JP2000226271A - セラミックス金属接合体及びその接合方法 - Google Patents
セラミックス金属接合体及びその接合方法Info
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Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 接合面が広かったり、広範囲温度域で使用さ
れる場合においても熱応力緩衝材としてＣｕなど、中間
材を接合面に挿入せず、接合面が確実に接合されている
セラミックスと金属の接合方法とその接合体を提供す
る。 【解決手段】 セラミックスと金属とを接合する接合方
法において、接合に熱応力緩衝作用を持った接合材を用
いるようにした。また、接合材に所定の厚みを持たせて
接合を行うようにした。
れる場合においても熱応力緩衝材としてＣｕなど、中間
材を接合面に挿入せず、接合面が確実に接合されている
セラミックスと金属の接合方法とその接合体を提供す
る。 【解決手段】 セラミックスと金属とを接合する接合方
法において、接合に熱応力緩衝作用を持った接合材を用
いるようにした。また、接合材に所定の厚みを持たせて
接合を行うようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はセラミックスと金属
の接合方法、特に接合面が大きく、使用温度範囲の広い
接合方法に関する。
の接合方法、特に接合面が大きく、使用温度範囲の広い
接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、Ｍｏ−Ｍｎ法などによってセラミ
ックスの表面をメタライズした後、ろう付けなどにより
接合させる、また活性銀ろう法のようにＴｉを含むろう
材を用いて直接セラミックスと金属を接合させる方法な
ど、多数発表されている。
ックスの表面をメタライズした後、ろう付けなどにより
接合させる、また活性銀ろう法のようにＴｉを含むろう
材を用いて直接セラミックスと金属を接合させる方法な
ど、多数発表されている。
【０００３】Ｍｏ−Ｍｎ法とは、高融点金属法（テレフ
ンケン法）の１つで、Ｍｏ−Ｍｎ微粉末を有機バインダ
によりペースト状にしてセラミックス表面に塗布し、加
湿水素あるいは加湿フォーミングガス中にて１３００〜
１７００℃に加熱して、セラミックス表面に金属膜を形
成したあと、Ｎｉメッキを施し金属と接合させる方法で
ある。活性金属ろう法とは、活性金属を含んだろう材を
用い１５００℃程度にすることにより、Ｔｉなどの活性
金属がセラミックス中の酸化物と酸化還元反応を起こし
接合がなされる接合方法である。
ンケン法）の１つで、Ｍｏ−Ｍｎ微粉末を有機バインダ
によりペースト状にしてセラミックス表面に塗布し、加
湿水素あるいは加湿フォーミングガス中にて１３００〜
１７００℃に加熱して、セラミックス表面に金属膜を形
成したあと、Ｎｉメッキを施し金属と接合させる方法で
ある。活性金属ろう法とは、活性金属を含んだろう材を
用い１５００℃程度にすることにより、Ｔｉなどの活性
金属がセラミックス中の酸化物と酸化還元反応を起こし
接合がなされる接合方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、通常セ
ラミックスと金属は膨張係数が大きく異なる材質である
ため、その接合体を接合材と被接合物の剥離強度を上回
る熱応力を発生させるほどの広範囲温度域にて使用した
り、使用温度範囲は狭くても同程度の熱応力を発生させ
るほどの接合面が大きなものについては、熱応力を緩衝
せねばならずＣｕなど中間材を接合面に挿入しなくては
ならなかった。しかも、上記を含むほとんどの接合方法
において接合温度が１０００℃以上であるため、被接合
材が薄い場合などにそりなどを発生させてしまうという
問題があった。この問題を解決するために平２−１９９
０７３では接合させる金属を加熱冷却し、熱膨張率をセ
ラミックスに近づける方法によって接合を行っている
が、これは金属組織の制御を行わなくてはならず、かな
りの手間や複雑な設備が必要となり、また、接合金属の
種類によっても方法を変えなくてはならないものといっ
た問題があった。
ラミックスと金属は膨張係数が大きく異なる材質である
ため、その接合体を接合材と被接合物の剥離強度を上回
る熱応力を発生させるほどの広範囲温度域にて使用した
り、使用温度範囲は狭くても同程度の熱応力を発生させ
るほどの接合面が大きなものについては、熱応力を緩衝
せねばならずＣｕなど中間材を接合面に挿入しなくては
ならなかった。しかも、上記を含むほとんどの接合方法
