JPH11226717A

JPH11226717A - 金属ーセラミックス複合部材の製造方法、製造装置、及び製造用鋳型

Info

Publication number: JPH11226717A
Application number: JP3250698A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Furo; 正博風呂; Mitsuteru Kosaka; 満光小坂
Original assignee: Dowa Mining Co Ltd
Current assignee: Dowa Holdings Co Ltd
Priority date: 1998-02-16
Filing date: 1998-02-16
Publication date: 1999-08-24
Anticipated expiration: 2018-02-16
Also published as: JP4237284B2

Abstract

(57)【要約】【課題】金属とセラミックスの接合強度を高めかつ品
質の向上を図る。【解決手段】鋳型中にセラミックス部材を保持し、該
鋳型中に、接合すべき金属の溶湯を注入して冷却固化さ
せることにより、セラミックス部材の表面に金属を接合
する金属ーセラミックス複合部材の製造装置において、
鋳型中にセラミックス部材を保持した状態で鋳型内の雰
囲気を置換して酸素濃度を所定値以下にする雰囲気置換
部１と、鋳型を予熱する予熱部２、鋳型内の温度を注湯
温度に維持し鋳型内に金属溶湯注入する注湯部３と、鋳
型内の温度を金属の溶湯が凝固し始める接合温度まで下
げてセラミックス部材の表面に金属を接合させる冷却接
合部４と、鋳型を徐冷する徐冷部５とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックスと金
属とが互いの界面での直接の接合力により強固に接合さ
れた金属ーセラミックス複合部材の製造方法、製造装
置、並びに製造用鋳型に関するものである。

【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、比較的に高い熱伝導性等の特性と、金属
の高強度、高靭性、易加工性、導電性等の特性を生かし
た金属ーセラミックス複合部材は、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、自動車ターボ
チャージャー用のローター、大電力電子素子実装用の金
属ーセラミックス複合基板及びパッケージが挙げられ
る。

【０００３】上記金属ーセラミックス複合部材の主な製
造方法としては、接着、メッキ、メタライズ、溶射、鋳
ぐるみ、ろう接法、ＤＢＣ法が公知であるが、金属ーセ
ラミックス複合基板に関しては、近年コスト上の問題か
ら、アルミナ基板を用いるＤＢＣ法や窒化アルミニウム
基板を用いる金属活性ろう接合法により、大部分の金属
ーセラミックス複合基板が製造されている。

【０００４】しかしながら、従来法においては、金属を
アルミナ基板に直接接合する方法としては、銅板を直接
接合するＤＢＣ法が公知であるが、アルミニウムを直接
接合する方法は今まで知られていなかった。

【０００５】本出願人は先に、セラミックス部材に金属
板としてのアルミニウムを直接接合する装置として、特
開平８ー１９８６２９号公報に「金属ーセラミックス複
合部材の製造装置」を提案した。

【０００６】この装置は、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、搬送されたセラミックス部
材を予熱する予熱部と、予熱されたセラミックス部材を
坩堝内の金属溶湯中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接合部と、該
接合されたセラミックス部材を徐冷して金属を凝固さ
せ、金属ーセラミックス複合部材となる冷却部とを主要
部となすものであり、優れた特性を有する金属ーセラミ
ックス複合部材を大量に製造することが可能である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、セラミック
ス部材に薄板状の金属を接合する場合において、最近、
この薄板の厚さの均一性を極めて厳しく管理する要請が
なされる場合がみられるが、そのような要請に対しては
上記装置では必ずしも十分に対応できない場合があっ
た。また、回路面と放熱面との厚さを変えることにより
放熱特性を向上させるセラミックス複合基板の開発もな
されているが、上記の連続製造装置では接合後の複合基
板を真っ直ぐに引き抜くことは高度な技術を必要とし
た。

【０００８】すなわち、上記従来の装置は、セラミック
ス部材を水平方向（横方向）に連続的に供給して坩堝内
に通過させる構造である。したがって、板状のセラミッ
クス部材の表裏の２面に金属を接合させる場合、その部
材両面に金属溶湯が接触しながら移動して冷却部におい
て接合する。

