JPH10120474A - アルミニウムとセラミックスとの接合方法 - Google Patents
アルミニウムとセラミックスとの接合方法Info
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- JPH10120474A JPH10120474A JP27583096A JP27583096A JPH10120474A JP H10120474 A JPH10120474 A JP H10120474A JP 27583096 A JP27583096 A JP 27583096A JP 27583096 A JP27583096 A JP 27583096A JP H10120474 A JPH10120474 A JP H10120474A
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- ceramic
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、アルミニウムとセラミックスや異常
金属の接合を簡単な設備で容易に行うことを目的とす
る。 【解決手段】アルミニウムを接合させる異常金属との接
合又はセラミックスの該表面に銅めっきを施す銅めっき
工程と、該銅めっき工程により施した銅めっき面に接合
するアルミニウム面を真空中または不活性ガス中にて密
着させて５５０〜６５０℃に加熱する加熱工程と、密着
面に銅−アルミニウム合金を形成して溶着する溶着工程
とを有することを特徴とする。 【効果】本発明により、強固な接合強度及び気密性が得
られる。
金属の接合を簡単な設備で容易に行うことを目的とす
る。 【解決手段】アルミニウムを接合させる異常金属との接
合又はセラミックスの該表面に銅めっきを施す銅めっき
工程と、該銅めっき工程により施した銅めっき面に接合
するアルミニウム面を真空中または不活性ガス中にて密
着させて５５０〜６５０℃に加熱する加熱工程と、密着
面に銅−アルミニウム合金を形成して溶着する溶着工程
とを有することを特徴とする。 【効果】本発明により、強固な接合強度及び気密性が得
られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はセラミックスとアル
ミニウム，異種金属とアルミニウムとの接合方法に関す
る物であって特に従来よりも低コストで且つ強固な接合
強度および気密性が得られるような接合方法に関するも
のである。
ミニウム，異種金属とアルミニウムとの接合方法に関す
る物であって特に従来よりも低コストで且つ強固な接合
強度および気密性が得られるような接合方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来からアルミニウムとセラミックスあ
るいは異種金属の接合に関しては多くの方法が提案され
また実用化されている。しかし一般的には接着剤や接合
のための鑞材を加えたり加熱して且つ圧力を加えたりと
比較的に同種材を接合するより複雑な作業が必要であり
また設備的にも大がかりな物が必要であった。その代表
的なものとしてアルミニウムとセラミックスの接合では
熱圧接合（特開平3− 29029号，特開平6−47507 号公
報）がある。しかしこの方法は、ブレージング材（Ａｌ
−１０Ｓｉ）をアルミニウムとセラミックスの間に挟み
込んで真空中で高圧力を掛ける必要があり相当高度な技
術と大がかりな設備が必要である。
るいは異種金属の接合に関しては多くの方法が提案され
また実用化されている。しかし一般的には接着剤や接合
のための鑞材を加えたり加熱して且つ圧力を加えたりと
比較的に同種材を接合するより複雑な作業が必要であり
また設備的にも大がかりな物が必要であった。その代表
的なものとしてアルミニウムとセラミックスの接合では
熱圧接合（特開平3− 29029号，特開平6−47507 号公
報）がある。しかしこの方法は、ブレージング材（Ａｌ
−１０Ｓｉ）をアルミニウムとセラミックスの間に挟み
込んで真空中で高圧力を掛ける必要があり相当高度な技
術と大がかりな設備が必要である。
【０００３】また、ステンレス材に導電材としてのアル
ミニウム電極を接合する場合、従来は比較的高価なアル
ミニウムとステンレスのクラッド板材を作りステンレス
鋼に溶接接合していた。
ミニウム電極を接合する場合、従来は比較的高価なアル
ミニウムとステンレスのクラッド板材を作りステンレス
鋼に溶接接合していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この様にアルミニウム
とセラミックスや異種金属の接合は、コストは比較的高
く、技術的にも高度に管理を必要とし、設備的にも簡単
なものではできない。
とセラミックスや異種金属の接合は、コストは比較的高