において接合温度が１０００℃以上であるため、被接合
材が薄い場合などにそりなどを発生させてしまうという
問題があった。この問題を解決するために平２−１９９
０７３では接合させる金属を加熱冷却し、熱膨張率をセ
ラミックスに近づける方法によって接合を行っている
が、これは金属組織の制御を行わなくてはならず、かな
りの手間や複雑な設備が必要となり、また、接合金属の
種類によっても方法を変えなくてはならないものといっ
た問題があった。
【０００５】更に、熱応力の影響を低減させるため、ろ
う材のような接合材の厚さを大きく取った場合、接合面
に空気が残るなどの不具合が生じてしまう問題があっ
た。
う材のような接合材の厚さを大きく取った場合、接合面
に空気が残るなどの不具合が生じてしまう問題があっ
た。
【０００６】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、前記のように接合面が広かったり、広範囲
温度域で使用される場合においても熱応力緩衝材として
Ｃｕなど、中間材を接合面に挿入せず、接合面が確実に
接合されているセラミックスと金属の接合方法とその接
合体を提供することを目的とする。
れたもので、前記のように接合面が広かったり、広範囲
温度域で使用される場合においても熱応力緩衝材として
Ｃｕなど、中間材を接合面に挿入せず、接合面が確実に
接合されているセラミックスと金属の接合方法とその接
合体を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１は、セラミックスと金属とを接合した接合体
において、接合に熱応力緩衝作用を持った接合材を用い
るようにした。これにより、前記した程度以上に接合面
が広かったり、広範囲温度域で使用されるセラミックス
と金属の接合体についても、熱応力を緩衝し、別途熱応
力緩衝のための中間層を設けなくても確実な接合がなさ
れている接合体を得ることができる。
に請求項１は、セラミックスと金属とを接合した接合体
において、接合に熱応力緩衝作用を持った接合材を用い
るようにした。これにより、前記した程度以上に接合面
が広かったり、広範囲温度域で使用されるセラミックス
と金属の接合体についても、熱応力を緩衝し、別途熱応
力緩衝のための中間層を設けなくても確実な接合がなさ
れている接合体を得ることができる。
【０００８】また、請求項２においては、接合材に所定
の厚みを持たせて接合を行うようにした。これにより、
ろう材などの接合厚みを大きく取ることにより、ろう材
自身に熱応力緩衝作用を持たせ、中間層を不要とし、よ
り確実な接合の接合体を得ることができる。なお、接合
材の厚み及び材質は、接合を行うセラミックと金属の物
性、特に膨張係数に応じて、所定の値を定めて用いるこ
とができる。
の厚みを持たせて接合を行うようにした。これにより、
ろう材などの接合厚みを大きく取ることにより、ろう材
自身に熱応力緩衝作用を持たせ、中間層を不要とし、よ
り確実な接合の接合体を得ることができる。なお、接合
材の厚み及び材質は、接合を行うセラミックと金属の物
性、特に膨張係数に応じて、所定の値を定めて用いるこ
とができる。
【０００９】また、請求項３においては、接合材として
インジウムを用いるようにした。これにより、厚みの割
に熱応力緩衝の作用が大きいので、そりなどの問題をな
くし、より確実な接合の接合体の実現が可能となる。な
お、接合材としては同じく熱応力緩衝の作用が大きく、
接合に使用可能であればインジウムに限定されるもので
はない。
インジウムを用いるようにした。これにより、厚みの割
に熱応力緩衝の作用が大きいので、そりなどの問題をな
くし、より確実な接合の接合体の実現が可能となる。な
お、接合材としては同じく熱応力緩衝の作用が大きく、
接合に使用可能であればインジウムに限定されるもので
はない。
【００１０】また、請求項４において接合の開始時に接
合材と接合体を含む周囲の圧力を接合界面に空気が残留
しない程度の低圧とし、接合完了後その圧力を常圧に戻
し接合を行うようにした。これにより、いったん接合時
に低圧に保持することにより、接合部への空気などの混
入を防ぐとともに、常圧に戻すことにより、その圧力に
よって接合材を接合部に押し、セラミックスと金属との
接合部の密着性を向上させ、接合が確実な接合体を得る
ことができる。なお、接合開始時に低圧に保持する場
合、真空に近い方がより空気などの混入を防ぐことがで
き、好適である。また、その後戻す常圧については任意
でよいが、大気圧に開放してもよい。この場合、常圧に
戻す機構が簡易になるといった利点を持つ。
合材と接合体を含む周囲の圧力を接合界面に空気が残留
