JPS623115B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は金属化面を有する窒化珪素磁器の量産
に適した製造法に係る。 近年アルミナ磁器の表面に金属化面を設けるこ
とにより種々の用途が開発されてきた。例えば、
発熱体があるがアルミナ磁器は熱膨脹係数が８×
10^-6／℃位あり、耐熱衝撃性は不満足であつた。
そのため窒化珪素磁器の表面を金属化する方法が
特開昭55−51777号により公開せられた。然し、
この発明は焼成した窒化珪素磁器の表面に金属粉
末を含むペーストを塗付するもので、その表面に
更に窒化珪素の被覆を設けるためには、別に焼成
した板状材料を耐熱性接着剤で接着したり、又は
スパツタリング等によらなければならなかつた。
併し前者は、窒化珪素の面を平滑に研摩しなけれ
ばならないし、耐熱性接着剤が熱伝導率が低いた
めに発熱体の効率を落とす問題があり、製造工程
も多くコスト高となつた。また後者は製造コスト
が高く、十分に厚みを有する被膜を設けることが
難しかつた。 また、例えば窒化珪素磁器を内燃機関の部品に
適用する場合、他の金属部品と接合する必要が
多々あるが、従来は焼成した窒化珪素に金属化面
を設け、更に焼きつけるため焼成が２段階となり
製造費も割高となつた。 本発明はこれを解決するためのなされたもの
で、特許請求範囲に記載した通りの金属化面を有
する窒化珪素磁器の製造法を提供するもので以下
詳細にその製造法を説明する。 母体となるSi₃N₄を主体とする粉末の成形体は
Si₃N₄に少量の媒溶剤、例えばMgO、Mg₃N₂、
Y₂O₃、Al₂O₃、SiO₂等の微粉末を加えたものでよ
い。この成形には少量の結合剤を加えて、プレス
成形したり、又は周知のグリーンシート製作用有
機質の結合剤を加えてローリング、ドクターブレ
ード法等によつてグリーンシートにしてもよく、
又は射出成形、流し込み成形によつてもよい。次
に金属化面を形成する無機質材料はTi、Zr、
Hf、La、Ｖ、Nb、Ta、Cr、Mo、Ｗよりなる群
より選ばれた金属の窒化物と炭化物を２：10〜
８：２の混合物40〜97.3重量％（以下「重量」を
省く）Ni及び／又はCo ２〜30％、Mo及び／又
はＷをNi及び／又はCoの1/3〜１重量比で含む非
酸化物100重量部に対して、Al₂O₃、Y₂O₃、
3Al₂O₃・2SiO₂又はシリカ含有フリツトより選ば
れた１種又は２種以上の混合物を30重量部以下含
む混合粉末のペーストを塗付する。ここで窒化物
に炭化物を混合するのは、窒化物のみでは鉄族金
属との濡れ性が不満足であるためであり、その量
は少なくとも窒化物の25％が必要であるが、一方
窒化物の５倍を超えると窒化珪素との親和性が乏
しくなり接着力が弱くなる。次に鉄族金属は金属
化面の焼結を助け、耐酸化性靭性を高め、電気抵
抗を下げるもので少なくとも２％必要であるが30
％を超すと焼成時流出して不具合となる。また
Mo及び／又はＷは炭化物と鉄族金属の濡れ性を
改善するもので鉄族金属の1/3以下では効果が乏
しく、等量を超してもそれ以上の効果が見込み難
し、却つて金属化面の緻密化に好ましくない。 次にこれを結合するセラミツク材料はAl₂O₃、
Y₂O₃、3Al₂O₃・2SiO₂、その他のシリカ含有フリ
ツト例えばSiO₂、MgO、CaOの比が適当なガラ
スを生成する比であるもの、Y₂O₃を含むもので
もよい。この添加量は非酸化物の30重量％以下が
好ましく、30重量％を超えると導電性を低下す
る。次にこれらを微粉砕し周知の有機質のバイン
ダー、溶剤を加えて混練して導電ペーストとし、
はけ塗り、シルクスクリーン、スプレー等適宜窒
化珪素成形体上に塗付すればよい。次にそのまま
又は別に成形した窒化珪素成形体、例えばプレス
成形体、グリーンシート等を金属ペースト面上に
載せ、圧着、加熱、溶剤等により接着し、乾燥後
窒化珪素母体と金属化面とを窒素含有雰囲気又は
不活性ガス雰囲気中で窒化珪素の焼結する1500〜
1800℃で焼成し両者を同時に焼結すればよい。窒
素を含む雰囲気はN₂、N₂＋H₂、Arが適当でO₂を
多量に含む場合は金属化面も窒化珪素も酸化し好
ましくない。 上記のようにして製造すれば、焼成は一度で済
むため、焼成費は従来品の1/2以下となり、省エ
ネルギー効果が大きく、また生成形品を圧着する
ため、接着面を平滑に研摩する必要なく、量産が
著しく容易となり、金属化面は金属にNiを選べ
ば酸化により強く、耐熱性が高い。 以下実施例により、一そう具体的に説明する
が、本発明はその要旨を逸脱しない限り、この実
施例により限定されるものではない。 実施例 １ α−Si₃N₄：β−Si₃N₄＝１：１のSi₃N₄粉末に
