JPS58190879A - 異種のセラミツク部材の拡散接合方法 - Google Patents

異種のセラミツク部材の拡散接合方法

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JPS58190879A JP58044601A JP4460183A JPS58190879A JP S58190879 A JPS58190879 A JP S58190879A JP 58044601 A JP58044601 A JP 58044601A JP 4460183 A JP4460183 A JP 4460183A JP S58190879 A JPS58190879 A JP S58190879A
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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】 〔技術分野〕 本発明は異種のセラミック部材の拡散接合方法に関し、
特に磁気ヘッドの製造のために磁性セラミック(フェラ
イト)と非磁性セラミックと全拡散接合するのに適した
改良された方法に関するものである。
〔発明の背景〕
例えば、磁気ヘッドの製造に際して2以上のセラミック
・ブロックヲ接合することがしばしば必要と々つている
。磁気ヘッドのコア材料としては普通磁性フェライトが
用いられる。磁性フェライト・ブロックはこれを支持す
るための非磁性セラミック・ブロックに接合される。従
って、磁気媒体に対面する磁気ヘッドの表面はセラミッ
クで形成される。一般に、セラミックは磁気媒体との接
触による摩耗に長く耐える表面をもたらす。
異種のセラミックの接合に関しては、拡散接合技術はあ
まり用いられていない。その理由は、異種のセラミック
の膨張率が厳密に一致していることが要件となっている
ためである。通常、異種のセラミツタの接合のためには
、ガラス全接合剤として用いるガラス接合技術が用いら
れている。それは、ガラス接合技術が低温で実施され且
つガラス接合部が異種のセラミックの膨張率の差を調整
するためである。しかしながら、ガラス接合部は(2) 接合されたセラミックの端面にきすを生じやすいので、
拡散接合の方が望ましいのである。特に磁気ヘッドの場
合には、磁気媒体との接触がしばしば起るので、ガラス
接合は望ましくない。ガラス接合部はセラミック・ブロ
ックよりも速く摩耗するので、ガラス接合部に沿ったセ
ラミック・ブロックの縁部が欠けることがある。
〔従来技術〕
セラミック・ブロックに関する拡散接合を含む周卸の接
合技術においては、2つのブロック間に接合のためのガ
ラスの層又は粉末が挿入される。
米国特許第3639701号はスパッタリングによって
一対のフェライト・セラミックの対応面にガラスを付着
させた磁気ヘッド組立体を示している。即ち、一対の磁
性フェライトはそれらの対応面に形成された非磁性結晶
セラミックによって定められた変換ギャップを有する。
結晶セラミックは対応面間の接合部として形成されてい
る。接合部は固体拡散接合によって形成されている。
米国特許第3672045号は拡散接合によって金檎ト
セラミック及び同種のセラミックどうしを接合すること
を示している。これも磁気ヘッドに関するものであり、
スパッタリングによって磁性フェライト片に付着させら
れた非磁性金属によって変換ギャップが形成されている
。従って、変換ギャップにおいては、非磁性金属と磁性
フェライトとの接合が行われ、バックギャップにおいて
は同種の磁性フェライトどうしの接合が行われている。
これらの従来技術は異種のセラミック全拡散接合するこ
ととは無関係である。
I B M  Technical Disclosu
re BulletinVol、19  A2(Jul
y 1976)の第397頁には、ガラス接合技術と拡
散接合技術の両方を用いて磁気ヘッドを形成することが
開示されている。磁性セラミックは拡散接合によって非
