JPH075405B2 - Metallization method for non-oxide ceramics - Google Patents

Metallization method for non-oxide ceramics

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JPH075405B2
JPH075405B2 JP1192786A JP1192786A JPH075405B2 JP H075405 B2 JPH075405 B2 JP H075405B2 JP 1192786 A JP1192786 A JP 1192786A JP 1192786 A JP1192786 A JP 1192786A JP H075405 B2 JPH075405 B2 JP H075405B2
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秋山  浩
陸男 鴨志田
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    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/52Multiple coating or impregnating multiple coating or impregnating with the same composition or with compositions only differing in the concentration of the constituents, is classified as single coating or impregnation

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、非酸化物系セラミックスのメタライズ方法に
係り、特に炭化珪素焼結体に適用するのに好適なメタラ
イズ方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a metallization method for non-oxide ceramics, and more particularly to a metallization method suitable for application to a silicon carbide sintered body.

[従来の技術] セラミックスは金属又は他のセラミックスと接合するこ
とにより、単独のセラミックスにはない新たな機能が生
み出され、セラミックスの応用範囲が更に拡大する。例
えばセラミックスと金属とを接合する場合、各種方法が
公知になっているが、各セラミックスの特性を考慮し、
それに適した接合方法を選定する必要がある。
[Prior Art] By joining a ceramic with a metal or another ceramic, a new function not found in a single ceramic is created, and the range of application of the ceramic is further expanded. For example, when joining ceramics and metal, various methods are known, but considering the characteristics of each ceramic,
It is necessary to select a joining method suitable for it.

炭化珪素セラミックスのような非酸化物系セラミックス
と金属又は他のセラミックスを接合する方法として、特
開昭58-135180号公報に記載のように、セラミックス
と、金属又は他のセラミックスとの間に、Al−Si合金の
インサートを挿入し、真空中で加圧しながら約600℃に
加熱し、直接接合する方法がある。
As a method of joining a non-oxide ceramics such as silicon carbide ceramics and a metal or other ceramics, as described in JP-A-58-135180, between the ceramics and the metal or other ceramics, There is a method of inserting an Al-Si alloy insert and heating it to about 600 ° C while applying pressure in a vacuum to directly bond it.

セラミックスのメタライズ方法についても多くの方法が
提案されている。
Many methods have been proposed for ceramic metallization.

特開昭59-203780号公報には、非酸化物系セラミックス
焼結体表面をアルミニウムで被覆した後アルミナ層を形
成し、このアルミナ層を金属化処理する方法が記載され
ている。この方法はメタライズ工程が2回必要で不経済
である。特開昭55-51775号公報ではMo,W等の高融点金属
粉末を非酸化物セラミックスに載置し、非酸化性雰囲気
内で加圧しつつ焼成してメタライズしている。
JP-A-59-203780 describes a method in which the surface of a non-oxide ceramics sintered body is coated with aluminum, an alumina layer is formed, and the alumina layer is metallized. This method requires two metallization steps and is uneconomical. In JP-A-55-51775, high-melting-point metal powders such as Mo and W are placed on non-oxide ceramics and metallized by firing under pressure in a non-oxidizing atmosphere.

前記特開昭58-135180号公報または特開昭59-203780号公
報に記載のような非酸化性雰囲気内で加圧して接合する
方法は、複雑な形状の部材の接合に適さず、量産性も問
題がある。
The method of joining by pressurizing in a non-oxidizing atmosphere as described in JP-A-58-135180 or JP-A-59-203780 is not suitable for joining members having complicated shapes, and mass productivity is high. Also has a problem.

他方、窒化物系セラミックスの金属化法としては、例え
ば特開昭59-195590号公報に記載のようにFe,Ni,Cr,Mnの
うち少なくとも1種類以上の金属成分と、C,Si,Bのうち
少なくとも1種類以上の成分を10%以下混合しと組成物
を、粉末あるいは粒の形で窒化物系セラミックス体の表
面に載置し、非酸化性または弱酸化性雰囲気下において
前記組成物を溶融させる方法があるが、炭化珪素系セラ
ミックスについては述べられない。
On the other hand, as a method for metallizing nitride ceramics, for example, as described in JP-A-59-195590, at least one metal component of Fe, Ni, Cr, Mn and C, Si, B are used. 10% or less of at least one of these components is mixed, and the composition is placed on the surface of the nitride-based ceramics body in the form of powder or particles, and the composition is placed in a non-oxidizing or weakly oxidizing atmosphere. There is a method of melting the above, but the silicon carbide ceramics are not mentioned.

