JPH09157074A - 金属−セラミックス複合部材の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の金属−セラミックス複合部材の製造装
置では、セラミックス基板への溶湯接合時の凝固の問題
があった。本発明の目的はこのような問題を解決した金
属−セラミックス複合部材の製造装置を得るにある。 【解決手段】 セラミックスを縦状に連続的に供給し、
横型鋳型のルツボ底部からの溶湯を貯留させるスリット
内に通過させてセラミックス部材の周囲面に金属を接合
せしめた後冷却するようにした金属−セラミックス複合
部材の製造装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属−セラミック
ス複合部材の製造装置に関するものであり、特に、自動
車部品、電子部品等に好適な酸化物、窒化物、炭化物セ
ラミックスと金属との強固な複合部材を製造するための
横型連続接合装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミックスの化学安定性、高融点、絶
縁性、高硬度等の特性と、金属の高強度、高靱性、易加
工性、導電性等の特性を生かした金属−セラミックス部
材は、自動車、電子装置等に広く用いられ、その代表的
な例として大電力電子素子実験用の基板およびパッケー
ジ等が挙げられる。

【０００３】上記金属−セラミックス複合部材の主な製
造方法としては、アルミナ基板を用いる直接接合法や窒
化アルミニウム基板を用いるろう接合法により大部分の
複合基板が生産されるようになった。

【０００４】本出願人も先にセラミックス部材に溶湯金
属としてのアルミニウムや銅を直接接合する連続装置と
して特願平７−２６０６８号「金属−セラミックス複合
部材の製造装置」に示すものを提案した。

【０００５】この装置によって容易にセラミックス複合
部材を得ることが可能となったが、セラミックス基板と
溶湯を接触させた後の溶湯金属を凝固させる時にダイス
内面を粗化してしまうためダイスの劣化が著しく大量の
セラミックス複合部材を得ることができなかった。ま
た、セラミックス基板のサイズが多種あるのでそれに応
じてダイスサイズを交換する必要があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来の装
置ではダイス寿命の問題と品種変えに対応するのに時間
を要するという問題があった。このため何らかの改良技
術の開発と鋳型とルツボとの着脱がより簡易に行なえる
構造の連続鋳造接合装置の開発が望まれていた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は斯かる課題
を解決するために鋭意研究したところ、溶湯ルツボの底
面に脱着可能な特殊鋳型を取り付け、一方この鋳型の左
右側面にセラミックス基板がピンチローラで移動される
搬入部並びに搬出部を脱着可能に連接することによっ
て、従来の問題を解決し得る連続鋳造装置を製作でき
た。

【０００８】即ち、本発明の装置は、セラミックス部材
の少なくとも一部分に金属が接着された金属−セラミッ
クス複合部材の製造装置において、セラミックス部材を
連続的に供給するための搬送手段と、該セラミックス部
材を順次移送させてルツボからの溶湯を貯留させるスリ
ット内を通過させて、セラミックス部材の周囲面の少な
くとも一部分に金属を接合する鋳型と、該鋳型端部に連
設する搬出部に設けた冷却ジャケットから成る冷却部と
を主要部と成すことを特徴とする金属−セラミックス複
合部材の製造装置である。尚、本装置においてルツボと
鋳型は着脱自在であり、これにより鋳型交換やサイズ変
更が容易にできるものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明装置について図面を
参照して詳細に説明する。

【００１０】図１は、本発明装置の全体を示す概略図で
あるが、本発明装置において、金属−セラミックス複合
部材を連続的に製造するために、金属溶湯を連続的に供
給し、且つ溶湯の温度を一定の温度に保たなければなら
ない。

【００１１】この場合、金属溶湯の供給方法としては、
別の溶解炉で溶解した金属溶湯を本発明装置内のルツボ
に供給し、必要に応じて所定の接合温度に加熱・保持す
る方法や、あるいは金属原料を安定に本発明装置内のル
ツボに供給し、該ルツボ内で溶かし、一定の温度に加熱
・保持する方法があるが、これは何れにしても溶湯を保
持するためのルツボと加熱ヒーターとが必要である。

