JPH02252682A

JPH02252682A - セラミックスのメタライズ法及びセラミックスの接合法

Info

Publication number: JPH02252682A
Application number: JP7126689A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Taniguchi; 裕一谷口; Shogo Konya; 省吾紺谷
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-03-23
Filing date: 1989-03-23
Publication date: 1990-10-11

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）本発明はセラミックスのメタライズ法及び接合法に関す
るものであり、特に真空封止性が必要な機器におけるセ
ラミックスとセラミックス、セラミックスと金属を、密
接強固に接合するためのメタライジング及び接合法に係
るものである。

（従来の技術）従来のセラミックスとセラミックス、またはセラミック
スと金属を接合する際には、ＡｇとＣｕの合金に数％の
Ｔ１を添加した金属と有機溶媒からなるペーストを印刷
し、これを、真空中の所定温度に保持１−で接合するい
わゆる活性金属法が多く用いられている。しかし、この
方法は、界面の真空封止性が悪く、接合した部品の内部
を真空に保持して使用する場合には、この方法は、−適
用できない欠点があった。

一方、真空封止性が要求される部品を接合する場合、一
般にＭｏ−Ｍｎ法または高融点金属法とよばれる特殊な
接合方法が用いられている。しかし、この方法は、工程
が非常に複雑である。すなわち、この一般的な方法とし
て、まずセラミックスの表面に、ＭｏとＭｎと有機溶媒
からなるペーストを印刷し、それを１４００℃以上のＮ
２とＮ２の混合雰囲気中に保持してメタライズしたのち
、Ｎｌメツキを行う。さらに、Ｎｌを安定に固着するた
め、真空中９００℃でシンタリングを行う。次にメタラ
イズされたセラミックスを金属に接合させるため、メタ
ライズ面にろう材を塗布し、これをＨ２中８００℃に保
持してろう付けを行う。

このように、活性金属法では、真空封止性という特性を
満足せず、また、Ｍｏ−Ｍｎ法では、工程が非常に長く
、かつメタライズ温度が高いというそれぞれの問題を有
していた。

（発明が解決しようとする課題）本発明は、真空スイッチ、電子レンジなどの器械におい
て、真空封止性が要求されるセラミックス−セラミック
ス或はセラミックス−金属の接合を、より簡便な方法で
提供することを目的とするものであって、前述した活性
金属法を改良する簡単な工程を採用することにより、Ｍ
ｏ　−Ｍｎ法によって得られる封止性と同等またはそれ
以上の性能をもつようなメタライジング法及びその接合
法を提供するものである。

（課題を解決するための手段）本発明はｓ　Ａｇ　＊　　Ｃｕ　、　Ｔ　ｌなどからな
る活性金属組成粉末に、Ａｐ、Ｓｌ、Ｐｂ、Ｂａ、Ｚｎ
。

Ｂｉ、Ｃｄ及びＴｆｌのうちの少くとも２種の金属を加
え、これに有機バインダーとオイルを添加して形成した
ペーストを、セラミックス面に塗布し、その後真空また
は不活性ガス雰囲気中にて加熱・焼成し、冷却後または
引き続き工程で、酸素をｌＯ〜１１０００ｐｐ含んだ窒
素（Ｎ２）、ヘリウム（Ｈｅ）またはアルゴン（Ａｒ）
の単独または混合雰囲気中で、５００℃以上乃至前記焼
成温度以下の範囲で焼成してメタライジングすること、
及び前記ペーストをセラミックスとセ”ラミックス或は
金属の間に介在させてセラミックスとセラミックス或は
金属を当接し、その後前記した２段の処理を行ってセラ
ミックスとセラミックス或はセラミックスと金属を接合
することを要旨とするものである。

以下、本発明の詳細な説明する。

従来、セラミックスと金属の接合に用いられている活性
金属法は、酸素に対して活性な金属であるＴｉ　、Ｚｒ
、Ｖ、Ｎｂ等と、セラミックスとの界面における反応を
利用する接合法である。しかし、この方法による接合界
面には、ガスが通過するミクロな間隙が存在している。

これは、真空封止性を要求される部材にはとうてい適用
できない。

すなわち、例えばヘリウムリーク量をみても、Ｉ　Ｘ　
ＬＯ−３ｔｏｒｒｆＩ／秒以下に保持できる場合が非常
に少くない。本発明者らは、前記ミクロ間隙に着眼し、
この間隙を成形しない方法として、接合温度で溶融する
ガラスの粉末を活性金属に添加し、間隙をガラスで充填
する方法を検討した。しかし、この方法では、接合強度
が得られず、また焼成温度や、混合比率を変えても、満
足を得る接合強度を得ることができなかった。このこと
は、ガラス粉末がＴ１等の活性金属により、還元されて
しまうことが原因であることがわかった。