しかも、この金属化方法は前記組成物を溶融させること
を特徴としているため、メタライズ温度が高く、これを
炭化珪素セラミックスに適用した場合、該セラミックス
との結合反応が過剰に進み、脆い化合物層が厚く生じて
十分なメタライズ強度が得られないことを実験により確
認した。
Moreover, since this metallizing method is characterized by melting the composition, the metallization temperature is high, and when it is applied to silicon carbide ceramics, the bonding reaction with the ceramics proceeds excessively, and a brittle compound layer is formed. It was confirmed by an experiment that the metallization was so thick that a sufficient metallization strength could not be obtained.

炭化珪素セラミックスのメタライズ方法として、特開昭
58-89154号公報記載のものではW,Mo,Ti,Mn等の粉末をセ
ラミックス表面に塗付し、これを非酸化性雰囲気内で14
00℃以上に焼成している。
A method for metallizing silicon carbide ceramics is disclosed in
In the one described in JP-A-58-89154, powders of W, Mo, Ti, Mn, etc. are applied to the surface of ceramics, and this is
It is baked above 00 ℃.

前記特開昭59-195590号公報及び特開昭58-99184号公報
記載の従来のメタライズ方法はセラミックス表面に塗付
した金属粉の厚さとほぼ同等の厚さがメタライズ厚さと
して形成される。
In the conventional metallizing methods described in JP-A-59-195590 and JP-A-58-99184, the metallization thickness is formed to be approximately the same as the thickness of the metal powder applied to the ceramic surface.

一方、セラミックスと熱膨張率の異なる金属又は他のセ
ラミックスを接合する場合、接合体の熱歪みを小さくす
る方法としてメタライズ温度及びその後の接合温度をで
きるかぎり低温で行う以外にメタライズ層の厚さをでき
るかぎり薄くする必要がある。特に熱膨張率4.5×10-6/
℃と小さい炭化珪素セラミックスの場合は、メタライズ
層の厚さが10μm以上になるとそれによる熱歪みだけで
該セラミックスに破壊が生じることがあることを実験に
より確認した。
On the other hand, in the case of joining a ceramic and a metal having a different thermal expansion coefficient or another ceramic, as a method for reducing the thermal strain of the joined body, the metallization temperature and the subsequent joining temperature should be as low as possible in addition to the metallization layer thickness. It should be as thin as possible. Coefficient of thermal expansion 4.5 × 10 -6 /
In the case of a silicon carbide ceramic having a small temperature of 0 ° C., it was confirmed by an experiment that when the thickness of the metallized layer is 10 μm or more, the ceramic may be broken by the thermal strain only.

従来メタライズ層の厚さを薄くする方法としてセラミッ
クス表面に粒径の小さい金属粉末ペーストを薄く塗付又
は印刷する方法もあるが、この場合でもメタライズ層の
厚さを10μm以下に制御することは極めて困難である。
Conventionally, there is also a method of thinly applying or printing a metal powder paste having a small particle size on the ceramic surface as a method of reducing the thickness of the metallized layer, but even in this case, it is extremely difficult to control the thickness of the metallized layer to 10 μm or less. Have difficulty.

メタライズ層の厚さを薄く形成する方法として蒸着、イ
オンプレーティング等の方法もあるが、この方法では高
い接合強度が得られない。
As a method of forming the metallized layer thin, there are methods such as vapor deposition and ion plating, but high bonding strength cannot be obtained by this method.

[発明が解決しようとする問題点] 上記従来技術はメタライズ層の特に厚さとそのコントロ
ールについては配慮がなされておらず、炭化珪素セラミ
ックスと金属等を接合する場合炭化珪素セラミックスに
熱応力破壊が生じ高信頼性の接合体が得られないという
問題があった。
[Problems to be Solved by the Invention] In the above-mentioned prior art, no particular consideration is given to the thickness of the metallized layer and its control. When a silicon carbide ceramic and a metal or the like are joined, thermal stress fracture occurs in the silicon carbide ceramic. There is a problem that a highly reliable bonded body cannot be obtained.

本発明の目的は、非酸化物系セラミックス、特に炭化珪
素セラミックスの表面に強固かつ耐熱性のメタライズ層
を形成するメタライズ方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a metallizing method for forming a strong and heat-resistant metallized layer on the surface of non-oxide ceramics, particularly silicon carbide ceramics.