【００１２】室温状態のセラミックス部材を直接に金属
溶湯に挿入すると、熱衝撃でセラミックス部材が割れる
可能性があり、これを防止するためにセラミックス部材
を予熱する必要がある。この場合、セラミックス部材を
別途加熱装置において予熱し、予熱された部材を本発明
装置の搬送手段を用いて供給することも可能である。加
熱された部材を本発明装置の搬送手段を用いて供給する
ことも可能であるが、加熱された部材を運ぶ時の安全上
の不便さ、運搬時の熱衝撃の問題もあることから、本発
明装置の場合、縦型ガイド一体型ダイスを使用し金属溶
湯を加熱するヒーターの予熱を利用するとともに縦型ガ
イド一体型ダイスにヒーターを設けてセラミックス部材
を予熱している。

【００１３】本発明装置の特徴の一つは、如何にして金
属溶湯表面の酸化物等の汚れ層の影響を除去し、セラミ
ックス部材と清浄な金属溶湯とを接触させるかというこ
とにあり、本発明においては、ルツボ底部と接触するス
リットによって溶湯中の酸化物の金属溶湯貯留部への混
入を防止し、金属溶湯貯留部には清浄な金属溶湯のみが
入るようルツボ上面に設けたおもりを上下させることに
ある。

【００１４】アルミ溶湯貯留部に一定量貯留された清浄
な金属溶湯中を、搬入部と鋳型とを通過したセラミック
ス部材が進入すると共に、基板側面に該金属溶湯が接触
し、順次鋳型並びに搬出部と移動するに従って冷却さ
れ、搬出部端部に設けた冷却ジャケットによって、これ
らの金属溶湯は全て凝固され所望の接合基板を得ること
ができた。

【００１５】本発明で使用する金属−ガイド一体型ダイ
スの各材料の高温酸化を防ぐために必要に応じて装置の
内部をある特定の雰囲気にする必要がある。後述する実
施例においては窒素ガス雰囲気において実施したが、同
じような効果はアルゴン、水素ガスのような不活性ガス
あるいは還元性のガス、またはこれらのガスの混合物を
使っても得られる。

【００１６】なお、本発明で使用する金属としては、ア
ルミニウム、銅、鉄、ニッケル、銀もしくは金、または
これらの金属を主成分とする合金であり、一方、セラミ
ックス部材としてはアルミニウム、硅素等の酸化物、窒
化物、炭化物等でる。

【００１７】

【実施例】図１に本発明装置の概略図を示す。本発明装
置は、左側からピンチローラ（図示せず）を使って、一
個一個のセラミックス部材１を縦状に連続的に供給する
搬送手段（図示せず）と、縦型ガイド一体型ダイス５を
予熱ヒーター１４で加熱しながら順次セラミックス部材
を搬送させ、一方ルツボ８内の金属を融解する溶湯ヒー
ター６，６′で金属を溶湯４とし、その溶湯４をスリッ
ト１１を介して前記縦型ガイド一体型ダイス５と連接す
る鋳型７内に設けた金属溶湯貯留部１３に装入し、次い
で、移送したセラミックス部材の少なくとも一面以上に
この金属溶湯を接合する鋳型と、水冷ジャケット２′で
温度制御を行ない、接触させた金属溶湯を凝固させる冷
却部９とを主要構成部とし、後工程として得られる金属
−セラミックス複合部材をセラミックス部材のつなぎ部
分で剪断するカッターを有する剪断部（図示せず）とか
ら構成されるものである。

【００１８】上記装置を用い先ず３６ｍｍ×１１２ｍｍ
×０．６３５ｍｍのアルミナセラミックス部材を長手方
向に縦型とし、ピンチローラーを縦状に順設した搬送手
段（図示せず）で一個一個縦型ガイド一体型ダイス５に
搬送した。この場合、このダイス５は予熱ヒーター１４
によりダイス全体に熱が伝わることから、該ダイス入口
に水冷ジャケット２を設けて温度を１００℃以下に保つ
ようにしている。

【００１９】次いで、予熱されセラミックス部材は脱着
可能に連接する鋳型７内に搬送され、金属溶湯貯留部１
３を通過するが、この時、この金属溶湯貯留部には、鋳
型上部に脱着可能に接合するルツボから、金属溶湯とし
てのアルミニウム溶湯がスリット１１を介して清浄なア
ルミニウム溶湯が装入されており、その中を通過するこ
とによってアルミナ部材の表・裏面にアルミニウムを接
着させた。

