JPS6140624B2 - - Google Patents
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- JPS6140624B2 JPS6140624B2 JP57003770A JP377082A JPS6140624B2 JP S6140624 B2 JPS6140624 B2 JP S6140624B2 JP 57003770 A JP57003770 A JP 57003770A JP 377082 A JP377082 A JP 377082A JP S6140624 B2 JPS6140624 B2 JP S6140624B2
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Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
この発明はセラミツクス特にシリコン系セラミ
ツクスと鉄系金属の拡散接合方法に関する。 シリコン系セラミツクスは特に近時開発され、
そのすぐれた性質は注目を浴びている。しかしな
がらこのようなセラミツクスを実用に供するに
は、少量のセラミツクスですませるため台となる
金属と接合して使用することが多い。ところが特
にシリコン系セラミツクスと金属との接合は種々
困難な問題点がある。 すなわち従来からセラミツクスと金属との接合
法として、メタライジング法、高融点法、および
有機または無機接着剤を用いる方法などあるい
が、前二者においては接合に手間を要し、充分な
接合強度が得られないなどの欠点があり、また後
者においては耐水性、気密性に劣り、接合部の寿
命が短い等の欠点がある。 また、チタン板の表面に銀や銅の膜を形成せし
めたものに純金属ろうや合金ろうを施したうえ磁
器を配置し、治具による固定の元、真空下でろう
の溶融温度より高い加熱保持して磁器とチタン板
をろう着する技術（特公昭32―3280）や中間的な
熱膨張係数を持つた材料を挾むことによつて熱膨
張率を調整するという周知技術もある。 一方近時発達しつつある拡散接合法は、一般に
は有効な接合方法として知られているが、接合対
象がセラミツクスと金属との場合は、種々困難な
問題があり、今迄に実用になつたものはない。 そこでこの発明の発明者は、特にシリコン系の
セラミツクスと鉄系金属との拡散接合に挑戦して
前述問題を解決せんとし、種々努力を重ねた結
果、この発明方法を完成するに至つたものであ
る。 すなわち、シリコン系のセラミツクスのシリコ
ンSi成分と高温中において共晶反応をおこし、さ
らに後述する第２金属とも共晶反応をおこしうる
金属（すなわち第１金属）として、銀（Ag）、ア
ルミニウム（Al）、金（Au）、ベリリウム
（Be）、などを選択し、また、これら第１金属お
よび台となる鉄系金属と共晶反応をおこしうる、
かつその熱膨張係数がセラミツクスのそれと台と
なる鉄系金属のそれとの中間に値、ないし前記鉄
系金属の値と同じ値を有する金属（すなわち第２
金属）として銅（Cu）、チタン（Ti）、ニツケル
（Ni）、ベリリウム（Be）、セリウム（Ce）、ゲル
マニウム（Ge）、アンチモン（Sb）、トリウム
（Th）、ジルコニウム（Zr）などを選択した。そ
してSiCと鉄系金属との間にSiCに接して第１金
属を、また鉄系金属に接して第２金属をそれぞれ
インサート材としてそう入し拡散接合を行なうも
のである。そしてこれら第１金属および第２金属
は前述した金属単体のみでなく、これらの金属を
主成分とする合金であつてもよいのである。 いずれにしても、発明者は接合材の一方はシリ
コン系セラミツクスのうち、耐摩耗性にすぐれた
実用度の高いシリコンカーバイト（SiC）に主眼
をおいて、また他方は鉄系金属のうちステンレス
鋼（SUS304）を選択して種々拡散接合をこころ
みた。 そして前記第１金属のうちAgおよびAlが特に
充分な接合性能を有し、経済的でもあり、もつと
も望ましいものであつた。また前記第２金属のう
ち、前記第１金属としてAgに対してはTiおよび
Cuが、またAlに対してはTiおよびNiがそれぞれ
第２金属としてもつとも望ましいものであつた。 またこれらの場合、第１金属としてのAgおよ
びAlは、10ないし100μｍの箔、もしくはSiC接
合面上あるいは第２金属側の接合面上への蒸着、
スパツタ等によるメツキされたものでもよい。第
