JPS6177681A - 窒化物セラミツクスの接合方法 - Google Patents
窒化物セラミツクスの接合方法Info
- Publication number
- JPS6177681A JPS6177681A JP19895484A JP19895484A JPS6177681A JP S6177681 A JPS6177681 A JP S6177681A JP 19895484 A JP19895484 A JP 19895484A JP 19895484 A JP19895484 A JP 19895484A JP S6177681 A JPS6177681 A JP S6177681A
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- Japan
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- metal
- nitride
- nitrogen
- joining
- aln
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- Ceramic Products (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は窒化物セラミックス同志又は窒化物セラミック
スと金属との接合方法に関する。
スと金属との接合方法に関する。
セラミックスと他物体を接合する方法として、゛メタラ
イズ法、酸化物ソルダー法、拡散接合法等が知られてい
る。
イズ法、酸化物ソルダー法、拡散接合法等が知られてい
る。
メタライズ法は、セラミックスの表面に金属の薄膜を焼
付け、これを他物体にろう付けするもので、代表的には
Ｍｏ −Ｍｎ法があり、特にセラミックスと金属との接
合に用いられている。
付け、これを他物体にろう付けするもので、代表的には
Ｍｏ −Ｍｎ法があり、特にセラミックスと金属との接
合に用いられている。
酸化物ソルダー法は、酸化物接合剤を被接合体間に介在
させ、接合剤の融点以上に加熱して接合する方法である
。
させ、接合剤の融点以上に加熱して接合する方法である
。
セラミックス同志の接合には主として拡散接合法が用い
られており、被接合体を機械的圧力下で拡散が生ずる温
度まで加熱して接合する方法である。またセラミックス
間に他の酸化物セラミックスを介在させ、そのセラミッ
クスを接合するセラミックスに拡散させる方法も検討さ
れている。これらの拡散接合法は接合に大きな機械的圧
力を必要とし、しかも複雑形状部品の接合には適用でき
ない。この拡散接合法はＳｉ Ｎ 、 ＳＩＣ等の非酸
化物セラミックスへの適用も検討されているが、大きな
接合強度が高温まで維持できない上、接合強度が一定し
ない等、接合の信頼性が低い問題がある。また窒化物セ
ラミックスに適用する場合には、焼結体の焼結助剤の種
類により適した中間層を選定する必要があるという問題
もある。
られており、被接合体を機械的圧力下で拡散が生ずる温
度まで加熱して接合する方法である。またセラミックス
間に他の酸化物セラミックスを介在させ、そのセラミッ
クスを接合するセラミックスに拡散させる方法も検討さ
れている。これらの拡散接合法は接合に大きな機械的圧
力を必要とし、しかも複雑形状部品の接合には適用でき
ない。この拡散接合法はＳｉ Ｎ 、 ＳＩＣ等の非酸
化物セラミックスへの適用も検討されているが、大きな
接合強度が高温まで維持できない上、接合強度が一定し
ない等、接合の信頼性が低い問題がある。また窒化物セ
ラミックスに適用する場合には、焼結体の焼結助剤の種
類により適した中間層を選定する必要があるという問題
もある。
本発明は窒化物セラミックス同志または窒化物セラミッ
クスと金属とを上記した間層なく接合できる接合方法を
供することを目的とする。