そこで本発明者らは、活性金属が反応する時期と、ガラ
スが間隙を充填する時期を分離し、活性金属の反応工程
ではＴｉに還元されない状態に保持し、その後、間隙充
填工程を実施してガラスとなる雰囲気に制御することに
より、Ｍｏ　−Ｍｎ法に匹敵する高真空封Ｗ性を有する
接合部が得られることがわかり、本発明を完成するに至
った。

本発明の対象とするセラミックスは、酸化物系、窒化物
系、その他従来用いられている何れのものでもよい。接
合材となる活性金属としては、Ａｇ　−Ｃｕ−Ｔｉ系で
の粉末が（例えば、Ａｇ：７０ｖｔ％、　　Ｃｕ：２８
ｖＬ％、　Ｔｉ：２ｗｔ、％）であり、これも活性金属
法に通常用いられているものであって、これに関しては
特別な限定はない。本発明においては、この活性金属粉
末にＡｌ、Ｓｌ、−Ｐｂ。

Ｂａ、Ｚｒ、Ｂｉ、Ｃｄ及びＴｆｌのうちの少くとも２
種の金属を添加する。これらの金属はガラス化したとき
に接合材中のガラス濃度が１〜１５％好ましくは３〜５
２６となるように配合する。また２踵以上選択するのは
酸化物として単独では比較的融点の高いものであっても
、２種以上配合することにより、その融点を下げること
ができるからである。

この２以上のガラス組成とその融点の一例は下記の通り
である。

ガラス組成　（括弧内はｗｔ％）　　　融点Ｐｂ０（８
３）−Ｂ２０３（２５）−８ｉｎ２（１２）　　　６０
０’ＣＰｂ０（８３）−８２０３（１７）　　　　　　
　　　５５５℃Ｚｎ０（８３）　　Ｂ２０３　（３７）
　　　　　　　　７３０”Ｃすなわち、本発明において
配合成分の組合せによって多少異るがはり８００℃以下
のガラス化温度を採用することが好ましい。

本発明において、セラミックス表面に或はセラミックス
とセラミックス或は金属の間にペーストを塗布或は介在
するのは、上述した活性金属及びガラス化金属の各粉末
を混合し、これに有機バインダー（Ｎえばテルピネオー
ル）とオイル（例えばエチルセルローズ）を加えてペー
スト状にし、これをセラミックス表面に、スクリーン印
刷法、はけ或はスプレー法などそれ自身公知の方法で塗
布する。その後、ペーストを塗布したセラミックスを、
または、該セラミックスに他のセラミックス或は金属を
治具などを用いて当接固定してから、これらを、第一段
階の処理として真空焼成炉に入れ、ペーストをセラミッ
クス溶融接合処理をする。

この場合焼成温度は活性金属の共晶点以上であればよく
、通常８００〜９００℃の範囲が選ばれる。本発明にお
いて、この焼成雰囲気は真空に限らず不活性ガスでよい
。例えば純度の高いＡｒガス雰囲気（０２≦１　ｐｐｍ
）を用いると、次工程のガラス化処理への連続化が可能
となる。

前記焼成工程を経たセラミックスを、第２段階の処理と
してＡ　ｒ　＝　Ｈｅ　、Ｎ　２ガスの単独または混合
雰囲気を用いて焼成するのであって、本発明はこの焼成
処理に最大の特徴がある。すなわち、前記ガス雰囲気中
に１０〜１１０００ｐｐの酸素を含有させ、第１段階処
理における焼成温度以下の温度であって、５００℃以上
の温度範囲で５〜６０分の処理を行う。前記のように第
１段階処理されたメタライズ面或は接合面には、ミクロ
間隙が存在するが、第２段階処理によってｓｉ、ｐｂな
どの添加金属がガラス化し、これを埋める。酸素をｌＯ
〜１０００ｐｐ■雰囲気ガス中に混合させるのは、Ｓｌ
　、　Ｐｂなどの金属が酸素と反応し、ガラス形成に必
要なためである。酸素が１０ｐｐｍ以下ではセラミック
スを他のセラミックス、金属とを接合するときに接合し
ないか、不完全な接合しかできず、ｉｏ００ｐｐｍ以上
になる活性金属が酸化し、脆化が起る。また焼成温度を
５００℃以上としたのは、それ以下ではガラス化が不足
し、十分な接合強度が得られない。

また、第１段階の焼成温度以上の温度で焼成すると、ろ
う材が溶は不都合であるからであり、好ましくは８００
℃以下とする。

本発明において、上記範囲を定めたのは下記の実験結果
による。

セラミックスとしてＡ１１２０３９２％よりなる高さ１
０ｍｍ、［７径２０ｍｍのパイプを使用し、これに活性
金属としてＡｇ　７０ｖｔ％、Ｃｕ２８ｖＬ％、Ｔｉ　
２ｗｔ％よりなる粉末にガラス形成金属としてＰｂ＋Ｂ
を混合し、これらの粉末をバインダー（エチルセルロー
ズとテルピネオール）でペースト状にしたものを前記バ
イブの両端部に塗布し、一端を有底のコバール製金具に
、他端を銅バイブに次の要件で接合した。

