JPS59174584A - セラミツクスと金属の接合方法 - Google Patents

セラミツクスと金属の接合方法

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JPS59174584A
JPS59174584A JP4764383A JP4764383A JPS59174584A JP S59174584 A JPS59174584 A JP S59174584A JP 4764383 A JP4764383 A JP 4764383A JP 4764383 A JP4764383 A JP 4764383A JP S59174584 A JPS59174584 A JP S59174584A
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JP
Japan
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metal
metal sheet
vapor deposition
ceramic
ceramics
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Pending
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JP4764383A
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English (en)
Inventor
渡辺 正興
出川 通
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Mitsui Zosen KK
Original Assignee
Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Mitsui Zosen KK
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Publication date
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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】 (発明の技術分野) 本発明はセラミックスと金、イの接合方法に関する。
(発明の技術的背景とその1111IJf点)セラミッ
クスを種々の分野の利料に採用する集合 4+4j 2
の材料の金L〈と接合して採用することが多い。その方
がセラミックスを単独で採用するよりも 113i 明
等の面で、けるかに用途が拡大されるからである。そし
て、セラミック製品は始めから一体のものとして成形製
作することは困疎、であることが多い。このために、部
分的な卵品)1];ぎを接着させて複雑な、形状のもの
に仕上げる必要があ炉、セラミックス同志、あるいはセ
ラミックスと金属とを強固に接合させる方法の開発が望
まれている。
従来、セラミックス間に接着材を介在させて高温加圧す
るいわゆるホットプレス接合法がセラミックスの接合方
法として一般的に行われているが、複雑異形の部材の接
着は困難である。
また無機接着材も複数種類のものが開発されつつあり、
日本国内でも各種のものが製造市販されている。しかる
にこれらの無機接着材の多くは、西宮、シリカ、アルミ
ナあるいはジルコニアを主原料としておシ、耐熱性を有
してはいるものの接着面をはがすような力に対しては弱
いという欠点がある。
丑だこのような無機接着材よりも接合強度の高い接合ブ
5法として、ろう付法がある。ところでセラミックスを
ろう付する条件としては、ろう利によって被接着物がぬ
れ、被接合部材とろう利とが密実に接合することが必要
であるが、セラミックスと9わけ酸化物系セラミックス
は安定であるため一般に溶融金属に対する親和性(いわ
ゆるぬれ性)が悪く、また各種の物質との反応性も低い
ために必ずしも十分なろう付強度が得られないのが現状
である。
又、セラミックスは接合すべき金属;及びろう材に対し
て熱膨張率に大きな差が存し接合後の冷5    却期
間において破壊を生じゃすい問題点があった。
(発明の目的) 本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、セラ
ミックスと金属との熱膨張率の大きな差にもかかわらず
、両者を強固に接合でき、しかも高温で使用しても熱膨
張差に帰因する熱応力を緩和し接合時及び使用時におけ
る破壊を防ぐことのできる接合方法を枡供することを目
的とする。
(発明の構成) 本発明のセラミックスと金属の接合方法は、セラミック
スと金属との間に多数の空隙を有する金属シートを挾み
、セラミックスと該金属シート、該金属シートと金属を
各々接合することにょシ全体を接合することを特徴とす
るものであシ、該金属シートがセラミックスと金属の熱
膨張の差を吸収することによシ、前記目的を達成するも
のである。
本発明は、セラミックスと多数の空隙を有する金属シー
トと接合すべき金属との、いわば、サンドイッチ構造を
形成するものである。
多数の空隙を有する金属シートとしては、海綿状の組成
を有する多孔質金属シート、ステンレスワイヤ、又はス
