Torrに減圧する。次いで、電
極間に電圧を印加してタングステンボードを真空中で加
熱して、ポリマーを融解させ、取り付け台の上部に設置
した基材(ガラス板)上に、10-4〜10-6Torrの
真空度で約1μm/分の速度で厚さ約5μmの蒸着膜で
ある高分子層を得た。更に、銅をタングステン線に巻き
付け加熱融解して10-4〜10-6Torrの真空下で蒸
着を行い、高分子層の上に銅蒸着膜を付着し、この積層
膜が付着したガラス板を真空蒸着装置から取り出し、1
20℃に保持した恒温槽中に10分間放置して複合物を
得た。その結果、膜表面の赤色が無くなり、膜全体が透
明黄緑色に変化した。
【0013】このように得られた試料を入射角0.5°
の薄膜X線回折装置(理学電気社製RINT1200)
を用いて、同試料のX線回折パターンを測定した。この
X線回折パターンでは、銅はCu2 O(酸化銅)に変化
し、この微粒子がナイロン11中に分散していることが
判った。
【0014】また、Cu2 Oの微粒子の粒子径を透過型
電子顕微鏡写真から観察すると、その平均粒子径は約1
0nmであり、また添加量は18vol%であった。ナ
イロン11中にCu2 Oを18vol%微粒化分散させ
た高分子複合物をm−クレゾールに重量比1:1で溶か
したペースト物にした。
【0015】実施例1〜7 表1に示した焼成条件にしたがって窒化アルミニウム粉
(粒径1μm)とCu2 O微粒子(粒径10nm)を分
散させた高分子複合物の混合物を焼成した。窒化アルミ
ニウム粉とCu2 O微粒子の重量比は20/1である。
焼成後の試料を前述と同じ入射角0.5°の薄膜X線回
折装置を用いて、これらの試料のX線回折パターンを測
定した結果を図1、図2に示す。これによると、800
°C以上の温度では焼成時間10分という短時間にCu
Al2 4 が生成する。特に、1000°Cでは酸化反
応が急激に進行し、窒化アルミニウムおよびCuOが全
てCuAl2 4 およびAl2 3 に変化している。ま
た、焼成温度700°Cの場合、10分間の焼成時間で
はCuAl2 4 が認められなかったが、焼成時間を3
0分まで増加させるとCuAl2 4 が生成することが
判る。
【0016】
【表1】
【0017】実施例8〜9、比較例1〜2 表2の内容にしたがって窒化アルミニウム焼結体基板の
表面にCu2 O微粒子を塗布し焼成した。塗布方法はC
2 O微粒子を分散した高分子複合物のペースト物をナ
イフを用いて窒化アルミニウム焼結体基板の表面に塗布
した。焼成後の試料表面に、Cu粉/Cu2 O粉/ナイ
ロン11の有機バインダーからなる導体路形成ペースト
を塗布し、10-3Torrの減圧下、800°C、5分
間、空気中で焼成を行ってメタライズ膜を形成した。得
られたメタライズ膜と窒化アルミニウム焼結体との接着
強度を表2に示す。この接着強度の測定方法において
は、まず窒化アルミニウム焼結体基板の表面にに2×2
mmのメタライズ膜を作り、このメタライズ膜にハンダ
付けによってL字型に曲げた直径0.8mmの銅線を接
着し、この銅線を引っ張ることによってメタライズ膜の
接着強度を測定した。
【0018】
【表2】
【0019】この結果、窒化アルミニウム焼結体基板の
表面の目的とする位置に酸化物層を形成することによっ
て、窒化アルミニウム焼結体基板とメタライズ膜の接着
強度が向上していることが判る。
【0020】実施例10〜11、比較例3〜4 表3の内容に従って窒化ケイ素(Si3 4 )焼結体、
炭化ケイ素(SiC)焼結体の焼成を行った。前述と同
じX線回折法による分析結果を図3、図4に示す。
【0021】
【表3】
【0022】これによると、窒化アルミニウムに限ら
ず、窒化ケイ素、炭化ケイ素等の非酸化物セラミックス
もCu2 O微粒子を塗布、焼成することによって比較的
容易に酸化物層を形成することができる。
【0023】
【発明の効果】以上のように本発明の非酸化物セラミッ
クスの表面処理方法では、非酸化物セラミックスの表面
に比較的低い温度で、しかも任意の場所に酸化物層を形
成することによって、接合剤との接着力を向上すること
ができる。また、比較的低温でかつ短時間で焼成して非
酸化物セラミックスの表面に酸化物層を形成することが
できるため、被接合材である非酸化物セラミックスの基
板の熱劣化を避けることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1〜実施例5における焼成後の試料のX
線回折パターンを示す図である。
【図2】実施例2、実施例6そして実施例7における焼
成後の試料のX線回折パターンを示す図である。
【図3】実施例10、比較例3における焼成後の試料の
X線回折パターンを示す図である。
【図4】実施例11、比較例4における焼成後の試料の
X線回折パターンを示す図である。
【手続補正書】
【提出日】平成5年5月31日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0007
【補正方法】変更
【補正内容】
【0007】 本発明で使用するCuもしくはCu2
から選ばれた微粒子は、以下の方法によって得ることが
できる。即ち、まず高分子材料を融解後、これにより生
じた蒸発物を基材面の上で急速固化して熱力学的に非平
衡化した高分子層を形成し、この高分子層の表面に銅膜
を密着させた後、高分子が平衡状態になるまで緩和さ
せ、該銅膜から微粒子化したCuもしくはCu2 Oを高
分子層内に浸透させると共に分散させ、これをm−クレ
ゾール、12−ジクロロエタン、アセトン等の溶剤に
溶かしてペースト物にしたものである。この微粒子を分
散した高分子複合物は、微粒子が凝集せずに独立した状
態で分離分散し、しかも微粒子が高分子層に安定した状
態で分散しているので、経時安定性に優れている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 良雄 神戸市長田区浜添通4丁目1番21号 三ツ 星ベルト株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Cu,Cu2 OもしくはCuOから選ば
    れた粒径0.1μm以下の微粒子を非酸化物セラミック
    スの表面に付着させた後、酸化雰囲気下で熱処理を行う
    ことにより非酸化物セラミックスの表面に酸化物層を設
    けたことを特徴とする非酸化物セラミックスの表面処理
    方法。
  2. 【請求項2】 粒径0.1μm以下のCu,Cu2 Oも
    しくはCuOから選ばれた微粒子は、溶剤に溶けた高分
    子のペースト物中に分散している請求項1記載の非酸化
    物セラミックスの表面処理方法。
  3. 【請求項3】 非酸化物セラミックスが窒化アルミニウ
    ムである請求項1記載の非酸化物セラミックスの表面処
    理方法。
  4. 【請求項4】 非酸化物セラミックスの表面に形成され
    る酸化物層が、主としてCuAl2 4 あるいはCuA
    lO2 である請求項3記載の非酸化物セラミックスの表
    面処理方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1241148A1 (de) * 2001-03-16 2002-09-18 Electrovac, Fabrikation Elektrotechnischer Spezialartikel Gesellschaft M.B.H. AIuminiumnitridsubstrat sowie Verfahren zur Vorbereitung dieses Substrates auf die Verbindung mit einer Kupferfolie
WO2007117354A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-18 Stellar Industries Corp. Method of bonding metals to ceramics
CN108249948A (zh) * 2016-12-29 2018-07-06 比亚迪股份有限公司 一种氮化铝陶瓷及其制备方法和应用
KR102017081B1 (ko) * 2018-06-25 2019-09-02 (주)윈스 전기전도도가 우수한 전도성 세라믹 조성물

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