２金属の厚みは、拡散接合時の加熱冷却によつて
生じるSiCやステンレス鋼の熱応力差を吸収する
ような充分な値が選ばれるべきであり、例えば
0.1ないし２mmが望ましい。 この発明の実施例に使用した接合材および第２
金属の熱膨張係数の一例は表１のとおりである。
また実施例テストピースの仕様は表２のとおりで
ある。
ツクスと鉄系金属の拡散接合方法に関する。 シリコン系セラミツクスは特に近時開発され、
そのすぐれた性質は注目を浴びている。しかしな
がらこのようなセラミツクスを実用に供するに
は、少量のセラミツクスですませるため台となる
金属と接合して使用することが多い。ところが特
にシリコン系セラミツクスと金属との接合は種々
困難な問題点がある。 すなわち従来からセラミツクスと金属との接合
法として、メタライジング法、高融点法、および
有機または無機接着剤を用いる方法などあるい
が、前二者においては接合に手間を要し、充分な
接合強度が得られないなどの欠点があり、また後
者においては耐水性、気密性に劣り、接合部の寿
命が短い等の欠点がある。 また、チタン板の表面に銀や銅の膜を形成せし
めたものに純金属ろうや合金ろうを施したうえ磁
器を配置し、治具による固定の元、真空下でろう
の溶融温度より高い加熱保持して磁器とチタン板
をろう着する技術（特公昭32―3280）や中間的な
熱膨張係数を持つた材料を挾むことによつて熱膨
張率を調整するという周知技術もある。 一方近時発達しつつある拡散接合法は、一般に
は有効な接合方法として知られているが、接合対
象がセラミツクスと金属との場合は、種々困難な
問題があり、今迄に実用になつたものはない。 そこでこの発明の発明者は、特にシリコン系の
セラミツクスと鉄系金属との拡散接合に挑戦して
前述問題を解決せんとし、種々努力を重ねた結
果、この発明方法を完成するに至つたものであ
る。 すなわち、シリコン系のセラミツクスのシリコ
ンSi成分と高温中において共晶反応をおこし、さ
らに後述する第２金属とも共晶反応をおこしうる
金属（すなわち第１金属）として、銀（Ag）、ア
ルミニウム（Al）、金（Au）、ベリリウム
（Be）、などを選択し、また、これら第１金属お
よび台となる鉄系金属と共晶反応をおこしうる、
かつその熱膨張係数がセラミツクスのそれと台と
なる鉄系金属のそれとの中間に値、ないし前記鉄
系金属の値と同じ値を有する金属（すなわち第２
金属）として銅（Cu）、チタン（Ti）、ニツケル
（Ni）、ベリリウム（Be）、セリウム（Ce）、ゲル
マニウム（Ge）、アンチモン（Sb）、トリウム
（Th）、ジルコニウム（Zr）などを選択した。そ
してSiCと鉄系金属との間にSiCに接して第１金
属を、また鉄系金属に接して第２金属をそれぞれ
インサート材としてそう入し拡散接合を行なうも
のである。そしてこれら第１金属および第２金属
は前述した金属単体のみでなく、これらの金属を
主成分とする合金であつてもよいのである。 いずれにしても、発明者は接合材の一方はシリ
コン系セラミツクスのうち、耐摩耗性にすぐれた
実用度の高いシリコンカーバイト（SiC）に主眼
をおいて、また他方は鉄系金属のうちステンレス
鋼（SUS304）を選択して種々拡散接合をこころ
みた。 そして前記第１金属のうちAgおよびAlが特に
充分な接合性能を有し、経済的でもあり、もつと
も望ましいものであつた。また前記第２金属のう
ち、前記第１金属としてAgに対してはTiおよび
Cuが、またAlに対してはTiおよびNiがそれぞれ
第２金属としてもつとも望ましいものであつた。 またこれらの場合、第１金属としてのAgおよ
びAlは、10ないし100μｍの箔、もしくはSiC接
合面上あるいは第２金属側の接合面上への蒸着、
スパツタ等によるメツキされたものでもよい。第
２金属の厚みは、拡散接合時の加熱冷却によつて
生じるSiCやステンレス鋼の熱応力差を吸収する
ような充分な値が選ばれるべきであり、例えば
0.1ないし２mmが望ましい。 この発明の実施例に使用した接合材および第２
金属の熱膨張係数の一例は表１のとおりである。
また実施例テストピースの仕様は表２のとおりで
ある。
【表】
【表】
以下この発明の実施例を詳述する。
実施例１（インサート材Ag―Ti）
表２に示した仕様の接合材、およびインサート
材をアセトン中で10分間超音波洗浄した。インサ
ート材として、厚さ50μｍのAg箔箔を第１金属
１とし厚さ１mmのTiシートを第２金属２とし、
