JPS59232693A - セラミツクと金属等との接合用クラツドろう材及びこれを用いたセラミツクと金属等との複合体 - Google Patents

セラミツクと金属等との接合用クラツドろう材及びこれを用いたセラミツクと金属等との複合体

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JPS59232693A
JPS59232693A JP58107650A JP10765083A JPS59232693A JP S59232693 A JPS59232693 A JP S59232693A JP 58107650 A JP58107650 A JP 58107650A JP 10765083 A JP10765083 A JP 10765083A JP S59232693 A JPS59232693 A JP S59232693A
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metal
brazing filler
alloy
ceramic
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Masaya Ito
正也 伊藤
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Nippon Tokushu Togyo KK
Niterra Co Ltd
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NGK Spark Plug Co Ltd
Nippon Tokushu Togyo KK
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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】 本発明はセラミックと金ノ）、ガラスもしくはセラミッ
クの如き材料（本発明ではこれらを総称するときは金属
等という）とを接合するために使用されるクラッド型の
ろう材及びこれを用いて接合した複合体に関するもので
ある。
従来セラミックと金属等との接合法は高融点金属法によ
るアルミナセラミックとコバールの接合や酸化物ソルダ
ー法によるアルミナセラミックとニオブとの接合等が知
られている。
前者の高融点金属法は例えば焼結アルミナセラミックに
、Ｍｏ−Ｍｎメタライズペーストを塗布し、水素炉Ｖこ
で１，３００〜１．７０　Ｑ”ｃで加熱焼付けした後、
ニッケルメッキを施して、水素炉中で約８００°Ｃで処
理しメタライズし、銀−銅共晶ろうにてコバールと結合
する方法である。
又後者の酸化物ソルダー法はＯａＱ　−ＭｇＯ−Ａｌ２
Ｏ３”２０３の混和物を焼結アルミナセラミックに塗布
し、金属ニオブをセットした後、１Ｑ’−５Ｔ□ｒｒの
真空中にて約１５００　”Ｃで加熱する接合方法である
。
どちらの方法もＤｇｈ係数の近い物同志の接合に限られ
ている他、前者の方法は工程が複雑であり、後者の方法
も真空を使用するためＶＣ接合品の！Ｉ’Ｃ産化には難
のある方法である。
又、非酸化物系のセラミックの接合に関して述べれば金
属の蒸着や硫化銅法によりメタライズした後、ろう付け
する接合法があるが、この方法はメタライズとろう付け
の両者が全く別工程で行なう必要のあるため、複数の加
熱操作を要し煩々（Ｇである。
本発明はこうした従来の接合法の難点に着目しこれを解
決したもので、特に加熱操作を単純化し、熱膨張係数の
相当異なる物でも接合することを可能ならしめたもので
ある。
本発明へは、具体的にはセラミックと金属等を接合する