磁性セラミックに接合される様になっている。しかしな
がら、セラミックの特性や拡散接合に関する種々の要因
についての記載は皆無である。
(6) I  BM   Technical  Disclo
sure  BulleLinVol、2OAIO(M
arch  1978)の第4088頁にも異種のセラ
ミックを拡散接合することが開示されている。拡散接合
プロセスがセラミックの表面仕上げ及び平坦さや、温度
、時間、圧力に依存していることも記載されている。拡
散接合は、ガラスや金柩等の接合材料ヲ用いることなく
行われる。適正な結合状態は粒子境界において拡散が起
こることによって得られ、これは温度による大きな影響
を受ける。この文献も確かに異種のセラミック全拡散接
合することは示しているが、異種の七ラミックの膨張率
の差異による問題を解決することは全く示唆していない
〔発明の概要〕
本発明は割れケ生じることなく異種のセラミック全拡散
接合する改良された方法全提供することを目的としてい
る。
本発明の方法においては、先ず2つの異種のセラミック
部材全隣接させて配置する。次に、これ(4) らのセラミック部材の膨張曲線が交差する所の温度、即
ち両部材の線膨張パーセントが等しくなる温度まで両部
材全加熱する。そして、その温度を維持しながら、拡散
接合に必要な圧力全両部材に所定時間印加する。その後
、両部材を冷却する。
この冷却処理の前、後又は間に圧力を除去する。
なお、線膨張パーセントは、基準温度における物体の長
さf L oとし且つ他の温度における長さiLとして
次の式で定められる。
L  L。
−11−×100 又、温度と線膨張パーセントとの関係を示す曲線を膨張
曲線と呼ぶことにする。
後で述べるように、本発明は特に磁気ヘッドの製造に関
連して磁性フェライト・セラミックと非磁性フェライト
・センミックとを拡散接合するのに適している。
〔実施例の説明〕
成るセラミック部材とfl!tのセラミック部材とは所
定温度で接合させるならば割れを生じないが、曲の温度
で接合させると割れ音生じることが知られている。セラ
ミックの線膨張ノ;−セントが成る温度範囲において一
定でないことも知られている。
例えば、磁性フェライトの場合、温度が上列すると線膨
張パーセントの増加の割合は鈍る順向がある。これに対
して、多くの非磁性セラミックの線膨張ノ9−セントの
増加の割合は温度変化に拘りなく一定であるか又は温度
の上列につれて急増する傾向ケ示す。従って、磁性フエ
ライ)k非磁性セラミックに接合させる場合の様に異な
ったセラミツフケ接合するときに11両方の膨張曲線が
交差する温度全指定する必要がある。その特定の温度で
接合処理を行うならば、接合したセラミックは周囲温度
まで冷勾lされるとさも+i′;力を生じることはない
。もし特定の温度より高いか又は低い温度で接合処理を
行うと、応力が生じて割れを生じる(7) ことに々る。例えば、磁性フェライトが膨張曲線の交差
点より低い温度において高い割合の線膨張ケ示すのに対
して、セラミックは低い割合の線膨張を示すので、成る
低い温度で両者全整合すると、フェライトに割れが生じ
る。それは、周囲温度まで冷却するとき、セラミックに
比べてフェライトの方が大きなりカを受けることに起因
している。
特定の温度より高い温度では、逆の結果が生じる。
[1’l]ち、その場合、非磁性セラミックが高い割合
の線膨張を示すのに対して、磁性フェライトは低い割合
の線膨張を示す。従って、高い温度で両者を接合すると
、非磁性中ラミックに割れが生じる。
本発明による方法の工程は第1図に示されている。第1
の工程10において、接合すべき2つの異種の七うミッ
ク部材ケ用意するC、陵で詳しく説明する様に、実施例
は磁気′\ラッドの磁気コアを製造する方法に関するも
のであり、2つの異種のセラミック部材は磁性フェライ
トと非磁性中ラミックである。第2の工程12において
、その陵の処理のために2つの部材金互いに隣接させて
所定(8) の位置に首ぐ。第3の工程14において、2つの部材を