テンレスメツシュ等がある。
セラミックスと該金属シートとの接合、さらに該金属シ
ートと金属との接合には収丁の方法による。即ち、 (1)  セラミックそと多数の空隙を有する金属シー
トとの接合を、このセラミックスと同質のセラミックス
を化学蒸着するガスの中に両者を重ねだ状態でさらすこ
とによって行い、該金属シートと金属との接合は、該金
属シートのもう一方の面に対して金属を接合する方法。
この方法を、金属シートが多孔質金属である場合につい
て説明する。接合の順序は、まず多孔質金属と接合金属
とを接合した後、多孔質金属とセラミックスを接合する
か、又はこの逆の順序であってもよい。多孔質金属と接
合金属との接合は、通常の全屈同志の接合、即ち、ろう
材を使用した場合、あるいは両金属と同質の金属として
高γ品加熱によシ行う接合等を採用できる。多孔賃金に
とセラミックスの接合は、とのセラミックスと同質のセ
ラミックを化学蒸着するガスの中で行うが、このガスは
多孔rat金属の多数の孔の中に浸入してセラミックを
析出し蒸着するため両者の接合が表されるものである。
このガスの化?反応は、セラミックスの成分に従って万
(々のものがあり、又、このセラミックス成分について
も種々のものがある。例えば、W2Cを成分とするセラ
ミックスについては、気化しやすl/−IW Cl 6
のガスをキャリヤーガスによって反応系に導入し、これ
に反応ガスであるCH4およびFI2を導き、500〜
700℃で反応させ、W2 Cを析出し蒸着させる化学
反応がある。この反応式は 2WC/6+CH4+4H2→W2 C+ 12 HC
lである。又、同じ<Zr0zを蒸%iする化学反応と
して、同様に、気化しゃすいZrとYのそれぞれの錯化
合物のガスと水蒸気とを300°〜8000CのN2ガ
ス中で反応させY2O3を所定量含むZrO2を蒸着す
る方法もある。
尚、これらの化学蒸着のうち、セラミックスの種顛によ
っては反応温度が高く、全屈との接合に適さ々いものも
あるが、この場合には化学反応を低圧雰囲気内のプラズ
マ発生下において行うプラズマ化学蒸着方法を採用すれ
ば低湿においても行えるので、セラミックスと金属の」
1合が可能と々る。
(2)  セラミックスの表面を化学鼻′ミ着(CVD
)、物理蒸着(PVD)又はめつき又はメタライズ処理
等により金属コーティングし、その後、セラミックスと
該金属シートと金属を三層状態にして、該金属シートの
多数の空隙に化学蒸着(CVD)、物理蒸着(PVD)
の蒸着ガスを噴入して、セラミックスと多数の空隙を有
する金属シートとの接合、及び該金属シートと金属との
接合を同時に行う方法。
(3)  セラミックスの表面を化学蒸着(CVD)、
物理蒸着(PVD)又はめつき又はメタライズ処理等に
より金属コーティングし、その後、セラミックスと該金
属シートの間及び該金属シートと金属の間にろう材を挿
入し、全体を加熱下で加圧することにより、同時に行う
ものであるセラミックスと金属の接合方法。
(発明の実施例) 本発明の一実菰例について以下図に従って説明する。
本実施例におけるセラミックス1の成分は、SiCでち
る。通常のセラミックの化学蒸着法は、1000°C以
上の高温で実施されるが、本実施例においては接合時の
温度を低温化するためにプラズマ化学蒸着法を採用する
。接合すべき金属としては18−8系ステンレス鋼2を
、および両者の中間に挾み込捷れる多孔質金属3には、
市販されている多孔質金属のひとつである住人電工(内
で商品名゛′セルメット1、として市販されでいるもの
のうち平均孔径01要、気孔も90チ、全厚さ1.5原
のN i −Cu合金を用いた。
まず、この多孔質(N i −Cu)合金3とSiCセ
ラミックス1は機械力によって密着固定され、外部より
350°C〜450°Cに加熱された区1示しない密封
容器の中に搬入される。
この密封容器の中には、Arガスと混合したSiH4ガ
スと、さらに同様にArガスによって希釈混合されだC
H4ガスとが、別のArガスをキリャーとして送入され
る。さらに密封容器内では、搬入された該多孔質(Ni
−Cr)合金3とSICセラミックス1の複合体を一方
の電相とし、これに面した対極を設ける。密封容器内を
一度真空度10−5ηF(’ g l、た後、キャリヤ
ーガスのArを導入し、10 ” −10−3xH’g
状態に保ち、前記画雷、極間に13.56 Ml(zの
高周波電圧を加えることによって生じたプラズマによっ
て密封容器内の各ガスはイオン化し、活性化する。これ
によってSiCが、350〜450°C程度の低温で多
孔’R(N i −Cr)合金3の多数の孔内において
も析出すると同時に、SiCセラミックス1と多孔質(
Ni−Cr)合金3の接触部においても析出して両者を
接合する。
この接合が完了した後、前記機緘力は除かれる。
そして、多孔ji’!rNi−Cr合金のもう一方の而
に2いて、化学アJl=着したSiCを研磨除去し、N
1−Cr合金基地を現出しだ後、18−8ステンレス銅
との接合を行う。この接合は71襲銀−29%銅のロウ
材を用いて780°Cの温度下でt1h常のロウ伺は方
法による。これにより、全体の接合を完了する。
本実施「11によれば、SiCセラミックス1と18−
8ステンレス乍;旬2の熱膨張率の;クニによる歪が、
多孔質Nj−Cr合金3によって吸収される。また蒸着