【０００９】しかしながら、接合された金属の上下面の
厚みが異なるセラミックス複合基板の場合は、先端をピ
ンチロールで水平に引っ張っているにもかかわらず、接
合された金属面の厚い方向に曲がる傾向のある場合があ
ることが判明し、このことにより連続的な製造を円滑に
行うのに高度な技術を必要とした。

【００１０】本発明は、上述の背景のもとでなされたも
のであり、特に優れた接合特性を有する多種多様の金属
ーセラミックス複合部材を、低コストで製造することを
可能にするための製造方法、製造装置、並びに製造用鋳
型を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の製造方
法は、鋳型中にセラミックス部材を保持し、該鋳型中
に、接合すべき金属の溶湯を前記セラミックス部材の表
面に接触するように注入して冷却固化させることによ
り、セラミックスと金属との互いの界面での直接の接合
力によって、セラミックス部材の表面に金属を接合する
金属ーセラミックス複合部材の製造方法において、鋳型
中にセラミックス部材を保持した状態で、鋳型内の雰囲
気を置換して酸素濃度を所定値以下にする鋳型雰囲気置
換工程と、該工程後に鋳型を予熱する予熱工程と、該工
程後に鋳型内の温度を注湯温度に維持し、鋳型内に金属
の溶湯を該鋳型内を満たしていくように注湯する注湯工
程と、該工程後に鋳型内の温度を金属の溶湯が凝固し始
めて接合作用が発揮される接合温度まで下げて、セラミ
ックス部材の表面に金属を接合させる接合工程と、該工
程後に鋳型を徐冷する徐冷工程とを備えていることを特
徴とする。

【００１２】請求項２の発明の製造方法は、請求項１に
おいて、前記注湯工程で、前記鋳型として、該鋳型内に
金属溶湯を導入する溶湯導入口と、セラミックス部材を
保持すると共にセラミックス部材の表面と鋳型内壁との
間に所定の空隙を確保する接合部とを有し、かつ溶湯導
入口から接合部にいたる経路の途中に金属溶湯表面に形
成された酸化被膜を除去する狭隘部を有するものを用い
て注湯を行い、前記接合部に、狭隘部によって酸化被膜
が除去された後の金属溶湯を供給することを特徴とす
る。

【００１３】請求項３の発明の製造方法は、請求項１ま
たは２において、前記鋳型雰囲気置換工程にて、酸素濃
度を１％以下にすることを特徴とする。

【００１４】請求項４の発明の製造方法は、請求項１〜
３のいずれかにおいて、前記注湯工程における注湯温度
が７００〜８００℃であることを特徴とする。

【００１５】請求項５の発明の製造方法は、請求項１〜
４のいずれかにおいて、前記接合工程における接合温度
が５５０〜７５０℃であることを特徴とする。

【００１６】請求項６の発明の製造方法は、請求項１〜
５のいずれかにおいて、前記接合工程において鋳型内の
温度を接合温度まで下げる操作を、鋳型底部から上部に
向けて段階的に温度が下がるように行うことを特徴とす
る。

【００１７】請求項７の発明の製造方法は、請求項１〜
６のいずれかにおいて、前記金属がアルミニウムまたは
アルミニウムを主成分とする合金であることを特徴とす
る。

【００１８】請求項８の発明の製造方法は、請求項１〜
７のいずれかにおいて、前記セラミックス部材がアルミ
ニウムの酸化物、窒化物、炭化物、珪素の酸化物、窒化
物、炭化物のいずれかであることを特徴とする。

