JPS6345192A - セラミツクスのメタライズ法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、銅化合物をセラミックス表面に焼付けるセラ
ミックスのメタライズ法に関するものである。

［従来技術］ 一般に、セラミックスは、耐熱性、耐摩耗性、絶縁性等
に優れる反面、脆く衝撃に弱いために、構造材料として
用いられるときには、金属との接合体にして使用される
ことか多く、この場合には、金属とセラミックスとを接
合する前に、先ず、セラミックス表面をメタライズする
必要つくある。また、セラミックスを導電材料として用
いる場合には、セラミックス表面にメタライズを行って
使用されている。

セラミックスのメタライズ法としては、テレフンケン法
、活性金属法、水素化合物法、酸化物ソルダー法、炭酸
銅法等が知られているが、これらの内テレフンケン法以
外の方法は工程が複雑であるのに加えて、メタライズ層
の接合強度、耐熱衝撃性、耐化学薬品性等が充分でない
場合があるために、現在のところ、テレフンケン法によ
るのか一般的である。テレフンケン法は、セラミックス
表面にモリブデン−マンガンを被覆し、非酸化性雰囲気
中１４００〜１７００″Ｃという高ｌＲで焼付け、その
上に金属メツキを行い、更に、波膜の安定化のために再
度非酸化性雰囲気中で加熱することによりメタライズし
、次いで必要に応じて金属をロウ接するものであり、作
業工捏が長く且つ煩雑であるという大きな欠点があるの
に加えて、加？）％温度が高いという欠点があった。

そこで、本発明者等は、上記欠点を解消するためのセラ
ミックスのメタライズ法として、すでに特願昭５８−１
３１５７５号（特開昭６０−２１８８８号）を出願して
おり、その発明の要旨は、炭酸銅、硫酸銅、硫化銅、酸
化銅及び塩化銅の少くとも一種と５ｉＯｚとの混合物を
ｌｋ　３層として用いるときには、空気等の酸化性雰囲
気中にて比較的低温で焼付けができ、次いで焼付は層を
還元処理すれば極めて簡便にメタライズできること、５
ｉ０２の併用によりメタライズ層の均−性特に表面の平
滑性および光沢か向上すること、得られたメタライズ層
は導電性に優れかつ常温における接合強度が向上するこ
と等の改良を行うことができた。

［発明が解決しようとする問題点］ 前述した本発明者等の発明は、ＳｉＯ２を混合したこと
によって、メタライズしたセラミックスと金属とを接合
した場合に、常温における接合強度をある程度向上させ
ることには成功した。しかし、セラミックスと金属とを
接合した接合体を常温で使用する場合、さらに５００　
℃乃至１０００℃の高温中で使用する場合に、接合強度
か不足する欠点かあった。

［間居点を解決するための手段］ 本発明者等は、セラミックスと金属との接合体の高温度
における強度を向上させるためには、熱膨張係数がセラ
ミックスと金属との中間であって、金属の熱膨脹とセラ
ミックスの熱膨脹との差の緩衝材として働くとともに熱
衝撃に強く１０００℃での連続使用に耐える結晶化ガラ
スの成分を有する粉末と銅化合物の粉末との混合物をセ
ラミックスの波接合面に被覆し、大気等の酸化性雰囲気
中９００〜１４００℃で加熱して焼付けた後、焼付は層
を還元処理するセラミックスのメタライズ法を提案する
。

［作　用コ 本発明において被覆層として用いる炭酸銅、硫酸銅、硫
化銅、酸化銅及び塩化銅等の銅化物は、いずれも通常粉
末状のものを使用する。

さらに上記の銅化物の粉末と、５ｉ０２゜Ａｌ２Ｏ３，
Ｌｉ２ＯおよびＭ　ｇ　ＯまたはＺｎＯの一方もしくは
両者に、Ｔ　ｉ　ＯｚまたはＺ　ｒ　０２の一方もしく
は両者を３乃至５重−％を添加した結晶化ガラスの粉末
とを混合する。

