JPH1171185A - Joining of ceramic to metal - Google Patents

Joining of ceramic to metal

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JPH1171185A
JPH1171185A JP24177897A JP24177897A JPH1171185A JP H1171185 A JPH1171185 A JP H1171185A JP 24177897 A JP24177897 A JP 24177897A JP 24177897 A JP24177897 A JP 24177897A JP H1171185 A JPH1171185 A JP H1171185A
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ceramic
joining
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Shotaro Miyake
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for joining a ceramic to a metal by charging a laminate comprising the ceramic and the metal into a mold, disposing an elastic member between the laminate and a pressing element, pressing the laminate through the elastic member, and subsequently applying a pulse voltage to the laminate. SOLUTION: This method for joining a ceramic substrate 12 to a metal 18 comprises charging a laminate comprising the ceramic substrate 12, the first intermediate layer (a 0.5-3 μm thick electroless-plated gold plate) 16 and a metal (titanium block) 18 into a mold 30, disposing an elastic member 31 between an upper side pressing element 32 and the metal 18, compressing the laminate 1 with a pair of pressing boards 33, 35 through the pressing elements 32, 34 and the elastic member 31, and subsequently applying a pulse voltage to the laminate 1 through the mold 30, the pressing elements 32, 34 and the pressing boards 33, 35. The laminate 1 is pressed with only an elastic force accumulated in the elastic member. The mold 30, the pressing elements 32, 34 and the pressing boards 33, 35 are made from conductive materials.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックスと金
属を接合する方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for joining ceramics and metal.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、セラミックスと金属を接合す
る方法としては、有機系接着剤等を用いてセラミックス
と金属を接着する接着法、セラミックスに金属メッキを
施すメタライズ法、及びセラミックスと金属を密着させ
て長時間熱処理する固相拡散法が知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of joining ceramics and metal, there have been used an adhesive method of bonding ceramics and metal using an organic adhesive or the like, a metallizing method of plating ceramics with metal, and a method of adhering ceramics and metal. A solid-phase diffusion method in which heat treatment is performed for a long time is known.

【0003】しかしながら、接着法では接着強度が弱い
という問題点があり、メタライズ法ではメッキの前処理
等のため工程が複雑になるという問題点がある。さら
に、固相拡散法では高温での熱処理(一般的なセラミッ
クスの場合1400〜1600°C程度)が必要になる
という問題点がある。
[0003] However, the bonding method has a problem that the bonding strength is weak, and the metallization method has a problem that the process is complicated due to pretreatment of plating and the like. Furthermore, the solid-phase diffusion method has a problem that a heat treatment at a high temperature (about 1400 to 1600 ° C. for general ceramics) is required.

【0004】そこで、近年、セラミックスと金属を積層
した積層体を押圧すると共に、当該積層体にパルス電圧
を印可することによって、セラミックスと金属の接合面
を短時間で溶融・接合させる接合方法が提案されている
(特開平6−287076号など)。積層体を押圧する
押圧機構は、積層体を挟み込んで押圧する一対の押圧子
を有し、油圧等により駆動される。一般に、油圧式の機
構では低い押圧付勢力(作動力)での押圧駆動が難し
い。そのため、積層体の押圧は、安定した押圧駆動がで
きるようある程度高い押圧付勢力(例えば250kg
f)で行われる。
Accordingly, in recent years, a bonding method has been proposed in which a laminate of ceramics and metal is pressed and a pulse voltage is applied to the laminate to melt and join the joint surface of ceramics and metal in a short time. (JP-A-6-287076, etc.). The pressing mechanism that presses the laminate has a pair of pressers that sandwich and press the laminate, and is driven by hydraulic pressure or the like. Generally, it is difficult for a hydraulic mechanism to drive with a low pressing force (operating force). For this reason, the laminate is pressed with a somewhat high pressing force (for example, 250 kg) so that stable pressing drive can be performed.
f).