所定温度まで加熱する。所定温度は後で説明する様に2
つの部材に関する温度対線膨張パーセントの関係を示す
膨張曲線が交差する温度である。膨張曲線はセラミック
の種類毎に異なっている。
第4の工816において、拡散接合全行わせるための圧
力全所定時間にわたって2つの部材に印加する。、2つ
の部材が所定温度に到達するときに、それらを隣接させ
て保持するのに足るだけの圧力を加える必要がある。前
述の様に、2つの部材が所定温度に達する前又は所定温
度より高い温度まで加熱されてから拡散接合圧カケ加え
ると、そのときの温度における2つの部4Aの線膨張パ
ーセントが異なっていれは、どちらかの部材に割れが生
じることに々る。即ち、一方の部材による応力全受ける
fl!2方の部4Aに割れが生じる。次の工程18にお
いて、接合した部4:A全周囲温度まで冷却し々から拡
散圧力全除去する。なお、冷却中のみならず、その前又
は後で拡11ダ■力全除去する様にしてもよい。
第2図は第1図の方法全実施するときの時間及び圧力と
温度との関係を表わす曲線を示している。
曲線部分20によって示される時間中、セラミック部材
の温度は上昇する。この時間中、例えば、1497mm
2(20psi)の圧力が部材に印加される。この圧力
は両部材を適正に整IjlJさせ且つ隣接させて保持す
るのに十分であるが、拡散接合全行わせるのには不十分
である。
温度は曲線部分22で示されるところまで上昇すると所
定時間中一定に維持される。この温度は前述の様な所定
温度である。所定温度はセラミックの種類毎に異なって
おり、種々のセラミックについて実験により得られるか
又は士ラミックの製造元から得られる膨張曲線に基いて
指定される。
曲線部分22で示される時間中、拡散接合圧力が両部材
に印加される。この圧力は例えば、2109 f / 
mm2である。拡散接合技術自体はセラミック接合技術
分野において周知であシ、特定の数置は本発明による方
法の差異全庁すために例示したものである。所定温度は
拡散接合を達成するために所定圧力が印加される時間中
維持される。拡散接合の完了後、温度は曲線部分24で
示されている様に周囲温度に戻される。、圧力は第2図
に示されている様に1ull座に除去する外に、温度の
低下と共に徐々に減少させたり、あるいは温度が周囲温
度に達した後に除去する様にしてもよい。11Jち、周
囲温度まで温り式全低下させるときの圧力の低下態様は
厳密に定めるべき月1項ではないのである。
第3図は温度に対する種々のセラミックの線膨張パーセ
ントを表わす曲線を示している。この図は割れを生じさ
せない拡散腹合を達成するための所定温度を見つけるた
めに利用される。複数の曲線は実験的に定められたもの
である。M n Z nの表示のついた曲線はマンカン
亜鉛から成る磁性フェライトに関するものである。残り
の4つの曲線はこの磁性フェライトに接合1−べき4袖
類の非磁性セラミックに関係している。使用されたマン
ガン亜鉛フェライトけモル百分率で50%のF e20
1.38%のMHO,13%のZ n Oから成るもの
であ汲。TiO2の表示のついた曲線はチタニアから成
る非磁性セラミックに関する。ZrO2の表示のついた
曲線はジルコニアから成る非磁性セラミックに関する。
BTCの表示のついた曲線はチタン酸バリウム・セラミ
ックに関するものである。
このセラミックは重量百分率で208%のBad。
781%のTiO,,0,8%のZrO2及び0.3チ
の8402から成るものであり、化学式で言えば、T 
i 02とBa2 Ti(、o2oとの2相材料である
B aT i03 (r)表示のついた曲線は単相のチ
タン酸バリウムから成る七ラミックに関する。第3図の
曲線のうちの幾つかはテークに基〈外挿法により得られ
ているが、本発明の実施のために利用できるほど十分正
確である、 マンガン亜鉛磁性フェライトを第3図の曲線に関連した
種々の非磁性セラミックのうちの1つに接合するために
は、マンガン亜鉛の膨張曲線が選択された非磁性セラミ
ックの膨張曲線と交差する点の温度で拡散接合を行う必
