JPS6243956B2 - - Google Patents

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JPS6243956B2
JPS6243956B2 JP19113782A JP19113782A JPS6243956B2 JP S6243956 B2 JPS6243956 B2 JP S6243956B2 JP 19113782 A JP19113782 A JP 19113782A JP 19113782 A JP19113782 A JP 19113782A JP S6243956 B2 JPS6243956 B2 JP S6243956B2
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JP
Japan
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slurry
emulsion
conductive
dispersing
mainly composed
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JP19113782A
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English (en)
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JPS5983986A (ja
Inventor
Migiwa Ando
Shinji Nishio
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Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は導電面を有する窒化珪素磁器の製造法
に係り、量産性の向上を目的とするものである。 近年アルミナ磁器の表面に強固な金属化面を設
けることによつて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
数が高く8×10-6/℃程度を示し、耐熱衝撃性に
弱点があつた。そのため焼結した窒化珪素磁器が
注目されるようになり、その表面を金属化する方
法が特開昭55−51777号公報によつて公開され
た。しかし、この発明は焼結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して焼結す
るもので、磁器の焼結と、金属化面を生成するた
の焼結を要するために工程が煩雑となり、しかも
2回の焼成を必要とするため製造原価が高いもの
となつた。 また、これを機械部品として金属部品と接合す
る場合においても同様の不満があつた。 これを解決するため本出願人は、特開昭57−
106586号公報において開示されたように、Ti、
Zr、Hf、La、V、Nb、Ta、Cr、Mo、Wの窒化
物から選ばれた1種以上の80重量%と、Al2O3
セラミツク材料20重量%とからなる混合粉末を無
機質導電材料とし、これに有機質の混合剤と溶剤
を加えてペースト化し、未焼成の窒化珪素の素体
表面に塗布した後、窒素を含む雰囲気中において
焼結することを特徴とした無機質導電材面を有す
る窒化珪素磁器の製造法を提案した。 上記の方法は焼成を1回に止め、略々満足すべ
き成果を得たが、基盤の窒化珪素磁器と導電材面
との化学的親和性において必らずしも万全ではな
く接合面が大きな熱的、機械的応力を受ける用途
に対しては、更に一段の結合強度の向上が望まれ
ていた。 本発明は、上記の要望に応えてなされたもので
特許請求の範囲の項に記載した工程をもつて窒化
珪素からなる基盤の表面に、導電性を有する金属
窒化物(以下導電性窒化物と略称)からなる導電
層を、これと同質の導電性窒化物を基盤と同質の
窒化珪素で被覆してなる中間層を介して形成した
ものである。 実施例 平均粒径2μmのα−Si3N4とβ−Si3N4を4:
1の割合としてこれに8%のMgOを加えてアル
ミナ1000c.c.のボールミルで乾式混合し、アセトン
に溶解したカンフアー2%を加えて金型プレスに
よつて20×30×40mmの直方体からなる基盤の素体
を得た。 次に四塩化エチレン(非水溶性有機溶剤)500
c.c.に、シランカツプリング剤によつて表面処理を
施して親油性としたSi3N4粉末(α−Si3N4とβ−
Si3N4を4:1の割合に混合)にMgOの粉末を8
%えて前と同様に混合した平均粒径4μmの混合
粉末20gと、乳化剤(日本油脂・ノニオンOP−
80R・HLB価4.3)0.9gをアルミナのボールミル
によつて混合、上記の親油性処理を施したSi3N4
