JPS59164679A - セラミツクと金属との接合体 - 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】 −１一 本発明はセラミックと金属との接合体に関するものであ
る。

セラミックは一般にすぐれた耐熱性、熱衝撃強度、高温
時における機械的強度、耐摩耗性あるいは高絶縁性を有
するために、厳しい条件下で使用される機械構造材とし
て好適なものである。しかし、セラミックはそれ自体脆
く、衝撃に弱いので単独で用いられることは少なく、現
実には、機械部品などにおいては、他の材料例えば金属
などと接合した複合構造体の形で用いられる。このよう
なセラミックー金属接合体の応用例としては、例えばＩ
Ｃ用の基板と金属リード線との接合体、真空スイッチ、
電子レンジ用のマグネトロン等各種のものがある。しか
して、その製作法の具体例としては、例えばアルミナの
ような酸化物系材質からなるセラミック焼結体の表面に
メタライズ層を設け、これに、例えば、コバール−銅共
晶等のろう付は材を介してセラミック、金属両者を接合
する方法が知られている。また、仙の例として、窒化珪
素のような非酸化物系の材質からなるセラミ−２− ツク焼結体の表面にメタライズ層を設け、これに、例え
ば金属モリブデンの銀・銅共晶等のろう付は材を介して
セラミック、金属の両者を接合する方法も知られている
。

ところが、これらの方法では、上記の接合が非酸化雰囲
気中、例えば９００℃といった高温下で行われるため、
高温雰囲気加熱炉を必要とする。

また、冷却時におけるセラミック焼結体のひび割れ、接
合面での剥離等をなくするため、接合に供するセラミッ
クと金属とは互いに熱膨張係数の近似したものを選択し
なければならず、その組み合わせには制約がある。例え
ば、上記非酸化物系の窒化珪素セラミックと鉄などの金
属とは熱膨張係数差が大きくその接合は不可能とされて
いる。

本発明者等は上記従来技術にみられる問題点を解決する
べく鋭意検討の結果、容易に入手可能な特定梗類の金属
ろう付は月を選択することにより、熱膨張係数差の大ぎ
いセラミック、金属同志間でも、従来公知の方法よりも
はるかに低い温度で接合が可能であり、過酷な高湿加熱
装置をそなえた−　　３　− 高温雰囲気加熱炉を必要としなくなるとの知見を得て、
本発明に到達した。

すなわち、本発明の要旨とするところは、表面にメタラ
イズ層を設けたセラミック焼結体と金属との間を溶融温
度が６６０℃以下の金属ろう付【プ材にてろう付けして
なることを特徴とするセラミックと金属との接合体にあ
る。

以下、本発明をさらに詳細に説明すると、本発明にお（
づる金属ろう付（プ材は、溶融温度が６６０℃以下のも
ので代表的なものとしては例えばアルミニウム、３ｉ分
を少量含有するアルミニ・クム主体の合金、または、マ
グネシウム分を少量含有するマグネシウム主体の合金−
等が挙げられ、いずれも市販品から容易に入手できるも
のである。しかぐ して、これらは、厚みが例えば０．０５〜０．５の箔状
、粒径が数μの粉末状、あるいは粉末状のものにブチラ
ール樹脂のような有機バインダーとトリクロールエチレ
ンのような溶剤を加えたペースト状の形態等で適用され
るが、このうち、接合性の確実さからいって箔状の形態
のものが最も好−４＝ ましい。これら金属ろう付は材は、従来公知の金属ろう
付は材例えば銀成分よりなるろう付は材などとくらべて
柔かく、延性に富むため、セラミックと金属との接合面
に介在させた場合、両者間の熱膨張係数差に基く歪みを
緩和し緩衝材として機能する利点があり、また、溶融温
度が６６０℃以下と低いので接合操作において高温雰囲
気加熱炉を必要としないという有利さがある。