【００１９】請求項９の発明の製造装置は、鋳型中にセ
ラミックス部材を保持し、該鋳型中に、接合すべき金属
の溶湯を前記セラミックス部材の表面に接触するように
注入して冷却固化させることにより、セラミックスと金
属との互いの界面での直接の接合力によって、セラミッ
クス部材の表面に金属を接合する金属ーセラミックス複
合部材の製造装置において、鋳型中にセラミックス部材
を保持した状態で鋳型内の雰囲気を置換して酸素濃度を
所定値以下にする雰囲気置換手段を有する鋳型雰囲気置
換部と、該鋳型雰囲気置換部において鋳型雰囲気置換を
行った後の鋳型を予熱する温度制御手段を有する予熱部
と、該予熱部で予熱した鋳型内の温度を注湯温度に維持
する温度制御手段と鋳型内に金属溶湯を該鋳型内を満た
していくように注湯する注湯手段とを有する注湯部と、
該注湯部で注湯された鋳型内の温度を金属溶湯が凝固し
始めて接合作用が発揮される接合温度まで下げてセラミ
ックスに金属を接合させる冷却接合部と、前記鋳型を徐
冷する徐冷部とを備えることを特徴とする。

【００２０】請求項１０の発明の製造装置は、請求項９
において、前記鋳型雰囲気置換部が鋳型内雰囲気を不活
性ガス雰囲気に置換することを特徴とする。

【００２１】請求項１１の発明の製造装置は、請求項９
または１０において、前記冷却部が、鋳型を側方から加
熱する加熱手段と、鋳型を底部から冷却する冷却手段と
を有するものであることを特徴とする。

【００２２】請求項１２の発明の製造用鋳型は、鋳型中
にセラミックス部材を保持し、該鋳型中に、接合すべき
金属の溶湯を前記セラミックス部材の表面に接触するよ
うに注入して冷却固化させることにより、セラミックス
と金属との互いの界面での直接の接合力によって、セラ
ミックス部材の表面に金属を接合する金属ーセラミック
ス複合部材の製造方法に用いる製造用鋳型において、鋳
型内に金属溶湯を導入する溶湯導入口と、前記セラミッ
クス部材を保持すると共に該セラミックス部材の表面と
鋳型内壁との間に所定の空隙を確保する接合部と、前記
溶湯導入口から接合部に金属溶湯を導く溶湯通路と、該
溶湯通路のいずれかの場所に設けられて金属溶湯表面に
形成された酸化被膜を除去する狭隘部と、前記接合部に
設けられたガス抜き孔とを有し、前記溶湯導入口から鋳
型内に金属溶湯を導入して前記接合部に供給するとき、
該金属溶湯が該鋳型内を満たしていくように、前記接合
部及び溶湯通路を構成したことを特徴とする。

【００２３】上述の構成によれば、鋳型中にセラミック
ス部材を保持した状態で鋳型内の雰囲気を置換して酸素
濃度を所定値以下にする鋳型雰囲気置換工程を行い、次
に鋳型を予熱する予熱工程を行い、次に鋳型内の温度を
注湯温度に維持し、鋳型内に金属の溶湯を、セラミック
ス表面に金属溶湯が接触しつつ一側から他側に向けて移
動して順次鋳型内を満たしていくように注湯する注湯工
程を行い、次に鋳型内の温度を金属の溶湯が凝固し始め
て接合作用が発揮される接合温度まで下げて、セラミッ
クス部材の表面に金属を接合させる接合工程を行い、次
に鋳型を徐冷する徐冷工程を行うようにしたことによっ
て、セラミックスと金属との界面での直接の接合力を極
めて強固にすることができると共に、例えば、セラミッ
クス基板の両面に、回路面としての金属薄板と放熱面と
しての金属薄板とを接合する場合のように、両面に互い
に厚みの異なる金属薄板を接合する場合にも、鋳型の精
度を適切なものにすることによって、容易に高精度で均
一な厚さの金属薄板を接合することができる。しかも、
予熱工程や注湯工程及び接合工程において、各々適切な
温度に設定するようにしているので、セラミックス部材
に過大な熱的応力が加わることがなく、したがって熱応
力によって破損するおそれもない。