表２に示した接合材３および４の間にそう入し
（図面参照）、約10-5Torrの真空中で、接合温度
度850℃および900℃、接合圧力約2.5Kg／mm2で、
各60分間拡散接合した。この結果各温度のものに
おいて、良好な接合が得られた。このときの剪断
強度は６ないし10Kg／mm2であり、SiC側で剥離ま
たはSiCが破損した。 実施例２（インサート材Ag―Cu） 実施例１と同様に接合材およびインサート材を
前処理した。インサート材として、厚さ50μｍの
Ag箔を第１金属１とし、厚さ0.8mmのCuシートを
第２金属２とし、実施例１と同様に重ね合せて同
様の条件で拡散接合した。この結果各温度のもの
において、良好な接合が得られた。このときの剪
断強度は0.5ないし２Kg／mm2であり、SiC側で剥離
した。 実施例３（インサート材Al―Ti） 実施例１と同様に接合材およびインサート材を
前処理した。インサート材として厚さ60μｍの
Al箔を第１金属とし、厚さ１mmのTiシートを第
２金属として、実施例１と同様に重ね合せて、約
10-5Torrの真空中で、接合温度650℃および700
℃、接合圧力約2.5Kg／mm2で各60分間接散接合し
た。この結果各温度のものにおいて良好な接合が
得られた。このときの剪断強度は４ないし７Kg／
mm2であり、SiC側で剥離した。 実施例４（インサート材Al―Ni） 実施例１と同様に接合材およびインサート材を
前処理した。インサート材として厚さ60μｍの
Al箔を第１金属とし、厚さ１mmのNiシートを第
２金属として、実施例１と同様に重ね合せて、約
10-5Torrの真空中で、接合温度700℃および750
℃、接合圧力約2.5Kg／mm2で各60分間拡散接合し
た。この結果各温度のものにおいて良好な接合が
得られた。このときの剪断強度か0.3ないし２
Kg／mm2であり、SiC側で剥離した。 前述実施例以外に、例えばSiCはカーボン基材
にコーテイングしたものを用いても同様の結果が
得られた。また鉄系としてステンレス鋼以外に、
他の鉄系の金属であつても同様結果が得られる。 また前述実施例の第１金属および第２金属は、
もつとも効果のある組合せを選択したものである
が、これらの他、初めに例示したAg、Al、Au、
Beなどの第１金属、およびCu、Ti、Ni、Be、
Ce、Ge、Sb、Th、Zrなどの第２金属の種々組合
せによつても、一応の結果は得られた。 またさらにシリコン系セラミツクスとして、
SiCのほか、シリコンナイトライド（Si3N4）を使
用して実施しても、ほぼ同等の結果が得られた。 前述の実施例に対して、インサート材を使用し
ないか、使用しても一種類だけの場合は、いずれ
も接合しなかつた。これらの結果を対照例として
表３に示す。
材をアセトン中で10分間超音波洗浄した。インサ
ート材として、厚さ50μｍのAg箔箔を第１金属
１とし厚さ１mmのTiシートを第２金属２とし、
表２に示した接合材３および４の間にそう入し
（図面参照）、約10-5Torrの真空中で、接合温度
度850℃および900℃、接合圧力約2.5Kg／mm2で、
各60分間拡散接合した。この結果各温度のものに
おいて、良好な接合が得られた。このときの剪断
強度は６ないし10Kg／mm2であり、SiC側で剥離ま
たはSiCが破損した。 実施例２（インサート材Ag―Cu） 実施例１と同様に接合材およびインサート材を
前処理した。インサート材として、厚さ50μｍの
Ag箔を第１金属１とし、厚さ0.8mmのCuシートを
第２金属２とし、実施例１と同様に重ね合せて同
様の条件で拡散接合した。この結果各温度のもの
において、良好な接合が得られた。このときの剪
断強度は0.5ないし２Kg／mm2であり、SiC側で剥離
した。 実施例３（インサート材Al―Ti） 実施例１と同様に接合材およびインサート材を
前処理した。インサート材として厚さ60μｍの
Al箔を第１金属とし、厚さ１mmのTiシートを第
２金属として、実施例１と同様に重ね合せて、約
10-5Torrの真空中で、接合温度650℃および700
℃、接合圧力約2.5Kg／mm2で各60分間接散接合し
た。この結果各温度のものにおいて良好な接合が
得られた。このときの剪断強度は４ないし７Kg／
mm2であり、SiC側で剥離した。 実施例４（インサート材Al―Ni） 実施例１と同様に接合材およびインサート材を
前処理した。インサート材として厚さ60μｍの