を主体とする微粉末(以上Si3N4の微粉末と略
称)を四塩化エチレン中に分散させて第1のスラ
リーOを得た。 別に、水300c.c.に、第1表に示した無機質結合
剤を含む平均粒径0.5μmの導電性窒化珪素を主
体とする無機質混合粉末を200g加え、アルミナ
のボールミルによつて混合、上記の導電性窒化物
を主体とする微粉末(以下導電性窒化物の微粉末
と略称)を水中に分散させて試料No.1〜4に示さ
れた組織からなる第2のスラリーWを得た。 続いて、前記第1のスラリーOをビーカーに移
し、マグネチツクスターラを1200RPMの速度で
回転して撹拌しながら第2のスラリーWを毎秒5
c.c.の割合で徐々注ぎ込み、第1のスラリーO中に
第2のスラリーWを50〜100μmの粒状に一様に
分散させたW/0エマルジヨンを得た。 このW/0エマルジヨンを前記のプレスによつ
て製作した基盤の素体の表面にドクターブレード
法を用いて約1mmの厚さに流込んで被覆し、乾燥
後表面をサンドペーパーによつて約20μm研削し
てSi3N4を主体とする薄膜によつて覆われた表面
から導電性窒化物を露出させた後、この露出面に
上記W/0エマルジヨンに使用した第2のスラリ
ーをはけ塗りによつて約50μmの厚さに塗布、乾
燥して成形素体を製作した。 この成形素体は、Si3N4を主体とする基盤の表
体の表面に、導電性窒化物を主体とする微粉末が
凝結して形成された無数の粒径約80μmの粒体
と、該粒体を被覆するSi3N4を主体とする微粉末
の約8μmの薄膜とからなり、上端面を研削して
上記導電性窒化物を主体とする微粉末を露出させ
た厚さ0.7mmのW/0エマルジヨンによる中間層
と、その上の上記露出面と同質の導電性窒化物を
主体とする微粉末からなる厚さ約40μmの導電層
との2層が形成された断面形状を呈した。 上記の断面形状からなる本発明によつて得られ
た試料No.1〜4と、中間層となるW/0エマルジ
ヨンを使用せず、基盤の素体の表面に第2のスラ
リーWを直接塗布し、他は同一の条件で製作した
比較品の試料No.11〜14とを、アンモニア分解ガ
ス、1600℃、2時間、露点32℃で焼成しついで両
者の導電性窒化物からなる表面の導電層に厚さ15
μmのNiメツキを施した後、3w×20l×0.5tmmの
コバール板を長さ10mmの部分において銀ロー着
し、残り10mmの部分をもつて90゜の方向に引張り
試験を行ない、引剥し、強度を測定した結果を第
1表に示す。
【表】
【表】 前記の引張り試験によつて全試料共、表面の導
電層のNiメツキの施された面と反対側の、本発
明品はW/Oエマルジヨンによつて生成された中
間層との境界、比較品は基盤との境界付近におい
てそれぞれ剥離(破壊)したが、第1表の引剥し
強度として示されるように本発明の試料No.1〜4
は比較品の試料No.11〜14に比して表面の導電層が
同一組成であるにも拘らず格段と高い値を示し、
またこれらNo.1〜4、11〜14とそれぞれ同時に製
造した別の試料によつて300℃から水中に投入す
る急冷処理を100回行なつた後、前の引剥し強度
を測定した場合も本発明の試料はいずれも4Kg以
上を示したのに対して比較品はいずれも3Kg以下
に止まつた。 本発明が上記の卓効を奏する理由は、W/0エ
マルジヨンによつて生成された中間層の導電性窒
化物を主体とする微粉末からなる粒体を被覆する
窒化珪素主体とする微粉末の薄膜がこれと同質の
基盤と、また焼成に先立つて該薄膜を研削して上
端面を露出させた上記の粒体がこれと同質の導電
層とそれぞれ強固に結合すると共に、中間層が基
盤と、導電層及びロー着されるコバール合金との
間の熱膨脹を緩和するためと考えられる。 前記の実施例は、プレス成形した基盤の素体の
表面にW/0エマルジヨン及びスラリーWを塗布
した態様について記したが、導電層となるスラリ
ーWに代えて該スラリーの導電性窒化物を主体と
する微粉末を有機質の結合剤と溶剤によつてペー
スト化して塗布してもよく、これらのW/Oエマ
ルジヨン及びスラリーを常法によつて噴霧乾燥し
て顆粒に造粒した後、金型を用いて基盤の素体と
なる窒化珪素の粉末上に積層、充填してプレス成
形することができ、またW/Oエマルジヨン及び
スラリーを用いてドクターブレード法等慣用技術
に従つて薄板状の素体を製作した基盤の素体の表
面に積層、貼着することもできるが、これら粉末
を用いるプレス及び薄板状素体を貼着による場合
にはW/Oエマルジヨンによる中間層を形成した
後、その表面を研削する工程を付加する。 しかして、これら中間層及び導電層の厚さは焼
結後の寸法として前者中間層は0.2〜5mm程度で
基盤の肉厚以下、後者導電層は10〜500μm程度
が適当である。 次に、第1のスラリーO及び第2のスラリーW