[問題点を解決するための手段] 本発明は、上記の目的を達成すべくなされたもので、本
発明による非酸化物系セラミックスのメタライズ法は、
非酸化物系セラミックス燒結体の表面にクロム粉末層を
形成する工程と、不活性雰囲気又は減圧雰囲気で焼成し
前記燒結体の表面にセラミックスとクロムとの反応物を
含む層およびその上にクロム酸化物を含む未反応層を形
成する工程と、前記クロム酸化物を含む未反応層を除去
する工程と、の順次工程を含むことを特徴とするもので
ある。
[Means for Solving Problems] The present invention has been made to achieve the above object, and a method for metallizing a non-oxide ceramic according to the present invention is
A step of forming a chromium powder layer on the surface of the non-oxide ceramic sintered body, and a layer containing a reaction product of ceramics and chromium on the surface of the sintered body, which is fired in an inert atmosphere or a reduced pressure atmosphere, and chromium oxidation thereon. It is characterized by including a sequential step of forming an unreacted layer containing a substance and a step of removing the unreacted layer containing the chromium oxide.

以下、本発明の完成に至る経緯及び実施例について詳細
に説明する。
Hereinafter, the background to the completion of the present invention and examples will be described in detail.

本発明者らは炭化珪素セラミックス表面に各種金属粉末
を塗布し、これを非酸化性雰囲気内で加熱した場合の該
セラミックスと金属との反応状態を調べた結果、次のよ
うな新しい現象を発見した。
The present inventors found that the following new phenomenon was found as a result of investigating the reaction state between the ceramic and the metal when various metal powders were applied to the surface of the silicon carbide ceramic and heated in a non-oxidizing atmosphere. did.

すなわち、Ti,Zr,Nb,V等の第IVa族及び第Va族の金属を
塗布した場合、1000℃の加熱温度では反応が進まず、結
合反応を生じさせるためには1000℃を越えて該金属の融
点近くまで加熱温度を高める必要がある。しかし、加熱
温度を融点近くまで高めるとメタライズ界面に該金属の
炭化物及びシリサイド等の脆い化合物層が厚く形成し、
十分なメタライズ強度が得られないことが判明した。
That is, when a metal of Group IVa and Group Va such as Ti, Zr, Nb, and V is applied, the reaction does not proceed at a heating temperature of 1000 ° C., and the temperature exceeds 1000 ° C. to cause a binding reaction. It is necessary to raise the heating temperature to near the melting point of the metal. However, when the heating temperature is raised to near the melting point, a brittle compound layer such as carbide and silicide of the metal is formed thickly at the metallized interface,
It was found that sufficient metallization strength could not be obtained.

Fe,Ni,Mn,Co等は第VIIa族及び第VIIIa族金属を塗布した
場合は、1000℃の加熱温度で該セラミックスとの結合反
応が過剰に進み、接合界面には該金属の脆いシリサイド
または炭化物層及び遊離炭素が厚く形成されて十分なメ
タライズ強度が得られないことが判明した。また、前記
金属粉によって形成されたメタライズ層の厚さは該炭化
珪素セラミックス表面の塗布、または印刷した該金属粉
末の厚さと同程度の10μm以上となった。このため該セ
ラミックス表面に生ずる熱応力によって該セラミックス
の破壊も生じた。
When Fe, Ni, Mn, Co, etc. are coated with a Group VIIa or Group VIIIa metal, the bonding reaction with the ceramics proceeds excessively at a heating temperature of 1000 ° C., and brittle silicide or It was found that the carbide layer and the free carbon were formed thick and sufficient metallization strength could not be obtained. The thickness of the metallized layer formed of the metal powder was 10 μm or more, which was comparable to the thickness of the metal powder coated or printed on the silicon carbide ceramic surface. For this reason, the ceramics were also destroyed by the thermal stress generated on the surface of the ceramics.

一方、Cr,Mo,W等の第VIa族金属の中で特にCr粉末を塗布
した場合には、該セラミックスの母材上にCrシリサイド
とCr炭化物との混在層、更にその外側上に一部金属クロ
ム層を含むCr反応層が全体で1〜10μm薄く形成される
ことが判明した。このCrシリサイド、Cr炭化物、Cr層は
該セラミックスと強固に結合されており、その厚さは塗
付したCr粉末の厚さに影響されず、加熱温度が900〜130
0℃の場合1〜10μmと極めて薄いCrメタライズ層が形
成されることが判明した。このため、該セラミックス表
面に生ずる熱応力も小さくなり、該セラミックスの熱応
力破壊も生せずメタライズ強度が向上する原因になって
いる。すなわち、従来のメタライズ方法ではメタライズ
層の厚さは予め塗布した金属粉末の厚さによって決まる
が、本発明では塗付したCr粉末の厚さに影響されず、焼
成条件によってメタライズ層の厚さををコントロールで
きることを発見した。
On the other hand, especially when Cr powder is applied among the Group VIa metals such as Cr, Mo, W, etc., a mixed layer of Cr silicide and Cr carbide is formed on the base material of the ceramic, and further on the outer side thereof. It was found that the Cr reaction layer including the metallic chromium layer was formed to be 1 to 10 μm thin as a whole. The Cr silicide, Cr carbide, and Cr layer are firmly bonded to the ceramics, and their thickness is not affected by the thickness of the applied Cr powder, and the heating temperature is 900 to 130.
It was found that an extremely thin Cr metallized layer of 1 to 10 μm was formed at 0 ° C. Therefore, the thermal stress generated on the surface of the ceramic is also reduced, and the thermal stress destruction of the ceramic does not occur, which is a cause of improving the metallization strength. That is, in the conventional metallizing method, the thickness of the metallized layer is determined by the thickness of the metal powder applied in advance, but in the present invention, the thickness of the metallized layer is not affected by the thickness of the applied Cr powder, and the thickness of the metallized layer depends on the firing conditions. I have found that I can control.