【0005】[0005]

【解決しようとする課題】しかしながら、このような2
50kgfという高い押圧付勢力で積層体の押圧を行う
と、積層体には(積層体を直径15mmの基板のペレッ
トとした場合)150kgf/cm2近い圧力がかか
り、積層体のセラミックスにクラックが発生するという
問題点がある。
[Problem to be solved]
When the laminated body is pressed with a high urging force of 50 kgf, a pressure close to 150 kgf / cm 2 is applied to the laminated body (when the laminated body is a pellet of a substrate having a diameter of 15 mm), and cracks are generated in the ceramics of the laminated body. There is a problem.

【0006】本発明は、上記のような事情に鑑み、良好
な接合性が得られ、且つ接合時にクラック等が発生しな
いセラミックスと金属の接合方法を提供することを目的
とするものである。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method of joining ceramics and metal, which can provide good joining properties and does not cause cracks or the like at the time of joining.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの、本発明によるセラミックスと金属の接合方法は、
成形型の内部にセラミックスと金属とを積層した積層体
を装填し、押圧手段により該積層体を押圧すると共に、
電圧印可手段により該積層体にパルス電圧を印可するこ
とにより、セラミックスと金属とを接合する接合方法に
おいて、成形型内の押圧手段と積層体との間に弾性部材
を介在させたこと、を特徴とするものである。このよう
に構成すれば、積層体に加わる押圧力は弾性部材に蓄積
された弾性力だけとなるため、セラミックスにクラック
が生じることが防止される。
Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, a method for joining ceramics and metal according to the present invention comprises:
A stacked body in which ceramics and metal are stacked is loaded inside a mold, and the stacked body is pressed by pressing means.
In a joining method of joining ceramics and metal by applying a pulse voltage to the laminate by voltage applying means, an elastic member is interposed between the pressing means in the mold and the laminate. It is assumed that. According to this structure, since the pressing force applied to the laminate is only the elastic force accumulated in the elastic member, cracks are prevented from being generated in the ceramics.

【0008】なお、押圧手段は、積層体を挟み込む一対
の押圧子と、該一対の押圧子を上記押圧の方向に当接付
勢する一対の加圧部材とを含んで構成される。この場
合、一対の加圧部材の間隔を最も狭まった時、当該一対
の加圧部材が成形型に当接し、この状態で、圧縮された
弾性部材に蓄積された弾性力により積層体が加圧される
よう構成することが可能である。このように構成すれ
ば、加圧部材による押圧力が押圧子と成形型に分散し、
弾性部材を圧縮しておくに必要な押圧力だけが押圧子側
に加わるようにすることができる。即ち、加圧部材によ
る押圧力を高くすることができるため、プレス装置の駆
動が安定する。
The pressing means includes a pair of pressing members for sandwiching the laminate, and a pair of pressing members for urging the pair of pressing members in the pressing direction. In this case, when the interval between the pair of pressing members is minimized, the pair of pressing members abuts on the molding die, and in this state, the laminate is pressed by the elastic force accumulated in the compressed elastic member. It is possible to be constituted so that. With this configuration, the pressing force of the pressing member is dispersed to the pressing element and the mold,
Only the pressing force necessary to keep the elastic member compressed can be applied to the pressing element side. That is, since the pressing force by the pressing member can be increased, the driving of the press device is stabilized.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】図1は、実施の形態の接合方法の
基本構成を示す概略図である。本実施形態では、リン酸
カルシウム系セラミックスの焼結体であるセラミックス
基体12と、チタン製のブロック18とを接合する。ま
た、セラミックス基体12とチタンブロック18の間に
は、中間層として、金の薄膜である第1中間層14と、
金製のプレートである第2中間層16を介在させてい
る。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration of a joining method according to an embodiment. In the present embodiment, a ceramic base 12 which is a sintered body of calcium phosphate ceramic and a block 18 made of titanium are joined. A first intermediate layer 14 which is a thin gold film is provided between the ceramic base 12 and the titanium block 18 as an intermediate layer.
The second intermediate layer 16 which is a gold plate is interposed.