く、技術的にも高度に管理を必要とし、設備的にも簡単
なものではできない。
【０００５】本発明はこれらの接合を簡単な設備で技術
的にも多くの管理を必要とせず安価に達成させることを
目的としている。
的にも多くの管理を必要とせず安価に達成させることを
目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の要旨は、セラミックスや異種金属の表面に銅めっき
層を施し、該銅めっき層面に接合するアルミニウム面を
密着させて５５０〜６３０℃に真空中または不活性ガス
中でアルミニウムの酸化を防止しながら加熱し、密着面
に銅−アルミニウム合金を形成して溶着することを特徴
とするアルミニウムとセラミックスや異種金属との接合
方法である。アルミニウムの溶融温度は６６０℃、銅の
それは１０８３℃であるが、合金にすると最低５４８℃
で溶融する。発明者等の実験結果では、単に銅めっきと
アルミニウムとの両者の面を接触させて置くことだけで
６００℃位に加熱すると、相互に拡散して合金層ができ
ることを発見した。このことは溶融温度６６０℃のアル
ミニウムに大きなダメージを与えること無くアルミニウ
ムの完成品の被接着物に銅めっきのできる手段さえあれ
ば、それと６００℃に加熱できれば強度は色々有ろうが
接着できることになる。
明の要旨は、セラミックスや異種金属の表面に銅めっき
層を施し、該銅めっき層面に接合するアルミニウム面を
密着させて５５０〜６３０℃に真空中または不活性ガス
中でアルミニウムの酸化を防止しながら加熱し、密着面
に銅−アルミニウム合金を形成して溶着することを特徴
とするアルミニウムとセラミックスや異種金属との接合
方法である。アルミニウムの溶融温度は６６０℃、銅の
それは１０８３℃であるが、合金にすると最低５４８℃
で溶融する。発明者等の実験結果では、単に銅めっきと
アルミニウムとの両者の面を接触させて置くことだけで
６００℃位に加熱すると、相互に拡散して合金層ができ
ることを発見した。このことは溶融温度６６０℃のアル
ミニウムに大きなダメージを与えること無くアルミニウ
ムの完成品の被接着物に銅めっきのできる手段さえあれ
ば、それと６００℃に加熱できれば強度は色々有ろうが
接着できることになる。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明は、セラミックスまたは異
種金属接合面に銅めっきを介してアルミニウムと接合を
する。加熱中にセラミックスあるいは異種金属の銅めっ
き層の接合部とアルミニウムは、密着させる必要がある
が、本発明では、それぞれの部材のそれ自身の重量によ
って加圧する程度でよく、特別な加圧装置を必要としな
い。但し、セラミックスとアルミニウムの場合は熱膨張
係数の差が大きいので、約600℃近傍で接合後、常温に
戻すと、接合する面の寸法が大きいと熱膨張係数の差に
基づく残留応力によって、セラミックスが破損すること
もある。この場合には、比較的セラミックスの熱膨張係
数に近い金属、例えば、鉄−ニッケル−コバルト合金
（Ｆｅ−２９Ｎｉ−１７Ｃｏ）や鉄−ニッケル合金（Ｆ
ｅ−４２Ｎｉ）等の両面にニッケル及び銅めっきを施し
アルミニウムとセラミックスの間に挟み込んで同時に加
熱することにより解決する。
種金属接合面に銅めっきを介してアルミニウムと接合を
する。加熱中にセラミックスあるいは異種金属の銅めっ
き層の接合部とアルミニウムは、密着させる必要がある
が、本発明では、それぞれの部材のそれ自身の重量によ
って加圧する程度でよく、特別な加圧装置を必要としな
い。但し、セラミックスとアルミニウムの場合は熱膨張
係数の差が大きいので、約600℃近傍で接合後、常温に
戻すと、接合する面の寸法が大きいと熱膨張係数の差に
基づく残留応力によって、セラミックスが破損すること
もある。この場合には、比較的セラミックスの熱膨張係
数に近い金属、例えば、鉄−ニッケル−コバルト合金
（Ｆｅ−２９Ｎｉ−１７Ｃｏ）や鉄−ニッケル合金（Ｆ
ｅ−４２Ｎｉ）等の両面にニッケル及び銅めっきを施し
アルミニウムとセラミックスの間に挟み込んで同時に加
熱することにより解決する。
【０００８】図１は、φ２０の棒状、図２，図３は、φ
７０円筒状のアルミニウム１，７とセラミックス２，６
の接合前の模式図である。なお、セラミックス２，６に
銅めっき層３を施すため、前処理層としてモリブデン−
マンガン合金層５、その上にニッケルめっき層４を形成
する。また、接合時に発生するアルミニウムとセラミッ
クスの熱膨張差に基づく熱応力を緩和するため図３の実
施例では、鉄−ニッケル−コバルト合金の補強板８とア
ルミニウム板９を使用した。
７０円筒状のアルミニウム１，７とセラミックス２，６
の接合前の模式図である。なお、セラミックス２，６に
銅めっき層３を施すため、前処理層としてモリブデン−
マンガン合金層５、その上にニッケルめっき層４を形成