要がある−例えば、矢印26は単相のチタン酸バリウム
(BaTtO,)の膨張曲線とマンガン亜鉛の膨張曲線
との交点2指示している。この交点の温度U約550°
Cである。 121]ち、割れ音生じることなく、この
2梅類のセラミックの拡散接合を行うための温度は約5
50℃である。拡散接合70セスは時間、温度及び千カ
に依存しているので、この様な低い温度を用いるときに
は、拡散接合を良好に達成するための時間はかなり長く
なる。拡散接合の場合、温度が低すぎると、接合か起こ
らず、逆に温度が高γぎると、セラミックと炉との間の
過剰な反応が起こる。しかしながら、本発明に従って、
矢印2乙によって指示さノ1.る約550°0の温度で
マンガン亜鉛フェライトとチタン酸バリウム・セラミッ
クとを処理すれは、割れ音生じることの無い拡散接合が
達成される。
同じマンガン亜鉛フエシイトケジルコニア(ZrOt 
)セラミックに接合するのに適した温度は矢印28で指
示されている様に約800℃である。11ち、2様類の
材料に関する膨張曲線はこの点で交差している。2相の
チタン酸バリウム(BTC)セラミックを用いるときの
拡散接合に適した温度は矢印30で指示されている様に
約900 ”0である。
又、チタニア(Ti02)セラミックを用いるときの拡
散接合に適した温度は矢印62で示されている様に約1
00°Cである。この様に、第3図に示されているマン
ガン亜鉛フェライトに関する曲線と他の種々のセラミッ
クに関する曲線との交差点若しくは領域により、割れを
生じることなく2種類の部材全拡散接合させるのに適し
た温度が定められる。
マンガン亜鉛フェライト全BTcセラミックに接合する
例の場合、900℃の温度で21099/ mm2の圧
力を1時間印加することによって艮好な接合が得られた
。割れは生じなかった。同じフェライトとセラミックに
900℃の温度で2109 f / mm2の圧力を1
時間半印加したときも、割れの無い良好な接合が得られ
た。良好な拡散接合を達成するための理想的な温度範囲
は800 ”0乃至1000℃であると考えられる。実
験の結果、種々のセラミック部材間の拡散接合について
曲線の交点で示される温度を中心とする±25°0の範
囲の温度においても、良好な結果が得られることがわか
った。1図示されている膨張曲線は外挿法等の技法を用
いて由られたものであり10チ乃至15襲程度の誤差ゲ
會んでいると思わ力、るので、適正な温度範囲奮正罹に
定めるには、厳密な実験が必要である。又、膨張曲線は
セラミックの多孔性や他の要因にも依存している。
第4図は別のMnZnフェライト及びアルミン酸マグネ
シウム(M g C) −A403)のスピネル・士ラ
ミックに関1−る膨張曲線ケ示している。この2抽類の
部4オ奮接合するのに適した温度は矢印34で示されて
いる様に約1350”Cである。この例のMnZnフェ
ライトはモル百分率で56係のFe2(、)3  と、
29%のM n Oと、18%のZnOとから成る。割
れ金集じないスピネル拡散接合は約1650℃の温度で
約111η間にわたって約2109 f / mm2の
圧カケ印加することによって達成された。
第51色はN t Z nフェライト及びこれに接合す
べき3柿類の非磁性セラミックに関づ−る膨張曲線全庁
している。これによって2種類の部材を接合するのに適
した温度が定められる。N i Z nフェライトをジ
ルコニア(zro2 )セラミックに接合するのに適し
た温度は矢印36で指示されている様に約500°Cで
ある。N i Z nフェライトをアルミナ(At20
s)  セラミックに接合するのに適した温度は矢印3
8で指示されている様に約650”Cである。N i 
Z nフェライトを化学式2CaO・At203・5i
02で示されるカルシウム・セラミックに接合するのに
適した温度は矢印40で指示される様に約850°0で
ある。前述の様に、用いられる温度が高くなればなるほ
ど、拡散接合葡達成するために必要な時間及び圧力は減