【0010】実施の形態の接合方法は、(1)セラミッ
クス基体12の表面上に第1中間層14を形成し、
(2)第1中間層14が形成されたセラミックス基体1
2に第2中間層16とチタンブロック18を積層し、上
下から押圧しつつパルス電圧を印可することによって各
層を接合するものである。以下、この(1)、(2)に
ついて説明する。
The bonding method according to the embodiment includes: (1) forming a first intermediate layer 14 on the surface of a ceramic base 12;
(2) Ceramic substrate 1 on which first intermediate layer 14 is formed
2, a second intermediate layer 16 and a titanium block 18 are stacked, and the layers are joined by applying a pulse voltage while pressing from above and below. Hereinafter, (1) and (2) will be described.

【0011】まず、セラミックス基体12に第1中間層
14を形成する方法について説明する。図2(a)〜
(d)は、セラミックス基体12上に第1中間層14を
形成する工程を示す概略図である。第1中間層14は、
特開平7−144985号に記載の方法で金の被膜とし
て形成される。即ち、(a)セラミックス基体12の表
面に酸化チタンと酸化亜鉛の複合膜122を形成し、
(b)セラミックス基体12を酸又はアルカリ溶液に浸
漬して複合膜中の酸化亜鉛をエッチング除去し、複合膜
表面に凹凸を形成する。そして、(c)セラミックス基
体12を塩化パラジウム溶液中に浸漬してメッキの触媒
核となるパラジウム核124を形成し、(d)無電解金
メッキによって金を析出させる。かくして、厚み0.5
〜3μm程度の金の被膜である第1中間層14が形成さ
れる。
First, a method for forming the first intermediate layer 14 on the ceramic base 12 will be described. FIG.
(D) is a schematic diagram showing a step of forming a first intermediate layer 14 on the ceramic base 12. The first intermediate layer 14 is
It is formed as a gold coating by the method described in JP-A-7-144985. That is, (a) a composite film 122 of titanium oxide and zinc oxide is formed on the surface of the ceramic base 12,
(B) The ceramic substrate 12 is immersed in an acid or alkali solution to remove the zinc oxide in the composite film by etching, thereby forming irregularities on the surface of the composite film. Then, (c) the ceramic substrate 12 is immersed in a palladium chloride solution to form a palladium nucleus 124 serving as a plating catalyst nucleus, and (d) gold is deposited by electroless gold plating. Thus, thickness 0.5
A first intermediate layer 14 which is a gold film of about 3 μm is formed.

【0012】ここで、図2の工程により形成される第1
中間層14の厚みは数μm程度であるが、金はチタンに
拡散し吸収される性質を持っているため、チタンブロッ
ク18と第1中間層14とを直接接触させた状態で接合
を行うと、第1中間層14の金が全てチタンブロック1
8に吸収される可能性がある。そこで、第1中間層14
とチタンブロック18との間に第2中間層16が設けら
れている。第2中間層16は、第1中間層14と容易に
接合できるよう、第1中間層14と同じ材質、即ち金で
構成されている。また、金がある程度チタンブロック1
8に吸収されても良いように、第2中間層16は比較的
厚く(0.1〜2.0mm)形成されている。
Here, the first formed by the process of FIG.
The thickness of the intermediate layer 14 is about several μm. However, since gold has the property of being diffused and absorbed by titanium, if the titanium block 18 and the first intermediate layer 14 are joined in direct contact with each other, , The gold of the first intermediate layer 14 is all titanium block 1
8 may be absorbed. Therefore, the first intermediate layer 14
The second intermediate layer 16 is provided between the first intermediate layer 16 and the titanium block 18. The second intermediate layer 16 is made of the same material as the first intermediate layer 14, that is, gold, so that it can be easily joined to the first intermediate layer 14. Also, the titanium block 1
The second intermediate layer 16 is formed to be relatively thick (0.1 to 2.0 mm) so that the second intermediate layer 16 may be absorbed.

【0013】次に、第1中間層14が形成されたセラミ
ックス基体12に第2中間層16及びチタンブロック1
8を積層し、押圧・加熱する方法について説明する。図
3は、積層体を押圧・加熱する放電焼結装置2の要部を
示す概略図である。放電焼結装置2は、接合や粉体の焼
結に用いられるものであり、被加工物を圧縮すると同時
にパルス電圧を印可するよう構成されたものである。
Next, the second intermediate layer 16 and the titanium block 1 are placed on the ceramic substrate 12 on which the first intermediate layer 14 is formed.
The method of laminating 8 and pressing and heating will be described. FIG. 3 is a schematic view showing a main part of the electric discharge sintering apparatus 2 for pressing and heating the laminate. The discharge sintering apparatus 2 is used for joining and sintering powder, and is configured to compress a workpiece and apply a pulse voltage at the same time.

