JPS635895A - 接着ペ−スト - 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） 本発明は金属と金属、金属とセラミック、セラミックと
セラミックの接合用に好適な接着ペーストに関するもの
である。 （従来の技術） 従来より、金属と金属、セラミックとセラミックのよう
に同一材質間の接合法、或いは金属とセラミックの異材
質問の接合法としては様々な接合法が知られている。 例えば、金属と金属の接合法としては電気溶接、ガス溶
接、摩擦溶接等々の融接法があり、基材を溶融しない方
法としてロウ付は処理や有機接着剤による接着法がある
。 また、セラミックとセラミックの接合法としては有機接
着剤による。接着法や耐熱金属法（特開昭６１−５８８
７０号参照）などがある。 これらの同一材質間の接合に対し、金属とセラミックと
の異材質問の接合法としては、有機接着剤による接着法
や活性金属法、焼きばめ法、固相反応法などがあり、ま
たセラミック基材にＭｏやＷなどでメタライズした後に
ニッケルメッキを施し、金属基材と半田付けする耐熱金
属法があり、最近の技術では酸化物系の無機接着剤を使
用して水和化合物をつくるなどの化学反応による接合法
も出現している。 （発明が解決しようとする問題点） しかし、上記各種接合法のうち、金属同志の固有な接合
法である融接法を除けば、いずれも熱に弱く、接着強度
も充分でないという欠点がある。 −方、僅かに、蒸着、スパッタリング、溶射等による接
合技術や箔状のインサート材を使用する接合技術も提案
されてはいるが、接着力に乏しいという欠点があるばか
りでなく、使用範囲が限定されるなどのため、実用性に
乏しく、経済性でも満足し得る接合法とは言えない。 本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、耐熱性を有し
、かつ、接着強度が高く、しかも金属、セラミックの同
一材質間の接合のみならず、金属とセラミックの異材質
問の接合にも簡便に利用でき、実用性、経済性を満足す
る新規な接着剤を提供することを目的とするものである
。 （問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため１本発明者は、耐熱性を確保す
るためにまず接着剤を金属質のものとし、この金属質の
接着剤において特に接着強度を高め得る方策について鋭
意研究したところ、従来の金属ロウの如く（例、特公昭
６１−１０２３５号）、単にその化学成分を調整するだ
けではその用途が制限され、しかも耐熱性、接着強度の
向上の要請に対して限界があることが判明し、したがっ
て、化学成分の調整はもとより、加えて接着剤の物理的
構造面に重点をおいて実験研究を重ねた結果、Ａｇを必
須成分として含む特定組成であって、しかも接着剤の構
造として各成分を混合状態で、かつ共存せしめた複合粉
末構造とし、この複合粉末を有機溶媒中に分散させペー
スト状にすることにより、上記目的が達成できることを
見い出したものである。 すなわち、本発明に係る接着ペーストは、　Ｃｕ及びＮ
ｉのうちの少なくとも１種（以下、Ａ成分という）を１
０〜６０％、Ｔｉ、Ｎｂ及びＺｒのうちの少なくとも１
種（以下、Ｂ成分という）を１０〜８０％含み、必要に
応じてＹを含む希土類元素のうちの少なくとも１種（以
下、Ｄ成分という）を５　ｐｐｍ〜３％含み、残部が実
質的にＡｇ（以下、Ｃ成分という）である組成を有し、
かつ、各成分をメカニカルアロイ法によって機械的に噛
合結合した複合粉末を有機溶媒中に分散させペースト状
にしたことを特徴とするものである。 以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。 本発明の接着剤はペースト状にするものであるが、それ