が前記のように低い温度でなされるため、熱膨張率の差
による歪自体も低い値に抑えることができ接合状態はよ
り好ましいものとなる。
また蒸着したセラミックスは多孔質N i −Cr合金
3内に入シ込んでおり、セラミックス1と多孔質N i
 −Cr合金3の噛み合せも良好なものとなる。
本実施例と比較するために、SiCセラミックスと18
−8ステンレス鋼との両者を単に71%銀−29襲銀合
金ロウ材で接合することを試みたが全く接合することは
できなかった。
本実tiIjyllは多孔質金属とセラミックスの化学
蒸着による接合を先に行ったが、他の実施例において(
d多孔質金属と接合金属との接合を先に行ってもよい。
又、り十の実施例においては、sloを成分とするセラ
ミックスにおいて説明したが、本発明はTiB、TiN
、AI!N、TiC,ZrC,TiB 2 +  Z 
r 02 %を成分とする化学蒸着の行えるセラミック
スであれば、実施できるものである、。
(発明の匁j果) 本発明のセラミックスと金属の接合方法によれば、セラ
ミックスと金属との熱膨張率が大きな差を有するもので
あっても、両者を強固に接合できる。
【図面の簡単な説明】
N1は本発明の一実施例を説明する接合部分の断面図で
ある。 1・・・SiCセラミックス、  2・・・18−8ス
テンレス鋼、  3・・・多孔ツバN1−cr自金。 4・・・ろう材。 代理人  鵜 沼 辰 之 (ほか1名)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)  セラミックスと金属の接合において、多数の
    空隙を有する金属シートを挾み、セラミックスと該金、
    槓シート、該金属シートと金属を各々接合することによ
    り全体を接合することを特徴とするセラミックスと金属
    の接合方法。 (2、特許請求の範囲第1項において、多数の空隙を有
    する金属シートが多孔質金属シートであるセラミックス
    と金属の接合方法。 (3)特許請求の範囲第1項において、多数の空隙を有
    する金にシートがステンレスワイヤ又はステンレスメツ
    シュであるセラミックスと金属の接合方法。 (4)特許請求の範囲第1項において、セラミックスと
    多数の空隙を有する金属シートとの接合は、このセラミ
    ックスと同質のセラミックを化学蒸着するガスの中に両
    者を重ねた状態でさらすことによって行い、該金属シー
    トと金属との接合は、前記接合の後、該金属シートのも
    う一方の而を研磨して化学蒸着したセラミックを除去し
    基地を現出した後、この基地に対して金属をろう付する
    ものであるセラミックスと金属の接合方法。 (5)特許請求の範囲第4項において、化学蒸着がプラ
    ズマ発生下でおこなわれるプラズマ化学安着であるセラ
    ミックスと金属の接合方法。 (6)  ’l’ケ許請求の範囲第1項において、セラ
    ミックスと多数の空隙を有する金属シートとの接合、及
    び該金属シートと金属との接合は、セラミックスの表面
    を化学蒸着(CVD)、物理蒸着(P■1))又はめつ
    きにより金属コーティングし、その後、セラミックスと
    該金属シートと金属を三層状態にして、該金属シートの
    多数の空隙に化学蒸着(CVD)又は物理蒸着(PVD
    )の金属蒸着ガスを噴入して、同時に行うものであるセ
    ラミックスと金属の接合方法−6 (7)特許請求の範囲第1項において、セラミックスと
    多数の空隙を有する金属シートとの接合、及び該金属シ
    ートと金属との接合は、セラミックスの表面を化学蒸着
    (CVI))、物理蒸着(PvJ) )又はめつきによ
    り金咋コーティングし、その後、セラミックスと該全釈
    シートの間及び該金属シートに金属の間にろう材を47
    1人し、全体を加熱下で加圧することにより、同時に行
    うものであるセラミックスと金属の接合方法。
JP4764383A 1983-03-22 1983-03-22 セラミツクスと金属の接合方法 Pending JPS59174584A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4650107A (en) * 1984-11-22 1987-03-17 Bbc Brown, Boveri & Company, Limited Method for the bubble-free joining of a large-area semiconductor component by means of soldering to a component part serving as substrate
JPS63277580A (ja) * 1987-05-09 1988-11-15 Sumitomo Electric Ind Ltd 焼結金属とセラミクスの接合体から構成される機械部品およびその製造方法
CN111933610A (zh) * 2020-07-17 2020-11-13 江苏富乐德半导体科技有限公司 一种带有缓冲层的金属陶瓷基板及其制备方法

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