一方、上記の金属クロム層の外側に更にCr2O3等のクロ
ム酸化物層を一部含む未反応Cr層が比較的厚く形成され
る。この未反応Cr層は前記反応Cr層又はセラミックスと
の結合が弱く、その厚さは塗付したクロム粉末の厚さに
ほぼ比例して厚くなる。このような該末反応クロム層
は、前記クロム反応層でメタライズされた面への金属部
材の接合前に除去することによって、該金属部材の接合
強度に悪影響を及ぼさないようにすることができる。こ
の未反応Cr層を除去には、研磨、ブラシによる除去、ホ
ーニング等の方法を用いればよい。
On the other hand, an unreacted Cr layer containing a part of a chromium oxide layer such as Cr 2 O 3 is formed relatively thickly on the outer side of the metallic chromium layer. The unreacted Cr layer has a weak bond with the reactive Cr layer or the ceramics, and its thickness increases in proportion to the thickness of the chromium powder applied. Such an unreacted chromium layer can be removed before joining the metal member to the metallized surface of the chromium reaction layer so that the joining strength of the metal member is not adversely affected. The unreacted Cr layer may be removed by a method such as polishing, brush removal, or honing.

本発明の該セラミックス表面へのCrメタフライズ層の形
成は、該炭化珪素系セラミックスの表面に10μm以上の
金属Cr粉末を塗布又は印刷し、Ar又はHe等の付活性ガス
雰囲気又は真空度が10-2Torr以下の非酸化性雰囲気内で
900℃以上1300℃以下に10分以上加熱することにより得
られる。
The formation of the Cr meta-fried layer on the surface of the ceramic of the present invention is performed by coating or printing a metal Cr powder of 10 μm or more on the surface of the silicon carbide based ceramic, and an atmosphere of activated gas such as Ar or He or a vacuum degree of 10 −. In a non-oxidizing atmosphere below 2 Torr
It is obtained by heating at 900 ° C or higher and 1300 ° C or lower for 10 minutes or longer.

前記方法により形成されタCrメタライズ層の最外層には
Cr2O3等のクロム酸化物を一部含む未反応Cr層も形成さ
れるため、該クロム酸化物層はブラシング等により除去
し、全体の厚さが10μm以下のCrシリサイド、Cr炭化
物、Crからなる反応層だけにすることにより強固なメタ
ライズ層が得られる。
The outermost layer of the Ta metallized layer formed by the above method
Since an unreacted Cr layer containing a part of chromium oxide such as Cr 2 O 3 is also formed, the chromium oxide layer is removed by brushing or the like, and the total thickness of Cr silicide, Cr carbide, or Cr is 10 μm or less. A strong metallized layer can be obtained by using only a reaction layer consisting of.

前記方法により強固なCrメタライズ層が得られるのは炭
化珪素セラミックス特有のものであることが判明した。
また、炭化珪素セラミックスの中でも焼結助剤として1
〜2重量%(以下wt%とも云う)のBeOを添加した炭化
珪素セラミックスが特に高強度のCrメタライズ層が得ら
れた。
It was found that a strong Cr metallized layer can be obtained by the above method, which is unique to silicon carbide ceramics.
Further, among silicon carbide ceramics, 1 as a sintering aid
A silicon carbide ceramics containing ~ 2 wt% (hereinafter also referred to as "wt%") BeO was obtained as a particularly strong Cr metallized layer.

更に本発明はZrB2を40〜60wt%含む電気抵抗が約2×10
-4Ω・cmの電気伝導性炭化珪素にも適用できる。
Furthermore, the present invention has an electric resistance of about 2 × 10 4 containing 40 to 60 wt% of ZrB 2.
It can also be applied to electrically conductive silicon carbide of -4 Ω · cm.

