JPS58176189A - 珪素の窒化物および炭化物焼結体表面の金属化法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 珪素の窒化物、窒化珪素および同じく珪素の炭化物、炭
化珪素（以下、窒化珪素および炭化珪素という）Ｏ焼結
体は共に熱衝撃強度、高温時の機械的強度等の耐熱諸轡
性に優れ、化学的にも高い安定性を示し、しかも優れた
耐摩耗性を具えている処から高温用の機械部材、特に最
近においては格段と高い熱衝撃強［Ｋよって内燃機−Ｏ
各部材として高アル建す質セラミックスに代って注目さ
れるようになつ九が、例えば−ツカーアームの一動部の
チップとして用いる場合のように金属Ｏ如１１１Ｉｋ種
材料と強固に接合する金属化面の生成Ｋａｌｌあった。

ζＯＩｌ由は、窒化珪素焼結体および炭化珪素焼結体い
ずれもが有する約偽１ｘ１０４／Ｃ以下の熱膨張係数が
、異種材料の１膨張係数、例えば鋼材０　／　Ｉ　ｘ　
／　０−＠／Ｃと大龜く間隔し、同じセラミックスであ
る高アル々す質−器の約１ｊｔｌＦ”／ＣＩＣ’ｊｌｌ
て％Ｗｋｋ’４を呈し、こＯ低い熱膨張係数が上記Ｏ耐
熱ｌｌ４Ｉ性に大きく寄与する反面、これが接合される
異種材料との間に大きな熱膨張差をもたらして接合強度
を著しく低下させていた。

すなわち、従来の金属化法として般用されていたメタ２
イズペーストを基盤の表面にスクリーン印刷した後、非
酸化性雰囲気中において加熱するメタライズ（厚膜）法
において基盤上に生成される金属化面線、＾い剛性を有
するＭ・あるいはＷを主体とする耐火性金属に限定され
るＯで基盤上の金属化面によって上記の熱膨張差を１釈
することができないだけでなく、そＯ金属化面は１ｊ−
Ｊａｐｏ厚膜に生成されるＯでζＯ金属化ＩＮが、むし
ろ基盤と金属化面との間の―廖猥差も接合強度を低下１
せる一因とさえなってい丸。

本実−は、轡に異種材料と０１１に大龜な後金強度を呈
する窒化珪素および炭化珪素の焼結体＊＊０金属化法の
確立に成功し丸もので、それら鉤蒙体Ｏ真函にアルオニ
りムＯ薄膜からなる金属化面を物理蒸着法によって生成
することを特徴とした一〇である。

本発明において、上記の金属化面を生成する金属として
ム１を特定した理由は、該ムｌが基盤の窒化珪素および
炭化珪素と反応し島く、前者窒化珪素とは遊離の窒素お
よび酸素と反応し易く、後者炭化物とは同じく遊離の炭
素および酸素と反応し易く、基盤と強固に結合する金属
化面が得られることおよびムｌが大暑な展延性を有する
からであｐ１′＊丸金属化函の生成に物理蒸着法を採用
し九鳳由は咳金属化面の膜厚を自由に制御しうると共に
、旭理温度が比較的低温の丸め上記反一層を蒸着膜の基
盤との２界部付近に限定して蒸着層の大部分を上記の高
い展延性を有するム１層とし、この展延性によってロー
着をもって接合され本異種材料との間の熱１１張差を１
収する九めである。

実施例Ｉ 常法によって製作した純度りを一１理論書度比−ｔ１６
でＪｌ）ｔ１０ｘｊ■から板状の炭化珪素焼結体と、同
じく純度り０−１通論密度比ｔデーで同寸法の窒化珪素
焼結体をそれぞれ基盤とし、ＪＯＸ１０■の一方の主表
面に対して表面粗さθ１７〜ｃＬ参ｔｓＲ＊の研磨加工
を施した後、中性洗剤および流水による洗浄−アセトン
による水分置換−／、／、／）リクロルエタンおよびア
セトン洗浄−乾燥の各工程によって清浄し、真空蒸着機
（日本真空技術■ＥＶＢ　−４ＤＨ）の真空槽内におい
て１Ｏ−ｅＴｈｒｒ台に減圧すると共に３００℃に加熱
し、上記の研磨加工を施した主表面に、ムｌを抵抗加熱
によって溶融、蒸着して得た種々の厚さのＡＩの薄膜か
らなる金属化面の各基盤に対する接合強度を調べる丸め
、該金属化面をフォトエツチングによって中ｔ４冒、長
さ１０■の長方形パターンとし、これにｌ−一のＣｕ線
長・さ約Ｉ０■を端部よシ４■の箇所で直角に折）自げ
、この折〉―げた長さ４■の部分を折シー、げ箇所がｌ
■前記パターンの外側端からはずれるように固定した後
、商品名アル′ノル１ｌｊＤと呼ばれる日本スベリアル
社のブルギ用ノ・ンダを用いてロー着した後、この銅線
を―直に引張〉、ムｌ膜をひきはがすようにしてビール
による付着強さ試験を行なった。その結果を第１ｉｌ！
に示す。