に関して補足する。 (a) 第1のスラリーO (1) Si3N4主体の混合粉末 親油性を付与するためのカツプリング剤は
シラン系に限らず、アルミネート、チタネー
ト系等も使用できるが、その平均粒径は非水
溶性溶剤に対する分散性から40μm程度以下
の微粒とし、該溶剤100部に対して1〜20容
量部の割合で配合する。また実施例において
は原料価格の面から焼結性の低いβ−Si3N4
をα−Si3N4に配合したが、α−Si3N4のみと
してもよく、焼結促進剤によつて70%までβ
−Si3N4で置き換えることができる。また基
盤も同様である。 (2) 乳化剤その他 水系の第2のスラリーWを油系の本スラリ
ーO中に乳化させるもので、有機質の液体の
場合はHLB価6以下のものを使用する要が
あるが、これの一部または全部を滑石、ステ
アリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシ
ウムの微粉末等固形の乳化剤に置き換えるこ
とができるがいずれの場合も有機溶剤100部
に対して0.1〜0.5容量部の範囲とし、Si3N4
主体の微粉末を前に述べたペースト化せずス
ラリーとして用いる場合においても慣用技術
に従つて少量の有機質結合剤、可塑剤を添加
してもよい。 (b) 第2のスラリーW (1) 導電性金属窒化物 水中に分散させるため微粒が要求されるが
第1のスラリーOのSi3N4と異なり、粒状に
凝結するものであるから平均粒径は該Si3N4
よりも僅かながら大きく60μm程度まで許容
され、溶体であると水との配合割合は水100
部に対して5〜40容量部の範囲とする。 (2) 有機質結合剤その他 導電性金属窒化物成分のみで充分スラリー
化するが、第1のスラリーOと同様、少量の
有機質結合剤、可塑剤を添加してもよく、ま
た低い水分において粘度を下げるため市販の
分散剤を添加することもできる。 (c) その他 (1) W/0エマルジヨンによつて形成された中
間層は、粒状に凝結した状態で焼結された無
数の導電性窒化物を主体とする微粉末を、同
じく焼結されたSi3N4主体の微粉末によつて
被覆して前に述べたように基盤及び導電層と
強固に結合するもので、第1のスラリーOと
第2のスラリーWを完全にW/0エマルジヨ
ン化するためには、第1のスラリーOに対す
る第2のスラリーWの比率を容量比で1/5
〜2/3、特に1/3程度が適当である。ま
た最終生成物(焼結後)としての好ましい導
電性窒化物を主体とする微粉末の粒径は20〜
300μm程度、Si3N4主体の膜厚は330μm程
度であるが、これらの粒径及び膜厚はW/0
エマルジヨン化に際して第1のスラリーOの
撹拌速度及び第2のスラリーWの混合速度を
制御することによつて容易に得られる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 SiまたはSi3N4を主体とする粉末を用いて基
    盤の素体を得る工程。 2 Ti、Zr、Hf、La、V、Nb、Ta、Cr、Mo及
    びWの群から選ばれた導電性を有する金属窒化物
    の1種以上を80重量%以上の割合で含有する無機
    質の混合粉末を調製する工程。 3 水と相溶性のない有機溶剤に、親油性の表面
    処理を施したSi3N4主体の原料微粉末を、水を乳
    化する乳化剤と共に配合して分散させてなる第1
    のスラリーOを調製し、これを撹拌し乍ら、この
    スラリーOに、前記2の無機質混合粉末を水に分
    散させて調製した第2のスラリーWを注ぎ込み、
    上記第1のスラリー中に第2のスラリーを粒子状
    に分散させてW/Oエマルジヨン化する工程。 4 前記1基盤の素体の表面に3のエマルジヨン
    の薄層を被覆する工程。 5 上記被覆層の表面を研削する工程。 6 前記3のエマルジヨンに使用した2の無機質
    の混合粉末を分散させてなるスラリーまたはペー
    ストを調製する工程。 7 表面を研削した5の被覆層に6のスラリーま
    たはペーストを塗布する工程。 8 全体を乾燥後、窒素含有雰囲気中1500〜1900
    ℃で焼結する工程。 からなる導電面を有する窒化珪素磁器の製造法。
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JPS61219784A (ja) * 1985-03-27 1986-09-30 株式会社東芝 非酸化物系セラミックス焼結体
CN112408989B (zh) * 2019-08-20 2022-11-15 山东工业陶瓷研究设计院有限公司 氮化硅粉体预处理和低缺陷坯体注模成型方法

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