【００２０】この場合、金属としてのアルミニウムをル
ツボ８の中にセットし、セラミックス部材を一体型ダイ
ス５の入口から入れて、その先端が冷却部９に到達する
ようにセットしてから、窒素ガス（Ｎ₂ ）雰囲気におい
てルツボ８を加熱し、アルミニウムを溶解する。アルミ
ニウム溶湯４は図３，図４に示すようにルツボ脱着孔１
２に設けられたスリット１１を介して、金属溶湯貯留部
１３にルツボ上のオモリ３の作用により装入されるが、
この時、スリット幅が０．８ｍｍ（適正幅０．３〜１．
５ｍｍ）に調整してあることからルツボ内の酸化物の混
入を防ぎ、金属溶湯貯留部には清浄なアルミニウム溶湯
を装入することになる。

【００２１】セラミックス部材１の表・裏面に接触した
アルミニウム溶湯は順次冷却部の方に移動しながらその
先端部は除々に融点以下に下がり、その部分が凝固して
出口を塞ぎ溶湯の流出を防止している。

【００２２】また、入口側の鋳型内部とセラミックス部
材との間の隙間に溶湯が入らないようにするためそのク
リアランスを０．２ｍｍ以下とした。アルミニウム溶湯
が７５０℃に加熱された後、入口側からセラミックス部
材を連続的に供給したところセラミックス部材は順番に
金属溶湯貯留部を通過して、部材の表・裏面にアルミニ
ウム溶湯を接触させて移動し、冷却部を通過することに
よって厚みが０．５ｍｍのアルミニウム体として接合強
度の高い複合基板を得ることができた。

【００２３】以下、本発明の他の実施例を説明する。

【００２４】予めセラミックス部材として３６ｍｍ×５
２ｍｍ×０．６３５ｍｍのＡｌＮ基板を複数個用意して
実施例１と同様な手段でアルミニウム溶湯中を通過させ
てアルミニウムＡｌＮ部材からなる金属−セラミックス
複合部材を得た。

【００２５】冷却部９で得た金属−セラミックス複合部
材１０を剪断部（図示せず）に導き、カッターでセラミ
ックス複合部材のつなぎ目部分のアルミニウムを切断
し、所定形状の複合部材を得た。この場合、セラミック
ス複合部材は縦状であるため、従来の横状タイプのよう
にたわみを生ずることなく切断をスムーズに行なうこと
ができ、基板の割れ等の不良を軽減できた。

【００２６】

【発明の効果】上述のように本発明装置を用いることに
よって種々のセラミックス部材に溶湯金属を連続的に接
合できるようになり、所定の金属−セラミックス複合部
材を安価に、且つ連続的に大量に製造できる利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の金属−セラミックス複合部材の製造装
置の概略断面図である。

【図２】本発明装置中、鋳型の平面図である。

【図３】本発明装置中、図２の鋳型のＡ−Ａ′断面図で
ある。

【図４】本発明装置中、図２の鋳型のＢ−Ｂ′断面図で
ある。

【符号の説明】

１ セラミックス部材 ２ 冷却ジャケット ２′ 冷却ジャケット ３ おもり ４ 金属溶湯 ５ 縦型ガイド一体型ダイス ６ ヒーター ６′ ヒーター ７ 鋳型 ８ ルツボ ９ 冷却部 １０ 複合基板 １１ スリット １２ ルツボ脱着孔 １３ 金属溶湯貯留部 １４ 予熱ヒーター

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックス部材の少なくとも一部分に
   金属が接着された金属−セラミックス複合部材の製造装
   置において、セラミックス部材を連続的に供給するため
   の搬送手段と、該セラミックス部材を順次移送させてル
   ツボからの溶湯を貯留させるスリット内を通過させて、
   セラミックス部材の周囲面の少なくとも一部分に金属を
   接合する鋳型と、該鋳型端部に連設する搬出部に設けた
   冷却ジャケットから成る冷却部とを主要部と成すことを
   特徴とする金属−セラミックス複合部材の製造装置。