クスと金属とを上記した間層なく接合できる接合方法を
供することを目的とする。
本発明はこの目的を達するために、ＳｉＮ 又はＡＪＮ
の表面に窒素を含有せしめ、その表面にｍａ ％ 。
の表面に窒素を含有せしめ、その表面にｍａ ％ 。
ｍｂ １１Ｖａ １１ＶＩ） ＸＶａ −■ａ族の金属
を介在せしめて同様の処理を施したＳｉ Ｎ 又はＡＩ
Ｍ又は金属を重ね窒素ガス雰囲気中で加熱することによ
り、Ｓｉ３Ｎ４又はＡｎの表面に含有せしめた窒素を、
介在せしめた金属へ拡散せしめて介在せしめた金属の一
部又は全部を窒化物に変換すると同時に前記窒化物同志
又は前記窒化物と金属とを接合するものである。
を介在せしめて同様の処理を施したＳｉ Ｎ 又はＡＩ
Ｍ又は金属を重ね窒素ガス雰囲気中で加熱することによ
り、Ｓｉ３Ｎ４又はＡｎの表面に含有せしめた窒素を、
介在せしめた金属へ拡散せしめて介在せしめた金属の一
部又は全部を窒化物に変換すると同時に前記窒化物同志
又は前記窒化物と金属とを接合するものである。
本発明はまた、ＳｉＮ 又はＡＪＮの表面に窒素を含有
せしめ、その表面にｍ＆％ ＩＩ［ｂ、 ＩＶａ１ｒｖ
ｂＳＶａｓ■ａ族の金属のブロックを重ね窒素ガス雰囲
気中で加熱することにより、ＳｉＮ 又はＡＡＮの表面
に含有せしめた窒素を重ねた金属の表面層へ拡散せしめ
て、該表面層を窒化物に変換すると同時に前記窒化物と
前記金属ブロックとを接合するものである。
せしめ、その表面にｍ＆％ ＩＩ［ｂ、 ＩＶａ１ｒｖ
ｂＳＶａｓ■ａ族の金属のブロックを重ね窒素ガス雰囲
気中で加熱することにより、ＳｉＮ 又はＡＡＮの表面
に含有せしめた窒素を重ねた金属の表面層へ拡散せしめ
て、該表面層を窒化物に変換すると同時に前記窒化物と
前記金属ブロックとを接合するものである。
３１ ＮやＡｔＮの表面に窒素を含有せしめる方法とし
ては、Ｎ ガスの高温静水圧プレス法や、窒素イオンを
用いたイオン注入法を用いることができる。
ては、Ｎ ガスの高温静水圧プレス法や、窒素イオンを
用いたイオン注入法を用いることができる。
Ｎ ガスを高温静水圧プレス法でＳｉ Ｎ Ｎ ＡＪ
Ｎの表面に含有せしめる場合は、５００気圧以上が必要
で、これ以下では窒化物中に窒素を含有せしめることが
できない。粗粒界へのＮ２の固溶量も雰囲気圧力と密接
に関係しており、Ｎ圧力が高い程固溶量は増大する。
Ｎの表面に含有せしめる場合は、５００気圧以上が必要
で、これ以下では窒化物中に窒素を含有せしめることが
できない。粗粒界へのＮ２の固溶量も雰囲気圧力と密接
に関係しており、Ｎ圧力が高い程固溶量は増大する。
介在せしめるＡ７．Ｙ、Ｓｉ、Ｚｒ５Ｔｉ、ＮｂｓＭｏ
等の［ａ、ｍｂ、 ＩＶａ、ＩＶｂ、 Ｖａ、Ｖｉａ族
の金属は、金属粉末、金属箔を用いる方法や、スパッタ
リング法等ｐｖＤ法やＯＶＤ法により形成した金属薄膜
を用いる方法がある。特にスパッタリングやプラズマＰ
ＶＤ法によれば、窒素を含有せしめたＳｉＮ。
等の［ａ、ｍｂ、 ＩＶａ、ＩＶｂ、 Ｖａ、Ｖｉａ族
の金属は、金属粉末、金属箔を用いる方法や、スパッタ
リング法等ｐｖＤ法やＯＶＤ法により形成した金属薄膜
を用いる方法がある。特にスパッタリングやプラズマＰ
ＶＤ法によれば、窒素を含有せしめたＳｉＮ。
ｉＮの表面を低温に保持して表面に金属の薄膜を形成で
きる。Ｓｉ３Ｎ４、ＡＩＭへＮを含有せしめる量は、こ
れらの化学量論組成より過剰のＮを含有せしめれば、介
在せしめた金属へと拡散して接合に寄与する。その量は
介在せしめる金属の種類、厚さ等によって異なるので、
実験的に定めると良い。
きる。Ｓｉ３Ｎ４、ＡＩＭへＮを含有せしめる量は、こ
れらの化学量論組成より過剰のＮを含有せしめれば、介
在せしめた金属へと拡散して接合に寄与する。その量は
介在せしめる金属の種類、厚さ等によって異なるので、
実験的に定めると良い。
窒化物同志を接合する場合、介在せしめた金属を完全に