上記の混合物は、粉末状のまま使用してもよいし、適当
なバインダーおよびその溶剤、例えばスクリーンオイル
等の印刷用インキ、バルサム等を適量用いてペースト状
にして使用してもよい。

粉末状またはペースト状の混合物をメタライズが必要な
でラミックス表面に散布または塗布して被覆する。被覆
する量は、特に限定されず、所望のメタライズ層の厚さ
に応じて、適宜決定される。次に、上記で被覆されたセ
ラミックスを酸化性雰囲気中にて加熱して被覆層を焼付
ける。酸化性雰囲気としては、特殊なものを使用する必
要はなく、空気、空気と窒素との混合気等を使用すれば
充分である。また、加熱条件としては、セラミックスの
形状、大きさや用いた被覆層の種類、被覆量等により変
化するが、通常９００〜１３００　℃の温度で５〜６０
分間程分間熱する。この加熱により炭酸銅、硫酸銅、硫
化銅又は塩化銅は、酸化されて酸化銅になり、酸化銅を
主体とする被覆がでラミソクスに密着する。この際、酸
化銅の融液がセラミックス内に一部浸透することにより
接合強度が高められる。加熱温度が９００℃より低い場
合は上記ｄ透が起こらず接合強度が不充分になり、また
１４００″Ｃより高い場合は被覆層の粘性が低下して流
出することがあるので好ましくない。

次に、上記により焼付は層が施されたセラミックスを還
元処理する。還元方法としては、特に限定されず、酸化
銅が金属銅に還元されるならばどんな方法でもよく、例
えば水素雰囲気、−酸化炭素雰囲気等の還元性雰囲気中
での加熱、エタノール、メタノール、プロパツール等の
アルコール類、ベンジン、ホルマリン等の還元性溶媒へ
の浸イ古等を挙げることができる。還元性雰囲気中てυ
ｏｉ１１する場合の温度は、焼付は層の分解、変質等を
防ぐために前記焼付は温度よりも低いことが好ましく、
通常２００〜９００°Ｃ程度とし、時間は通常５〜６０
分間程分間色する。また還元性溶媒への浸漬による場合
は、セラミックスを通常２００〜５００℃程度好ましく
は３００°Ｃ程度に加熱後、上記還元性溶媒に１０〜６
０秒間程、度浸漬すればよい。

上記還元処理により、極めて優れた導電性を有する銅メ
タライズ層かセラミックス表面に形成される。

このようにしてメタライズされたセラミックスには、必
要に応じて、常法、例えばロウ接等により、各種金属を
容易に接合することができる。

本発明によりメタライズできるセラミックスとしでは、
特に限定されず、例えば窒化ケイ素、サイアロン、炭化
ケイ素、窒化アルミニウム等の非酸化物系セラミックス
、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ベリリア、マグネ
シア、コージライト等の酸化物系セラミックスを挙げる
ことができる。

［実　施　例］ 実施例１ 酸化銅粉末と第１表に示す結晶化ガラスの成分の粉末と
をそれぞれ第２表に示す重量％の比率で混合したちの１
５０［ｍｇｌ　に、スクリーンオイル０．　０４〜０．
　０５　［ｃｃ］を混合してペースト状とし、これを平
板正方形の窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）の焼結体の波接合
面に、厚さ３０〜８０［μｍ］の薄膜をスクリーン印刷
によって塗布した。

つぎに、電気炉を用いて常温から約１２００℃まで４０
分間で昇温した後、１２００℃で６０分間焼成して焼付
は被覆層を形成した。

さらに、焼成したものを、ジメチルアミンボランｒ　（
ＣＨ３）ＨＮ　：　ＢＨ３Ｊ　５　［ｇ］を水１００　
［ｃｃ］に混入した液体中に常温で３０分間浸漬し、つ
づいて水素１３　［ＪＬ／ｗｉｎ　］とアルゴンガスＯ
１８［ｉ／ｍｉｎ　］との混合ガスを使用した還元炉に
、５００［”Ｃ］、６０分間保持して還元処理をして、
金属銅のメタライズ層が形成された。