【0014】図3に示すように、基体12・第1中間層
14・第2中間層16・チタンブロック18から成る積
層体1は成形型30内に装填されている。積層体1は、
上下一対の押圧子32,34により圧縮される。上側の
押圧子32とチタンブロック18との間には、セラミッ
クス製のバネ31が設けられている。上側の押圧子32
の上方には上部加圧盤33が設けられ、下側の押圧子3
4の下方には下部加圧盤35が設けられている。なお、
成形型30は下部加圧盤35に設置されており、上部加
圧盤33に向けて下部加圧盤35が上昇することによ
り、両加圧盤33,35の間で押圧子32,34とバネ
31を介して積層体1が圧縮される。
As shown in FIG. 3, a laminate 1 composed of a base 12, a first intermediate layer 14, a second intermediate layer 16, and a titanium block 18 is loaded in a mold 30. The laminate 1 is
It is compressed by a pair of upper and lower pressing elements 32 and 34. A ceramic spring 31 is provided between the upper pressing element 32 and the titanium block 18. Upper presser 32
An upper pressing plate 33 is provided above the lower pressing member 3.
A lower pressurizing plate 35 is provided below 4. In addition,
The molding die 30 is installed on the lower pressing plate 35, and the lower pressing plate 35 is raised toward the upper pressing plate 33, so that the pressing members 32, 34 and the spring 31 are interposed between the pressing plates 33, 35. The laminate 1 is compressed.

【0015】また、成形型30及び押圧子32,34、
加圧盤33,35は導電性のカーボンで形成されてお
り、後述の焼結用電源により発生したパルス電流が、成
形型30及び押圧子32,34及び加圧盤33,35を
介して積層体1に流れるよう構成されている。なお、押
圧子32,34と成形型30内周の間には、クッション
材としてカーボンペーパー36が設けられている。この
カーボンペーパー36のため、押圧子32,34は成形
型30内周に食いつくことなく、スムースに摺動するこ
とができる。また、(カーボンと反応し易い)チタンブ
ロック18が成形型30の壁面に固着することも防止さ
れる。
Further, the molding die 30 and the pressing elements 32, 34,
The pressing plates 33 and 35 are made of conductive carbon, and a pulse current generated by a power source for sintering described below is applied to the laminated body 1 via the molding die 30, the pressers 32 and 34, and the pressing plates 33 and 35. It is configured to flow to. Note that carbon paper 36 is provided as a cushion material between the pressers 32 and 34 and the inner periphery of the molding die 30. Because of the carbon paper 36, the pressers 32 and 34 can smoothly slide without digging into the inner periphery of the mold 30. Further, the titanium block 18 (which easily reacts with carbon) is prevented from sticking to the wall surface of the mold 30.

【0016】図4に放電焼結装置の全体構成を示す。成
形型30と押圧子32,34及び加圧盤33,35は、
真空ポンプ26を備えた真空チャンバー25内に収容さ
れている。放電焼結装置2の制御部20は、パルス電圧
を発生させる焼結用電源22、積層体1を押圧する押圧
駆動機構24、真空チャンバー25内の脱気を行う真空
ポンプ26を駆動制御するものである。
FIG. 4 shows the overall configuration of the spark sintering apparatus. The molding die 30, the pressing elements 32 and 34, and the pressing plates 33 and 35
It is housed in a vacuum chamber 25 provided with a vacuum pump 26. The control unit 20 of the discharge sintering apparatus 2 drives and controls a sintering power supply 22 that generates a pulse voltage, a pressing drive mechanism 24 that presses the laminate 1, and a vacuum pump 26 that degass a vacuum chamber 25. It is.