窒化物に変換しきれず金属のままの部分が残ると高温強
度は著しく低下する。介在せしめる金属を完全に窒化物
に変換できる厚さはａＯＯμｍまでであるから、接合部
の高温強度の大きい窒化物同志の接合体を得るには、介
在させる金属の厚さを０．１μｍ以上３００μｍ以下に
抑える必要がある。
窒化物に変換しきれず金属のままの部分が残ると高温強
度は著しく低下する。介在せしめる金属を完全に窒化物
に変換できる厚さはａＯＯμｍまでであるから、接合部
の高温強度の大きい窒化物同志の接合体を得るには、介
在させる金属の厚さを０．１μｍ以上３００μｍ以下に
抑える必要がある。
上記と同様にして、ｍａｓ ｍｂ、ｒｖａ、 ｒｖｂ、
ＶＩＬ％ＶＩ＆族の金属のブロックを窒化物に直接に
接合しうることが理解できよう。
ＶＩＬ％ＶＩ＆族の金属のブロックを窒化物に直接に
接合しうることが理解できよう。
実施例１
市販窒化珪素焼結体（６重Ｒ％ＡＪ？ Ｏと４重量％Ｙ
２Ｏ３を焼結助剤として含有）の接合する表面を研磨し
た後、研磨表面をそれぞれ次の二つの方法で処理した。
２Ｏ３を焼結助剤として含有）の接合する表面を研磨し
た後、研磨表面をそれぞれ次の二つの方法で処理した。
（１）２０００気圧の窒素ガス雰囲気中で１８５０ ｔ
ｒに１時間保持した。
ｒに１時間保持した。
（２） ２００ ＫｅＶ（Ｄ条件で１−８ Ｘ １０
Ｎ ２／ｍ）窒素イオンを注入した。
Ｎ ２／ｍ）窒素イオンを注入した。
この処理を行なった焼結体の表面に、イオンブレーティ
ングによって０．８ｅ’ｌの条件でＳｉ金属を１μｍの
厚さに蒸着した。同じ方法で窒素ガスを吸着せしめＳｉ
金属の蒸着層を有しない焼結体の表面をＳ１金属蒸着面
と接触させ、ｌ＋ｓＯｃで１時間、１気圧の窒素剪囲気
で無負荷で加熱処理して接合した。
ングによって０．８ｅ’ｌの条件でＳｉ金属を１μｍの
厚さに蒸着した。同じ方法で窒素ガスを吸着せしめＳｉ
金属の蒸着層を有しない焼結体の表面をＳ１金属蒸着面
と接触させ、ｌ＋ｓＯｃで１時間、１気圧の窒素剪囲気
で無負荷で加熱処理して接合した。
比較のために、同じ焼結体に（１）、’＋２）の表面処
理を行なわず、接合する表面を研磨し、接合する一方の
面にＳｉ金属を同様にして同じ厚さ蒸着し、接合面を接
触させ同様に加熱処理を行なって接合した。得られた接
合体の、Ｔ Ｘ Ｓ １６０１による４点曲げ強度を表
１に示す。
理を行なわず、接合する表面を研磨し、接合する一方の
面にＳｉ金属を同様にして同じ厚さ蒸着し、接合面を接
触させ同様に加熱処理を行なって接合した。得られた接
合体の、Ｔ Ｘ Ｓ １６０１による４点曲げ強度を表
１に示す。
表 １
（２１１７１Φ
無 １８ ４
表１に示すように本発明接合法による接合体は、接合強
度が１２００Ｃの高温まで低下がない。また接合部の断
面を調べたところ、蒸着した５ｉｌｌはＳｉ ３Ｎ４に
変換されており、Ｓｌは殆んど含有されていなかった。
度が１２００Ｃの高温まで低下がない。また接合部の断
面を調べたところ、蒸着した５ｉｌｌはＳｉ ３Ｎ４に
変換されており、Ｓｌは殆んど含有されていなかった。
これに対しＮ含有処理しなかったものはＳｌが殆んどそ
のまま残っていた。
のまま残っていた。
実施例２
実施例１と同じ窒化珪素焼結体を双方の接合面に実施例
１の（２）の方法でＮ を含有せしめた後、両者の接合
面に１００μｍの厚さのＡｉ？ｉ、Ｎｂ５Ｆｅの金翼箔
をはさみ下記表２の条件で加熱処理して接合した。接合
強度（実施例１と同じ）を表２に併せて示す。Ｎ２雰囲
気圧力は何れも１気圧である。
１の（２）の方法でＮ を含有せしめた後、両者の接合
面に１００μｍの厚さのＡｉ？ｉ、Ｎｂ５Ｆｅの金翼箔
をはさみ下記表２の条件で加熱処理して接合した。接合
強度（実施例１と同じ）を表２に併せて示す。Ｎ２雰囲
気圧力は何れも１気圧である。
表 ２
比較例 Ｆｅ １５００ １ ５０