【００２４】さらに、鋳型として、鋳型内に金属溶湯を
導入する溶湯導入口と、セラミックス部材を保持すると
共にセラミックス部材の表面と鋳型内壁との間に所定の
空隙を確保する接合部とを有し、溶湯導入口から接合部
にいたる経路のいずれかの場所に金属溶湯表面に形成さ
れた酸化被膜を除去する狭隘部を有するものを用いて注
湯工程を行うようにして、接合部には酸化皮膜が除去さ
れた純粋な金属溶湯のみが供給されるようにすることに
よって、より強固な接合力を得ることを可能にしてい
る。

【００２５】本発明は、金属溶湯をセラミックス表面に
接触させても接合力は得られないという従来の常識に対
し、特定条件のもとで接触させて固化すると接合力が得
られるという本発明者らによる発見に基づくものであ
る。この接合力が得られるメカニズムについては未だ十
分に解明されていないが、上記特定の条件は、本発明者
らによって試行錯誤的に得られている。

【００２６】すなわち、接合の際に接合部位及びその周
囲の雰囲気の酸素濃度ができるだけ低いほうが強固な接
合力を得る上で有利であること、セラミックス表面と金
属溶湯とを相対移動させて両者をこするようにして接触
させて接合させることが、より強固な接合力を得る上で
有利であること、接触させる金属溶湯は酸化被膜が取り
除かれていることが、強固な接合力を得る上で有利であ
ること、等である。

【００２７】本発明で使用する金属としては、アルミニ
ウム又はアルミニウムを主成分とする合金等を用いるこ
とができる。また、本発明で使用するセラミックス部材
としては、アルミニウムや珪素の酸化物、窒化物、炭化
物等を用いることができる。

【００２８】これらの組み合わせによれば、例えば、セ
ラミックス基板の両面に回路面たる金属薄板と放熱面た
る金属薄板とを接合したパワーモジュール用基板を構成
した場合、パワーモジュールの発熱によるアルミニウム
とセラミックス基板との熱膨張差は比較的大きいが、ア
ルミニウムの強度が低いため、熱膨脹差による接合劣化
が少ないものを得ることができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は金属ーセラミックス複合部材
の製造装置の構成を示す図、図２〜図６は鋳型の構成図
であり、図２は製造用鋳型の斜視図、図３は図２のＩＩ
ＩーＩＩＩ矢視方向に見た鋳型の分解平面図、図４は図
２のＩＶーＩＶ矢視図、図５は図２のＶーＶ矢視断面
図、図６は図２のＶＩーＶＩ矢視断面図である。

【００３０】本製造装置は、特殊形状の鋳型１０を用
い、この鋳型１０の内部にセラミックス基板Ｋ〔図３、
図６（ｂ）参照〕を保持して、その周囲に金属溶湯を接
触させることにより、金属ーセラミックス複合部材を製
造するものである。この製造装置は、図１に示すよう
に、鋳型１０内の雰囲気を酸素濃度１％以下の不活性ガ
ス雰囲気条件に調整する雰囲気置換部（雰囲気置換手
段）１と、雰囲気置換部１で雰囲気を置換した後の鋳型
１０を予熱する予熱部２と、該予熱部２で予熱した鋳型
１０内の温度を注湯温度に維持し、その状態で鋳型１０
内に金属溶湯を、セラミックス部材の表面に金属溶湯が
接触しつつ一側から他側に向けて移動して順次鋳型内を
満たしていくように注湯する注湯部３と、該注湯部３で
注湯された鋳型１０内の温度を金属溶湯が凝固し始めて
接合作用が発揮される接合温度まで下げてセラミックス
に金属を接合させる冷却接合部４と、前記鋳型１０を徐
冷する徐冷部５とから構成されている。