【0017】上下の加圧盤33,35は夫々上下一対の
加圧ラム42,44に固定されている。押圧駆動機構2
4は、上方の加圧ラム42(固定)に対して下方の加圧
ラム44を上昇させ、上下の加圧盤33,35を介して
上下の押圧子31,32の間で積層体1を押圧する。制
御部20は、成形型30に設けられた熱電対(図示せ
ず)により検出される積層体1の温度が、予め設定され
た昇温曲線に一致するように焼結用電源22を制御す
る。なお、押圧子32,34は加圧ラム42,44内に
設けられた給電端子(図示せず)により焼結用電源22
と接続されている。
The upper and lower pressure plates 33, 35 are fixed to a pair of upper and lower pressure rams 42, 44, respectively. Press drive mechanism 2
4 raises the lower pressing ram 44 with respect to the upper pressing ram 42 (fixed) and presses the laminated body 1 between the upper and lower pressing elements 31 and 32 via the upper and lower pressing boards 33 and 35. I do. The control unit 20 controls the sintering power supply 22 such that the temperature of the laminate 1 detected by a thermocouple (not shown) provided in the molding die 30 matches a preset temperature rising curve. . The pressing elements 32 and 34 are connected to power supply terminals (not shown) provided in the pressing rams 42 and 44 by the power source 22 for sintering.
Is connected to

【0018】次に、以上のように構成された放電焼結装
置による接合プロセスについて説明する。図5に、上下
加圧盤の間隔と制御温度の関係を示す。制御部20は、
まず押圧駆動機構24を駆動し、下部加圧盤35が図3
に示す状態から上昇を開始する。これにより上下の加圧
盤33,35の間隔が狭まり(図5(a))、バネ31
は徐々に圧縮されて弾性力が蓄積されていく。下部加圧
盤35の上昇は、図6に示すように下部加圧盤35が成
形型30に接するまで続けられる。なお、押圧駆動機構
24による押圧付勢力は250kgfである。
Next, a joining process by the discharge sintering apparatus configured as described above will be described. FIG. 5 shows the relationship between the interval between the upper and lower pressure plates and the control temperature. The control unit 20
First, the pressing drive mechanism 24 is driven, and the lower pressing plate 35
The ascent starts from the state shown in. As a result, the interval between the upper and lower pressure plates 33 and 35 is reduced (FIG. 5A),
Is gradually compressed and the elastic force is accumulated. As shown in FIG. 6, the lower pressure plate 35 continues to be raised until the lower pressure plate 35 contacts the mold 30. The pressing urging force of the pressing drive mechanism 24 is 250 kgf.

【0019】そして、図5(a)に示すように加圧盤3
3,35の間隔がW1まで狭まると、図6に示すように
加圧盤33,35が成形型30を上下から直接挟み込む
ことになる。ここで、加圧盤33,35は成形型30を
直接上下から挟み込んでいるため、加圧盤33,35の
押圧付勢力の殆どは成形型30にかかる。そして、積層
体1には、図3に示す長さから図6に示す長さまで圧縮
されたバネ31の弾性力による1kgf/cm2の圧力
のみが加えられる。
Then, as shown in FIG.
When the interval between the members 3 and 35 is reduced to W1, the pressing plates 33 and 35 directly sandwich the mold 30 from above and below as shown in FIG. Here, since the pressing plates 33 and 35 directly sandwich the forming die 30 from above and below, most of the urging force of the pressing plates 33 and 35 is applied to the forming die 30. Then, only a pressure of 1 kgf / cm 2 is applied to the laminate 1 by the elastic force of the spring 31 compressed from the length shown in FIG. 3 to the length shown in FIG.

【0020】ここで、制御部20は、加圧盤33,35
と押圧子32,34を介して積層体1にパルス電圧を加
える。パルス電圧は、図7にその一例を示すように、直
流電圧のオン/オフパターンからなるパルスであり、1
回のオン/オフが1パルスtを構成している。なお、1
回のオン/オフにおいて、オン状態の持続時間t1とオ
フ状態の持続時間t0の比は1:1から12:1の範囲
である。このようなパルス電圧の印可により、積層体1
は図5(b)に示すように急速に加熱される。
Here, the control unit 20 includes the pressing plates 33 and 35
Then, a pulse voltage is applied to the laminate 1 via the pressing elements 32 and 34. The pulse voltage is a pulse having a DC voltage on / off pattern as shown in FIG.
Each turn on / off forms one pulse t. In addition, 1
At each on / off, the ratio of the on-state duration t1 to the off-state duration t0 ranges from 1: 1 to 12: 1. By applying such a pulse voltage, the laminate 1
Is rapidly heated as shown in FIG.