５ Ｆｅ実施例３ 市販窒化アルミニウム焼結体（１重ｊ１％Ｏ＆Ｏを焼結
助剤として含有）の接合する表面を研磨した後、研磨表
面に２００ ＫｅＶの条件で１．８Ｘ１０ Ｎ２／ｍ
の窒素イオンを注入した。
５ Ｆｅ実施例３ 市販窒化アルミニウム焼結体（１重ｊ１％Ｏ＆Ｏを焼結
助剤として含有）の接合する表面を研磨した後、研磨表
面に２００ ＫｅＶの条件で１．８Ｘ１０ Ｎ２／ｍ
の窒素イオンを注入した。
この処理を行なった焼結体の表面にイオンブレーティン
グによって厚さ３００μｍのｋｌ １Ｔｉ 、Ｚｒの金
属膜を形成し、この金属膜を介して炭素ｍ（ｓ４５０）
並びにＮ１基合金（インコネルＷＯＯ）と上記窒化アル
ミニウム焼結体を接触させ、９００〜１２５０Ｃで１時
間１気圧の窒素雰囲気で無負荷で加熱処理して接合した
。得られた接合体のＪ工Ｓ １６０１による４点曲げ強
度を表３に示す。
グによって厚さ３００μｍのｋｌ １Ｔｉ 、Ｚｒの金
属膜を形成し、この金属膜を介して炭素ｍ（ｓ４５０）
並びにＮ１基合金（インコネルＷＯＯ）と上記窒化アル
ミニウム焼結体を接触させ、９００〜１２５０Ｃで１時
間１気圧の窒素雰囲気で無負荷で加熱処理して接合した
。得られた接合体のＪ工Ｓ １６０１による４点曲げ強
度を表３に示す。
表 ａ
炭素＠ ｈｔ ９ｏｏ １
ｏ １１ ＡノＮ及びＭ’Ｌ’
１ １２００ １ ０ ８ＴｉＮ
及びＴ１Ｚｒ １２００ １ ０
９ ＺｒＮ及びＺｒＮ１基合金 Ａ１９０
０ １ ０ １ａＡｔＮ及びＡｊＴｉ
１２００ １ ０ １０ Ｔｌ
１Ｎ及びＴ１Ｚｒ １２００ １ ０
７ＺｒＮ及びＺｒ接合部の断面を調べたとこ
ろ、イオンブレーティングした金属層はＡ４Ｎに隣接し
た部分は窒化物に変化しており、一部金属単体の層が残
留してしまたＯ 実施例４ 実施例３における介在金属？用いることなくＡｌとで１
のブロックを用い、実施例３と同様にして接合したとこ
ろ、はぼ同様の接合強度を有する窒化アルミニウムとア
ルミニウム、窒化アルミニウムとチタンの接合体が得ら
れた。
ｏ １１ ＡノＮ及びＭ’Ｌ’
１ １２００ １ ０ ８ＴｉＮ
及びＴ１Ｚｒ １２００ １ ０
９ ＺｒＮ及びＺｒＮ１基合金 Ａ１９０
０ １ ０ １ａＡｔＮ及びＡｊＴｉ
１２００ １ ０ １０ Ｔｌ
１Ｎ及びＴ１Ｚｒ １２００ １ ０
７ＺｒＮ及びＺｒ接合部の断面を調べたとこ
ろ、イオンブレーティングした金属層はＡ４Ｎに隣接し
た部分は窒化物に変化しており、一部金属単体の層が残
留してしまたＯ 実施例４ 実施例３における介在金属？用いることなくＡｌとで１
のブロックを用い、実施例３と同様にして接合したとこ
ろ、はぼ同様の接合強度を有する窒化アルミニウムとア
ルミニウム、窒化アルミニウムとチタンの接合体が得ら
れた。
本発明によれば窒化物セラミックス同志又は窒化物セラ
ミックスと他の金属とを強固に接合できる０
ミックスと他の金属とを強固に接合できる０
Claims (4)
- （１）Ｓｉ＿３Ｎ＿４又はＡｌＮの表面に窒素を含有せ
しめ、その表面にIIIａ、IIIｂ、IVａ、IVｂ、Ｖａ、V
Iａ族の金属を介在せしめて同様の処理を施したＳｉ＿
３Ｎ＿４又はＡｌＮ又は金属を、窒素ガス雰囲気中で加
熱することにより、Ｓｉ＿３Ｎ＿４又はＡｌＮの表面に
含有せしめた窒素を、介在せしめた金属へ拡散せしめて
介在せしめた金属の一部又は全部を窒化物に変換すると
同時に前記窒化物同志又は前記窒化物と金属とを接合す
ることを特徴とする窒化物セラミックスの接合方法。 - （２）接合面を加圧して行なう特許請求の範囲（１）項
に記載の窒化物セラミックスの接合方法。 - （３）Ｓｉ＿３Ｎ＿４又はＡｌＮの表面に窒素を含有せ
しめ、その表面にIIIａ、IIIｂ、IVａ、IVｂ、Ｖａ、V
Iａ族の金属のブロックを重ね窒素ガス雰囲気中で加熱
することにより、Ｓｉ＿３Ｎ＿４又はＡｌＮの表面に含
有せしめた窒素を重ねた金属の表面層へ拡散せしめて、