【００３１】これら雰囲気置換部１、予熱部２、注湯部
３、冷却接合部４、徐冷部５は、水平方向に直列に並ん
でおり、雰囲気置換部１と予熱部２との間、注湯部３と
冷却部４の間、冷却部４と徐冷部５との間には、遮蔽用
のシャッタ６Ａ、６Ｂ、６Ｃが設けられている。また、
予熱部２、注湯部３、冷却部４の側壁には、加熱手段及
び温度制御手段としてのヒータ８Ａ、８Ｂ、８Ｃが設け
られ、室内に収容した鋳型１０の温度を適切に制御でき
るようになっている。特に、冷却接合部５には、鋳型１
０を底部から冷却できるよう冷却手段としての水冷ジャ
ケット９が配されている。なお、図１の注湯部３におい
て、鋳型１０に取り付けられている符号２１で示すもの
はリニアドモータ、２２は黒鉛製ピストンである。これ
らは、注湯手段に相当する。

【００３２】次に黒鉛で作製した鋳型１０について説明
する。図２、図３に示すように、ここで用いる鋳型１０
は、表側と裏側の鋳型板１０Ａ、１０Ａと中央の鋳型板
１０Ｂを３枚合わせにして結合し、一度に４枚の回路基
板（金属ーセラミックス複合部材）を作れるようにした
ものである。図４は表側及び裏側の鋳型板１０Ａの内壁
面の形状、図５は中央鋳型板１０Ｂの両壁面の形状を示
している。

【００３３】これら鋳型板１０Ａ、１０Ｂは、所定形状
の凹所１１Ａ、１１Ｂ、１３Ａ、１３Ｂ、１４Ａ、１４
Ｂを有しており、鋳型１０として組み合わせられること
により、溶湯導入口としての注入筒固定部１１、溶湯導
入通路１３、接合部１４を形成している。溶湯注入筒固
定部１１は鋳型１０の中央部に配置され、その下部より
枝分かれするように溶湯導入通路１３が水平方向に展開
され、各溶湯導入通路１３の先端に連通するように各接
合部１４が設けられている。接合部１４としての空間
は、中央鋳型板１０Ｂの表裏両面に形成されると共に、
溶湯注入筒固定部１１を挟んで左右対称に２個形成され
ている。従って、全部で４個ある。

【００３４】また、３枚の鋳型板１０Ａ、１０Ａ、１０
Ｂで構成される鋳型１０には、溶湯注入筒固定部１１と
溶湯導入通路１３との境界に位置させて両者を連通する
狭隘部１２が形成され、接合部１４に中央領域が重なる
形でセラミックス部材固定用凹部１６が形成され、接合
部１４の上部に連通するようにガス抜き孔１５が形成さ
れている。セラミックス部材固定用凹部１６と接合部１
４の関係は、図６（ｂ）に示すように、セラミックス部
材固定用凹部１６にセラミックス部材Ｋを嵌めた状態で
鋳型１０を閉じたとき、接合部１４の内壁面と、セラミ
ックス部材Ｋとの間に所定の空隙２９を確保できるよう
な関係となっている。

【００３５】また、狭隘部１２は、溶湯注入筒固定部
（溶湯導入口に相当）１１より注入された金属溶湯表面
の酸化被膜を除去する箇所であり、酸化被膜の通過を許
さない程度の口径（例えば、１ｍｍ以下、好ましくは
０．８ｍｍ以下）に形成されている。狭隘部１２によっ
て酸化被膜が除去された後の金属溶湯は、溶湯導入通路
１３の垂直な空間に入り、そこから溶湯導入通路１３の
水平な空間を通って接合部１４の底部に導入され、接合
部１４の底部から上方に向かって移動して行き、その間
にセラミックス部材固定用凹部１６に保持されたセラミ
ックス部材Ｋの表面に接触する。従って、金属溶湯は、
溶湯注入筒固定部１１に注入された後、一旦下方に下が
ってから、上方に移動しながらセラミックス部材Ｋに接
触して行くように、溶湯の経路が構成されている。

【００３６】なお、鋳型板１０Ａ、１０Ａ、１０Ｂの外
周部には、互いに結合する際に嵌合して鋳型板１０Ａ、
１０Ａ、１０Ｂ相互を位置決めする凹凸部１９Ａ、１９
Ｂが設けられている。