に用いる金属粉末として、従来の金属ロウの主な成分系
として知られている銀ロウ、ニッケルロウ、銅ロウなど
の主成分を参酌し、Ｃｕ−Ｔｉ−Ａｇの三成分系をベー
ス組成とし、その物理的構造について種々の実験研究を
行った。 まず、上記３成分を単に混合した単純混合粉末状態と３
成分微粉を機械的に噛合結合せしめた複合粉末状態とに
区分し、これらの各状態における金属粉末をペースト状
にし、接合温度（使用温度）と物理的構造の変化の可能
性について調べ、接合効果を考察した。 その結果、単純な粉末混合状態の場合には特に接合効果
の向上は見られず、接合温度と有機的な関係がなかった
のに対し、複合粉末状態の場合には接合温度を適切に選
ぶならば接合強度が顕著に向上することを発見した。こ
れは、第２図に示すように、各成分の微粉が機械的に噛
合結合されているため、接合温度において緻密に隣接す
る各成分微粉が表面で溶融して粒子間結合が強固になり
、これが−種のノリの役目を果たして接合強度が増大す
るものと考えられる。因みに、そのような適切す接合温
度（Ａｇ−Ｃｕ系で８００〜９ｏＯ℃）を超える高温で
各成分が合金化した状態で使用した場合には、その効果
が低下する現象がみられた。 また単純混合状態では各成分が分離した混合状態にある
ために加熱しても上記効果は期待できなかった・ 以上の基礎実験に基づき、上記３成分系の組成範囲、他
元素の添加等々について更に実験研究を重ね、接着剤と
して使用し得る化学成分を確定したものである。 すなわち、第１図は本発明の接着ペーストにおける複合
粉末の成分系並びに組成域（ｗｔ％）を示す図であり、
Ａ成分はＣｕ及びＮｉのうちの少なくとも１種からなり
、Ｂ成分はＴｉ、Ｎｂ及びＺｒのうちの少なくとも１種
からなり、残部はＣ成分（すなわち、Ａｇ）からなる成
分系において、その組成域がＡ成分１０〜６０％、Ｂ成
分１０〜８０％、Ｃ成分１０〜８０％からなる範囲内が
接着剤として所望の性能を発揮し使用することができる
。 なお、Ａ成分が６０％を超えると接着力が出ず、またＢ
成分が８０％を超えると接合層の硬度が高くなり、熱シ
ョックに弱くなるので、好ましくない。 上記組成域のうちでも耐熱性、接着強度ともに優れてい
る範囲は、Ａ成分２０〜５０％、Ｂ成分１０％を超え６
０％以下、Ｃ成分２０〜５０％からなる範囲である。 なお、Ｔｉ、Ｎｉはスポンジチタン粉末、カルボニルニ
ッケル粉末を使用するのがよい。 Ｎ１はステンレス板を接着する場合に効果的である。 また、上記成分系に対し、゛必要に応じてＣ成分として
希土類元素（Ｙを含む）のうちの少なくとも１種を添加
することができる。添加する量は５ｐｐｍ〜３　ｗ　ｔ
％とし、ミツシュメタルを使用してもよい。Ｃ成分を添
加することによりＢ成分の添加率の下限を７％に下げる
ことができ、特にＴｉの添加率を小さくしても接着力を
得ることができるほか、特にＳｉＣなどのセラミック基
材を接合する場合に添加すると効果が顕著である。 上記化学成分を有する複合粉末は、いわゆるメカニカル
アロイ法によって製造することかでき。 各成分の金属粉末を摺潰機、ボールミル、アトライター
等の攪拌機を用いて高速、高エネルギー下で所要時間混
合攪拌して粉砕することにより、各成分粒子が機械的に
噛合結合したいわゆるメカニカル７０イ形態の複合粉末
が得られる。この複合粉末の粒度は４４μｍ以下、好ま
しくは１０μｍ以下のものが５０ｖｔ％以上である微粉
末が望ましい。 この複合粉末はペースト状にするために有機溶媒中に分
散させる。有ｍ溶媒としては、テレピネオール、ブチル
カルピトール、テキサノール、ブチルカルピトールアセ
テートなどを使用することができ、またペースト中の金