本発明に適用されるセラミックは窒化珪素、酸化ジルコ
ニウム、酸化アルミニウム、炭化珪素等公知の酸化物系
、あるいは非酸化物系のすべてのセラミックが挙げられ
る。

本発明のセラミックー金属接合体を製作するに当っては
、あらかじめ、セラミックの表面上にメタライズ層を形
成させる。メタライジングの方法は例えばセラミック表
面に、高融点を持った金属例えばチタン、ジルコニウム
、モリブデン、タングステン等を含むメタライジングペ
ーストをスクリーン印刷して、非酸化雰囲気中１３００
〜１７００℃の高温下で焼き付ける高温焼き付は方法；
　−−５− １０−９Ｔ　ｏｒｒ以下の高真空中で金属を蒸発させて
金属蒸着させる方法；銅、クロム、銀、ニッケル、モリ
ブデン、マンガン、クロム、ジルコニウム等の金属の酸
化物を例えばセラミック原料、ガラス原料に配合し、有
機バインダー、有機溶剤と混合して、メタライジングペ
ーストを調製し、セラミック表面にブレード塗布または
へケ塗布し、還元雰囲気下に焼き付ける焼き付は被覆法
；無電解メッキ法等のなかから、セラミックの特質、メ
タライザーの種類に応じて、各種の公知方法が適用され
る。なお、例えば焼き付【〕被覆法と無電解メッキ法と
を併用することもできる。本発明に適用される金属とし
ては、ニッケル、鉄、銅、等、殆んどの金属が挙げられ
る。

本発明のセラミックー金属接合体を製作するには、接合
を円滑にするため金属ろう付は材を予め酸洗いして、表
面のさびを除去したあと、アセトン等の有機溶剤で脱脂
洗滌し、さらに蒸溜水で例えば超音波洗滌等の手段によ
り、浄化しておく。

また接合されるべぎ、前記金属も同様の手段によ−６− り洗滌しておくことが望ましい。次に、金属ろう付は材
に必要に応じてフラックスを塗布し、セラミックと金属
との間にはさんで雰囲気加熱炉中６００℃前後で接合さ
せる。

本発明は以上のべたように、接合面に６６０℃以下の溶
融温度を有する金属ろう付は材を介在させて、セラミッ
クと金属とを接合させたものであり、熱膨張係数差の大
きいセラミックと金属との間においても熱膨張による衝
撃に対し、該金属ろう付は材が緩衝材として働くので、
両者の組合わせを広い範囲にわたって選択することがで
きる。

例えば、従来不可能とされていた熱膨張係数が３×１０
７℃の窒素珪素と１４ｘ１０／℃の鉄との接合が本発明
により可能である。しかも、後記実施例で示すとおり、
本発明の接合体は剪断強度に１−ぐれているばかりでな
く、製作において、高温の雰囲気加熱炉を必要としない
という利点があり、その工業的利用価値は大である。

実施例１ 加熱成形して焼成した９５％のアルミナセラミ−７− ツク基板表面に、平均粒径１μのＭＯ化合物が９０％、
および平均粒径１μの１ｙｊｎ化合物が１０％となるよ
うに有機バインダーと溶剤を加え、混練して得られたメ
タライズペーストをスクリーン印刷し、高温雰囲気加熱
炉中、１５００℃で１時間焼き付けたのち、さらに、公
知の方法にｊ；り厚み４μのアルミメッキを施しメタラ
イズ層を形成させた。