少する。従って、NiZnフェライトをカルシウム・セ
ラミックに接合する場合よりもジルコニア・セラミック
に接合する場合の方が高い圧力と長い時間とを必要とす
る。本発明の実施にあたって、用いられる温度は曲線に
よって定められる温度±25°C程度の範囲内で選択さ
れ、それに応じて圧力及び時間全変化させることによっ
て良好な拡散接合が得られる。
第1の実施例として、第3南に示されている曲線に関連
した磁性M n Z nフェライトと非磁性BTCセラ
ミックと全接合した。先ず、BTCセラミックの研摩し
た而kM n Z nフェライトの研摩した面に隣接さ
せた。こね、らのサンプルは12.7mm平方の広さと
3.2mmの厚さを有するものであった。但し、サンプ
ルの寸法は重要ではない。
サンプルをケイ素−炭素製鋳型の中に置いて20グリツ
ドのアルミナ砂で囲んだ。次に、この鋳型を炉内に設置
した。サンプルの周りのアルミナ砂をかためるために1
4乃至14097mm2の範囲の1力を加えた。±1o
τ】の誤差をもって20”0部分の割合で温度全上昇さ
せ、9ooτ〕±25℃に達するまで」二列奮続けた。
なお、炉内には窒素ガス全導入した。又、100 pp
m以下の酸素分圧全維持した。温度が約900℃に達し
た後、2109±3512/mm”の圧力を印加した。
この温度及び圧力全1時間±15分間維持した。その後
、(17) 圧力全除去し、接合したサンプル全周囲温度まで冷却し
た。なお、サンプルが周囲温度になるまで圧力を印加し
た場合にも同等の結果が得られている。冷却速度は約7
°C/分であった。冷却速度はサンフルに熱的なショッ
クを与えない限度内で更に速くすることもできる。サン
プル全鋳型から取り出して検査したところ、割れのない
艮好な拡散接合が認められた。
第2の実施例として、第3図に示されている曲線に関連
した磁性MnZnフェライトと非磁性ジルコニア・フェ
ライトとを接合してみた。最高温度を800℃±25℃
にしたことを除いて、第1の実施例と同等の処理を行っ
た。その結果、割れのない良好な拡散接合が認められた
、 本発明の方法は磁気ヘッド用変換コアの1部となる磁性
セラミック・ブロックと非磁性セラミック・ブロックと
を接合するのに適している。第6図は磁気ヘッド用変換
コアを示している。この変換コアは磁気ベアリング面4
7側に変換ギャップ46を形成する2つの磁性フェライ
ト・ブロック110) 42及び44(t−含む。磁性フェライト・ブロック4
2及び44の両端には、本発明の方法に従って非磁性中
ラミック・ブロック48及び50が拡ff&接合されて
いる。変換コアは孔52.54.56ヲ有する。別の2
つのセラミック・ブロック(図示せず)でこの変換コア
を両1ituから挾んで磁気ヘッド組立体全形成した段
、電気的コイルか孔52&び5Q−通してフェライト・
ブロック42の周りに巻きつけられるか又は孔54及び
56葡通してフェライト・フロック7I4の周りに巻き
つけられる。変換コアヶ作るにあたって、フェライト・
プロッタ44は先ずセラミック・ブロック50に接合さ
れ、同様に、フェライト・ブロック42はセラミック・
ブロック48に接合される。この接合工程のために本発
明の拡散接合方法が使用される。それは、2柿類のセラ
εツク、叩ち磁性フェライトと非磁性セラミックと奮接
合することが必要となっているためである。フェライト
・ブロック44とセラミック・プロッタ50、及びフェ
ライト・ブロック42とセラミック・ブロック48がそ
れぞれ拡散接合された陵、変換ギャップ46を形成する
様にフェライト・プロッタ42及び44が接合される。
フェライト・ブロック42及び44の接合の際には、変
換ギャップ46の形成のためにガラスを接合材料として
用いるのが普通である。このガラス接合処理及び電気的
コアルの巻付けは周知の方法に従って行われるので、詳
しい説明は省略する。
第7図は第6図に示されている様な磁気ヘッド用変換コ
アの製造にあたって磁性フェライト・ブロックと非磁性
セラミック・ブロックとの接合のために本発明の方法全