【００３７】次に上記の鋳型１０及び製造装置を用いて
目的の複合部材を作る方法について説明する。ここで
は、まずセラミックス部材Ｋとして、６２ｍｍ×１１２
ｍｍ×０．６３５ｍｍのアルミナセラミックス基板を４
枚用意し、これら基板Ｋを、図３に示すように、表裏の
鋳型板１０Ａ、１０Ｂのセラミックス部材固定用凹部１
６に嵌めて、表裏の鋳型板１０Ａ、１０Ａを中央鋳型板
１０Ｂと合体することにより、一体化した鋳型１０を作
る。次いで、この鋳型１０を雰囲気置換部１に設置し、
雰囲気置換部１の炉内に窒素ガスを流入させることによ
り、鋳型１０内の酸素濃度を１％以下、好ましくは０〜
５００ｐｐｍとする（雰囲気置換工程）。

【００３８】次いで、鋳型１０を予熱部２に移動させ、
この予熱部２内のヒータ８Ａにより鋳型１０を室温から
８００℃まで１時間で昇温する（予熱工程）。この場
合、鋳型１０内のセラミックス部材Ｋが割れないように
昇温しなけれぱならない。

【００３９】次いで、予熱した鋳型１０を注入部３に移
動させ、鋳型１０の上部の溶湯注入筒固定部１１に黒鉛
製ピストン２２及びリニアドモータ１１をセットする。
そして、アルミニウム溶湯（金属溶湯）を鋳型１０に注
入した状態で、リニアドモータ２１で黒鉛製ピストン２
２を加圧することにより、アルミニウム溶湯を鋳型１０
内に押し込み（押し込み力は７０ｋｇＭＡＸ）、狭隘部
１２を通過させることにより、アルミニウムの表面酸化
漠を破った後の純枠なアルミニウム溶湯のみを狭隘部１
２より下の溶湯導入通路１３に供給する。アルミニウム
溶湯がセラミック基板上を１０００ｍｍ／ｍｉｎ以下の
速度で移動するよう鋳型１内にアルミニウム溶湯を注入
するのがよい。

【００４０】このように、溶湯導入通路１３にアルミニ
ウム溶湯を押し込んで行くと、アルミニウム溶湯は、溶
湯導入通路１３から接合部１４の底部に導入され、セラ
ミックス部材箇定用凹部１６に固定されたセラミックス
基板の両面を挟むように上って行き、接合部１４の上端
（溶湯溜め部）に到達する（注湯工程）。このうちの一
部がガス抜き孔１５から抜け出たところで、リニアドモ
ータ２１の作動を止める。

【００４１】この注湯工程の際に、注湯部３の炉内温度
を、ヒータ８Ｂで７００〜８５０℃に調整しておく。こ
れは、アルミニウムの融点が６６０℃であることから、
７００℃以下では湯流れ性が悪くなり、逆に８５０℃以
上だと鋳型離形材と反応して鋳型離れが悪くなるからで
ある。

【００４２】上記の注湯工程を完了したら、鋳型１０を
冷却接合部４に移動させ、冷却接合部４において、両壁
のヒータ８Ｃで加熱しながら、下部の水冷ジヤケット９
で冷却し、鋳型１０の下部から高さ方向に１ｃｍ当たり
３〜５℃の温度勾配をかけながら、６００℃まで、３０
分かけて徐冷し、アルミニウムをセラミックス基板に接
合させる（接合工程）。

【００４３】次に鋳型１０を徐冷部５に取り出して室温
温度近くまで徐令（徐冷工程）した後、鋳型１０を外に
出し、鋳型１０から４枚のアルミニウムーアルミナセラ
ミックス複合部材を取り出して作業を完了する。