する。また、接合時に発生するアルミニウムとセラミッ
クスの熱膨張差に基づく熱応力を緩和するため図３の実
施例では、鉄−ニッケル−コバルト合金の補強板８とア
ルミニウム板９を使用した。
【０００９】図４，図５はステンレス板にアルミニウム
電極を接合する場合の模式図である。図４は本発明以前
の実施例、図５は本発明を適用した実施例である。
電極を接合する場合の模式図である。図４は本発明以前
の実施例、図５は本発明を適用した実施例である。
【００１０】また、上記いずれの実施例もセラミックス
はＡｌ2Ｏ3セラミックス，アルミニウムはＪＩＳ Ａ１
０５０，ステンレスはＪＩＳ SUS304を使用したが本発
明の接合目的は材質に左右されない。
はＡｌ2Ｏ3セラミックス，アルミニウムはＪＩＳ Ａ１
０５０，ステンレスはＪＩＳ SUS304を使用したが本発
明の接合目的は材質に左右されない。
【００１１】（実施例１）図１はφ２０の棒状セラミッ
クスとアルミニウムの接合例である。接合面の前処理層
として、モリブデン−マンガン合金層５をセラミックス
２の接合面に1300℃で焼結メタライズし、その後ニッケ
ルめっき層４を電気めっきにより形成した。次いで、銅
めっき層３を電気めっきにより形成した。
クスとアルミニウムの接合例である。接合面の前処理層
として、モリブデン−マンガン合金層５をセラミックス
２の接合面に1300℃で焼結メタライズし、その後ニッケ
ルめっき層４を電気めっきにより形成した。次いで、銅
めっき層３を電気めっきにより形成した。
【００１２】上記銅めっき層は、厚さ５μｍ，１０μ
ｍ，２０μｍ，３０μｍ，５０μｍと変えたものを作製
し接合した。いずれも良好な濡れ性を示し、実用的には
１０μｍ〜２０μｍの厚さで充分である。
ｍ，２０μｍ，３０μｍ，５０μｍと変えたものを作製
し接合した。いずれも良好な濡れ性を示し、実用的には
１０μｍ〜２０μｍの厚さで充分である。
【００１３】次に、接合温度を５８０℃，６００℃，６
２０℃，６３０℃でそれぞれ行ったが、引っ張り試験の
結果、いずれもセラミックス２から破壊しており、良好
な接着力を得た。しかし、濡れ性よりの評価結果では接
合温度の高温側、特に６２０℃〜６３０℃が最も良かっ
た。本実施例では、アルミニウム１の自重のみで接合面
を密着させたが、接合温度が低い側、あるいは、接合面
の平滑度があまり良くないときには、適当な重錘等を乗
せてアルミニウム１の上から押圧するのがよい。
２０℃，６３０℃でそれぞれ行ったが、引っ張り試験の
結果、いずれもセラミックス２から破壊しており、良好
な接着力を得た。しかし、濡れ性よりの評価結果では接
合温度の高温側、特に６２０℃〜６３０℃が最も良かっ
た。本実施例では、アルミニウム１の自重のみで接合面
を密着させたが、接合温度が低い側、あるいは、接合面
の平滑度があまり良くないときには、適当な重錘等を乗
せてアルミニウム１の上から押圧するのがよい。
【００１４】（実施例２）図２および図３は、外径φ７
０の円筒状のセラミックス６にアルミニウムフランジ７
との接合例である。
０の円筒状のセラミックス６にアルミニウムフランジ７
との接合例である。
【００１５】図２では、セラミックス６の接合面に、厚
さ約２０μｍの銅めっき層３を実施例１と同様に前処理
を行ってから形成した。なお、アルミニウムフランジ７
の外径はφ６５で肉厚は１mmである。接合は６３０℃で
行った。接合部は良好な濡れ性を示し問題なかった。し
かし、Ｈｅリーク試験では洩れが生じており切断調査結
果、セラミックス６の接合面に平行に亀裂が生じている
ことが分かった。
さ約２０μｍの銅めっき層３を実施例１と同様に前処理
を行ってから形成した。なお、アルミニウムフランジ７
の外径はφ６５で肉厚は１mmである。接合は６３０℃で
行った。接合部は良好な濡れ性を示し問題なかった。し
かし、Ｈｅリーク試験では洩れが生じており切断調査結
果、セラミックス６の接合面に平行に亀裂が生じている
ことが分かった。
【００１６】セラミックスの熱膨張係数が約７×１０~6
／℃に対し、アルミニウムのそれが２５×１０~6／℃で
あることから、室温に戻したときの残留応力で弱いセラ
ミックスに亀裂が入ったものと推定される。
／℃に対し、アルミニウムのそれが２５×１０~6／℃で
あることから、室温に戻したときの残留応力で弱いセラ
ミックスに亀裂が入ったものと推定される。
【００１７】以上のことより、図３では、図２にセラミ
ックスの補強の為に厚さ０.５mm の鉄−ニッケル−コバ
ルト合金材の補強板８に両面ニッケルめっきおよび銅め
っきを施し、更に厚さ０.３mm のアルミニウム板９を挿
入した。セラミックス６の接合面には図２と同じ処理を
行った。セラミックス６，アルミニウムフランジ７，補
強板８、およびアルミニウム板９は６３０℃で同時に接
合した。結果はセラミックス６に亀裂が発生することも
