JPH0891970A - セラミックス表面に銅合金層を形成させる方法 - Google Patents

セラミックス表面に銅合金層を形成させる方法

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JPH0891970A
JPH0891970A JP6246796A JP24679694A JPH0891970A JP H0891970 A JPH0891970 A JP H0891970A JP 6246796 A JP6246796 A JP 6246796A JP 24679694 A JP24679694 A JP 24679694A JP H0891970 A JPH0891970 A JP H0891970A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、セラミックス表面に易加工性の銅
合金層を形成させる方法を提供すること。 【構成】 本発明方法は、セラミックス表面に、5〜2
0μm厚さのメタライズ成分粉末のペーストを塗布し、
その上に厚さ10〜500μmの銅合金薄板を覆い、熱
処理により銅合金薄板をメタライズ層を介して接合し、
セラミックス表面に易加工性の銅合金層を形成させる方
法、あるいは、セラミックス表面に、5〜20μm厚さ
のメタライズ成分粉末のペーストを塗布し、その上に銅
合金粉末からなるペーストを10〜500μm厚さ塗布
し、次に熱処理により、塗布した銅合金粉末ペーストを
易加工性の銅合金層として、メタライズ層を介しセラミ
ックス表面に形成させる方法等である。これらの方法に
よる銅合金層を表面に形成したセラミックス部材は、銅
合金が易加工性に富むため表面の微修正加工が容易なセ
ラミックス部材であり、また銅合金層が薄いため、低熱
膨張性、高剛性、軽量等のセラミックスの特性を損なわ
ない特徴を示す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】精密機械部材において、表面等の
微修正加工が可能なセラミックス部材の製造方法を提供
することに関するものである。
【0002】
【従来の技術】セラミックスは、金属材料よりも低熱膨
張性、高剛性に優れ、しかも軽量材料である。
【0003】これらの特性が注目され、高精度の制御が
要求される精密機械部材への適用が試みられている。
【0004】だが、セラミックスが有する難加工性が原
因で、セラミックスの多種寸法や複雑形状部材現出に対
して、製造コストが高くなること、或いは、仮にセラミ
ックスが、精密機械部材に適用されても、金属材料のよ
うに簡単な微修正加工が施せない問題があった。
【0005】セラミックスの優れた特性を維持し、難加
工性の短所を補う方策として、セラミックス表面に、セ
ラミックスの特性を損なわない厚さ(量)の金属層を設
け、この層を微修正加工することが試みられている。
【0006】ただし、金属層の材種は、特に易加工性に
注目して選定されたものはなく、例えばセラミックスの
密着性のみに主眼をおいたCu,Ni,Fe等の純金属
の皮膜形成が主であった。
【0007】そのため加工時、セラミックスより加工が
優れるものの、加工液を使用しなければならず、金属層
の錆、部材の汚染等を嫌うクリーン度が要求される精密
部材としては不適当であった。
【0008】次に、セラミックス表面への金属層形成技
術としても、メッキ、PVDそしてCVD等が挙げられ
るが、メッキ技術は大型複雑形状部材へ適用できるもの
の、合金層の組成が層厚さ方向で均一にならない問題点
があるし、PVD、CVDにおいては大型複雑形状のセ
ラミックス表面に数百μmの合金層を形成させること
は、製造コスト及び設備的にも難しい等の問題点があっ
た。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、無加工液で
も加工性に優れる銅合金層が、セラミックス表面に形成
する部材を、効率良く製造する方法を提供するものであ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、セラミックス
表面に、5〜20μm厚さのメタライズ成分粉末のペー
ストを塗布し、その上に厚さ10〜500μmの銅合金
薄板を覆い、熱処理により銅合金薄層をメタライズ層を
介して接合し、セラミックス表面に易加工性の銅合金層
を形成させる方法、あるいは、セラミックス表面に、5
〜20μm厚さのメタライズ成分粉末のペーストを塗布
し、その上に銅合金粉末からなるペーストを10〜50
0μm厚さ塗布し、次に熱処理により、塗布した銅合金
粉末ペーストを易加工性の銅合金層として、メタライズ
層を介しセラミックス表面に形成させる方法等を提供す
る。
【0011】本発明方法の詳細を以下に述べる。第一