なお、該セラミックス表面に形成したCrメタライズ層の
ままでは他の金属と接合するためのろう付性またははん
だ付性が十分でないため、該クロム反応層表面にCuまた
はNi層を設けた後、該金属又は他のセラミックスとろう
材により接合することが望ましい。ここで主にクロムシ
リサイド及びクロム炭化物からなる反応層でをわずかに
金属Crをその表面に含んでいた場合はCu又はNi層を容易
に形成できることを種々の実験により見出した。該Cr反
応層の表面にCuまたはNi層を形成するには、電気めっ
き、化学めっき、蒸着、スパッタリング等の方法が可能
である。更に該Cr層とCuまたはNi層との結合状態を高め
るため500〜800℃の温度で再び拡散処理を行うのが望ま
しいが、接合時にこの温度域に加熱される場合には、省
略できる。
Since the Cr metallized layer formed on the ceramic surface is not sufficient in brazing property or soldering property for joining with another metal, after forming a Cu or Ni layer on the chromium reaction layer surface, It is desirable to join the metal or other ceramics with a brazing material. It was found by various experiments that a Cu or Ni layer can be easily formed in the case where a reaction layer mainly composed of chromium silicide and chromium carbide contains a small amount of metallic Cr on its surface. To form a Cu or Ni layer on the surface of the Cr reaction layer, methods such as electroplating, chemical plating, vapor deposition, and sputtering can be used. Further, it is desirable to perform the diffusion treatment again at a temperature of 500 to 800 ° C. in order to enhance the bonding state between the Cr layer and the Cu or Ni layer, but this can be omitted when heating to this temperature range during bonding.

前記方法により炭化珪素系セラミックス表面にメタライ
ズ膜をクロムで形成後、ろう材により他の金属部材と接
合することにより、20kg/mm2以上の曲げ強度が得られ、
耐熱性も600℃以上である。
By forming a metallized film of chromium on the surface of the silicon carbide-based ceramics by the above method, and by joining with another metal member by a brazing material, a bending strength of 20 kg / mm 2 or more is obtained,
The heat resistance is 600 ℃ or more.

炭化珪素系セラミックスの表面に塗付するクロム粉末の
粒径は100μm以下であり、好ましくは50μm以下が望
ましい。これより大きい粒径では、結果として、形成さ
れた金属クロム層で覆われないセラミックス面の部分が
生じ易い。また、クロム粉末の塗付厚は10μm以上が好
ましく、少なすぎると結果的に金属クロム層で覆われな
いセラミックス表面部ができ易く、多すぎると未反応ク
ロム層が増すだけで経済的に好ましくない。クロム粉末
は適宜のペースト状と共にペースト状に塗付するのがよ
い。
The particle size of the chromium powder applied to the surface of the silicon carbide ceramics is 100 μm or less, preferably 50 μm or less. If the particle size is larger than this, as a result, a portion of the ceramic surface that is not covered with the formed metal chromium layer is likely to occur. Also, the coating thickness of the chromium powder is preferably 10 μm or more, and if it is too small, a ceramic surface portion which is not covered with the metal chromium layer is likely to be formed as a result. . The chromium powder is preferably applied in a paste form together with an appropriate paste form.

クロム粉末には5wt%以下であればNi,Fe,Mn,Mo,Ti,W等
の金属が混入しても特に接合強度の低下にならないが、
その量は5wt%以下が望ましい。クロム粉末を塗付した
セラミックスを900〜1300℃に加熱する時間は10分以上
1時間以内が望ましい。なお、Cr焼成温度が900℃以下
ではCrメタライズ層が形成されず、また1300℃以上では
Crメタライズ層の厚さが10μm以上になり、Crメタライ
ズ層の強度が極端に低下する。
If the chromium powder is 5 wt% or less, the joining strength is not particularly reduced even if metals such as Ni, Fe, Mn, Mo, Ti, W are mixed,
The amount is preferably 5 wt% or less. It is desirable to heat the ceramics coated with chromium powder to 900 to 1300 ° C. for 10 minutes to 1 hour. When the Cr firing temperature is 900 ° C or lower, the Cr metallized layer is not formed, and when it is 1300 ° C or higher.
The thickness of the Cr metallized layer becomes 10 μm or more, and the strength of the Cr metallized layer is extremely reduced.

次に前記方法によって形成されたCrメタライズ層を介し
て金属又はセラミックスと接合する方法について詳細に
説明する。
Next, a method of joining with metal or ceramics through the Cr metallized layer formed by the above method will be described in detail.