しない程度の低圧とし、接合完了後その圧力を常圧に戻
し接合を行うようにした。これにより、いったん接合時
に低圧に保持することにより、接合部への空気などの混
入を防ぐとともに、常圧に戻すことにより、その圧力に
よって接合材を接合部に押し、セラミックスと金属との
接合部の密着性を向上させ、接合が確実な接合体を得る
ことができる。なお、接合開始時に低圧に保持する場
合、真空に近い方がより空気などの混入を防ぐことがで
き、好適である。また、その後戻す常圧については任意
でよいが、大気圧に開放してもよい。この場合、常圧に
戻す機構が簡易になるといった利点を持つ。
【００１１】セラミックスと金属との接合方法におい
て、接合に熱応力緩衝作用を持った接合材を用いるよう
にした。これにより、接合面が広かったり、広範囲温度
域で使用されるセラミックスと金属の接合についても、
熱応力を緩衝し、別途熱応力緩衝のための中間層を設け
なくても確実な接合を行うことができる。
て、接合に熱応力緩衝作用を持った接合材を用いるよう
にした。これにより、接合面が広かったり、広範囲温度
域で使用されるセラミックスと金属の接合についても、
熱応力を緩衝し、別途熱応力緩衝のための中間層を設け
なくても確実な接合を行うことができる。
【００１２】また、請求項６では、接合の開始時に接合
材と被接合体を含む周囲の圧力を接合界面に空気が残留
しない程度の低圧に保持し、接合完了後に接合体周囲の
圧力を常圧に戻し接合するようにした。セラミックスと
金属との接合部の密着性を向上させ、接合が確実な接合
を行うことができる。
材と被接合体を含む周囲の圧力を接合界面に空気が残留
しない程度の低圧に保持し、接合完了後に接合体周囲の
圧力を常圧に戻し接合するようにした。セラミックスと
金属との接合部の密着性を向上させ、接合が確実な接合
を行うことができる。
【００１３】なお、同じく異種材質であり、熱膨張係数
が大きく異なるような部材、また広い接合部を設けなけ
ればならないような接合体であれば、セラミックスと金
属以外の接合体とすることもできる。
が大きく異なるような部材、また広い接合部を設けなけ
ればならないような接合体であれば、セラミックスと金
属以外の接合体とすることもできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明をより理解しやすくするた
め、以下に実施例を用いて詳説する。
め、以下に実施例を用いて詳説する。
【００１５】
【実施例】本実施例においては、 セラミックス…アルミナ系セラミックスφ２００×ｔ
５、 金属…アルミニウムφ２００×ｔ２０ を用いた。セラミックス、アルミニウムの接合面にイン
ジウムが濡れるため、銅によるメタライズを施す（ただ
し、金属が銅系合金の場合は不要）。この時のメタライ
ズは接合面が５００℃以下で行えるものとする。メタラ
イズを施した面にインジウムの予備ハンダを行う。
５、 金属…アルミニウムφ２００×ｔ２０ を用いた。セラミックス、アルミニウムの接合面にイン
ジウムが濡れるため、銅によるメタライズを施す（ただ
し、金属が銅系合金の場合は不要）。この時のメタライ
ズは接合面が５００℃以下で行えるものとする。メタラ
イズを施した面にインジウムの予備ハンダを行う。
【００１６】これらを図１のような治具に固定し、真空
チャンバおよび熱盤付きプレス機に設置する。熱盤によ
りセラミックス、アルミニウムを１７０〜２００℃に予
熱し、セラミックスの予備ハンダをしている面に別容器
で溶融させておいたインジウムを流し込む。チャンバ内
を真空にし、上板２を下げ接合厚さ調整スペーサ８にあ
てる。この時インジウムの厚みが希望通りの厚さになる
ようにスペーサを調整しておく。上板２と接合厚さ調整
スペーサ８が接触してから２〜５分後に真空を解除す
る。
チャンバおよび熱盤付きプレス機に設置する。熱盤によ
りセラミックス、アルミニウムを１７０〜２００℃に予
熱し、セラミックスの予備ハンダをしている面に別容器
で溶融させておいたインジウムを流し込む。チャンバ内
を真空にし、上板２を下げ接合厚さ調整スペーサ８にあ
てる。この時インジウムの厚みが希望通りの厚さになる
ようにスペーサを調整しておく。上板２と接合厚さ調整
スペーサ８が接触してから２〜５分後に真空を解除す
る。
【００１７】以上によって製作された接合体に関し、超
音波探傷装置で検査した結果、未接合部は存在せず、冷
熱衝撃試験を行った後も未接合部は発見されなかった。
音波探傷装置で検査した結果、未接合部は存在せず、冷
熱衝撃試験を行った後も未接合部は発見されなかった。
【００１８】
【発明の効果】本発明は上記構成により次の効果を発揮
