JPS61106477A - セラミツクスの金属化方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明はセラミックス表面の新規な金属化方法に係り、
特に各種セラミックス表面を高強度に金属化するのに好
適なセラミックス表面の金属化方法に関する。

〔発明の背景〕

近年、各種ファインセラミックスが開発され、工業製品
への応用が図られている。しかし、セラミックス単独で
の用途は限られ、金属と接合することにより、応用範囲
が一層拡大する。更に金属と接合することにより、セラ
ミックスにはない新たな機能、特性を生み出すことがで
きる。

セラミックスを金属と接合するためには、直接接合する
ことも可能であるが、予めセラミックス表面を金属化し
、その後ろう付等により接合する方法が一般的である０
例えば従来から行われているアルミナ等の酸化物系セラ
ミックスの金属化法として、アルミナセラミックスの表
面にＭｎ粉末とＭｏ粉末との混合ペーストを塗付し、こ
れをフォーミングガス中で１４００℃、６０分程度で焼
成するＭｏ−Ｍｎ法がある。このＭ　ｏ　−Ｍ　ｎ法の
改良として、特開昭５５−９６７８４号、特開昭５５−
１１３６８３号等が知られている。

一方、窒化けい素等の非酸化物系セラミックスの金属化
法は、特開昭５０−７５２０８号、特開昭５３−１３０
７１４号、特開昭５５−５１７７７号、特開昭５５−５
１７７４号〜５１７７５号、特開昭５８−１４５６６９
号等の各種金属化方法がある。

しかし、これらの従来方法は焼結温度が高く、複雑な焼
結工程を要する。更にこれら金属化法は酸化物系及び非
酸化物系セラミックスの両法に適用可能なものでなく、
セラミックスの種類により金属化方法を変える必要があ
る。

〔発明の目的〕

本発明の目的は酸化物系並びに非酸化物系の各種セラミ
ックスに適用可能でかつ接合強度の高いセラミックスの
金属化方法を提供するにある。

〔発明の概要］ 本発明はセラミックス表面に形成したカーボン膜を介し
て、セラミックス表面を金属化することにより、従来予
測できなかった全く新しい接合のメカニズムが生じ、こ
れによって各種セラミックスに比較的低い温度でかつ短
時間に金属化反応が起るという新しい事実の発晃に基づ
いている。より詳しくは、セラミックス表面に形成した
カーボン膜が金属と反応して炭化物例えばマンガン炭化
物、クロム炭化物等を生成する際にその反応熱によって
、セラミックス表面が活性化され、これによってセラミ
ックス表面が金属化される全く新しい金属化方法である
。より具体的な方法は、予めセラミックスの所望表面に
カーボン膜を形成し、そのカーボン膜の表面に金属の箔
、又は粉末を置載し、これを不活性雰囲気内又は非酸性
雰囲気内。

で該金属の融点近く又は融点以上に数分間加熱すること
により、容易かつ強固に各種セラミックス表面が金属化
されるものである。

本発明の金属化方法によれば酸化物、窒化物。

炭化物、珪化物、硼化物のあらゆる組成のセラミックス
に適用可能である６例えば酸化物としては。

ムａ　、　Ｏ，、ＺｒＯ，、ＭｇＯ，Ｓｉｎ、　、　Ｔ
ｉｅ、等を主成分とするものがある。

窒化物としては５ｉｓＮ、　、　ＡａＮ、　ＢＮ、Ｔｉ
Ｎ、　ＮｂＮ。

ＺｒＮ等を主成分とし、炭化物としてはＳｉＣ，ＴｉＣ
。

ＺｒＣｅ　ＴａＣ等を主成分とするものである。これら
セラミックスの表面粗さは約１０μｍ前後が望ましい。

一方、セラミックス表面にカーボン膜を形成する方法は
、黒鉛材料、炭素材料、ガラス状カーボン材料等のいず
れか１つを蒸着、スパッタリング等のいずれかの方法に
より可能である。前記方法によれば、セラミックスの所
望表面に所望の厚さのカーボン膜が比較的短時間に強固
に形成することができる。

更にポリエステル、ポリアクリロニトリル、ポリビニル
アルコール、エポキシ樹脂、ポリブチルアクリレート等
の有機高分子材をセラミックスの所望表面に塗付し、こ
れを不活性雰囲気で７００℃以上に加熱炭化することに
よっても形成できる。

これらの有機高分子材不活性雰囲気内で加熱炭化した場
合に炭素化収率の高い方がより望ましい。

またＣＶＤ等の化学反応によってもセラミックスの所望
表面にカーボン膜を形成できる。

前記方法により、セラミックス表面に形成されるカーボ
ン膜の厚さは５μｍ以下が望ましい。

前記方法により、予めセラミックス表面に形成したカー
ボン膜を介してセラミックス表面を金属化するための金
属材料は、前記カーボン膜と反応して炭化物を形成する
ものが望ましい、カーボン膜と反応して炭化物を形成す
る金属材料としては、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒｅ　Ｎｉ、Ｍｎ、
Ｆａｔ　Ｖ、Ｚｒ。

