JPS59223280A - セラミツクと金属の接合方法 - Google Patents
セラミツクと金属の接合方法Info
- Publication number
- JPS59223280A JPS59223280A JP9860283A JP9860283A JPS59223280A JP S59223280 A JPS59223280 A JP S59223280A JP 9860283 A JP9860283 A JP 9860283A JP 9860283 A JP9860283 A JP 9860283A JP S59223280 A JPS59223280 A JP S59223280A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ceramic
- metal
- bonded
- joining
- bonding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、接合強度が強（信頼性に優れ、かつ接合工程
が簡単なセラミックと軟質金属であるアルミニウム、銅
等との接合方法に関するものである。
が簡単なセラミックと軟質金属であるアルミニウム、銅
等との接合方法に関するものである。
セラミックは一般に耐熱性や高温時における機械的強度
や耐摩耗性、高絶縁性あるいは断熱性に優れているため
に、厳しい条件下で使用される自動車のエンジン周辺部
品、ガスタービン部品、及び気密性等が要求される電子
管、放電管、ランプ等広範に使用され又は利用が期待さ
れている。しかしセラミックはそれ自体脆性材料である
ため単独で用いられることは少なく、他の異種材料例え
ば金属などと接合した複合構造体の形で使用されている
。
や耐摩耗性、高絶縁性あるいは断熱性に優れているため
に、厳しい条件下で使用される自動車のエンジン周辺部
品、ガスタービン部品、及び気密性等が要求される電子
管、放電管、ランプ等広範に使用され又は利用が期待さ
れている。しかしセラミックはそれ自体脆性材料である
ため単独で用いられることは少なく、他の異種材料例え
ば金属などと接合した複合構造体の形で使用されている
。
セラミックと金属とを接合する場合、直接両者を接合す
ることは困雌であり、従来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や窒化珪素のような
非酸化物系の材質等からなる各セラミック焼結体の表面
にメタライズ層を設け、これに例えば銀−銅共晶ロー付
材を介してコバールや金属銅とを接合する方法がある。
ることは困雌であり、従来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や窒化珪素のような
非酸化物系の材質等からなる各セラミック焼結体の表面
にメタライズ層を設け、これに例えば銀−銅共晶ロー付
材を介してコバールや金属銅とを接合する方法がある。
ところが、軽量高強度であり加工性に富む金属アルミニ
ウムは、構造用材料として優れており、特にエンジン部
品等に多く使用されているが、より高性能とするために
アルミニウムの一部をセラミックに置き換えて、両者を
接合する方法があり、それは焼きばめ、鋳ぐるみ等の手
法しか採られていない。この手法で接合した複合構造体
は、熱間での長時間の使用では、接合面の緩みや金属の
変形、へたり等が発生して実用上能しい点が多い。
ウムは、構造用材料として優れており、特にエンジン部
品等に多く使用されているが、より高性能とするために
アルミニウムの一部をセラミックに置き換えて、両者を
接合する方法があり、それは焼きばめ、鋳ぐるみ等の手
法しか採られていない。この手法で接合した複合構造体
は、熱間での長時間の使用では、接合面の緩みや金属の
変形、へたり等が発生して実用上能しい点が多い。
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、接合強度が強く信頼性に優れた接
合方法を見い出した。
べく鋭意検討の結果、接合強度が強く信頼性に優れた接