前記のごとくCrメタライズされた後Cu又はNi層が設けら
れた該炭化珪素セラミックス表面は軟ろう又は硬ろうに
より金属又は表面がメタライズされたセラミックス又は
ガラスと容易に接合できる。
As described above, the surface of the silicon carbide ceramic, which is provided with the Cu or Ni layer after being metallized with Cr, can be easily joined to the metal or the metallized ceramic or glass by soft solder or hard solder.

なお、該炭化珪素セラミックスと熱膨張率が異なる金属
又はセラミックスと接合する場合、該炭化珪素セラミッ
クスと金属又はセラミックスとの間に熱応力緩和作用の
ある第3の金属を介して接合することが望ましい。
When joining the silicon carbide ceramics to a metal or ceramics having a different coefficient of thermal expansion, it is desirable to join the silicon carbide ceramics to the metal or ceramics via a third metal having a thermal stress relaxation action. .

この熱応力緩和材としては、縦弾性係数が12×103kgf/m
m2以下の金属材料またはそれらの複合材が望ましい。具
体的には銅又は銅を主成分とする複合材または銀又は銀
を主成分とする複合材が望ましい。また、これらの厚さ
は100〜1000μmが望ましい。
This thermal stress relaxation material has a longitudinal elastic modulus of 12 × 10 3 kgf / m
A metal material of m 2 or less or a composite material thereof is preferable. Specifically, copper or a composite material containing copper as a main component or silver or a composite material containing silver as a main component is preferable. The thickness of these is preferably 100 to 1000 μm.

[実施例] 実施例1 以下、本発明の実施例を第1図により説明する。[Embodiment] Embodiment 1 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

第1図は約1重量%のBeOを添加することにより熱伝導
率が270W/m・゜Kで電気絶縁抵抗が1013Ω・cmの特性を
有する厚さ2mm、20mm角のホットプレスした炭化珪素1
と同形状のアルミナセラミックス2とを接合した接合体
の断面を示す。
Figure 1 shows that by adding about 1% by weight BeO, the thermal conductivity is 270 W / m · ° K and the electrical insulation resistance is 10 13 Ω · cm. Silicon 1
The cross section of the joined body which joined the alumina ceramics 2 of the same shape is shown.

本発明は、熱伝導率が240〜270W/m・゜K、電気絶縁抵抗
が1010〜1013Ω・cmの特性を有する炭化珪素に適用する
と特に有効である。
The present invention is particularly effective when applied to silicon carbide having a thermal conductivity of 240 to 270 W / m · ° K and an electric insulation resistance of 10 10 to 10 13 Ω · cm.

前記炭化珪素系セラミックス板の一面にジメチルエチル
セルローズによりペースト状にした粒径10μmのCr粉末
を約30μmの厚さで全面に塗布し、これをAr雰囲気内で
1100℃、30分間焼成後自然冷却した。その結果、該セラ
ミックの母板の表面には約4μm厚のCrシリサイドおよ
びCr炭化物の混在層並びに金属Cr層が一部形成され、更
にその表面に厚さ約20μmの未反応Cr層が形成された。
次に該未反応Cr層を刃物により除去し、該セラミックス
表面の反応Cr層3にNi膜4を電気めっきによって約5μ
m形成した。
On one surface of the silicon carbide ceramics plate, Cr powder having a particle size of 10 μm, which was made into a paste by dimethyl ethyl cellulose, was applied to the entire surface in a thickness of about 30 μm, and this was applied in an Ar atmosphere.
After firing at 1100 ° C. for 30 minutes, it was naturally cooled. As a result, a mixed layer of Cr silicide and Cr carbide having a thickness of about 4 μm and a metal Cr layer are partially formed on the surface of the ceramic mother plate, and an unreacted Cr layer having a thickness of about 20 μm is further formed on the surface. It was
Next, the unreacted Cr layer is removed with a knife, and a Ni film 4 is electroplated on the reaction Cr layer 3 on the ceramic surface to a thickness of about 5 μm.
m formed.

一方、前記アルミナセラミックス2の1面には公知の方
法によってMo-Mnメタライズ層5とNiめっき層6が形成
されているものを用いていた。
On the other hand, the one in which the Mo-Mn metallized layer 5 and the Ni plating layer 6 were formed on one surface of the alumina ceramics 2 was used.

前記方法によって表面が金属化された両者のセラミック
スの間には熱応力を緩和するため厚さ0.6mmの銀箔7を
用いた。この銀箔を介して前記方法により金属化された
熱膨張率の異なる2つのセラミックスは銀ろう8によっ
て接合した。この接合の銀ろうの厚さは約30μmでJIS
のBAg-8を用い、10%の水素を含むN2中で800℃でろう付
けした。
A silver foil 7 having a thickness of 0.6 mm was used between the two ceramics, the surfaces of which were metallized by the above method, in order to reduce thermal stress. Two ceramics having different thermal expansion coefficients, which were metallized by the above method through the silver foil, were joined by silver braze 8. The thickness of the silver solder of this joint is about 30 μm and JIS
Was brazed at 800 ° C. in N 2 containing 10% hydrogen.