【００４４】このようにして得られたアルミニウムーア
ルミナセラミックス複合部材は、アルミニウム表面に引
け巣等の無い均一な面を示していた。

【００４５】なお、セラミックス部材として、窒化アル
ミニウム部材や窒化珪素部材を用いて同様の処理を行っ
た場合も、同様に引け巣等の無い均一な面を示す複合部
材が得られた。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
セラミックスと金属との界面での直接の接合力を極めて
強固にすることができると共に、引け巣等のない複合基
板を歩留まりよく製造することができる。従って、例え
ばセラミックス基板の両面に、回路面としての金属薄板
と放熱面としての金属薄板とを接合する場合のように、
両面に互いに厚みの異なる金属薄板を接合する場合に
も、鋳型の精度を適切なものにすることによって、容易
に高精度で均一な厚さの金属薄板を接合することができ
る。また、予熱工程や注湯工程及び接合工程等の各工程
において鋳型を適切な温度に設定することにより、セラ
ミックス部材に過大な熱応力が加わるのを避けることが
でき、熱応力によって破損するおそれを無くすことがで
きる。また、鋳型の内部に酸化被膜を取り除く狭隘部を
設け、酸化皮膜が除去された純粋な金属溶湯のみが接合
部に供給されるようにすれば、より強固な接合力を得る
ことができる。よって、優れた接合特性を有する多種多
様の金属ーセラミックス複合部材を低コストに製造する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の金属ーセラミックス複合部材の製造装
置の主要部の構成を示す概略断面図である。