なくＨｅリーク試験でも漏洩が無く良好な結果であっ
た。
ックスの補強の為に厚さ０.５mm の鉄−ニッケル−コバ
ルト合金材の補強板８に両面ニッケルめっきおよび銅め
っきを施し、更に厚さ０.３mm のアルミニウム板９を挿
入した。セラミックス６の接合面には図２と同じ処理を
行った。セラミックス６，アルミニウムフランジ７，補
強板８、およびアルミニウム板９は６３０℃で同時に接
合した。結果はセラミックス６に亀裂が発生することも
なくＨｅリーク試験でも漏洩が無く良好な結果であっ
た。
【００１８】セラミックス６の補強としてアルミニウム
フランジ７をはさんでセラミックス材補強板８を付ける
考え方もあるが（公開平3−50167号）、本発明では、熱
膨張係数の近似した金属をセラミックスに直接的に接合
し、アルミニウムの熱膨張差からくる熱応力を緩和し
た。
フランジ７をはさんでセラミックス材補強板８を付ける
考え方もあるが（公開平3−50167号）、本発明では、熱
膨張係数の近似した金属をセラミックスに直接的に接合
し、アルミニウムの熱膨張差からくる熱応力を緩和し
た。
【００１９】（実施例３）図４は本発明前のステンレス
製本体１０にアルミニウム電極を取り付ける実施例であ
る。
製本体１０にアルミニウム電極を取り付ける実施例であ
る。
【００２０】電極としてのステンレス板１１とアルミニ
ウム板１２はクラッド板として張り合わされておりステ
ンレス板１１は溶接により本体１０に接合されている。
この場合クラッド板は電極として加工されるが本体１０
に溶接するためアルミニウム板１２の一部を剥さねば成
らず、また、アルミニウム板１２には電気導線（図示せ
ず）を取り付けるためステンレス板の一部を剥すと言う
ように相当加工工数が掛かっていた。
ウム板１２はクラッド板として張り合わされておりステ
ンレス板１１は溶接により本体１０に接合されている。
この場合クラッド板は電極として加工されるが本体１０
に溶接するためアルミニウム板１２の一部を剥さねば成
らず、また、アルミニウム板１２には電気導線（図示せ
ず）を取り付けるためステンレス板の一部を剥すと言う
ように相当加工工数が掛かっていた。
【００２１】図５は本発明になる実施例で本体１０に銅
めっき１５を行い電極１３の接合をした。本実施例では
本体１０はステンレスであったため下地処理としてニッ
ケルめっき１４を施行した。本発明は相手側金属がステ
ンレスに限定する物でなく何らかの下地処理をして銅め
っきによりアルミニウムと接合する物は全て本発明に含
まれる。
めっき１５を行い電極１３の接合をした。本実施例では
本体１０はステンレスであったため下地処理としてニッ
ケルめっき１４を施行した。本発明は相手側金属がステ
ンレスに限定する物でなく何らかの下地処理をして銅め
っきによりアルミニウムと接合する物は全て本発明に含
まれる。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、下地
処理を色々するとしても銅めっきができ、真空中で約６
００℃に加熱し得る条件が整えば、あらゆる金属，非金
属にアルミニウムを接合できる。
処理を色々するとしても銅めっきができ、真空中で約６
００℃に加熱し得る条件が整えば、あらゆる金属，非金
属にアルミニウムを接合できる。
【図１】本発明の一実施例である円柱状アルミニウム−
セラミックスの接合前の模式図である。
セラミックスの接合前の模式図である。
【図２】本発明の一実施例である円筒状アルミニウム−
セラミックスの接合前の模式図である。
セラミックスの接合前の模式図である。
【図３】本発明の一実施例である円筒状アルミニウム−
セラミックスの接合前の模式図である。
セラミックスの接合前の模式図である。
【図４】本発明のステンレス製本体にアルミニウムとア
ルミニウムクラッド材電極を取り付けた模式図である。
ルミニウムクラッド材電極を取り付けた模式図である。
【図５】本発明のステンレス製本体にアルミニウム電極
を接合する模式図である。
を接合する模式図である。
１…アルミニウム、２，６…セラミックス、３…銅めっ
き層、４，１４…ニッケルめっき層、５…モリブデン−
マンガン合金層、７…アルミニウムフランジ、８…補強
板、９，１２…アルミニウム板、１０…ステンレス製本
体、１１…ステンレス板、１３…アルミニウム電極、１
５…銅めっき層。
き層、４，１４…ニッケルめっき層、５…モリブデン−
マンガン合金層、７…アルミニウムフランジ、８…補強
板、９，１２…アルミニウム板、１０…ステンレス製本
体、１１…ステンレス板、１３…アルミニウム電極、１
５…銅めっき層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 波東 久光 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内
