JPS6389472A

JPS6389472A - 無機接着剤

Info

Publication number: JPS6389472A
Application number: JP23280386A
Authority: JP
Inventors: 孝志荘司
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1986-09-30
Filing date: 1986-09-30
Publication date: 1988-04-20

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ＳｉＣとＳｉＣ，ＳｉＣと金属の接合用に好適
な金属質接着剤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６１−５８８７
０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、同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にする耐熱
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。一方、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。就中、セラミックとセラミック、セラミックと金属のよ
うにセラミックとの組合せで接合する場合、例えば、Ｓ
ｉＣを一方の基材とし、これをＳｉＣ、アルミナ又は金
属などを他方の基材とする接合には、通常、有機接着剤
を使用する以外の実用的な方法がないのが現状であり、
この方法では、ＳｉＣのセラミック基材の特性と有機接
着剤の特性が原因となって、１５０℃以下で使用するな
ど使用環境が制限され、耐候性がなく、強度も不十分で
あった。本発明は、特にＳｉＣのセラミックとの組合せにおける
接合に関する上記従来技術の欠点を解消し、耐熱性、耐
候性を有し、かつ、接着強度も高く、しかもＳｉＣ同志
の接合のみならず、ＳｉＣと金属と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、本発明者は、耐熱性を確保す
るために実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、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｉ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１本発明は、Ｔｉ、Ｚｒ及びＮｂのうちの１種
又は２種以上：１５〜２５％、Ｎｉ：５〜１゜５％、Ａ
ｇ：３５〜４５％、Ｃｕ：２５〜３５％及びＳｉ：１〜
７％からなる組成を有し、かつ、少なくとも、各成分粉
末がメカニカルアロイ法によって機械的に噛合結合した
複合粉末を含有していることを特徴とするＳｉＣ基材接
合用無機接着剤を要旨とするものである。以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。まず、本発明者は、セラミックを一方の基材とする接合
組合せの場合、用途の多様性を考慮し、かつ、特にセラ
ミックの特性が接合状態に及ぼす影響が大きいＳｉＣ基
材の接合用の接着剤について重点的に研究を行った。すなわち、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３成分系をベース組成としてそ
の物理的構造について種々の実験研究を行った。すなわち、上記３成分を合金化状態、或いは粉末状態と
し、粉末状態の中でも単に３成分が混合している単純混
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１合金化した場合及び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
状態に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、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、これが一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
適切な接合温度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、ＳｉＣを一方の基材とする接
合の場合の上記３成分系の妥当性、他元素の添加等々に
ついて更に実験研究を重ね、ここにＳｉＣ基材用無機接
着剤として使用し得る化学成分を確定したものである。次に、本発明の接着剤における各成分の限定理由を示す
。Ｔｉは基材であるＳｉＣの界面にＴｉＣ層を形成するが
、ＴｉＣ層のみでは接合強度が不充分であるので、後述