属粉量は６０〜９０ｗｔ％とするのが適当である。なお
、有機溶媒の他に界面活性剤（例、ロジン・ワックス）
を少量添加したり、またバインダーとしてエチルセルロ
ースなどを添加してもよい。 上記接着ペーストの好ましい使用態様としては。 まず金属、セラミック等の基材の一方又は双方の接着面
に接着ペーストを所要量塗布し、乾燥後。 不活性雰囲気下で５５０〜６００”Ｃで焼成してバイン
ダー分を揮散させ１次いで非酸化性雰囲気中又は　１０
−”Ｔｏｒｒ以下の減圧下で　１〜１００ｋｇ／ｃＪの
荷重のもとに６００〜９００℃に所要時間加熱し、接合
する。塗布量は焼成後の膜厚が３０〜６０μ程度が良い
。あまり薄いと拡散不充分となり接着強度が上がらない
。また、５００μ以上に厚くなりすぎるとセラミック基
板に使用した場合、熱膨張差の影響が大きくなり、セラ
ミック板に亀裂が生ずるようになる。なお、加熱温度に
ついては、フェライトを接着する場合は６００℃程度の
比較的低温でも接着力を発揮するにれはフェライト表面
がＴｉ、Ｚｒ、Ｎｂ等によって還元されＦｅ相を生ずる
ためと思われる。−般には８３０〜９００℃が好ましい
。８ｏＯ℃以下では接合力が低く、９５０℃以上になる
と接合材料のソリが大きくなり、９００℃を超える温度
上で熱処理すると接着剤が合金化し接合効果が低下する
ので、この点に留意して接着温度を決める必要がある。 接着剤がペースト状であるので、これを印刷工程により
接着面に印刷し、基材を接合すれば。 多量処理も可能である。 （実施例） 次に本発明の実施例を示す。 実施例１ いずれも３２６メツシユ（４４μｍ）以下の粉末である
スポンジチタン粉末、銀粉末、銅粉末、ミツシュメタル
粉末を第１表に示す割合（ｗｔ％）で配合し、１０μｍ
以下になるようにボールミルを用いて混合粉砕した。 次いで、この複合粉末を３本ロールミルで混練し、以下
に示す配合割合のペーストとした。 複合粉末　２４　重量部 エチルセルロース　　　４．４　〃 テキサノール　　　　　５ 界面活性剤　　０．５４ｎ 次に、接合する一方の基板として同表に示す各種材料で
５０ｍｍＸ　５０ｍｍ＋口サイズの基板に上記ペースト
をスクリーン印刷機を用いて厚み３０μｍ、面積４９ｍ
ｍ口に印刷した。使用したスクリーンはステンレス製２
００メツシユ、バイアス張りで、エマルジョン厚さ４５
μｍ、４９ｍｍ口にパターン化されているものである。 印刷後、１０分間室温にてレベルリングした後に１０５
℃で３０分間乾燥した。乾燥したものを更に厚膜焼成炉
を使用し、窒素雰囲気中で焼成した。７００℃以上の高
温で焼成すると最終的に接合しなくなるので、本実施例
では、ピーク温度は６００℃×８分間で６０分間プロフ
ァイルとした。 この焼成の目的はペースト中のバインダー成分を揮発さ
せることにある。第１表中の比較例では８００℃、９０
０℃の高温で焼成したため接合力が生じなかった例であ
る。 焼成後、上記基板上に同表に示す組み合わせで種々の材
料を重ね合わせ、１０−’　Ｔ　ｏｒｒの真空下で１０
ｋｇ／ａｍ”の荷重をかけて所定温度９００℃で１時間
加熱処理し、接合した。 このようにして作製した接合試片を各々１０枚準備し、
５０ｃｍの高さから繰り返し３回、ｍ板上へ落下させ、
接合状態を外観で観察した。その結果を同表に併記する
。なお、同表中の接合状態の判定基準は次のどう、りで
ある。 ○印：１０全部部が全く剥離なし Δ印：１０枚中１〜２枚が接着面で剥離ありＸ印：１０
枚中３枚以上が接着面で剥離ありなお、本試験において
１０枚全部が全く剥離のない接合状態が得られるのが最
も好ましいのであるが、１０枚中１枚が剥離する程度で
も十分使用価値があるものといえる。

【以下余白１ 第１表より明らかなように、Ｔｉ粉末のみからなる接着