【0021】以上のような押圧及びパルス電圧印可によ
って、図1(b)に示す積層体1の未接合の境界(第1
中間層14と第2中間層16の境界15、及び第2中間
層16とチタンブロック18の境界17)において放電
現象及び電界拡散効果が生じ、金及びチタン粒子の表面
の溶融と拡散が促進される。この粒子表面の溶融及び拡
散の促進によって、第1中間層14と第2中間層16の
間、及び第2中間層16とチタンブロック18の間の固
相拡散が促進される。
Due to the pressing and the application of the pulse voltage as described above, the unbonded boundary (the first boundary) of the laminate 1 shown in FIG.
Discharge phenomena and electric field diffusion effects occur at the boundary 15 between the intermediate layer 14 and the second intermediate layer 16 and at the boundary 17) between the second intermediate layer 16 and the titanium block 18, and the melting and diffusion of the surfaces of the gold and titanium particles are promoted. You. The promotion of melting and diffusion of the particle surface promotes solid-phase diffusion between the first intermediate layer 14 and the second intermediate layer 16 and between the second intermediate layer 16 and the titanium block 18.

【0022】さらに、第1中間層14と第2中間層16
は同じ材質(金)であるため固相拡散し易く、また第2
中間層16とチタンブロック18は、金とチタンの相性
の良さのため固相拡散し易い。かくして、第1中間層1
4と第2中間層16、及び第2中間層16とチタンブロ
ック18は短時間且つ低温で接合することができる。
Further, the first intermediate layer 14 and the second intermediate layer 16
Are made of the same material (gold), so they are easily diffused in the solid phase.
The intermediate layer 16 and the titanium block 18 easily diffuse in the solid phase due to the good compatibility between gold and titanium. Thus, the first intermediate layer 1
4 and the second intermediate layer 16, and the second intermediate layer 16 and the titanium block 18 can be joined in a short time and at a low temperature.

【0023】以上説明したように、本実施形態の接合方
法によると、積層体1に加わる圧力はバネ31の弾性力
による圧力1kgf/cm2だけなので、セラミックス
基体12にクラックが生じることが無い。また、250
kgfという高い押圧付勢力で押圧を行うため、押圧駆
動機構24を油圧機構とした場合でも、安定した押圧を
行うことができる(即ち、低い押圧付勢力で押圧した場
合のように、何かの拍子で押圧子と積層体との間に隙間
が生じ、その隙間でプラズマが発生してしまうというこ
とが無い)。
As described above, according to the bonding method of the present embodiment, the pressure applied to the laminate 1 is only 1 kgf / cm 2 due to the elastic force of the spring 31, so that the ceramic base 12 does not crack. Also, 250
Since pressing is performed with a high pressing urging force of kgf, stable pressing can be performed even when the pressing driving mechanism 24 is a hydraulic mechanism (that is, when pressing is performed with a low pressing urging force, some kind of pressing is performed). A gap does not occur between the presser and the laminate due to the time signature, and plasma is not generated in the gap.)

【0024】なお、通常の金属製のバネでは高温下での
弾性力は期待できないが、本実施形態では、セラミック
ス(例えば部分安定化ジルコニア)製のバネ31を使用
しているため、高温化でも必要な弾性力が維持される。
Although a normal metal spring cannot expect an elastic force at a high temperature, the present embodiment uses a spring 31 made of ceramics (for example, partially stabilized zirconia). The required elasticity is maintained.