前記方法により接合した接合体の引張強さを測定した結
果約20kgf/mm2の強さが得られた。
As a result of measuring the tensile strength of the joined body joined by the above method, a strength of about 20 kgf / mm 2 was obtained.

また、前記方法で接合した接合体を700℃まで加熱後引
張強さを測定した結果でも接合強さの低下は認められず
高耐熱性であることがわかった。
Further, the tensile strength was measured after heating the bonded body bonded by the above method to 700 ° C., and it was found that the bonding strength was not decreased and the heat resistance was high.

実施例2 約5wt%のAlNを焼結助剤とする厚さ2mm、縦・横各20mm
のホットプレス製炭化珪素セラミック板の一面に前記と
同様のペースト状にした粒径が10μmのCr粉末を約50μ
mの厚さで全面に塗布し、これをアルゴン雰囲気内で90
0〜1500℃の間で30分間焼成後、自然冷却した。その結
果、該セラミックス表面に厚さ約1〜15μmのCrシリサ
イドおよびCr炭化物混在層並びに一部金属CrからなるCr
が反応層が形成され、更にその上に厚さ約30μmの未反
応層が形成された。次に最外層に形成された該未反応Cr
層を金属ブラシにより除去し、該セラミックス表面の該
金属Cr層にNiを約5μm電気めっきした。
Example 2 About 5 wt% AlN as a sintering aid, thickness 2 mm, length and width 20 mm
Approximately 50μ of Cr powder with a particle size of 10μm, which was made into the same paste as above, was applied to one surface of the hot-pressed silicon carbide ceramic plate.
It is applied to the entire surface with a thickness of m, and this is applied in an argon atmosphere for 90
After firing for 30 minutes at 0 to 1500 ° C., it was naturally cooled. As a result, on the surface of the ceramic, a Cr silicide and Cr carbide mixed layer having a thickness of about 1 to 15 μm and a portion of metal Cr, which is Cr, are formed.
A reaction layer was formed, and an unreacted layer having a thickness of about 30 μm was further formed thereon. Next, the unreacted Cr formed in the outermost layer
The layer was removed with a metal brush and the metal Cr layer on the surface of the ceramic was electroplated with Ni to about 5 μm.

上記方法により形成されたメタライズ膜に直径2mm、銅
線を銀ろうによって800℃で接合した後、これを垂直方
向に引張試験を行った。
After a copper wire having a diameter of 2 mm was bonded to the metallized film formed by the above method with silver solder at 800 ° C., a tensile test was performed in the vertical direction.

第2図は結果として得られた加熱温度と接合強度との関
係を、また、第3図はCr層の厚さと接合強度との関係を
示すが、加熱温度が900〜1300℃のとき、また、反応Cr
層の厚さが1〜10μmで高強度の接合を行うことができ
ることが判る。第2図、第3図で●印はセラミックス母
材破断で、○印は接合部破断である。
FIG. 2 shows the relationship between the heating temperature and the bonding strength obtained as a result, and FIG. 3 shows the relationship between the thickness of the Cr layer and the bonding strength. When the heating temperature is 900 to 1300 ° C., , Reaction Cr
It can be seen that high-strength bonding can be performed with a layer thickness of 1 to 10 μm. In FIGS. 2 and 3, the mark ● indicates fracture of the ceramic base material, and the mark ○ indicates fracture of the joint.

実施例3 約40wt%のZrB2を含む電気抵抗が1×104Ω・cmの厚さ1
mm、3mm×50mmの導電性SiCセラミックスの片表面の一部
に約30μmのCr粉末をペースト状にして約500μmの厚
さに塗付し、これを5×104Torrの減圧下で1050℃、30
分間焼成後自然冷却した。その後、メタライズ表面のCr
酸化物層を除去し、Niめっきを約3μm行った。そのNi
めっきの表面に直径1mmのNi膜を銀ろう付けし、点火用
のヒータにして使用した。
Example 3 Electric resistance containing about 40 wt% ZrB 2 having a thickness of 1 × 10 4 Ω · cm 1
mm, 3 mm x 50 mm conductive SiC ceramics, a part of one surface is coated with Cr powder of about 30 μm to a thickness of about 500 μm, and this is applied under reduced pressure of 5 × 10 4 Torr at 1050 ° C. , 30
It was naturally cooled after firing for 1 minute. Then Cr on the metallized surface
The oxide layer was removed and Ni plating was performed to about 3 μm. That Ni
A Ni film having a diameter of 1 mm was brazed with silver on the surface of the plating and used as a heater for ignition.