第１段階処理として雰囲気　Ｎ２温度８５０℃×８０分で焼成した。その後第２段階処理としてＮ２雰囲気中で酸素濃度を第１表　　　　１２０ｐｐｍ温　度　７５０
℃Ｘ２０分　　可変−第２表第２段階の処理において、
ベースの雰囲気をＮ２とし酸素濃度を変えた場合（７５
０℃×２０分の条件で処理）の接合状況を第１表に、雰
囲気濃度−を変化させた場合（酸素濃度１２０ｐｐｍ＋
）の接合状況を第２表に示した。

第　　　　１　　　　表第表上記試料をＨｅ雰囲気下におき、銅バイブの開放された
上端をＨｅリークデイティクターに接合して、前記セラ
ミックスバイブとコバール、銅バイブとの接合点よりＨ
ｅガスの漏洩性を測定した。

表において評価良好なものはｌＯ″″”　ｔｏｒｒＩ／
ｓｅｃの値を示し、真空封止性が完全であった。それ以
外は、リークが多くみられた。上記結果から本発明の第
２段階処理条件が明らかとなった。

本発明において、第１段階の処理雰囲気は、真空にする
ことに限定されず、第１段階と、第２段階を連続して処
理する場合は、第２段階での雰囲気と同種のガスを使用
することが作業上好ましい。

この場合第１段階の雰囲気は純度の高いこと、すなわち
酸素濃度が１　ｐｐｍ以下となるようにする必要がある
。

（実　施　例）直径２０ｍｍのセラミックス（Ａｇ２０３）の筒１と、
金属としてコバール２及び銅３よりなる部材を添付図に
示すような箱状の接合体をセットした。

セラミックスの両端には、あらかじめ下記金属粉末にテ
ルピネオール（有機バインダー）とエチルセルローズ（
オイル）を加えてつくったペースト４を、スクリーン印
刷法で塗布し、前記金属を冶具で固定した。

活性金属粉末（Ａｇ：８８ｖｔ％、　　Ｃｕ：３０％、Ｔｉ：２％）
を８０％ガラス形成用金属粉末（Ｓ　ｉ：３０ｖｔ％、　　Ｐｂ：４０％、Ｂ：３０％
）を２０％これを第３表に示す条件でセラミックスと各
金属を接合した。

第３表　メタライジングの条件実施例　２実施例１の条件でセラミックス表面をメタライズ処理後
、メタライズ面３とコバール２及び銅３のそれぞれの間
にろう材（ＢＡｇ−８）を挿入し治具でこれらを固定し
た後真空中（１ｏ−６ｔｏｒｒ）で８００℃ＸＩＯ分間
のろう付は処理をした。

実施例１及び２で処理した接合部材に真空封止試験及び
引張り試験を実施した。何れも真空封止度１０−”　ｔ
ｏｒｒｇ／ｓｅｅ　ｓ引張強度３００ｋｇ　ｆ以上の結
果が得られ、真空スイッチ等の真空器機に十分使用でき
ることが確認できた。

（効　　果）上述したように、本発明は活性金属法を改良した簡易な
工程によって、Ｍｎ　−Ｍｏ法で可能のような優れた真
空封止性をＨするセラミックス−セラミックスまたはセ
ラミックス−金属の接合面を得ることができ、工業的に
極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明実施例の試験材の断面を示す。復代理人　弁理±　ＩＥ　村弘明

Claims

【特許請求の範囲】１、Ａｇ、Ｃｕ、Ｔｉからなる活性金属組成粉末に、Ａ
ｌ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｃｄ及びＴｌのう
ちの２種以上の金属を加え、これに有機バインダーとオ
イルを添加して形成したペーストを、セラミックス面に
塗布し、その後真空中または不活性ガス雰囲気中にて加
熱焼成し、さらに、酸素を１０〜１０００ｐｐｍ含んだ
窒素、ヘリウムまたはアルゴンの単独または混合雰囲気
で、５００℃以上乃至前記加熱焼成温度以下の範囲で焼
成することを特徴とするセラミックスのメタライズ法。２、Ａｇ、Ｃｕ、Ｔｉからなる活性金属組成粉末に、Ａ
ｌ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｃｄ及びＴｌのう
ちの２種以上の金属を加え、これに有機バインダーとオ
イルを添加して形成したペーストを、セラミックスとセ
ラミックス或は金属の間に介在せしめて、セラミックス
とセラミックス或は金属を当接し、その後真空中または
不活性ガス雰囲気中にて加熱焼成し、さらに、酸素を１
０〜１０００ｐｐｍ含んだ窒素、ヘリウムまたはアルゴ
ンの単独または混合雰囲気で、５００℃以上乃至前記加
熱焼成温度以下の範囲で焼成することを特徴とするセラ
ミックスの接合法。