に、セラミックス表面にメタライズ層を形成させる理由
は、所定の銅合金に微修正加工が施される際に、銅合金
層が剥離しないための接合強さを得るためである。
【0012】使用されるメタライズ材料は、セラミック
スや銅合金との濡れ性に優れた材料成分粉末を油と混ぜ
合わせたペーストを使用する。
【0013】例えば、市販の電子基板回路の作製に使わ
れる貴金属系のAg系ペーストあるいは活性金属合金で
あるCu―Ag―Ti系ペーストが推奨でき、これをセ
ラミックス表面に塗布する。これらペーストのセラミッ
クスへの塗布は、印刷法が適用できる。
【0014】印刷法は、印刷で用いるメッシュ粗さが#
150〜200程度のスクリーンを、セラミックス表面
に載せ、その上に適量のペーストを盛りヘラにて均一に
のばす。
【0015】次に、スクリーンを取り去ると、セラミッ
クス表面には、メタライズ成分のペーストが均一に塗布
される。
【0016】但し、複雑形状をなす表面等のスクリーン
が使用できない箇所は、ヘラに適量のペーストを盛り、
直接セラミックス表面に塗り付けても塗布が可能であ
る。
【0017】メタライズ層の厚さは、5〜20μmが適
正である。5μm以下だと熱処理により層厚さが20〜
30%減少するため、銅合金層とセラミックス間を十分
に充填できず、密着力向上効果を発揮しない。
【0018】また、20μm以上だとメタライズ層が、
その上に被覆する銅合金層よりも軟らかい材料のため、
部材の特性に影響し、特に銅合金層の易加工性を低下さ
せるからである。
【0019】第二に、使用する銅合金は、加工液なしで
易加工が可能な材料から選定された。
【0020】その理由は、金属層を形成したセラミック
ス部材に対し、加工液を使用して機械加工を施すと、金
属の錆あるいは不純物の混入を招き、セラミックスの特
性を活かせる精密機械部材への適用が難しくなるためで
ある。本発明に使用される銅合金としては、例えば黄
銅、青銅等が挙げられる。
【0021】第三に、金属層の厚さを10〜500μm
としたのは、10μm以下だと、メタライズ層に含まれ
るAgと銅合金成分中のCuが界面に反応層を形成する
ため、機械加工するための削り代を有する銅合金層が得
られなくなる恐れがある。
【0022】さらに、合金層が、500μm以上になる
と低熱膨張といったセラミックスの特性を損なう恐れが
あるためである。
【0023】第四に、金属層の形成方法である薄膜接合
法およびペースト塗布による金属膜形成法について説明
する。
【0024】薄膜接合方法は、あらかじめ厚さ10〜5
00μmの銅合金薄膜を準備し、塗布したメタライズ層
の上にこの薄膜を覆い、熱処理にてセラミックス―メタ
ライズ―銅合金薄膜を接合させる方法である。
【0025】熱処理は、Ag系ペーストを使用した場合
は、Arガス雰囲気炉中にて、活性金属ペーストの場合
は、真空炉の10-6torr以下の減圧下にて熱処理を
行う。いずれの最高熱処理温度とも使用したメタライズ
粉末成分の軟化点から融点付近とする。
【0026】この温度域において、メタライズ層が軟化
し界面の凹凸を埋めさらにはメタライズ成分がセラミッ
クスあるいは銅合金中へ拡散して、その結果密着力を上
げる効果がある。
【0027】接合に使用する炉は、Ag系ペーストを使
用した場合、大気中における熱処理は可能だが、不活性
ガス中処理した方が、合金層の酸化による強度劣化がお
こらないためである。
【0028】Ag―Cu―Ti系ペーストの場合におい
ても、活性金属であるTiの酸化を防止するため真空炉
を使用することが望ましい。
【0029】尚、接合処理の際、セラミックスと銅合金
薄膜に加圧力負荷を特に必要としなくとも接合可能だ
が、例えば、曲面といった複雑形状部に対して、銅合金
とセラミックスの密着をよくするために、加圧力を負荷
してもよい。
【0030】その方法の一つとして、耐熱性のステンレ
スあるいは白金製の針金により、銅合金薄膜とセラミッ
クスを固定する。
【0031】次に、銅合金ペースト塗布による合金層形
成法を説明する。メタライズ成分粉末ペーストの塗布要
領は、前述の印刷法に従う。
【0032】このメタライズ層の上に、同じく印刷法
で、所定の銅合金成分の粉末と油を混ぜたペーストを塗
布する。
【0033】金属層を厚くするときは、既に塗布した合
金ペーストを乾燥させてから、その上に同じ手法で塗布
し、所定の厚さになるまで繰り返す。
【0034】次に、熱処理条件は薄膜接合法と同じと
し、銅合金粉末が焼結し合金層を形成し、且つメタライ
ズ層と密着する。
【0035】さらに上述した銅合金の被覆方法に使用可
能なセラミックスは、アルミナ、ジルコニア、窒化珪
素、サイアロンそして炭化珪素等である。
【0036】
【実施例1】セラミックスにアルミナと窒化珪素を使用