のＳｉの添加と共にＳｉＣ界面に（Ｔｉ、５ｉ）Ｃ複合
炭化物層を形成させ、接合強度の向上を図るために必要
である。そのためには１５〜２５％、好ましくは２０％
程度を添加する。１５％未満では上記複合炭化物層の形
成が不充分であり、２５％を超えて多量に添加すると、
他方の基材が金属の場合、接着層（インサート層）と金
属板が接合できなくなる。Ｔｉの代わりにＺｒ又はＮｂ、或いはこれらを複数使用
しても同じ効果が得られる。ＳＬは、Ｔｉと同様、ＳｉＣ界面に（Ｔｉ、　５ｉ）Ｃ
複合炭化物層を形成するためのＳｉ源として添加する。そのためには、ＳｉＣ基材自体にフリーなＳＬが存在し
ていることを考慮し、１〜７％、好ましくは３〜４％程
度添加する。１％未満では上記複合炭化物の形成が不充
分となり、逆に７％を超えて多すぎると接合層に寄与し
なくなり、接合が不可能となる。Ｎｉ、Ａｇ、ＣｕはＮｉ−Ａｇ−Ｃｕ系のロウ材的役目
を果たし、接合強度を高めるために必要である。更に、Ｎｉは特に銅板を使用して金属との組合せで接合
する場合、接合後の冷却時に金属基材側が剥離するのを
防止するのに有効で、熱膨張率を緩和するのを防止する
作用があり、またＣｕは接合温度を低くするのに有効で
ある。これらのためにはそれぞれ、Ｎｉは５〜１５％、
好ましくは１０％程度、Ａｇは３５〜４５％、好ましく
は４０％程度、Ｃｕは２５〜３５％、好〜ましくは３０
％程度を添加する必要がある。上記化学成分を有する接着剤は、いわゆるメカニカルア
ロイ法によって製造することができ、各成分の金属粉末
をボールミル、アトライター等の微粉砕機を用いて高速
、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
カニカルアロ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５０ｗｔ％以上である微粉末が望ましい。このように複合粉末形態の粒子を少なくとも含有してい
る接着剤は、種々の態様で使用することができ、圧粉成
形体として或いはペースト状にして、Ｔｉが含まれてい
るので加熱接合時に空気中で酸化する点等を考慮し、所
定の接合温度で使用する。インサート材として使用する場合の好ましい使用態様と
しては、圧粉成形体を基材間に挟み込んで接合するか、
或いは接合する基材の片側にペースト状にして印刷し乾
燥した後、不活性雰囲気下で６００℃以下でバインダー
分を脱脂処理し、接合する。なお、６００℃以上の高温
下で脱脂処理すると接合ができなくなるので留意する。いずれの接合態様の場合でも、接合条件は、１〜１０ｋ
ｇ／ｄの荷重をかけながら１０−’　Ｔ　ｏｒｒ以下の
減圧下又は不活性雰囲気中で７５０〜９５０℃、好まし
くは８３０〜９３０℃の温度で加熱接合する。加熱温度が９５０℃以上の高温であると、溶着現象が生
じ、また７５０℃以下では接合が不充分となる。（実施例）次に本発明の実施例を示す。叉産気上スポンジチタン粉末、カーボニルニッケル粉末、銀粉末
、銅粉末及びシリコン粉末を第１表に示す割合（重量部
）で配合し、粒度が１０μｍ以下になるように摺潰機を
用いて混合粉砕した。なお、所要時間は５０ｇの仕込み
量で１０μｍ以下になるのに約３時間要した。次いで、圧粉成形機を用いて、全荷重４０ｔｏｎで３０
ｍｍφＸ１ｍｍｔの円板状に成形した。一方、接合に使用した基材の試験片は３０ｍｍφＸ２ｍ
ｍｔの寸法のものを用い、第１表に示す材質の基材組合
せで接合実験を行った。なお、接合条件としては、１０
−’Ｔｏｒｒの真空下又はＮ、気流中で荷重１　ｋｇ／
ａ＋ｆをかけながら同表に示す接合温度に１時間保持し
、冷却した。接合後、次の要領で接合強度を調べ、その結果は同表に
示すとうりであった。接合強度の測定法は、まず１０ｆｆｌ１１１口の接合サ
ンプルを切断加工し、これを第１図に示すようにセット
し、ブツシュバブル・テスター（今田製作所製）により
接合強度を測定した。なお、図中、１．２は接合層３で
接着された基材であり、一方の基材１にアラルダイトＡ
Ｚ−１５を使用してステンレス板４（ＳＵＳ３０４．２
０ｍｍＸ　５０ｍｍＸ　４ｍｍｔ）を接着し、他方の基
材２にもアラルダイトＡＺ−１５を使用して銅リベット
５（６ｍｍφ）を接着した。接合強度の判定は、ＳｉＣ基材が全く接合されなかった
場合をＸ印で表示し、接合面で破断した場合は破断時の
荷重で示した。但し、接合面に全く異常がなく銅リベッ
トが破断した場合はテスターの許容荷重１５０ｋｇを利
用してｒ１５０ｋｇ以上」と表示した。第１表かられかるように、本発明範囲内の化学成分を有
すると共に複合粉末からなる接着剤は、接合温度が低す
ぎたり（＆６）、高すぎたり（Ｎα７）した場合を除き
、接合温度を適切に選択する使用により、接合強度が充
分得られる。これに対し、本発明範囲外の化学成分を有
する比較例（Ｎ［１８，１０〜１４）は、複合粉末から
なる接着剤であっても接合自体ができない。