合方法を見い出した。
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、接合金属とを、接
触させて非酸化性雰囲気中で加熱接合することを特徴と
するものである。
イズ層を設けたセラミック焼結体と、接合金属とを、接
触させて非酸化性雰囲気中で加熱接合することを特徴と
するものである。
以下、本発明の詳細な説明すると、メタライズしたセラ
ミックと接合する金属とを、この金属の融点以下のロー
材を用いないで非酸化性雰囲気中にて加熱接合する方法
で、耐熱性の良好な接合体を得ることが出来る。
ミックと接合する金属とを、この金属の融点以下のロー
材を用いないで非酸化性雰囲気中にて加熱接合する方法
で、耐熱性の良好な接合体を得ることが出来る。
本発明はセラミックのメタライズ面と金属との接触反応
を利用したもので、例えば銅とアルミニウムの場合は、
重量％で銅が３３％の点でＡｌ−ＣｕＯ共晶点があり、
その温度は５４３℃である。
を利用したもので、例えば銅とアルミニウムの場合は、
重量％で銅が３３％の点でＡｌ−ＣｕＯ共晶点があり、
その温度は５４３℃である。
手法として、温度５００〜５５０℃の真空中又はＡｒ、
Ｎ２．Ｎ２等の非酸化性雰囲気中で長時間接触させると
、反応してその強度は、剪断強度で２００ ｋｇ／ｃ＋
Ｊ程度のものが得られ、この時、加圧操作のホットプレ
ス法、ＨＩＰ法のいずれかを利用すれば、金属基質の変
形を最小限におさえ、強度も更に向上して最大で３００
ｋｇ／ｄのものとなる。
Ｎ２．Ｎ２等の非酸化性雰囲気中で長時間接触させると
、反応してその強度は、剪断強度で２００ ｋｇ／ｃ＋
Ｊ程度のものが得られ、この時、加圧操作のホットプレ
ス法、ＨＩＰ法のいずれかを利用すれば、金属基質の変
形を最小限におさえ、強度も更に向上して最大で３００
ｋｇ／ｄのものとなる。
セラミック表面へのメタライズ方法は、Ｍ ｏ −Ｍｎ
法、蒸着法等の既存の手法が応用可能である。
法、蒸着法等の既存の手法が応用可能である。
接合する金属がアルミニウムの場合には、メタライズ表
面がＣｕ ＊ Ｚ ｎ ＋ Ｍ ｇ ＊ Ｓ ｉ等
アルミニウムに固溶するものであれば接合可能であり、
また、メタライズがアルミニウムでも良好な接合が得ら
れる。接合する金属が銅の場合も同様、銅の固溶する金
属がセラミック表面に露出していれば接合可能であり、
また、その他の種類の金属でも接合出来る。
面がＣｕ ＊ Ｚ ｎ ＋ Ｍ ｇ ＊ Ｓ ｉ等
アルミニウムに固溶するものであれば接合可能であり、
また、メタライズがアルミニウムでも良好な接合が得ら
れる。接合する金属が銅の場合も同様、銅の固溶する金
属がセラミック表面に露出していれば接合可能であり、
また、その他の種類の金属でも接合出来る。
また本発明では、前記した既存手法でのメタライズ面上
に接合する金属よりも融点の高い金属板を設置する手法
でもよい。例えば接合する金属がアルミニウム合金の場
合には、前記メタライズ面上ニ、Ａｇ、Ｃｕ等の薄板を
、アルミニウム合金よりも融点の高いロー材にてロー材
したものの上面にアルミニウム合金を接合する。また接
合する金属が銅合金の場合には、前記同様メタライズ面
上に、Ｗ、Ｍｏ、ステンレス、コバール等の薄板を銅合
金よりも融点の高いロー材でロー材するが溶接した面上
に銅合金を接合する。尚、上記薄板が接合する金属と反
応性が悪い場合には、薄板表面にＮｌ、ＡＩ、Ｃｕ等の
化学メッキを施してから接合すると良好な結果が得られ
る。
に接合する金属よりも融点の高い金属板を設置する手法
でもよい。例えば接合する金属がアルミニウム合金の場
合には、前記メタライズ面上ニ、Ａｇ、Ｃｕ等の薄板を
、アルミニウム合金よりも融点の高いロー材にてロー材
したものの上面にアルミニウム合金を接合する。また接
合する金属が銅合金の場合には、前記同様メタライズ面
上に、Ｗ、Ｍｏ、ステンレス、コバール等の薄板を銅合
金よりも融点の高いロー材でロー材するが溶接した面上
に銅合金を接合する。尚、上記薄板が接合する金属と反
応性が悪い場合には、薄板表面にＮｌ、ＡＩ、Ｃｕ等の
