JPS623798B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は無機質導電材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布するもので、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、
また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、高温不活性雰囲気
での焼成が２段階となり、これらの焼成量は高価
なものでコスト高の原因となつていた。 本発明はこれを解決するためになされたもの
で、特許請求範囲に記載した通りの無機質導電材
面を有する窒化珪素磁器の製造法を提供するもの
で、窒化珪素を主体とするグリーンシート又は成
形体に金属窒化物よりなる無機質導電材料を主体
とするペーストを塗付し、そのまま又は上記ペー
ストの表面に窒化珪素を主体とする被覆層を設け
て後焼成するもので、下記の効果が生じる。 基体となる窒化珪素に関して従来は焼成品で
あつたため、変形能力がなく、かつ表面が平面
ではなく少々のそりがあるため、これを別の窒
化珪素磁器で被覆するのに両者とも厳密な平面
でないと面接着ができないし、またペーストに
て塗付する時は厳密な平面は必要としないが、
ペーストの焼成収縮のために表面に亀裂が生じ
た。これに対し本願発明では基体が末だ柔軟性
を有するため、少々そりのある基体であつて
も、常温又は高温下の圧着のため、そりが圧着
中修正されて良好な面接着が得られる。 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生じるが、
この方法は窒化珪素磁器の表面にニツケルメツ
キ可能な、金属と親和性のある導電材面を設け
た後、表面にニツケルメツキを施しロー材によ
り金属部品にロー付けするものである。この場
合従来技術においては、金属粉末を用いるため
焼付け中、窒化珪素磁器より蒸発した窒素や雰
囲気中の窒素のために金属粉末が窒化し、その
時体積膨脹を起こし導電材層の緻密性が著しく
阻害していたが、本発明では金属窒化物を用い
るため、焼付け中の体積膨脹がなく、従つて寸
法変化もなく良好な導電材層が得られるように
なつた。 無機質導電材料の焼付けには1700℃位の高温
を要するため、従来法では基体の焼成と無機質
導電材料の焼付けと２回要した。併し本発明で
は両者を一度に焼付けるため、高価な雰囲気焼
成費が半分で済む。 上記の効果は導電性を必要とする電気部品に限
定されることなく前記した内燃機関の部品におい
て、他の金属部品と接着する場合においても有効
に作用するものである。 次に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。次に無機質導電材はTi、Zr、Hf、Ｖ、
La、Nb、Ta、Cr、Mo、Ｗよりなる群より選ば
れた金属の１種の窒化物又は２種以上の窒化物の
混合物80重量％以上と、20重量％以下の他の、上
記窒化物と窒化珪素の双方に親和性を有するセラ
ミツク材料の粉末との混合物を用いる。ここで上
記窒化物は後述する焼成工程における雰囲気中の
窒素に安定であるためで、金属単体は焼成中窒化
を起こす時体積を膨脹し緻密な導電材面が得られ
ず、外形も不具合を生じる。次にこれを結合する
セラミツク材料は、Al₂O₃、3Al₂O₃・2SiO₂、そ
の他のフリツト、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、又は更にSi₃N₄等を含むものでもよ
い。この添加量は20重量％（以下「重量」を省
く）以下が好ましく、20％を越えると導電性を低
下する他、他の金属部品と接合するためのニツケ
ルメツキ等もうまくできなくなる。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、スプレー等適宜の方法で窒化珪素成
形体上に塗布すればよい。次に別に成形した窒化
珪素成形体、例えばプレス成形体、グリーンシー
ト等を無機質導電材面上に載せ、圧着、加熱、溶
剤等により接着し乾燥後、窒化珪素母体と無機質
導電材面とを窒素含有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。焼成には電力の他雰囲気ガス、炉の損傷
等経費が高いため同時焼結の効果は大きい。 上記のようにして製造すれば、焼成は一度で済
むため、高コストの焼成費は従来品の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、無機質導電材面は
金属でなく、窒化物であるため酸化により強く、
耐熱性が高い。 以下実施例により、一層具体的に説明する。
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
５％のMgO、２％のY₂O₃を加え、ボールミルで
微粉砕し平均粒径２μにし、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％を加えて更に溶
媒としてトリクロ―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
化物をAl₂O₃、3Al₂O₃・2SiO₂、SiO₂：MgO＝
１：１のフリツト、SiO₂：CaO：Si₃N₄＝１：
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まで微粉砕し、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20mmに塗布し、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の雰囲気にて第１表の焼成温度で
焼成し、無機質導電材面を内蔵した窒化珪素磁器
よりなる発熱体を得た。これらの試料は何れも基
体となる窒化珪素磁器が十分に焼き締つていたの
は勿論のこと、無機質導電材面も十分に緻密に焼
き締つていた。実験以前には無機質導電材面のセ
ラミツク材がAl₂O₃又はSi₃N₄のみでは焼結不十分
となるのではないかとの懸念を持つていたが、こ
れらの層は薄いため窒化珪素磁器に加えたMgO
とY₂O₃が拡散し十分な焼結状態となつた。これ
らの窒化珪素磁器の表面をエポキシ樹脂にて治具
に接着し張力を加えたが、破壊は窒化珪素磁器内
で起こり無機質導電材では破壊が起こらなかつ
た。

【表】 第１表より、本発明品は良好な接着状態と適当
な電気抵抗を示し、機械部品発熱体として十分な
特性をもつ無機質導電材面が、僅か１回の焼成工
程により得られた。一方、実施例１の窒化物は金
属単体に置き換えて同様にテストした比較例は何
れも焼成中の窒化のために体積が膨脹し、多孔質
となり到底実用に耐れられないものであつた。 実施例 ２ 実施例１の第１表―１の試料の焼成前に別に製
作したグリーンシートを100℃に加熱して窒化物
被覆面に圧着した以外は実施例１と同様にして第
１図に示した形状の発熱体を製作し、大気中にて
900℃100時間加熱したが、その抵抗値変化は10％
以内で十分発熱体として使用できるものであつ
た。 実施例 ３ 実施例１の方法にて直径10mm、厚さ15mmの窒化
珪素磁器の底面に無機質導電材面を設けニツケル
メツキ後、銀ローにて、コバールの板に接着し、
引き離し試験を行つたが、２Kg以上の力を要し、
通常の実用に十分耐える接着強度を示した。 以上の如く本発明は耐熱性、機械強度の極めて
良好な窒化珪素磁器に耐熱性の無機質導電材面を
僅か１回の焼成で設けることができるもので、窒
化珪素磁器と金属との接合部品として、セラミツ
クエンジンやタービン翼として適し、発熱体とし
ても極めて耐熱衝撃に強い素子を量産的に製造す
る方法を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による発熱体の一部を
破断した斜視図。 １，２…窒化珪素磁器基板、３…金属窒化物を
主体とする無機質導電材面、４…端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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よりなる群より選ばれた金属の１種又は２種以
   上の窒化物の混合物80重量％以上と、Al₂O₃、
   3Al₂O₃、2SiO₂、その他のフリツト、又はSi₃N₄
   を含むセラミツク材料より選ばれた１種又は２種
   以上の混合物20重量％以下とよりなる組成物の粉
   末を含むペーストを塗布し、そのまま又は別の窒
   化珪素を主体とするグリーンシートを前記ペース
   ト上に被覆接着し、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無機質導電材面を有す
   る窒化珪素磁器の製造法。 ２ 上記窒素を主体とする雰囲気が窒素、又は窒
   素と水素の混合物である特許請求範囲第１項記載
   の無機質導電材面を有する窒化珪素磁器の製造
   法。