第　　　　　　７　　　　　　表 第１表から、基盤が炭化珪素焼結体、窒化珪素焼結体い
ずれの場合においても基盤の材質としての大差はなく、
両者共それらの表面Ｋｍ［着によって生成されたＡＩの
金属化面の膜厚が１ｏｏｏλでは付着強さＫよって表わ
される基盤との接合強度が不充分で実用性に乏しく、Ｊ
０００λから急上昇して実用性を生じ、１００００λ（
ｉ、ｏμ）に達するとロー着部から剥離する根の強度を
示しそれ以上は飽和する傾向のあることが確められたの
で量産性の面からその膜厚はｔｏｏｏｏ　ｉ〜コｏｏｏ
ｏλの範囲内、特に１００００λ程鼓が好壜しい。

実施例コ 前に述べた通シ、炭化珪素と窒化珪素の数置な焼結体は
高温用の機械部材として共に優れ九特性を示し、熱膨張
係数も１０　の単位で前者炭化珪素が約４Ａ４１ｃ、窒
化珪素が約１Ｊと極めて近似し、これら炭化珪素と窒化
珪素の複合焼結体を作成することかで龜るので、前と同
様でＪＯｘ　１０　ｘ　ｊ■の複合焼結体が板を製作し
、前と同様の試験を行なった結果を第２表に示す。但し
、基盤の表面に生成し丸Ａｌの蒸着による金属化面１１
　ｔｏｏｏｏλＫｉｉ！定し九。

第　　　　　　　　　コ　　　　　　　　　表第Ｊ表か
ら、炭化珪素と窒化珪素の焼結体を基盤とし九場合も、
炭化珪素および窒化珪素のそれぞれ焼結体と略々間等の
成果が得られることが明らかにされた。

夷−例Ｊ 前の各実施例は、いずれもＡＩＣ）ｍ１着による金属化
面に直接ロー着を施して基盤との接合強度について試験
し九関係からアル１＝りム用のロー剤を用いる他なかっ
たが、上記ムｌからなる金属化面にＣｕ　＊　Ｎｉ　＝
　ｊｋｊ等を真空槽の真空を破ることなくムｌの上へ蒸
着することによって半田ロー涜を行なうことができる。

この方法によってム１０蒸着による金属化面の膜厚を、
藺の各実施例において実用性の面から好ましいとされ九
１ｏｏｏｏλよりも薄くすることができ、例えばＡＩ金
属化向の膜厚がｊｏｏｏ　ｋの第１表のム！の試料にＣ
ｕ　ｔ−コｏｏｏｏλ蒸着した場合、その接合強度はノ
・ンダロー着の強度限界以上の付着強さをもつ、すなわ
ちｊＯ−／／、４ｍ中以上の付着強さを示した。

以上の通シ、珪素の窒化物および炭化物焼結って生成す
ることを特徴とした本発明の金属化法は、異種材料との
ａ膨張差を展観性の＾いアルｉｘクムの薄膜によって吸
収するので＾い接合強度を呈するだけでなく、生成され
た金属化面は基盤との境界部のみにおいて反応し、表面
紘−−着可能の金属状態を示す等の優れえ効果がある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　焼結体表面にアル建ニウムの薄膜からなる金
   属化面を、物１ｌｌＩ着法によって生成することを特徴
   とする珪素の窒化物および炭化物焼結体＊ｉｉｉの金属
   化法。 に）珪素の窒化物が窒化珪素であ）、珪素の炭化物が炭
   化珪素であることを特徴とする特許請求の範囲第Ｉ項記
   載の焼結体表ＩＩＯ金属化法。 ψ）　焼結体表ｉＩＯアル電エクム０＠属からなる金属
   化面Ｏ膜厚がＪ０００＾以上で番ることを特徴とする特
   許請求Ｏ範囲第／ｆｉえは第一項記載の珪素Ｏｉ１化物
   および炭化物鉤紬体＊＊Ｏ金属化法。 に）焼結体表面にアル電二りムの薄膜からなる金属化面
   を、物１ＩｊＩＩｉ着法によって生成することを螢黴と
   する珪素Ｏ窒化物と珪素の縦化物からなる複合焼結体表
   面の金属化法。 け）　珪素の窒化物が窒化珪素であシ、珪素の縦化物が
   炭化珪素である仁とを特徴とする特許請求ａＳＳ籐参項
   記載の焼結体表面の金属化法。 （４）　　焼結体表面のアル７ニウムの薄膜からなる金
   属化面の膜厚がコｏｏｏ１以上であることを特徴とする
   特許請求の範囲第！または第１項記載の珪素の窒化物お
   よび炭化物焼結体表面アルミ、Ｊａりムの薄膜上に、半
   田は２驚と濶れＩｋＯ高い金１４０薄膜を岡−真空内に
   て続いて蒸着すゐことによりて被着し九ことを特徴とす
   る窒化珪素および炭化珪素を九はそれら両者Ｏ複合した
   焼結体表面の金属化法。 （イ）焼結体表面に物品着法によって生成するアルｌａ
   ＝りムＯ薄膜の膜厚がａｏｏｏλ以上であることを特徴
   とする特許請求０１１１１ｊｌｌＩ７項記、職Ｏｉｌ化
   珪素および炭化珪素またはそれら両者の１ｉＩＩｌｌシ
   九焼結体表面の金属化法。