MgO、Y₂O₃を第１表に示す量加え、ボールミル
で微粉砕し平均粒径２μし、これにメタクリル酸
イソブチルエステル３％、ニトロセルローズ１
％、ジオクチルフタレート0.5％を加え、さらに
溶媒としてトリクロールエチレン、ｎ−ブタノー
ルを加えてボールミルで混合し流動性あるスラリ
ー状にし、平板上に流し出して溶剤を発散させ厚
さ１mmのグリーンシートを作つた。次にTi、
Zr、Hf、La、Ｖ、Nb、Ta、Cr、Mo、Ｗの各窒
化物又は炭化物とAl₂O₃、Y₂O₃、3Al₂O₃・
2SiO₂、SiO₂：MgO＝１：１のフリツトを第１表
の如き割合に混合し、平均粒径２μ迄微粉砕し、
パイン油にて溶解したエチルセルローズを加えて
混練したペーストを巾10mm、厚さ0.05mm、長さ20
mmに塗付し、別のグリーンシートにて被覆し、80
℃に加熱して圧着し、乾燥後N₂の雰囲気にて
1700〜1800℃の適切な温度で焼成し、金属化面を
内蔵した窒化珪素磁器よりなる発熱体を得た。こ
の特性を第１表の１に示す。またその形状を第１
図に示す。

【表】 第１表の１より明らかな如く本発明による試料
番号１〜12番は何れも低い電気抵抗と良好な接着
状態を示した。次に本発明範囲外の比較例を記載
する第１表の２から判る如くMoの添加を欠くNo.
13RはNiとTiCの濡れ性が悪く、金属化粉末の焼
結不良とNiの溶出を起こし接着状態は満足でき
なかつた。次に炭化物の添加を欠くNo.14R及び添
加はしたが、添加量が本発明範囲に不足するNo.
16Rは金属化粉末の焼結がやや不十分で接着強度
が劣つていた。次に窒化物が本発明範囲に不足す
るNo.15Rは窒化珪素との親和性が不十分なため、
窒化珪素との境界面から剥離するものがあつた。
次にNiの添加量が不足するNo.17Rは金属化粉末の
焼結性が不十分であり、またNiが本発明の範囲
を超えるNo.18RはNiが溶出し金属化粉末の塗付面
以外にもNiが滲み出し不具合を起こした。 次にMoの添加量が本発明の範囲に足りないNo.
19RはNiの過剰のNo.18Rと同様にNiの溶出があつ
たが、これはNiとTiN及びTiCの濡れ性不十分に
よるものである。次にMoの過剰なNo.20Rは窒化
物や炭化物が不足することから、やはり強固な接
着層を有せず、接着強度は不十分であつた。次に
炭窒化物が本発明の範囲に満たないNo.21Rは窒化
珪素との接着性が不満足で剥離強度が不足してお
り、また炭窒化物が本発明の範囲を超えるNo.22R
は金属化面の焼結が不十分となり、接着強度及び
耐酸化性が不満足であつた。 以上の如く本発明の範囲内では十分な強度と耐
酸化性のある金属化面を得ることができたが本発
明の範囲外である第１表の２に示したNo.13R〜No.
22Rは何かの性質が劣り強度と耐酸化性を要する
本発明の目的に対して満足な特性を得ることがで
きなかつた。 以上の如く、本発明は特許請求の範囲に記載さ
れた製造法により優秀な特性をもつ金属化面を有
する窒化珪素焼結体をただ１回の焼成で得ること
ができるが、この効果は極めて大きいものであ
る。すなわち、1700〜1800℃に上昇するための電
力料は勿論の事、その雰囲気を保持するための窒
素、高価な炉材の損耗が節約できるものである。
更に生成形体の状態で金属化面を形成したり、更
に別のグリーンシートを接着できるため接着面を
平滑に研摩する必要もなく、また接着面を曲面と
することもでき、接着剤を用いないことから熱伝
導も極めて高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の斜視図である。 １……窒化珪素磁器基板、２……金属化面を被
覆した窒化珪素基板、３……金属化面、４……端
子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ Si₃N₄を主体とする粉末を成形し、その表面
   にTi、Zr、Hf、La、Ｖ、Nb、Ta、Cr、Mo、Ｗ
   の窒化物と炭化物をその重量比が２：10〜８：２
   の混合物40〜97.3重量％、Ni及び／又はCo2〜30
   重量％、Mo及び／又はＷをNi及び／又はCoの1/
   ３〜１重量比で含む非酸化物100重量部に対して、
   Al₂O₃、Y₂O₃、3Al₂O₃・2SiO₂又はシリカ含有フ
   リツトより選ばれた１種又は２種以上の混合物を
   30重量部以下含む混合粉末のペーストを塗付し、
   そのまま又は別のSi₃N₄を主体とするグリーンシ
   ートを被覆被着し、窒素を主体とする雰囲気中で
   焼結することを特徴とする金属化面を有する窒化
   珪素磁器の製造法。