し、寸法形状として□50mm×5mmの板と外径30
0m、内径150mm、厚さ40mmのリングをそれぞ
れ用意した。
【0037】銅合金材種は黄銅(70wt%Cu―30
wt%Zn、78.5wt%Cu―20wt%Zn―
1.5wt%Pb)を選定した。
【0038】セラミックス表面の合金形成箇所は、板サ
ンプルは50×50mmの一面、リングは上、下面及び
外周側面とし、メタライズ有りと無しの2種類準備し
た。
【0039】まずセラミックス表面にAg―Cu―Ti
系ペーストを15μm塗布した上に、無荷重で厚さ20
0μm黄銅薄板をのせ、真空中(10-6torr)にお
いて850℃まで加熱し、黄銅薄板を接合させた。
【0040】評価(表1)は、銅合金層を形成させた部
材の密着力そして合金層の機械加工性について調べた。
【0041】密着力は、それぞれの手法で得られた板状
サンプルから小片を切り出し、二分割したアルミニウム
製引っ張り試験片の間に、有機接着剤で固定し、引っ張
り試験機により合金層とセラミックスの剥離強度を測定
した。
【0042】機械加工性については、板あるいはリング
サンプルを加工液を使わずに研削加工に供し、黄銅層の
ダメージ状況や仕上げ表面の粗さを調べた。
【0043】その結果、薄板接合法によってアルミナお
よび窒化ケイ素セラミックス表面に黄銅層を形成するこ
とができた。さらに、その密着力は、いずれも研削加工
に耐えられるものであった。
【0044】尚、比較として作製したメタライズ層を形
成させなかったセラミックス部材に対しては、黄銅層が
研削加工中に剥離した。
【0045】
【実施例2】セラミックスにアルミナと窒化珪素を使用
し、寸法形状として□50mm×5mmの板と外径30
0m、内径150mm、厚さ40mmのリングをそれぞ
れ用意した。
【0046】銅合金材種は黄銅(70wt%Cu―30
wt%Zn、78.5wt%Cu―20wt%Zn―
1.5wt%Pb)を選定した。
【0047】セラミックス表面の合金形成箇所は、板サ
ンプルは50×50mmの一面、リングは上、下面及び
外周側面とし、メタライズ有りと無しの2種類準備し
た。
【0048】まずセラミックス表面にAg―Cu―Ti
系ペーストを15μm塗布した上に、黄銅ペーストを印
刷法により約200μm塗布した。
【0049】この後、真空中(10-6torr)にて8
50℃まで加熱し、黄銅合金層を形成させた。
【0050】評価(表2)は、銅合金を形成させた部材
の密着力そして合金膜の機械加工性について調べた。
【0051】密着力は、それぞれの手法で得られた板状
サンプルから小片を切り出し、二分割したアルミニウム
製引っ張り試験片の間に、有機接着剤で固定し、引っ張
り試験機により合金層とセラミックスの剥離強度を測定
した。
【0052】機械加工性については、板あるいはリング
サンプルを加工液を使わずに研削加工に供し、黄銅層の
ダメージ状況や仕上げ表面の粗さを調べた。
【0053】その結果、黄銅ペースト塗布法によっても
アルミナおよび窒化ケイ素セラミックス表面に黄銅層を
形成することができた。さらに、その密着力は、いずれ
も研削加工に耐えられるものであった。
【0054】尚、比較として作製したメタライズ層を形
成させなかったセラミックス部材に対しては、黄銅層が
研削加工中に剥離した。
【0055】
【表1】
【0056】
【表2】
【0057】
【発明の効果】本発明方法によれば、セラミックス表面
に易加工性の銅合金層を所定の厚さに形成することがで
き、その結果、合金表面を加工液を使用しなくても機械
加工を施すことができ、しかもセラミックスと銅合金層
の剥離もなかった。以上より、本方法による部材は、セ
ラミックスの特性と微修正加工を必要とする精密機械部
材に適用できることが可能になった。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミックス表面に、5〜20μm厚さ
    のメタライズ成分粉末のペーストを塗布し、その上に厚
    さ10〜500μmの銅合金薄板を覆い、熱処理により
    銅合金薄層をメタライズ層を介して接合し、セラミック
    ス表面に易加工性の銅合金層を形成させる方法。
  2. 【請求項2】 セラミックス表面に、5〜20μm厚さ
    のメタライズ成分粉末のペーストを塗布し、その上に銅
    合金粉末からなるペーストを10〜500μm厚さ塗布
    し、次に熱処理により、塗布した銅合金粉末ペーストを
    易加工性の銅合金層として、メタライズ層を介しセラミ
    ックス表面に形成させる方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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