化学メッキを施してから接合すると良好な結果が得られ
る。
本発明に使用されるセラミックは窒化珪素、炭化珪素、
アルミナ、ジルコニア等の公知の非酸化物系や酸化物系
のすべてのセラミックが挙げられる。
アルミナ、ジルコニア等の公知の非酸化物系や酸化物系
のすべてのセラミックが挙げられる。
本発明の接合方法では、接合した複合構造体は、熱間で
の長時間使用でも接合面の緩みゃ、金属の変形、へたり
等の発生が極めて少ない。接合強度の強い、信頼性に優
れたものとなった。また接合工程が簡単容易であり生産
性に富んだ方法である。
の長時間使用でも接合面の緩みゃ、金属の変形、へたり
等の発生が極めて少ない。接合強度の強い、信頼性に優
れたものとなった。また接合工程が簡単容易であり生産
性に富んだ方法である。
以下、実施例につき詳細に述べる。
実施例１
加圧成形して焼結した気孔率２％の９５％アルミナセラ
ミックと、気孔率１％の９０％窒化珪素セラミックと、
気孔率２％の９５％炭化珪素セラミックと気孔率２％の
９０％部分安定化ジルコニアの各々をダイヤモンド砥石
にて平面研磨し、表面を十分に洗浄した。試料寸法は１
０ Ｘ １０ Ｘ ５’ｘ処でその表面に真空蒸着法に
よりＡＩを厚さ５μｍにメタライズした。
ミックと、気孔率１％の９０％窒化珪素セラミックと、
気孔率２％の９５％炭化珪素セラミックと気孔率２％の
９０％部分安定化ジルコニアの各々をダイヤモンド砥石
にて平面研磨し、表面を十分に洗浄した。試料寸法は１
０ Ｘ １０ Ｘ ５’ｘ処でその表面に真空蒸着法に
よりＡＩを厚さ５μｍにメタライズした。
このメタライズ面上に金属板寸法１０ＸＩＯＸ１０”ｍ
のＡ−２０１７ＡＩ板と燐脱酸銅板をそれぞれ載置して
、１０’Ｔｏｒｒの真空中、アンモニア分解ガス中、Ａ
ｒガス中にて５００〜５３０℃で１〜２Ｈｒ・加熱保持
した。その際、試料の接触面に垂直に１００ｋｇ／ｃ＋
Ｊ加圧し接合した。
のＡ−２０１７ＡＩ板と燐脱酸銅板をそれぞれ載置して
、１０’Ｔｏｒｒの真空中、アンモニア分解ガス中、Ａ
ｒガス中にて５００〜５３０℃で１〜２Ｈｒ・加熱保持
した。その際、試料の接触面に垂直に１００ｋｇ／ｃ＋
Ｊ加圧し接合した。
この接合部の剪断強度を島原製作所製オートグラフにて
、Ｑ、５ ｍ／ｍｉｎの荷重速度で測定し第１表に示し
た。
、Ｑ、５ ｍ／ｍｉｎの荷重速度で測定し第１表に示し
た。
第 １ 表
（助１ｊＩｌ淀ν別個数各３個
１０ Ｘ １０ Ｘ ５ ｎ＋画面上、重量％でＣｕ
Ｏ２５％”、Ｃｕ２０２５％、 Ｓ ｓ Ｏｘ ４
０％、Ｂ、０３８％、Ａｌ２０３２％の割合で粉末を溶
剤と共に混合してペーストとし、自動印刷機を用いて塗
布した。
Ｏ２５％”、Ｃｕ２０２５％、 Ｓ ｓ Ｏｘ ４
０％、Ｂ、０３８％、Ａｌ２０３２％の割合で粉末を溶
剤と共に混合してペーストとし、自動印刷機を用いて塗
布した。
次いで大気中で１２００℃にて焼成し、次にＨ２雰囲気
炉中で５００℃、ＩＨｒ加熱して表面層を還元して金属
銅の被覆層とした。
炉中で５００℃、ＩＨｒ加熱して表面層を還元して金属
銅の被覆層とした。
次にこのメタライズ面上に寸法１０’Ｘ１０Ｘ１０額の
燐脱酸銅板を載置して、Ｈ２雰囲気中で４８０℃、ＩＨ
ｒ加熱保持した。又加熱中に１００ｋｇ／ｃ＋Ｊの圧力
を試料に加えた。
燐脱酸銅板を載置して、Ｈ２雰囲気中で４８０℃、ＩＨ
ｒ加熱保持した。又加熱中に１００ｋｇ／ｃ＋Ｊの圧力
を試料に加えた。
この様にして得られた接合体の接合部の剪断強度を実施
例１と同様に測定して第２表に示した。
例１と同様に測定して第２表に示した。
第 ３ 表
第 ４ 表
ＱＤ第２．３．４表とも演臓迦豐羽轍 各３個実施例３
気孔率２％の９５％アルミナセラミックの寸法１０Ｘ１
０Ｘ５”ｍの研磨した表面に真空蒸着法により、Ｃｒ
５００Ａと次いでＣｕ５ ｐｍを順に１０−′７ｏｒｒ
の真空中で蒸着した。
０Ｘ５”ｍの研磨した表面に真空蒸着法により、Ｃｒ
５００Ａと次いでＣｕ５ ｐｍを順に１０−′７ｏｒｒ
の真空中で蒸着した。
このメタライズ面上に、寸法１０Ｘ１０×１０’鰭のＣ
ｕ板、Ｎｉ板をそれぞれに載置して、１０Ｔｏｒｒの真