クラッドろう材とこのろう材を用いて接合した複合体で
ある。
そして第１の発明は銀（Ａ　ｇ）、銅（Ｃｕ）もしくは
銀−銅（Ａｇ　−Ｏｕ　）合金層Ａｇ層及びＣ１ｕ層と
これに詔℃い 隣接するチタン（Ｔ１）層とからなシ、　　Ｔｉ含）鋒
は肉層の総量に対し３〜８０重［４係であるところのセ
ラミックと金属等との接合用ろう材である。
セラミックは一般に８融金属の濡れ性が悪いが、Ａｇ　
−Ｔｉ　、　Ｃ！ｕ　−ＴｉもしくはＡｇ　−Ｏｕ　−
Ｔｉの合金はセラミックに対し濡れ性がよく、特に後者
のＡｇ　−ＯｕとＴ１は加熱によって三元素の共晶とな
勺、セラミックに対し良く接合するとともに炭素鋼　Ｍ
ｌ、　Ｏｕ等とも接合し、結局Ａｇ　−ｃｕ及びＴｉの
２つの層は１つのろう材として働きセラミックと金属の
複合部材を得ることができる。そして本発明に於てはＡ
ｇ　−Ｃｕ層の２つに分けて加熱によって共晶となる場
合も同様な作用効果を持つので選択の範囲としており、
後者のようにＡＥ層とＣｕ層の２層に分けた場合はいづ
れが１１層と瞬接してもよい。
但し、Ｔ１がＡＥ層、Ｃｕ層もしくはＡｇ　−Ｃｕ層と
Ｔｉ層の総置に対し３〜５０重聞係に限定した理由は６
重１％以下では、セラミックに対する活性が少ないため
に慄合強度が弱いことと８０重−１１％を越えた場合に
は合金（ろう材）が脆くなり複合体の接合強度が弱く実
用的ではないためである。
又第２の発明は第１の発明のろう材に更に低膨張率メタ
ル層、もしくは低ヤング率メタル層、もしくはそれら両
方を順不同で積層しクラッド４１１Ｖ　’ｌｊ：、−と
したろう材を含み、場合により更に他のろう４−」を複
合させた複合型のクラッドろう・（」である。そしてこ
こに低膨張率メタル層にはＷ　、　Ｍｏ　、コバール、
ｐｅ　−Ｎｉ　４２アロイ、インバー、Ｏｕ　−Ｍｏ合
金、０ｒ−Ｗ合金等の膨張係数の比較的小さい金属を含
み、膨張係数の違ったものの接合の場合ＶＣ４１：１衝
作用をなすものである。
又低ヤング率メタルとしてはＣｕ　、　Ａｇ等がＪ：”
１用される。そしてこれらの低膨張メタルＪ１／）や低
ヤング率メタルの層は接合体の寸法や形状に合わせて任
意に選択することができる。又特にセラミックの熱膨張
係数に近い金属を選択することにより、冷却後セラミッ
クにかＸる残留応力を少なく−Ｊ−ることができる。又
更にヤング−９１の低い金属は接合に使用した場合に冷
却後接合体の歪を少くする効果がある。
次に本発明のろう材を図面を参照しつつ説明する。なお
ろう材を理解すれば当然に本発明の複合体も理解される
であろう。
第１図は第１の発明に係るものでＡｇ層、Ｃｕ層又はＡ
ｇ　−Ｃｕ合金層ａ１にＴ１層ａ２をクラッドしたろう
利で複合体を構成する際はいづれの側をセラミックに接
するようにしてもよい。なお図示してないがＡｇ　−Ｃ
ｕ層に代えてＡｇ層及びＣｕ層を併用してもよくこの場
合もいづれの」１１１がＴｉ層と接してもよい。
第２図は第２の発明に係るもので、翰は前記第１図のク
ラッドろう拐のａ２１’；’二″：側に低膨張メタル層
すを設けた場合、（ロ）は前記第１図のり２ツドろう材
の８２層側に低ヤング率メタル層Ｃを設けた」胎を示し
ている。又、ｅ）は前記第１図のクラッドろう材の３２
層の次に低膨張メタル層すと低ヤング率メタル層Ｃとを
順次設けた場合を示している。
なお本発明は上記の第２図（イ）、（ロ）及びｅ→の外
、ａｌ側にす、ｃもしくはそれらの複合層を設けてもよ
いことは勿論であシ、又、第２図（ハ）における場合と
はｂとＣの順序を逆にしてもよいし、Ｑｙこ、ｂとＣの
他に更に他の接合用金層を設けてもよいことは当然であ
る。
次に本発明の応用実施例に係るろう旧Ａ１゛・Ｙ成を第
３図及び第４図により説明する。