該表面層を窒化物に変換すると同時に前記窒化物と前記
金属ブロックとを接合することを特徴とする窒化物セラ
ミックスの接合方法。 - （４）接合面を加圧して行なう特許請求の範囲（３）項
に記載の窒化物セラミックスの接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19895484A JPS6177681A (ja) | 1984-09-21 | 1984-09-21 | 窒化物セラミツクスの接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19895484A JPS6177681A (ja) | 1984-09-21 | 1984-09-21 | 窒化物セラミツクスの接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6177681A true JPS6177681A (ja) | 1986-04-21 |
Family
ID=16399699
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19895484A Pending JPS6177681A (ja) | 1984-09-21 | 1984-09-21 | 窒化物セラミツクスの接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6177681A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5164246A (en) * | 1985-09-13 | 1992-11-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Highly thermoconductive ceramic |
| JPH05863A (ja) * | 1991-08-26 | 1993-01-08 | Kyocera Corp | 接合構造 |
| US5240171A (en) * | 1987-05-21 | 1993-08-31 | Lanxide Technology Company, Lp | Method for surface bonding of ceramic bodies |
| JP2006527162A (ja) * | 2003-06-13 | 2006-11-30 | ジョー−ワン ハン、 | セラミックス接合方法：反応拡散接合 |
-
1984
- 1984-09-21 JP JP19895484A patent/JPS6177681A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5164246A (en) * | 1985-09-13 | 1992-11-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Highly thermoconductive ceramic |
| US5240171A (en) * | 1987-05-21 | 1993-08-31 | Lanxide Technology Company, Lp | Method for surface bonding of ceramic bodies |
| JPH05863A (ja) * | 1991-08-26 | 1993-01-08 | Kyocera Corp | 接合構造 |
| JP2006527162A (ja) * | 2003-06-13 | 2006-11-30 | ジョー−ワン ハン、 | セラミックス接合方法：反応拡散接合 |
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