適用したプロ七ス全示している。最初の工程60におい
て、第6図に示されているフェライト・ブロック42又
は44の様な加工されたフェライト・ブロック全用意す
る。次の工程62において、第6図に示されているセラ
ミック・ブロック48又は50の様な加工された士ラミ
ック・ブロックを用意する。工程64において、フェラ
イト・ブロックとセラミック・ブロックと全隣接させて
配置する。具体的に言えば、孔52葡定める様にフェラ
イト・ブロック42と士ラミック・ブロック48と全隣
接させるか、又は孔56を定める(*にフェライト・ブ
ロック44とセラミック・フロック50と全隣接させる
工程66において、隣接した2つのブロック全所定の温
度まで加熱するnlつの例として、フェライト・ブロッ
クのイ]料はMnZnフェライトでアリ、セラミック・
ブロックの材料はBTCセラミックである。こ71らの
4′A利に関する膨張曲線は第3図に示されている。矢
印60に示されている様に、拡散接合のために適した温
度は約900°Cである。工程68では、この好適な温
度全維持しながら、2つのブロックに圧力を所定時間印
加し、両者の拡散接合奮起こさせる。その所定時間は第
2図の曲線部分22に対It、 I、ている。圧力の印
加中、温度全一定に糾持する。前述の特定の材料を用い
る場合、圧力は2109 fj/mm2であり、時間は
1時間である。工程70において、圧力を除去し、第2
図の曲線部分24で示されている様に周囲温度までブロ
ック全冷却する。この様にして接合した変換コアの部品
は割れのない艮好なものであった。
以上の実施例の説明により本発明の原理は一層明確にな
った筈である。但し、本発明の実施は実施例だけに限定
されるわけではなく、種々の変更が可能である。例えば
、前述の磁性フェライト及び非磁性セラミック以外の異
種のセラミック全接合することもできる。2つの異種の
セラミック全接合するには、七11らに関する膨張面i
l’(r用いて温度ケ定めればよいのである。又、圧カ
ヤ時間も変えることかでさる。とにかく、割れを生じる
ことなく異種のセラミックの拡散接合を行うのに重要な
ことは、それらの膨張曲線τ考慮して適切な温度葡定め
ることである。
【図面の簡単な説明】
第1商は本発明による拡散接合プロセスの工程(2)、
第2図は拡散接合プロセスのための温度、時間及び圧力
の関係葡示す図、第6図は磁性フェライト及び徨々の非
磁性セラミックに関する温度と線膨張パーセントとの関
係を示す図、第4図は他の磁性フェライト及び非磁性セ
ラミックに関する温度と線膨張バー十71・との関係を
示す図、第5図は史にflbの磁性フェライト及び非磁
性セラミックに関する温度と線膨張パーセントとの関係
を示す図、第6図は本発明に従って拡散接合される部分
ケ有する磁気ヘッド川変換コアの斜視図、第7区1は第
6図の変換コアの部分全作るプロセスの工程図である。 Iff願人インタサ層ル・ヒシネス・マシーンズ・コ刊
υ−ジョン(23) 445− T7−

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. それぞれの膨張曲線が成る温度で交差する2つの異種の
    セラミック部材を隣接させて配置し、上記セラミック部
    材を上記温度まで加熱し、上記温度を維持しつつ拡散接
    合に必要な圧カケ所定時間上記セラミック部材に印加し
    、七の後上記セラミック部材を冷却し且つ上記圧力全除
    去する工程から成る異種のセラミック部材の拡散接合方
    法。
JP58044601A 1982-05-03 1983-03-18 異種のセラミツク部材の拡散接合方法 Granted JPS58190879A (ja)

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US373926 1982-05-03

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