【0025】[0025]

【実施例】次に、本発明の実施例を説明する。 (実施例1)実施例1では、セラミックス基体として、
直径15mmのハイドロキシアパタイト基板を用い、当
該ハイドロキシアパタイト基板上に厚み1μmの金の薄
膜(第1中間層)を形成する。このハイドロキシアパタ
イト基板を成形型30内に装填し、その上に厚み0.3
mmの金板(第2中間層)とチタンブロック及びセラミ
ックス(部分安定化ジルコニア)製バネを順に載置す
る。セラミックスまた、押圧付勢力は250kgf、最
高温度は900°C、保持時間は5分間とする。このよ
うにして得られた接合体は良好な接合性を示した上、ハ
イドロキシアパタイト基板のクラックの発生も見られな
かった。
Next, embodiments of the present invention will be described. (Example 1) In Example 1, the ceramic base was
Using a hydroxyapatite substrate having a diameter of 15 mm, a gold thin film (first intermediate layer) having a thickness of 1 μm is formed on the hydroxyapatite substrate. This hydroxyapatite substrate is loaded into a mold 30 and a thickness of 0.3
mm metal plate (second intermediate layer), a titanium block, and a ceramic (partially stabilized zirconia) spring. Ceramics The pressing force is 250 kgf, the maximum temperature is 900 ° C., and the holding time is 5 minutes. The joined body obtained in this manner exhibited good joining properties, and no crack was observed on the hydroxyapatite substrate.

【0026】(実施例2)実施例2では、実施例1にお
ける第2中間層を金板の代わりに金粉体とする。即ち、
金の薄膜が形成されたハイドロキシアパタイト基板を成
形型に装填した後、粒径5μmの金の粉体を流し込み、
その上にチタンブロックとセラミックス(部分安定化ジ
ルコニア)製バネを載置する。また、押圧付勢力は25
0kgf、最高温度は900°C、保持時間は5分間と
する。このようにして得られた接合体は、実施例1と同
様、良好な接合性を示した。
(Embodiment 2) In Embodiment 2, the second intermediate layer in Embodiment 1 is made of gold powder instead of a metal plate. That is,
After loading a hydroxyapatite substrate on which a gold thin film has been formed into a mold, a gold powder having a particle size of 5 μm is poured,
A titanium block and a spring made of ceramics (partially stabilized zirconia) are placed thereon. The pressing biasing force is 25
0 kgf, the maximum temperature is 900 ° C, and the holding time is 5 minutes. The joined body obtained in this manner exhibited good joining properties as in Example 1.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によるセラ
ミックスと金属の接合方法では、セラミックスと金属と
を積層した積層体を成形型に装填し、該積層体に圧力と
パルス電圧を加えることによりセラミックスと金属とを
接合する接合方法において、成形型内の押圧手段と積層
体との間に弾性部材を介在させている。これにより、積
層体に加わる力は弾性部材に蓄積された弾性力だけとな
ることから、セラミックスのクラック発生を防止するこ
とができる。
As described above, in the method for joining ceramics and metal according to the present invention, a laminate in which ceramics and metal are laminated is loaded into a mold, and pressure and pulse voltage are applied to the laminate. In the joining method for joining ceramics and metal, an elastic member is interposed between the pressing means in the mold and the laminate. Accordingly, the force applied to the laminate is only the elastic force accumulated in the elastic member, so that the occurrence of cracks in the ceramics can be prevented.

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

【図1】実施形態の接合方法を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic view illustrating a bonding method according to an embodiment.

【図2】第1中間層の形成方法を模式的に示す図であ
る。
FIG. 2 is a view schematically showing a method of forming a first intermediate layer.

【図3】放電焼結装置の要部を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic view showing a main part of the spark sintering apparatus.

【図4】図2の放電焼結装置の全体図を示す概略図であ
る。
FIG. 4 is a schematic view showing an overall view of the spark sintering apparatus of FIG. 2;

【図5】実施形態の接合方法における加圧盤間隔と温度
曲線の一例を示す概略図である。
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example of a pressure curve and a temperature curve in the bonding method according to the embodiment.

【図6】放電焼結装置の要部を示す概略図である。FIG. 6 is a schematic view showing a main part of the spark sintering apparatus.