先づ第３図はＡＥ　−Ｃｕ合金ｈ’ｊ　ａ　１と、Ｔｊ
層ａ２と、低膨張性メタル例えばＭＯからなるｂと低ヤ
ング率メタル例えばＯｕからなるＣと、Ａｇ−ＣＵ合金
ａ１とが順次重なりクラッドされている。ここで１ｉ１
ａ２、ｂ％　Ｃの各層の作用効果は既述のとおりである
が、最後（一番下）のａｌ層はステンレス高炭？、鏑、
セラミック以外の金属例えば４・す系合金一般鉄、ニッ
ケル等には滴れ性もよく良く接合するがステンレス、高
炭素鋼、セラミックの場合には、−１ｆｉ下のＡｇ−Ｃ
ｕからなるａ１ハｉ　ノずぐ内イｌｌ’ｌ　ＶＣ’ｉ’
　］−ｙｒ−ｐ）なる３２層を設ければａｌ　、”２両
者はｈｊｓｉ局一つの合金として働き濡れ性もよく接合
強度も強くなイ）。
又第４図は更に他の応用例でＴ１からなる４２層、Ａｇ
からなるａ１層％Ｃｕ−Ｗ合金からなるυ層、　Ａｇか
らなるａｌ＃Ｍが順次重ねられてクラッドされており上
側のａ２　＋　ａｌは一つの合金系として作用しセラミ
ックとよく接合し、下側のＡｇからなるａｌＪｍはセラ
ミック及び各種金属への濡れ性もよいので接合強度の強
い複合体が得られる。
こ＼に適用されるセラミックはアルミナ、ジルコニア窒
化珪素、炭化珪素等、酸化物系、非酸化物系を問わずす
べてのセラミックに適用可能である。
次に本発明のろう材によりセラミックと金属等との接合
を行ない剪［（１１強度を測定した結果を示せば次表１
のとおりである。但し、同時に比較例を示しであるが、
これはろう４Ｊの構成を本発明とは異にしているか、複
合体をつくる接合段階を酸化雰囲気で行なう等本発明の
複合体形成手段の範囲を外れた場合である。
炭化珪素（５ｉｎ） （３）　　気孔率３乃アルミナ含有率９５俤のアルミナ
焼結４本（Ａ−／２０ｓ　） （４）気孔率１係ジルコニア含有率９０％のイツトリア
部＋安定化ジルコニア焼結体（ＺｒＯ２）上記各焼結体
を１５Ｘ１５Ｘ１０＋＋＋、ｍの寸法ＶＣダイヤモンド
砥石で加工しセラミックとした。
セラミックの表面（１５Ｘ１５ｍｍの而）を洗剤、アセ
トンにて洗滌した後光Ｉ　ＶＣ記載されているクラッド
ろう材をセラミック側に第１の層がくるように設置し、
表１記載の金属１９と、それぞれ記１１．父の如き温度
、雰囲気で加熱接合した。
クラッドろう材の寸法はｉ５ｘ１５ｘｔｙｍ（ｔは厚さ
で表１に記載しである）接合する金属雪の寸法は１５Ｘ
１５Ｘ１０層である。表１ＶＣ於て胤１〜患１３は本発
明の実ＪＩＭ例、ｊｈｌ　４は比１ツ例である。隘１〜
Ｎｈ１３はろう材のセラミックに対する濡れ性が良好で
あり、セラミックのクラック等の異常は発生しなかった
が、淘１４は第１）　１！・１の゛１゛１含量が本発明
の範囲を外れて多過ぎることによってセラミックに対す
る濡れ性が悪くな９接合しなかったものである。凪１５
〜隘１８は水素雰囲気で加熱した例で、いづれも本発明
の実施例であるが隘１９は大気中で加熱した比較例でせ
ん断強度は０である。
なお複合体（接合体）のせん断強度は第５図に示すよう
にセラミック１と相手方の合金等２とを接合用ろう材３
で結合し、これを金属等２の部分を治具４に嵌着固定し
、セラミック１に矢印方向に荷重を加えて測定する。荷
重速度は２　Ｆ：Ｆ／ｍｉｎである。
次に実施例１で使用したアルミナ、窒化珪素と同材質の
セラミックを用いて抵抗値と引張強度を測定し表２にし
である。試料は１．２　（１；）Ｘ　１５　Ｘ　５０肪
（但し七−厚さ）の大きさに加工しこのセラミック（図
示せず）の上に第６図（ロ）に示すように例えばＡｇ　
−Ｃｕからなる合金ＭｌとＴ１層■からなるろう材層の
両（ｆｉ１１端に、タテ５Ｑ７１１ｍヨコ２０１ｍの上
に電極例えば００層１１１．Ｃｕ又はＮ１層１ｖを（各
１０馴幅）に設ける。第６図（イ）は正面図で電極■の