Al箔を第１金属とし、厚さ１mmのNiシートを第
２金属として、実施例１と同様に重ね合せて、約
10-5Torrの真空中で、接合温度700℃および750
℃、接合圧力約2.5Kg／mm2で各60分間拡散接合し
た。この結果各温度のものにおいて良好な接合が
得られた。このときの剪断強度か0.3ないし２
Kg／mm2であり、SiC側で剥離した。 前述実施例以外に、例えばSiCはカーボン基材
にコーテイングしたものを用いても同様の結果が
得られた。また鉄系としてステンレス鋼以外に、
他の鉄系の金属であつても同様結果が得られる。 また前述実施例の第１金属および第２金属は、
もつとも効果のある組合せを選択したものである
が、これらの他、初めに例示したAg、Al、Au、
Beなどの第１金属、およびCu、Ti、Ni、Be、
Ce、Ge、Sb、Th、Zrなどの第２金属の種々組合
せによつても、一応の結果は得られた。 またさらにシリコン系セラミツクスとして、
SiCのほか、シリコンナイトライド（Si3N4）を使
用して実施しても、ほぼ同等の結果が得られた。 前述の実施例に対して、インサート材を使用し
ないか、使用しても一種類だけの場合は、いずれ
も接合しなかつた。これらの結果を対照例として
表３に示す。
【表】
但し；接合材及びインサート材はアセトン中10
分間超音波洗浄、接合雰囲気；約10-5Torrの真
空中、接合圧力及び時間；約2.5Kg／mm2、60分
間、Ｐ；接合界面SiC側剥離、Ｄ；SiCが破壊。 またさらに前述実施例のうち、実施例によるサ
ンプルの接合個所の、金属顕微鏡写真を第２図
に、この第２図の写真における符号１ないし９の
各位置における点分析結果を表４に示す。また前
述実施例のうち、実施例３によるサンプルの接合
個所の、金属顕微鏡写真を第３図に、この第３図
の写真における符号１ないし６の各位置における
点分析結果を表５に示す。これらの分析に使用し
た装置は(株)日立製作所製EPMAX―560形（エネ
ルギー分散形）によつた。またこれらによると、
接合個所に拡散がみとめられる。
分間超音波洗浄、接合雰囲気；約10-5Torrの真
空中、接合圧力及び時間；約2.5Kg／mm2、60分
間、Ｐ；接合界面SiC側剥離、Ｄ；SiCが破壊。 またさらに前述実施例のうち、実施例によるサ
ンプルの接合個所の、金属顕微鏡写真を第２図
に、この第２図の写真における符号１ないし９の
各位置における点分析結果を表４に示す。また前
述実施例のうち、実施例３によるサンプルの接合
個所の、金属顕微鏡写真を第３図に、この第３図
の写真における符号１ないし６の各位置における
点分析結果を表５に示す。これらの分析に使用し
た装置は(株)日立製作所製EPMAX―560形（エネ
ルギー分散形）によつた。またこれらによると、
接合個所に拡散がみとめられる。
【表】
【表】
以上の説明によつて明らかになつたように、こ
の発明方法によるときは、シリコン系セラミツク
スと、鉄系金属とを機械部品に適用できる程度に
強固で、かつ接合時の熱応力による障害なしに接
合できるという特有かつ顕著な効果を奏するもの
である。
の発明方法によるときは、シリコン系セラミツク
スと、鉄系金属とを機械部品に適用できる程度に
強固で、かつ接合時の熱応力による障害なしに接
合できるという特有かつ顕著な効果を奏するもの
である。
第１図はこの発明方法によつて接合した実施例
の側面図である。また第２図および第３図はこの
発明実施例１および実施例３の接合個所の金属顕
微鏡写真である。 １…第１金属、２…第２金属、３…シリコン系
セラミツクス、４…鉄系金属。
の側面図である。また第２図および第３図はこの
発明実施例１および実施例３の接合個所の金属顕
微鏡写真である。 １…第１金属、２…第２金属、３…シリコン系
セラミツクス、４…鉄系金属。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ シリコン系セラミツクスと鉄系金属を拡散接
合する方法であつて、前記セラミツクス側に接す
るインサート材と前記鉄系金属側に接するインサ
ート材の、少なくとも２種のインサート材を使用
し、前記セラミツクス側に接するインサート材は
Ag若しくはAgを主成分とする合金とし、前記鉄
系金属側に接するインサート材はCu若しくはCu
を主成分とする合金、Ti若しくはTiを主成分と
する合金又はZr若しくはZrを主成分とする合金と
するかあるいはまた、前記セラミツクス側に接す