【図7】積層体に印可されるパルス電圧の一例を示す概
略図である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of a pulse voltage applied to a laminate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 積層体 2 放電燒結装置 12 セラミックス基体 14 第1中間層 16 第2中間層 18 チタンブロック 20 制御部 22 焼結用電源 24 押圧駆動機構 30 成形型 31 バネ(弾性部材) 32,34 押圧子 33,35 加圧盤(加圧部材) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laminated body 2 Electric discharge sintering device 12 Ceramic base 14 1st intermediate layer 16 2nd intermediate layer 18 Titanium block 20 Control part 22 Power supply for sintering 24 Press drive mechanism 30 Mold 31 Spring (elastic member) 32, 34 Presser 33 , 35 Pressing plate (pressing member)

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 成形型の内部に、セラミックスと金属と
を積層した積層体を装填し、押圧手段により該積層体を
押圧すると共に、電圧印可手段により該積層体にパルス
電圧を印可することにより、前記セラミックスと前記金
属とを接合する接合方法において、 前記成形型内の前記押圧手段と前記積層体との間に弾性
部材を介在させたこと、を特徴とするセラミックスと金
属の接合方法。
1. A lamination in which a ceramic and a metal are laminated is loaded in a molding die, and the lamination is pressed by pressing means, and a pulse voltage is applied to the lamination by voltage applying means. A joining method for joining the ceramic and the metal, wherein an elastic member is interposed between the pressing means and the laminate in the molding die.
【請求項2】 前記押圧手段は、上記積層体を挟み込む
一対の押圧子と、該一対の押圧子を前記押圧の方向に夫
々当接付勢する一対の加圧部材とを含むこと、を特徴と
する請求項1に記載のセラミックスと金属の接合方法。
2. The pressing means includes a pair of pressing members for sandwiching the laminate, and a pair of pressing members for urging the pair of pressing members in the pressing direction. The method for joining ceramics and metal according to claim 1.
【請求項3】 前記成形型、前記押圧子及び前記加圧部
材は導電性材料で構成され、 前記パルス電圧は前記加圧部材、前記押圧子及び前記成
形型を介して前記積層体に印可されること、を特徴とす
る請求項2に記載のセラミックスと金属の接合方法。
3. The molding die, the pressing element and the pressing member are made of a conductive material, and the pulse voltage is applied to the laminate via the pressing member, the pressing element and the molding die. 3. The method according to claim 2, wherein the ceramic and the metal are joined together.
【請求項4】 前記弾性部材は、前記一対の押圧子の少
なくとも一方と前記積層体との間に設けられること、を
特徴とする請求項2又は3に記載のセラミックスと金属
の接合方法。
4. The method according to claim 2, wherein the elastic member is provided between at least one of the pair of pressers and the laminate.
【請求項5】 前記一対の加圧部材がその間隔を最も狭
めた時、前記一対の加圧部材は前記成形型に当接し、 この状態で、圧縮された前記弾性部材に蓄積された弾性
力により前記積層体が押圧されること、を特徴とする請
求項2から4のいずれかに記載のセラミックスと金属の
接合方法。
5. The elastic force accumulated in the compressed elastic member in this state, when the pair of press members minimizes the distance between the pair of press members, the pair of press members contact the molding die. The method according to any one of claims 2 to 4, wherein the laminate is pressed by the following method.
【請求項6】 前記弾性部材はセラミックス製バネであ
ること、を特徴とする請求項1から5のいずれかに記載
のセラミックスと金属の接合方法。
6. The method according to claim 1, wherein the elastic member is a ceramic spring.
【請求項7】 前記セラミックスと前記金属との間に金
層を介在させること、を特徴とする請求項1から6のい
ずれかに記載のセラミックスと金属の接合方法。
7. The method for joining a ceramic and a metal according to claim 1, wherein a gold layer is interposed between the ceramic and the metal.
【請求項8】 前記セラミックスはリン酸カルシウム系
セラミックスであること、を特徴とする請求項1から7
のいずれかに記載のセラミックスと金属の接合方法。
8. The ceramic according to claim 1, wherein the ceramic is a calcium phosphate ceramic.
The method for bonding a ceramic and a metal according to any one of the above.
【請求項9】 前記金属はチタンであること、を特徴と
する請求項1から8のいずれかに記載のセラミックスと
金属の接合方法。
9. The method according to claim 1, wherein the metal is titanium.
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