この点火用ヒータの熱サイクル試験を600℃から20℃の
温度範囲で1000回行った場合でも接合強度の低下は認め
られなかった。
Even when the heat cycle test of this ignition heater was conducted 1000 times in the temperature range of 600 ° C to 20 ° C, no decrease in bonding strength was observed.

[発明の効果] 本発明によれば炭化珪素系セラミックス表面に強固に結
合されたCr反応層を形成することにより、該Cr反応層面
にCu又はNi膜を介して他の金属部材又はセラミックス部
材を強固に接合することができ、高耐熱高強度の接合体
が得られる。
[Effects of the Invention] According to the present invention, by forming a Cr reaction layer strongly bonded to the surface of a silicon carbide-based ceramic, another metal member or ceramic member can be formed on the Cr reaction layer surface via a Cu or Ni film. It is possible to firmly bond and obtain a bonded body having high heat resistance and high strength.

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

第1図は本発明の一実施例を示す断面図、第2図はクロ
ム粉末を塗付した炭化珪素系セラミックス板を加熱した
温度とその結果得られた接合強度との関係を示す特性
図、第3図はCrメタライズ層の厚さと接合強度との関係
を示す特性図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the temperature at which a silicon carbide ceramics plate coated with chromium powder is heated and the bonding strength obtained as a result, FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the thickness of the Cr metallized layer and the bonding strength.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鴨志田 陸男 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 松坂 矯 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特公 平3−62674(JP,B2) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Rikuo Kamoshida 4026 Kuji Town, Hitachi City, Hitachi, Ibaraki Prefecture Hitate Manufacturing Co., Ltd.In Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Akira Matsuzaka 4026 Kuji Town, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Nitate Manufacturing Co., Ltd. Inside Hitachi Research Laboratory (56) References Japanese Patent Publication No. 3-62674 (JP, B2)

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】非酸化物系セラミックス燒結体の表面にク
ロム粉末層を形成する工程と、不活性雰囲気又は減圧雰
囲気で焼成し前記燒結体の表面にセラミックスとクロム
との反応物を含む層およびその上にクロム酸化物を含む
未反応層を形成する工程と、前記クロム酸化物を含む未
反応層を除去する工程と、の順次工程を含むことを特徴
とする非酸化物系セラミックスのメタライズ方法。
1. A step of forming a chromium powder layer on the surface of a non-oxide ceramic sintered body, and a layer containing a reaction product of ceramics and chromium on the surface of the sintered body, which is fired in an inert atmosphere or a reduced pressure atmosphere. A method for metallizing non-oxide ceramics, comprising a sequential step of forming an unreacted layer containing chromium oxide thereon and removing the unreacted layer containing chromium oxide. .
【請求項2】特許請求の範囲第1項において、前記非酸
化物系セラミックスが炭化物系セラミックスよりなるこ
とを特徴とする非酸化物系セラミックスのメタライズ方
法。
2. The method for metallizing non-oxide ceramics according to claim 1, wherein the non-oxide ceramics is made of carbide ceramics.
【請求項3】特許請求の範囲第2項において、前記炭化
物系セラミックスが炭化珪素よりなることを特徴とする
非酸化物系セラミックスのメタライズ方法。
3. The method of metallizing non-oxide ceramics according to claim 2, wherein the carbide ceramics is made of silicon carbide.
【請求項4】特許請求の範囲第1項において、前記減圧
雰囲気の圧力を10-2Torr以下とすることを特徴とする非
酸化物系セラミックスのメタライズ方法。
4. A method of metallizing non-oxide ceramics according to claim 1, wherein the pressure of the reduced pressure atmosphere is 10 −2 Torr or less.
【請求項5】特許請求の範囲第1項において、前記セラ
ミックスとクロムとの反応物を含む層を1〜10μm厚さ
に形成することを特徴とする非酸化物系セラミックスの
メタライズ方法。
5. The method for metallizing non-oxide ceramics according to claim 1, wherein the layer containing the reaction product of the ceramic and chromium is formed to a thickness of 1 to 10 μm.
【請求項6】特許請求の範囲第1項において、前記クロ
ム粉末をペースト状にして前記燒結体表面に塗布するこ
とを特徴とする非酸化物系セラミックスのメタライズ方
法。
6. The method for metallizing non-oxide ceramics according to claim 1, wherein the chromium powder is applied in a paste form on the surface of the sintered body.
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