JPS61117170A - セラミツクスと金属体との接合方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、セラミックスと金属体との接合方法の改良に
関する。

〔従来の技術〕

一般に、セラミックスは耐熱性、＃庁耗性に富むことか
ら様々な産業分野において使用されており、セラミック
スと種々の金属体とを接合することが不可欠となる。従
来、このようなセラミックスと金属体との接合には、有
機系もしくは無機系の接着剤が用いられていた。しかし
ながら、有機系接着剤を利用した場合には、耐熱温度が
２００℃程度であり、それ以上の高温では使用できず、
また無機系接着剤は耐熱温度は１０００℃以上であるが
接合強度が不十分である、という欠点があった。そこで
、従来よりセラミックスと金属体とをｖｒ接接合する方
法が検討されており１例えば、銅をアルミナ、ジルコニ
ア、マグネシア算の酸化物セラミックスと直接接合する
方法が提案されていた（英国特許第７８１０４５号又は
特開昭５２−３７９１４号）、これらの接合方法は銅板
をセラミックス基板上に重ね加熱して接着するものや、
酸化第−銅又は銅の融液によってセラミックス基板を濡
らして銅板を接着させるものである。

〔従来技術の問題点〕

ところで、このような従来の接合方法において、銅板は
加熱された後、冷却されるものであるが、銅とセラミッ
クスとは熱膨張率が大きく異なるため（銅の熱膨張率１
７〜１８Ｘ　ｌｏ−６／　”０に対し例えばアルミナは
８　Ｘ１０−６／”Ｏ）　、銅板の熱変形によって銅板
が接合されたセラミックスにひずみが発生することとな
る。そして、このひずみがセラミックスに残留したまま
で銅板と接合されるものであり、該ひずみがセラミック
ス内部の応力として作用するため、クラックが発生し、
セラミックス自体の強度が低下してしまう場合がある、
という欠点が存していた。

そこで、本発明の目的は、金属体と接合されたセラミッ
クスに生ずるひずみにより発生する内部応力を減少させ
、セラミックスのクラック発生を防止し、セラミックス
と金属体とを確実に接着させることが回部なセラミック
スと金属との接合方法を提供することにある。

〔技術的課題を解決するための手段〕

かかる目的達成のため本発明にあっては、セラミックス
よりも小型に形成された少なくとも一個の円形金属板あ
るいは少なくとも一個の円孔が開設された金属板を介し
て金属体−をセラミックスに接合させたものである。即
ち、金属板の形状については、金属板の大きさがセラミ
ックスよりも小さい場合には少なくとも一個の円形の金
属板を使用するものであり、上記円形は真円であること
が望ましい、矩形にした場合には、膨張率の相違により
発生するひずみがそれぞれの角部に集中し、それぞれの
四隅部と当接するセラミックスに内部応力が集中するか
らである。また、セラミックスと金属板とが等しい大き
さである場合には、少なくとも一個の円形の孔部が開設
された金属板を使用する０円形の孔部が開設されていた
場合には、セラミックスにかかる圧縮応力を緩和するこ
とができ、また応力集中を避けることもできるからであ
る０次に、厚さ！−以上のセラミックス上に金ａ板（Ｍ
えｌｆＮ板）ｔａ２１Ｌ、１０００℃〜１２００℃の大
気雰囲気の炉内において加熱後、炉から取り出し冷却す
る。そして、金属板を接合する金属体　（例えば鉄板）
をロー付けすることにより、金属板を介してセラミック
スと接合するものである。

〔作用〕

従って、本発明にあっては、金属体がセラミックスに接
合された場合であっても、ひずみの発生を減少させるこ
とができる。

〔実施例〕

以下、添付図面に示す実施例に基づき本発明の詳細な説
明する。

第１図及び第２図に示すように、厚さ１層層以上のセラ
ミックスたるアルミナ板！上にアルミナ板１よりも小型
に形成された金属板たる円形銅板２を複数個ａ置し、　
１１００℃の雰囲気炉中において、１０分間加熱した後
、炉から取り出して自然冷却する。その後、アルミナ板
１と接着した銅板表面を研磨し、第３図に示すように、
セラミックスたるアルミナ板１に接合させようとする金
属体としての鉄板（ＳＳ４１）３を上記円形銅板２に銀
ロー６によりロー付けしたものである。また、第４図（
１）及び（２）は１円形銅板ではなく正方形からなる銅
板４を上記実施例で使用したセラミックス　（アルミナ
板）１上に載置し、上記の場合と同一条件により金属体
　（鉄板）３を接合し、上記実施例の場合と比較した。

それぞれの接合片Ｂの剪断強度試験の結果を表１に示す
。

〈表１〉 上記表１により示された通り、円形銅板を使用した場合
には、正方形の銅板を用いた場合に比し、強度は２０％
以と大さいものである。また、染色浸透液によりアルミ
ナ板のクラックのチェックを行ったところ１円形銅板を
使用した場合にはクラックは全く認められなかったが、
正方形の銅板を用いた場合には、正方形の四隅部にクラ
ックが多く発生し、また剪断強度のバラつきも大きいも
のであった。従って、銅板の形状を円形にした場合には
クラックの発生が防止され、信頼性は大幅に向上するこ
とが判明した。また、第５図に示すように、銅板の厚み
と剪断強度との関係については、室温において銅板の厚
さが０．５■謙の場合と２１蕩の場合とでは。