ペースト（＆１）では基材が接合しないのに対し、本発
明範囲内の化学成分及び粉末形態の接着ペーストは、適
切な使用態様により片側塗布でも良好な接合状態を得る
ことができる。 なお、基材の両側に同様にして印刷して貼り合わせたと
ころ、更に接着強度が増すことを確認した。 ス」１」劃 実施例１と同様にして第２表に示す各成分からなる複合
粉末を製造し、以下に示す配合割合のペーストを得た。 複合粉末　　２４　　　重量部 アクリル樹脂　　　　４．４　　〃 テルピネオール　　　５ 界面活性剤　　　　　０．５４　１１ 次いで、接合する基板として第２表に示す各種材質１寸
法の基板を、まず４００℃、Ｎ２気流中で脱脂処理した
後、実施例１と同様にして一方の基板に前記ペーストを
印刷（但し、厚みを変化させた）し、乾燥、焼成後、第
２表に示す組み合わせで種々の材料を重ね合わせ、接合
し、各接合試片につき接合状態を調べた。 この場合、焼成後の接着剤の厚さを１５μ以下とする場
合はテルピネオールで前記ペーストを希釈して使用した
。また、厚さを３０μ以上とする場合は、印刷後乾燥し
た後、再度印刷を重ねる操作を繰り返して所定の厚さに
仕上げた。接合に要した時間は特に明記ない場合は３０
分間である。 その結果を第２表に併記する。 【以下余白】 第２表において、特に、Ｎα１４．１５はペースト膜厚
が不足したために接着強度が上がらなかった例、Ｎａ２
Ｏ，２１はＮ　ｉ　−Ａ　ｇベースでＳＵＳ板に効果を
発揮した例、Ｎα２５は接合温度が６００℃と低いにも
かかわらず、相手材がフェライトなので良く接合できた
例、Ｎａ　２６は接合温度が低すぎて接合力が出なかっ
た例、Ｎα２９．３０はミツシュメタルが含まれていな
いためにＮα２７．２８に比較して劣っている例である
。 以上、第２表かられかるように、本発明範囲内の化学成
分及び粉末形態の接着ペーストは、適切な使用態様によ
り片側塗布でも良好な接合状態を得ることができる。 なお、上記各実施例とも、耐熱性に関しては、接合部は
接合温度まで耐えうろことを確認した。 （発明の効果） 以上詳述したように１本発明に係る接着ペーストは、特
定成分系でその化学成分を調整すると共に粉末形態を複
合粉末としペースト状にしたので、接合が容易で、しか
も耐熱性及び接着強度の優れた接合部を得ることができ
、金属やセラミックの同一材質間の接合のみならず、そ
れらの異材質問の接合にも使用することができる。特に
ペースト状であるため、印刷工程により塗布でき、多量
処理が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の接着ペーストにおける複合粉末の組成
域を示す図。 第２図は本発明の接着ペーストの粉末形態を示す説明図
である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量割合で（以下、同じ）、Ｃｕ及びＮｉのうち
   の少なくとも１種を１０〜６０％、Ｔｉ、Ｎｂ及びＺｒ
   のうちの少なくとも１種を１０〜８０％含み、残部が実
   質的にＡｇである組成を有し、かつ、各成分をメカニカ
   ルアロイ法によって機械的に噛合結合した複合粉末を有
   機溶媒中に分散させペースト状にしたことを特徴とする
   接着ペースト。
2. （２）Ｃｕ及びＮｉのうちの少なくとも１種を１０〜６
   ０％、Ｔｉ、Ｎｂ及びＺｒの内の少なくとも１種を７〜
   ８０％、希土類元素（Ｙを含む）のうちの少なくとも１
   種を５ｐｐｍ〜３％含み、残部が実質的にＡｇである組
   成を有し、かつ、各成分をメカニカルアロイ法によって
   機械的に噛合結合した複合粉末を有機溶媒中に分散させ
   ペースト状にしたことを特徴とする接着ペースト。