する。中間材を用いなくても接合が可能になるので中間
材の酸化などの化学変化等を考慮する必要も無く、作業
工数の減少に寄与できる。
する。中間材を用いなくても接合が可能になるので中間
材の酸化などの化学変化等を考慮する必要も無く、作業
工数の減少に寄与できる。
【００１９】特に、請求項６では、真空装置以外、特別
な装置なく接合面に密着性を向上させることができ、ろ
う材厚さの大きい場合でも良好な接合状態の接合方法お
よびこれを用いた接合体を提供することができる。
な装置なく接合面に密着性を向上させることができ、ろ
う材厚さの大きい場合でも良好な接合状態の接合方法お
よびこれを用いた接合体を提供することができる。
【図１】本発明の実施の態様を示す装置中心部概略図
【図２】接合時の状態図
１…熱盤上、２…治具上、３…金属（アルミニウム）プ
レート、４…溶融インジウム、５…セラミックスプレー
ト、６…治具下、７…熱盤下、８…接合厚さ調整スペー
サ、９…ろう材流出防止リング、１０…真空チャンバ
レート、４…溶融インジウム、５…セラミックスプレー
ト、６…治具下、７…熱盤下、８…接合厚さ調整スペー
サ、９…ろう材流出防止リング、１０…真空チャンバ
Claims (6)
- 【請求項１】 セラミックスと金属を接合した接合体に
おいて、前記接合に熱応力緩衝作用を持った接合材を用
いたことを特徴とするセラミックスと金属の接合体。 - 【請求項２】 前記接合材に所定の厚みを持たせて接合
したことを特徴とする請求項１に記載のセラミックスと
金属の接合体。 - 【請求項３】 前記接合材としてインジウムを用いたこ
とを特徴とする請求項１から２記載のセラミックスと金
属の接合体。 - 【請求項４】 セラミックスと金属を接合する接合方法
において、前記接合に熱応力緩衝作用を持った接合材を
用いることを特徴とするセラミックスと金属の接合方
法。 - 【請求項５】 前記接合材に所定の厚みを持たせて接合
することを特徴とする請求項４に記載のセラミックスと
金属の接合方法。 - 【請求項６】 前記接合の開始時に接合材と被接合体を
含む周囲の圧力を接合界面に空気が残留しない程度の低
圧に保持し、接合完了後前記接合体周囲の圧力を常圧に
戻し接合を行うことを特徴とするセラミックスと金属の
接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11026161A JP2000226271A (ja) | 1999-02-03 | 1999-02-03 | セラミックス金属接合体及びその接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11026161A JP2000226271A (ja) | 1999-02-03 | 1999-02-03 | セラミックス金属接合体及びその接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000226271A true JP2000226271A (ja) | 2000-08-15 |
Family
ID=12185843
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11026161A Pending JP2000226271A (ja) | 1999-02-03 | 1999-02-03 | セラミックス金属接合体及びその接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000226271A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2493365R1 (es) * | 2012-12-21 | 2015-05-14 | Dario Toncelli | Aparato y procedimiento para la fabricación de paneles |
-
1999
- 1999-02-03 JP JP11026161A patent/JP2000226271A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2493365R1 (es) * | 2012-12-21 | 2015-05-14 | Dario Toncelli | Aparato y procedimiento para la fabricación de paneles |
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