空中にて１０００℃、ＩＨｒ加熱保持して接合した。
ｕ板、Ｎｉ板をそれぞれに載置して、１０Ｔｏｒｒの真
空中にて１０００℃、ＩＨｒ加熱保持して接合した。
この様にして得られた接合体の接合部の剪断強度を実施
例１と同様に測定し第３表に示した。
例１と同様に測定し第３表に示した。
実施例４
気孔率１％の９０％窒化珪素セラミックと気孔率２％の
９０％部分安定化ジルコニアセラミンクの寸法１０１０
Ｘ１０Ｘ５ｔに研磨した表面に、真空蒸着法によりＣｒ
５００Ａとその上面にＣｕ５μｍを順に１０−’Ｔｏｒ
ｒの真空中で蒸着し、その面に厚さｌＩ賞の無酸素銅板
を厚さ５０μｍのＡｇローで水素炉中９００℃にてロー
付した。このロー付したＣｕ板上に寸法１０Ｘ１０Ｘ１
０”ｍのＡＩ板（ＡＣ８Ａ）でＩＨｒ加熱接合した。
９０％部分安定化ジルコニアセラミンクの寸法１０１０
Ｘ１０Ｘ５ｔに研磨した表面に、真空蒸着法によりＣｒ
５００Ａとその上面にＣｕ５μｍを順に１０−’Ｔｏｒ
ｒの真空中で蒸着し、その面に厚さｌＩ賞の無酸素銅板
を厚さ５０μｍのＡｇローで水素炉中９００℃にてロー
付した。このロー付したＣｕ板上に寸法１０Ｘ１０Ｘ１
０”ｍのＡＩ板（ＡＣ８Ａ）でＩＨｒ加熱接合した。
この様にして得られた接合体の接合部の剪断強度を実施
例１と同様にして測・定し第４表に示した。
例１と同様にして測・定し第４表に示した。
以上の結果より、酸化物セラミック及び非酸化物セラミ
ックと金属アルミニウムとの各接合体の剪断強度は、ｓ
ｉｃセラミックの１６６〜１８１ｋｇ／ｃｎ！を除いて
Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４．ＺｒＯ，−Ｙ、０３は２０８
〜３０８ｋｇ／ｃｎｔの値を示し、接合力が強く、エン
ジン周辺部品、機械部品として信頼性に優れたものであ
った。
ックと金属アルミニウムとの各接合体の剪断強度は、ｓ
ｉｃセラミックの１６６〜１８１ｋｇ／ｃｎ！を除いて
Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４．ＺｒＯ，−Ｙ、０３は２０８
〜３０８ｋｇ／ｃｎｔの値を示し、接合力が強く、エン
ジン周辺部品、機械部品として信頼性に優れたものであ
った。
Claims (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、
接合金属とを、接触させて非酸化性雰囲気中で加熱接合
することを特徴とするセラミックと金属との接合方法。 ２）上記に加圧操作を施して接合した特許請求の範囲第
１項記載のセラミックと金属との接合方法。 ３）上記金属が銅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方法。 ４）上製金属がアルミニウム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方法。 ５）上記セラミックが窒化珪素、炭化珪素、アルミナ、
ジルコニアの各焼結体であること特許請求の範囲第１項
記載のセラミックと金属との接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9860283A JPS59223280A (ja) | 1983-06-02 | 1983-06-02 | セラミツクと金属の接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9860283A JPS59223280A (ja) | 1983-06-02 | 1983-06-02 | セラミツクと金属の接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59223280A true JPS59223280A (ja) | 1984-12-15 |
Family
ID=14224155