還元後のメタライズ層は、酸化銅粉末と結晶化ガラス成
分の粉末との混合比率によって第２表に示す抵抗値［Ω
／　ｃｊ　Ｅを有している。

また、上記の方法によってメタライズ層を形成したセラ
ミックスと銅片とを銀ロウを用いてロウ接し、メタライ
ズ層の常温における接合強度を測定した結果を第２表に
示す。

第２表から判明するように、結晶化ガラス成分の重量％
比が大になるほど接合強度が向上する反面、電気抵抗値
が大になっている。

第　　１　　表 単位　重量％ 第　　２　　表 実施例２ 酸化銅粉末７０乃至５０重】？６と第１表に示す結晶化
ガラス成分３０乃至５０重重量との比率で、昆合したち
の１５０［ｍｇ］に、スクリーンオイル０．０４〜０．
　０５　［ｃｃ］を混合してペースト状とし、これを平
板正方形の窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、サイアロン、炭
化ケイ素（Ｓ　ｉ　Ｃ）　、アルミナ（Ａ１２０３）又
はジルコニア（ＺｒＯｚ）の焼結体の被接合面に、厚さ
３０〜８０［μｍ］の薄膜をスクリーン印刷によって塗
布した。以後の処理は実施例１と同様である。

上記の方法によってメタライズ層を形成したセラミック
スのメタライズ層の電気抵抗値、およびメタライズした
セラミックスと銅片とを銀ロウを用いてロウ接した接合
体の、常温、５００［”Ｃ］の高；Ｒ度における接合強
度を第３表に示す。なお、（）内は前述した特開昭６０
−２１８８８号公報に記載された発明を実施したときの
接合強度である。

第　　３　　表 （）内は特開昭６０−２１８８８の ５ｉＯｚだけの場合 結晶化ガラス成分を混入することによって、高温度にお
ける接合強度を保持するとともに、結晶化ガラス成分の
熱膨張係数がセラミックス（例えば窒化ケイ素の場合３
．３　Ｘ　１０−６／°Ｃ）と金属（例えば銅の場合１
６．　６　Ｘ　１０’／℃）との中間にあるので、セラ
ミックスと金属との熱膨張の相違による歪を緩和するこ
とができるものと考えられる。

［発明の効果］ 本発明によれば、従来法に比べて低温で焼付は後、還元
処理するという極めて簡便な操作で、セラミックス表面
にメタライズ層が形成でき、得られたメタライズ層は導
電性に優れ、またメタライズ層の均一性、特に表面の平
滑性及び光沢に優れているので商品価値が高いという効
果の他に、常温で使用する場合、さらに５００″Ｃ以上
の高温で使用する場合ても、接合強度を向上させること
ができる。

本発明によりメタライズされたセラミックスは、上記の
如き性能を有するので、セラミックスパッケージ等の電
子部品、セラミックスを用いた耐摩耗性部品、耐熱性部
品等に好適に使用できる。

復代理人

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　酸化銅、硫化銅、炭酸銅、塩化銅等の銅化合物の粉末
   と、ＳｉＯ＿２、Ａｌ＿２Ｏ＿３、Ｌｉ＿２ＯおよびＭ
   ｇＯ又はＺｎＯの一方もしくは両者にＴｉＯ＿２又はＺ
   ｒＯ＿２の一方もしくは両者を３乃至５重量％を添加し
   た結晶化ガラスの粉末とを混合してセラミックス表面に
   被覆し、酸化性雰囲気中９００乃至１４００［℃］で加
   熱して焼付けた後、還元処理するセラミックスのメタラ
   イズ法。