２ＩＩ１１の場合の方が０．５ｍｍの場合よりも、銅の
展性によりセラミックス内部の応力が減少するため、剪
断強度が３倍程度大きく、一方、厚さが１■膳以上とな
った場合での剪断強度の増大は小さい、従って、第５図
より接着強度は銅板の厚さによって大きく変化するもの
であることが明らかになり、また厚さ１厘厘以上の場合
には非常に大きな接着強度が得られることが判明するも
のである。

また、第６図乃至＄８図は本発明に係るセラミックスと
金属体との接合方法の第二実施例を示す０本実施例にあ
っては、第８図及び第７図に示すように、前記第一実施
例において使用したアルミナ板ｌ上に円形銅板２を複数
個載置し、更にこれらの円形銅板２の間隙に耐熱性を有
する接着剤５を充填した後加熱−冷却し、その後、第８
図に示すように、前記実施例と同様に金属板としての鉄
板３を銀ローＢによりロー付するものである０本実施例
において使用される接着剤は無機系接着剤であって、珪
酸アルカリ系、シリカゲル系、リン酸塩系等が含まれる
。そして、主成分はシリカ、アルミナ、ジルコニアであ
り、耐ハ潟度は１２００℃〜１３００℃程度である。ま
た接着強度は２にｇｆ／ｍｒｎ’であって、熱膨張率は
４〜８ＸＩＯ’／℃である。

本実施例に係るセラミックスと金属体との接合方法にあ
っては、金属体（鉄板）３と金属板（銅板）２との間が
ロー付されると共に接着剤５により金属体（鉄板）３は
セラミックス　（アルミナ板）■に接着されているため
、接合強度を大きくすることがｏｒ能となる。また１本
実施例にあっては、接着剤５により金属板（銅板）２が
覆われ金属板（銅板）２が外気と遮断されるため、５０
０℃以との高温に達した場合に発生する銅の酸化速度の
増大を防止できると共に他の酸化又は反応性ガスとの反
応を防止することができる。さらに、本実施例に使用さ
れる無機系接着剤は熱伝導率が低いため断熱効果が発揮
され、セラミックス表面が高車になった場合でもあって
も接合された金属の温度は比較的低温に抑えることがで
きる。

尚、上記各実施例にあっては、セラミックスと金属体と
の間に配設される金属板が銅から成る場合を例に採り説
明したが上記各実施例に限定されず、銅及び鉄、又は銅
及びニッケル等の銅を主成分とする合金であっても良い
、また。

接合する金属体についても、上記各実施例に限定されず
、ステンレス、耐熱鋳鋼等の鉄合金もしくはニッケル、
コバルト等の合金、アルミニウムの合金等が広く含まれ
る。さらに、銅板の厚み一形状を選択することにより、
熟サイクルの過酷な条件下においても適用することがで
き、また、セラミックス同士を接合する場合にも、本発
明を適用することができる。

〔効果〕

本発明は以上のような構成を有することから、金属体を
セラミックスと接合させた場合であっても、熱膨張率の
相違によりセラミックスに発生するひずみから生ずる内
部応力を減少することが可能となる。従って、セラミッ
クスにクラックが発生することもなく、セラミックス自
体の内部応力の集中による強度低下の防止を図ることが
でき、より確実にセラミックスと金属とを接合させるこ
とができる、という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るセラミックスと金属体との接合方
法を示す平面図、第２図は第１図の■−■線断面図、ｆ
ＪＳｓ図は本発明に係るセラミックスと金属板との接合
方法を示す断面図、第４図（１）はセラミックスと略同
じ大きさの金属板をセラミックス上に載置した状態を示
す平面図、第４図（２）は同側面図、第５図は金属板と
剪断強度との関係を示すグラフ、第６図は本発明に係る
セラミックスと金属体との接合方法の他の実施例を示す
平面図、第７図は第６図のｖｔ−ｖｔ線断面図、第８図
は本発明に係るセラミックスと金属体との接合方法の他
の実施例を示す断面図である。 １・・・セラミックス　（アルミナ板）２・・・金属板
（銅板） ３・・・金属体（鉄板） 図面２・、コ゛′ごｙ＝＋＝宝だなし）第　１　図 市　２　図 扇°　３　図 簗　４　図 石　５　７ｊ （金属不及）＠矛反硝４み 第　６　図 第　７　ｚ ；　８　シ 手続補正店（方式〉 昭和６０年６月２７日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）セラミックスと金属体とを接合する方法において、
   セラミックスよりも小型に形成された少なくとも一個の
   円形金属板又は少なくとも一個の円孔が開設された金属
   板を介して金属体をセラミックスに接合させる方法。 ２）上記金属体はロー付により上記金属板に接着される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のセラミッ
   クスと金属体との接合方法。 ３）上記金属体はロー付けにより上記金属板に接着され
   ると共に接着剤によりセラミックスに接着されることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のセラミックスと
   金属体との接合方法。 ４）上記金属板は銅又は銅を主成分とする合金かから成
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項、２項又は３
   項記載のセラミックスと金属体との接合方法。 ５）上記金属板は厚さが０．５ｍｍ以上に形成されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項、２項、３項
   又は４項記載のセラミックスと金属体との接合方法。