表面側から見たところで５は空洞部でその横方向の中央
点線は切断線を示しており、ここで切［Ｏｔしたものを
それぞれ試料とし、テスターで各メタライズ層の抵抗を
測定したところ隘２０〜隘２４はそれぞれ７箇所すべて
抵抗は０であった。
なお、切断した電極ＶこφＤ、　５　ｖｒｙｒのＮｉ　
　線を半１１］付けし、接合部の引張強度を測定した。
荷重速度は２０η１／Ｉ／／ｍｉｎである。これらの結
果はすべて表２に示ず通シでいづれも満足すべきデータ
を示している。
以上のように本発明はそのろう材ｊ、ｌ、シ成によやセ
ラミックとその相手方となる金属等を強固に接合するこ
とができ、しかも比較的簡単な手段で強固な接合構造を
有する複合体を提供するものである。
示す断面図、第２図（（イ）ｆｐ）及びｅ→は第２の発
明によるクラッドろう材の各実施例の断面図 第３図、及び第４図は本発明の他の応用例を示す断面図
、第５図は接合試料をろう材の剪１１ｈ強度測定のため
治具に取付けた状態の断面図、第６因り）は電極の正面
図、（ロ）はろう材と電極の接合断面図である。
ａｌ：Ａｇ層、Ｃｕ層又はＡｇ−Ｃｏ合金層　ａ２：Ｔ
ｉｊＩｊｂ：低膨張メタル層　Ｃ：低ヤング率メタル層 代理人　弁理士　竹　内　　　守 第１図 第２図 第５図 第６図 （づ）

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）　　銀（Ａｇ）層、銅（Ｃり層もしくは銀−銅（
    Ａｇ−Ｃり合金層或はＡｇ層及びＣｕ層ｙこれに隣接す
    るチタＳれうつ ン（Ｔｉ）層とからなシ、Ｔ１含１１Ｌは両層の総量に
    対し６〜８０重貝％であることを特徴とするセンミック
    と金属等との接合用ろうイＪ
  2. （２）　　銀（Ａｇ）層、Ｓ”ｌｎｌ　（Ｏｕ）層も（
    ７くは銀−集、　（Ａｇ−Ｃｕ　）合金ｊ１ル或はＡｇ
    　：ｒ＜１及びＣｏｘ層とこｇ　ｖｃ　１４接するチタ
    これい ン（Ｔ１）届とからなり、　Ｔｉ含量は１〜層の総量に
    ヌ１し６〜８０重用、易としたろう材と、少なくも低膨
    層とＴ１層のいづれかのバクと低ｊ膨張メタル層もしく
    は低ヤング串メタルｇｆｊのいづれかが隣接されて各層
    が一体化されているクラッド接合用ろう拐（３）　　銀
    （Ａｇ）層、銅（Ｃｕ）ハ９もしくは銀−銅（Ａｇ−Ｃ
    ｕ）合金層Ａｇ層及びＣ１１層とこれＶＣＦｉ接するチ
    タン３〜８０重量％にして前記Ａｇ層、Ｃｕ層もしくは
    Ａｇ　−Ｃｕ合金層とＴｉ層のいづれかの旧とセラミッ
    クとを接するようにして非酸化性雰囲気下で加熱接合さ
    れたセラミックと金属等との複合体（４）銀（Ａｇ）層
    、銅（Ｃｕ）層もしくは銀〜銅（Ａｇ−０ｕ）合金層Ａ
    ｇ層及びＣｕ層とこれｖｃ　ｔＨ接するチタン（Ｔ、）
    層とからなり、　　Ｔｉ含量はｔπ１の総：・ｉ’、　
    ＶＣλ１し３〜８０重量％にして前記Ａｇ層、Ｃｕ層も
    しくはＡｇ　−Ｃｕ合金層とＴ１層のいづれかの層とセ
    ラミックとを接するようにするとともに、少なくもイＪ
    （膨張メタル層もしくは低ヤング率メタル層の一方もし
    くは両方を含み、この低膨朱メタル層もしくは低ヤング
    率メタル層がＡｇ層、Ｃｕ層もしくはＡｇ−０ｕ合金層
    とＴｉ層のうちセラミック１ｃｌｆしてい）７［い層と
    隣接されて各層が一体化されているクラッド接合用ろう
    材によシ、非酸化ｊＩＪＵ：雰囲気下で接イ）されたセ
    ラミックと金属等との複合体
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