Claims (4)
- 【請求項１】アルミニウムを接合させるセラミックスの
表面に銅めっきを施す銅めっき工程と、該銅めっき工程
により施した銅めっき面に接合するアルミニウム面を真
空中または不活性ガス中にて密着させて５５０〜６５０
℃に加熱する加熱工程と、密着面に銅−アルミニウム合
金を形成して溶着する溶着工程とを有することを特徴と
するアルミニウムとセラミックスとの接合方法。 - 【請求項２】アルミニウムとセラミックスの接合方法に
おいて、セラミックスの表面に銅めっきをする下地処理
として高融点を用いてセラミックス表面にメタライズ
し、さらにその表面にニッケルめっきを施した上で銅め
っきをすることを特徴とするアルミニウムとセラミック
スとの接合方法。 - 【請求項３】アルミニウムとステンレス鋼の接合方法に
おいて、ステンレス鋼の表面に銅めっきをする下地処理
として高融点を用いてセラミックス表面にメタライズ
し、さらにその表面にニッケルめっきを施した上で銅め
っきをすることを特徴とするアルミニウムとステンレス
鋼との接合方法。 - 【請求項４】請求項１あるいは２に記載のアルミニウム
とセラミックスの接合方法であって、アルミニウムとセ
ラミックスの間に該アルミニウムと該セラミックスの中
間の熱膨張係数を有する金属材料を挟み込んだことを特
徴とするアルミニウムとセラミックスとの接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27583096A JPH10120474A (ja) | 1996-10-18 | 1996-10-18 | アルミニウムとセラミックスとの接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27583096A JPH10120474A (ja) | 1996-10-18 | 1996-10-18 | アルミニウムとセラミックスとの接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10120474A true JPH10120474A (ja) | 1998-05-12 |
Family
ID=17561029
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27583096A Pending JPH10120474A (ja) | 1996-10-18 | 1996-10-18 | アルミニウムとセラミックスとの接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10120474A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1056321A2 (en) * | 1999-05-28 | 2000-11-29 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Circuit substrate |
| JP2001010874A (ja) * | 1999-03-27 | 2001-01-16 | Nippon Hybrid Technologies Kk | 無機材料とアルミニウムを含む金属との複合材料の製造方法とその関連する製品 |
| JP2007225360A (ja) * | 2006-02-22 | 2007-09-06 | Jtekt Corp | 圧力センサ |
-
1996
- 1996-10-18 JP JP27583096A patent/JPH10120474A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001010874A (ja) * | 1999-03-27 | 2001-01-16 | Nippon Hybrid Technologies Kk | 無機材料とアルミニウムを含む金属との複合材料の製造方法とその関連する製品 |
| EP1056321A2 (en) * | 1999-05-28 | 2000-11-29 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Circuit substrate |
| EP1056321A3 (en) * | 1999-05-28 | 2003-03-19 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Circuit substrate |
| JP2007225360A (ja) * | 2006-02-22 | 2007-09-06 | Jtekt Corp | 圧力センサ |
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