一方、表面のさびをとるために、酸処理したのちアセト
ンで脱脂し、蒸溜水で超音波洗滌した箔状の市販アルミ
ニウムろう（厚み、０・２ｍｎｒｒｌｌｌ’１成がＡ文
９０％、５ｉ１０％溶融温度５５０℃）を用意した。こ
れを、前記レラミック基板と、接合に供するべく表面を
酸処理してさびを落しアセトンで脱脂し蒸溜水で超音波
洗滌したアルミ板（厚み５ｍｍ）との間にフラックスを
塗布してはさみ込み、６００℃の温度で高周波誘導加熱
して、ろう付けを行い、セラミックーアルミニウム接合
体をｊｎだ。なお、比較例として、ＭＯ−１ｙｊｎ法に
よりメタライズ後４μのＮ１メッキを施したアル−８− ミナセラミック基板とニッケル板をアルミニウムろうの
代わりに市販の銀−銅共晶ろう（厚さ０゜０５ｍｍ溶融
温度７８０℃）を用い、ろうは温度９００℃接合し、セ
ラミックーニッケル接合体を得た。これらセラミックー
メタル接合体について剪断強度を測定したところ第１表
のような結果を得た。

以上の結果から明らかなとおり、実施例の酸化物系セラ
ミックーニッケル接合体の方が従来の銀−銅共晶金属ろ
う付は材を適用したセラミックーニッケル接合体よりも
せん断強度が高く接合力が強いことを示しており機械構
造材としてすぐれていることが判る。

実施例２ 常圧焼結した９０％の窒化珪素（３ｉＢＮａ）よりなる
セラミック基板および９５％の炭化珪素（Ｓｉ　Ｃ）よ
りなるセラミック基板それぞれの表面に、温度５００℃
、１０　　Ｔｏｒｒ以下の高真空下、真空蒸着法により
、Ｚｒを２０００人、Ｏｒを２，０００人、Ｃｕを１０
．０００人を順次熱−９− 着させ、メタライズ層を形成させた。一方、表面のさび
をとるために、酸処理したのち、アセ１〜ンで脱脂し、
蒸溜水で超音波洗滌した箔状の市販ホワイトメタル主体
のアルミニウムろう（厚み０・５ｍｍで溶融湿度３５０
℃）および市販高温はんだ（厚み０．５ｍｍで組成がＰ
ｂ９７．５％、溶融温度３１０℃）を用意した。これを
、前記セラミック基板と、接合に供するべく表面を酸処
理してさびを落しアセトンで脱脂し、蒸溜水で超音波洗
滌したアルミ板（厚み５ｍｍ）との間に７ラツクスを塗
布してはさみ込み、実施例１と同一条件でろう付けを行
いセラミックーニッケル接合体を得た。

なお比較例として、金属ろう付は月として市販の銀ろう
（厚さ０．０５ｍｍ、溶融温度７８０℃）を用いろう付
は温度を９００℃で行ったほかは、実施例２と同様の方
法によってセラミックーニッケル接合体を得た。これら
セラミックーニッケル接合体について剪断強度を測定し
たところ第２表のような結果を１ｑた。

以上の結果から明らかなとおり、実施例の非酸−１０− 化物系セラミックーニッケル接合体の方が、従来の銀金
属ろう付は材を適用したセラミックーニッケル接合体よ
りもせん断強度が高く、接合力が強いことを示しており
、機械構造材としですぐれていることが判る。

−１１− 島汗製作所製オートグラフにて、荷重速ｌσ０．５ｍｍ
／ｍｉｎで測定した。

尚、セラミック、メタルの寸法は、１０１０Ｘ１０ｘ５
の角板にて行なった。

代理人　弁理士　足算　勉 ほか１名 −１２−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　表面にメタライズ層を設けたセラミック焼結体と、
   金属との間を、溶融温度が６６０°Ｃ以Ｆの金属ろう付
   は材にてろう付けしてなることを特徴とするセラミック
   と金属との接合体。 ２　金属ろう付は材が、アルミニウムまたはマグネシウ
   ムよりなる特許請求の範囲第１項記載のセラミックと金
   属との接合体。 ３　セラミックがアルミナである特許請求の範囲第１項
   記載のセラミックと金属との接合体。 ４　セラミックが窒化珪素主体の焼結体である特許請求
   の範囲第１項記載のセラミックと金属との接合体。 ５　セラミックが炭化珪素主体の焼結体である特許請求
   の範囲第１項記載のセラミックと金属との接合体。