【図２】本発明の金属ーセラミックス複合部材の製造装
置に用いる鋳型の概略斜視図である。

【図３】図２のＩＩＩーＩＩＩ矢視方向からみた鋳型の
分解平面図である。

【図４】図２のＩＶーＩＶ矢視図である。

【図５】図２のＶーＶ矢視図である。

【図６】（ａ）は図２のＶＩａーＶＩａ矢視断面図、
（ｂ）は図２のＶＩｂーＶＩｂ矢視断面図である。

【符号の説明】

１雰囲気置換部２予熱部３注入部４冷却部５徐冷部８Ａ，８Ｂ，８Ｃヒータ（加熱手段、温度制御手段）９水冷ジャケット（冷却手段）１０鋳型１１溶湯導入口１２狭隘部１３金属溶湯通路１４接合部１５ガス抜き孔Ｋセラミックス部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋳型中にセラミックス部材を保持し、該
鋳型中に、接合すべき金属の溶湯を前記セラミックス部
材の表面に接触するように注入して冷却固化させること
により、セラミックスと金属との互いの界面での直接の
接合力によって、セラミックス部材の表面に金属を接合
する金属ーセラミックス複合部材の製造方法において、前記鋳型中にセラミックス部材を保持した状態で、前記
鋳型内の雰囲気を置換して酸素濃度を所定値以下にする
鋳型雰囲気置換工程と、該工程後に前記鋳型を予熱する予熱工程と、該工程後に前記鋳型内の温度を注湯温度に維持し、該鋳
型内に前記金属の溶湯を該鋳型内を満たしていくように
注湯する注湯工程と、該工程後に前記鋳型内の温度を前記金属の溶湯が凝固し
始めて接合作用が発揮される接合温度まで下げて、前記
セラミックス部材の表面に金属を接合させる接合工程
と、該工程後に前記鋳型を徐冷する徐冷工程と、を備えていることを特徴とする金属ーセラミックス複合
部材の製造方法。
【請求項２】前記注湯工程では、前記鋳型として、該
鋳型内に金属溶湯を導入する溶湯導入口と、前記セラミ
ックス部材を保持すると共に該セラミックス部材の表面
と鋳型内壁との間に所定の空隙を確保する接合部とを有
し、かつ前記溶湯導入口から接合部にいたる経路の途中
に前記金属溶湯表面に形成された酸化被膜を除去する狭
隘部を有するものを用いて注湯を行い、前記接合部に、狭隘部によって酸化被膜が除去された後
の金属溶湯を供給することを特徴とする請求項１記載の
金属ーセラミックス複合部材の製造方法。
【請求項３】前記鋳型雰囲気置換工程において、酸素
濃度を１％以下にすることを特徴とする請求項１または
２記載の金属ーセラミックス複合部材の製造方法。
【請求項４】前記注湯工程において、注湯温度を７０
０〜８００℃とすることを特徴とする請求項１〜３のい
ずれかに記載の金属ーセラミックス複合部材の製造方
法。
【請求項５】前記接合工程において、接合温度を５５
０〜７５０℃とすることを特徴とする請求項１〜４のい
ずれかに記載の金属ーセラミックス複合部材の製造方
法。
【請求項６】前記接合工程において前記鋳型内の温度
を接合温度まで下げる操作を、前記鋳型底部から上部に
向けて段階的に温度が下がるように行うことを特徴とす
る請求項１〜５のいずれかに記載の金属ーセラミックス
複合部材の製造方法。
【請求項７】前記金属が、アルミニウムまたはアルミ
ニウムを主成分とする合金であることを特徴とする請求
項１〜６のいずれかに記載の金属ーセラミックス複合部
材の製造方法。
【請求項８】前記セラミックス部材が、アルミニウム
の酸化物、窒化物、炭化物、珪素の酸化物、窒化物、炭
化物のいずれかであることを特徴とする請求項１〜７の
いずれかに記載の金属ーセラミックス複合部材の製造方
法。
【請求項９】鋳型中にセラミックス部材を保持し、該
鋳型中に、接合すべき金属の溶湯を前記セラミックス部
材の表面に接触するように注入して冷却固化させること
により、セラミックスと金属との互いの界面での直接の
接合力によって、セラミックス部材の表面に金属を接合
する金属ーセラミックス複合部材の製造装置において、前記鋳型中にセラミックス部材を保持した状態で前記鋳
型内の雰囲気を置換して酸素濃度を所定値以下にする雰
囲気置換手段を有する鋳型雰囲気置換部と、該鋳型雰囲気置換部において鋳型雰囲気置換を行った後
の鋳型を予熱する温度制御手段を有する予熱部と、該予熱部で予熱した鋳型内の温度を注湯温度に維持する
温度制御手段と、該鋳型内に前記金属溶湯を該鋳型内を
満たしていくように注湯する注湯手段とを有する注湯部
と、該注湯部で注湯された鋳型内の温度を前記金属溶湯が凝
固し始めて接合作用が発揮される接合温度まで下げて前
記セラミックスに金属を接合させる冷却接合部と、前記鋳型を徐冷する徐冷部とを備えていることを特徴と
する金属ーセラミックス複合部材の製造装置。
【請求項１０】前記鋳型雰囲気置換部が、前記鋳型内
雰囲気を不活性ガス雰囲気に置換することを特徴とする
請求項９記載の金属ーセラミックス複合部材の製造装
置。
【請求項１１】前記冷却部が、前記鋳型を側方から加
熱する加熱手段と、前記鋳型を底部から冷却する冷却手
段とを有するものであることを特徴とする請求項９また
は１０記載の金属ーセラミックス複合部材の製造装置。
【請求項１２】鋳型中にセラミックス部材を保持し、
該鋳型中に、接合すべき金属の溶湯を前記セラミックス
部材の表面に接触するように注入して冷却固化させるこ
とにより、セラミックスと金属との互いの界面での直接
の接合力によって、セラミックス部材の表面に金属を接
合する金属ーセラミックス複合部材の製造方法に用いる
製造用鋳型において、鋳型内に金属溶湯を導入する溶湯導入口と、前記セラミックス部材を保持すると共に該セラミックス
部材の表面と鋳型内壁との間に所定の空隙を確保する接
合部と、前記溶湯導入口から接合部に金属溶湯を導く溶湯通路
と、該溶湯通路のいずれかの場所に設けられて金属溶湯表面
に形成された酸化被膜を除去する狭隘部と、前記接合部に設けられたガス抜き孔とを有し、前記溶湯導入口から鋳型内に金属溶湯を導入して前記接
合部に供給するとき、該金属溶湯が該鋳型内を満たして
いくように、前記接合部及び溶湯通路を構成したことを
特徴とする金属ーセラミックス複合部材の製造用鋳型。