るインサートはAl若しくはAlを主成分とする合
金として、前記鉄系金属側と接するインサート材
はTi若しくはTiを主成分とする合金、Ni若しく
はNiを主成分とする合金、Cu若しくはCuを主成
分とする合金又はZr若しくはZrを主成分とする合
金とすることを特徴とする、前記拡散接合方法。 ２ 前記第１金属は薄膜であり、前記第２金属は
薄板とした、特許請求の範囲第１項記載の拡散接
合方法。 ３ 前記セラミツクスはSiCであり、前記鉄系金
属はステンレス鋼である。特許請求の範囲第１項
記載の拡散接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP377082A JPS58125673A (ja) | 1982-01-12 | 1982-01-12 | 拡散接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP377082A JPS58125673A (ja) | 1982-01-12 | 1982-01-12 | 拡散接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58125673A JPS58125673A (ja) | 1983-07-26 |
| JPS6140624B2 true JPS6140624B2 (ja) | 1986-09-10 |
Family
ID=11566403
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP377082A Granted JPS58125673A (ja) | 1982-01-12 | 1982-01-12 | 拡散接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58125673A (ja) |
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| JPS59232693A (ja) * | 1983-06-17 | 1984-12-27 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 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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| JPS60127271A (ja) * | 1983-12-14 | 1985-07-06 | 株式会社日立製作所 | 非酸化物系セラミックスと鋼との接合方法 |
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| US20120299128A1 (en) * | 2009-12-11 | 2012-11-29 | Pioneer Micro Technology Corporation | Method of bonding semiconductor substrate and mems device |
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56163091A (en) * | 1980-05-21 | 1981-12-15 | Hitachi Ltd | Welding repair method of low-alloy cast steel turbine casing at site |
-
1982
- 1982-01-12 JP JP377082A patent/JPS58125673A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56163091A (en) * | 1980-05-21 | 1981-12-15 | Hitachi Ltd | Welding repair method of low-alloy cast steel turbine casing at site |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58125673A (ja) | 1983-07-26 |
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