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9860283A Pending JPS59223280A (ja) | 1983-06-02 | 1983-06-02 | セラミツクと金属の接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59223280A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61275547A (ja) * | 1985-05-30 | 1986-12-05 | Kyocera Corp | 直接噴射式デイ−ゼル機関用ピストン |
| JPH01148762A (ja) * | 1987-12-05 | 1989-06-12 | Shinko Electric Ind Co Ltd | セラミックと金属体との接合方法および接合体 |
| JP2020072207A (ja) * | 2018-07-31 | 2020-05-07 | 國家中山科學研究院 | セラミックス搭載板と厚膜回路の接着力を高める方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52150968A (en) * | 1976-06-10 | 1977-12-15 | Ngk Insulators Ltd | Method of brazing ceramic substrate |
| JPS5648461A (en) * | 1979-09-29 | 1981-05-01 | Matsushita Electric Works Ltd | Water stopping apparatus |
| JPS577878A (en) * | 1980-06-13 | 1982-01-16 | Nippon Electric Co | Method of bonding metal plate to ceramic substrate |
| JPS5891088A (ja) * | 1981-11-27 | 1983-05-30 | トヨタ自動車株式会社 | セラミツクと金属との接合方法 |
| JPS5895670A (ja) * | 1981-11-28 | 1983-06-07 | トヨタ自動車株式会社 | 窒化珪素セラミツクスと金属との接合方法 |
-
1983
- 1983-06-02 JP JP9860283A patent/JPS59223280A/ja active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52150968A (en) * | 1976-06-10 | 1977-12-15 | Ngk Insulators Ltd | Method of brazing ceramic substrate |
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| JPS5891088A (ja) * | 1981-11-27 | 1983-05-30 | トヨタ自動車株式会社 | セラミツクと金属との接合方法 |
| JPS5895670A (ja) * | 1981-11-28 | 1983-06-07 | トヨタ自動車株式会社 | 窒化珪素セラミツクスと金属との接合方法 |
Cited By (3)
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| JPS61275547A (ja) * | 1985-05-30 | 1986-12-05 | Kyocera Corp | 直接噴射式デイ−ゼル機関用ピストン |
| JPH01148762A (ja) * | 1987-12-05 | 1989-06-12 | Shinko Electric Ind Co Ltd | セラミックと金属体との接合方法および接合体 |
| JP2020072207A (ja) * | 2018-07-31 | 2020-05-07 | 國家中山科學研究院 | セラミックス搭載板と厚膜回路の接着力を高める方法 |
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