Ｎｂ、Ｔｉ等の金属元素の他にこれらの炭化物形成元素
を含む合金がより望ましい、更にできるかぎり低温で金
属化を行うためには、前記炭化物形成元素を含む共晶合
金がより望ましい、該共晶合金としては、Ｍｎ−Ｃｕ、
　Ｍｎ−Ｎ　Ｌ　、　Ｍｎ　−８ｉ、Ｎｉ−Ｐｄ、Ｎｉ
−５ｉ等があり、これらの合金を用いた場合には９００
〜１２００℃の比較的低温で金属化できる。更に該共晶
合金に必要に応じて他の金属元素を添加したものでも本
発明の目的を達成できる。

〔発明の実施例〕

実施例１ 厚さ２■腸、縦、横２０曹腸１表面粗さ５μｍのＳｉ、
　Ｎ４及びＺｒＯ、セラミックス表面に黒鉛を真空中で
電子ビーム熱源によって蒸着し、各極厚さのカーボン膜
を形成した。前記方法により、カーボン膜が形成された
該セラミックス表面にＣｕと３５重量％Ｍｎ合金からな
る５０μｍの箔を置載し、これをＡｒ雰囲気内で９００
℃、５分間加熱後自然冷却した。前記方法により、該セ
ラミックス表面屯；はＣｕと３５重量％Ｍｎの合金が強
固に接合され、該セラミックス表面が金属化された。

第１図は前記方法により、該セラミックス表面に形成し
た黒鉛蒸着カーボン膜の厚さと、前記方法により金属化
された部分の接合強さとの関係を示す。

第１図に示すごとく、セラミックス１の表面に形成され
た金属化層２に直径３■腸の銅線３を銀ろう付４し、こ
れを金属化されたセラミックス１に対して垂直方向に引
張り、金属化された部分の接合強度を測定した。

Ｓｉｓ　’４ａ　ｅ　ＺｒＯ２セラミツクスともカーボ
ン膜の厚さが零の場合（カーボン膜を形成しない場合）
は接合強度も零（金属化されない）である、しかし、カ
ーボン膜の厚さが０．１μｍ以上５μｍ以下では約２０
ｋｇ／■腸３の接合強度が得られすべて鋼線３から破断
した。

第２図は前記方法によって、　Ｓｉ、　Ｎ、　　表面を
金属化した部分の断面写真と元素濃度分布を示すが。

ｓｉ、　Ｎａ　　とＣｕ＝３８Ｍｎ合金との接合部分に
は明らかに反応相５が見られ、望ましい接合状況になっ
ている。しかし、５ｉｓＮ４　　の表面を金属化する前
にＳｉ、　Ｎ、　　表面にカーボン膜を形成しているに
もかかわらず、接合界面ではカーボンの濃度は高くなっ
ておらず、カーボンはＣｕ　−３８Ｍ　ｎ側に拡散し、
Ｍｎと反応して、マンガン炭化物（Ｍｎ、ＪＣ，）を形
成していることが判明した。該マンガン炭化物は少量で
あり接合強度には悪影響を及ぼさないことも確認した。

実施例２ 厚さ５■肩、縦、横２０■■１表面粗さ５μｍのＳｉ、
　Ｎ、　　セラミックス表面に予めガラス状カーボンを
真空中で電子ビーム熱源によって約０．５２箇蒸着した
。前記方法により、カーボン膜が形成されたＳｉｎ　Ｎ
４　　セラミックス表面に１３重量％Ｃｒ。

１０重量％Ｐ、残部がＮｉからなる合金を真空中で電子
ビーム熱源によって約ｌＯμｍ蒸着し、これを更にＡｒ
雰囲気内で５分間加熱し、Ｓｉ、　Ｎ。

セラミックス表面に強固な金属化層を形成した。

これを実施例１と同様の方法で金属化部分の引張り試験
を行った結果、すべて直径３■腸の鋼線から破断した。

実施例３ 厚さｈｌ、縦４０■―、横１０ｍｍの酸素センサ用Ｚｒ
Ｏ、セラミックス表面に幅１ｍｍ、長さ１０箇−の金属
化部分を１１−間隔で３本形成するために前記形状のカ
ーボン膜をパターン化して形成した。この場合のカーボ
ン膜の形成方法は実施例１と同様の方法で行った。前記
方法によりパターン化してカーボン膜を形成した部分に
３１重量％Ｍｎと２１重量％Ｐｄ残部Ｎｉからなる約３
０μｍ粒径の合金粉末をペースト状にして塗付後、１１
５０℃。

１０分Ａｒ雰囲気内で加熱してＺｒＯ、セラミックス表
面を部分的に金属化した。前記方法により。

金属化された一部分に銀ろう付によってリード線を接合
し、自動車用のＺｒＯ、センサとして使用した。該Ｚｒ
Ｏ，センサを６００℃から２０℃まで急熱急冷したが金
属化した部分からの剥離は認められなかった。

（発明の効果〕 以上に示すごとく、本発明の金属化法によれば、比較的
低温短時間に強固な金属化層を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

、第１図は本発明の一実施例のカーボン膜の厚さと接合
強度との関係を示す線図および構造図、第２図は本発明
の実施例によるＳｉ、　Ｎ、　　金属化部分の断面を示
す顕微鏡写真である。。 ｌ・・・セラミックス、２・・・金属化層、３・・・銅
線、４第　１（２］ （ら） カーｒンｌｌｔり八ｙ　（７”） （ｂ） ↑ 畢ｌ（２）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、セラミックス表面を金属化する方法において、予め
   セラミックスの所望表面にカーボン膜を形成し、該カー
   ボン膜を介してセラミックスの所望表面を金属化するこ
   とを特徴とするセラミックスの金属化方法。