【以下余白】

ス遼１」＆いずれも３２５メツシユ以下の粉末である各成分の粉末
を、Ｔｉ粉末２０ｇ、Ｎｉ粉末１０ｇ、Ａｇ粉末４０ｇ
、Ｃｕ粉末３０ｇ及びＳｉ粉末３ｇの割合で配合し、摺
潰機にて約３時間混合粉砕し、粒度を１０μｍ以下に微
粉砕した。次いで、ペースト状の接着剤にするために次の割合で配
合した。上記混合微粉末　　　　　１００ｇエチルセルロース　　　　　１８．３ｇテキサノール　
　　　　　２０．８ｇ活性剤　　　　　　　　　　２．２ｇこの組成物１４１．３ｇを万能ミキサーにて予備混練し
た後、３本ロール・ミルを用いて本混練し、ペーストと
した。次に、前記実施例１と同じ寸法で第２表に示す基材の試
験片を使用し、スクリーン印刷機にて同表に示す組合せ
基材の片側に全面印刷した。スクリーンはステンレス製
２００メツシユ、バイアス張りで、エマルジョン厚さ４
５μｍのものを使用した。印刷後、室温にて１０分間レベリングし、更に１０５℃
で３０分間乾燥した。乾燥後、厚膜焼成炉を使用し、窒
素気流中でピーク温度６００℃×８分間の６０分間プロ
ファイルにて脱脂処理を施した。次いで、基材を重ね合せ、荷重１　ｋｇ／ｃｄの状態で
真空下又は窒素気流中で接合した。それぞれの接合時の
条件は、真空下の場合には１０−’Ｔｏｒｒで８５０℃
Ｘ１ｈｒの加熱をし、窒素気流中の場合には厚膜焼成炉
を用いて８５０℃Ｘ９０分間プロファイルで加熱した。接合後、前記実施例１と同様の要領で接合強度を調べた
。その結果は、第２表に示すとうり、いずれも接合面に
は全く異常がなく、銅リベットが破断し、接合強度は充
分であった。

【以下余白】

なお、上記実施例では、接着剤を構成する粉末が１００
％複合粉末である場合を示したが、複合粉末が少なくと
も５０ｗｔ％含まれていれば同様の効果があり、またＳ
ｉＣに対する他の基材として。ＳｉＣ，Ａｎ、Ｏ，以外のセラミック並びニＳ　Ｕ　５
３０４以外の金属でも同様の効果があり、特に放熱性基
板等の複合基板、フロッピー製造用金型材等の耐熱・耐
摩耗用複合材、発熱材等々の接着に好適である。また、第１表に示した本発明例のそれぞれの接着剤にお
いて、ＴｉをＺｒ又はＮｂに変えた以外は実施例２と全
く同様にした場合、いずれも接合強度１５０ｋｇ以上の
基板が得られた。（発明の効果）以上詳述したように、本発明に係るＳｉＣ基材用無機接
着剤は、特定成分系でその化学成分を調整すると共に粉
末形態が複合粉末のものを含有せしめたので、接合が容
易で、しかも耐熱性、耐候性、熱衝撃性及び接着強度の
優れた接合部を得ることができ、ＳｉＣ同志間の接合の
みならず、他のセラミックや金属との異材質問の接合に
も使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における接合層の接着強度測定
法を説明する図である。特許出願人　　　　昭和電工株式会社代理人弁理士　　　中　　村　　　尚第１図手続補正書（自発）昭和６２年０４月０２日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％で（以下、同じ）、Ｔｉ、Ｚｒ及びＮｂの
うちの１種又は２種以上：１５〜２５％、Ｎｉ：５〜１
５％、Ａｇ：３５〜４５％、Ｃｕ：２５〜３５％及びＳ
ｉ：１〜７％からなる組成を有し、かつ、少なくとも、
各成分粉末が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含有していることを特徴とするＳｉ
Ｃ基材接合用無機接着剤。
（２）前記複合粉末は、粒度が１０μｍ以下で、かつ、
前粉末の少なくとも５０重量％を占めている特許請求の
範囲第１項記載の無機接着剤。
（３）前記接着剤は圧粉成形体をなしている特許請求の
範囲第１項又は第２項記載の無機接着剤。
（４）前記接着剤はペースト状をなしている特許請求の
範囲第１項又は第２項記載の無機接着剤。