JPH022829B2 - - Google Patents
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- JPH022829B2 JPH022829B2 JP57118414A JP11841482A JPH022829B2 JP H022829 B2 JPH022829 B2 JP H022829B2 JP 57118414 A JP57118414 A JP 57118414A JP 11841482 A JP11841482 A JP 11841482A JP H022829 B2 JPH022829 B2 JP H022829B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ceramic member
- metal member
- metal
- ceramic
- joined body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
〔発明の技術分野〕
本発明はセラミツク部材と金属部材との接合体
およびその製造方法に関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 一般にセラミツク部材に金属部材を接合させる
方法として、第１図に示すようにメタライズ処理
したセラミツク部材１の平面に金属部材２の平面
をろう材３を介在させて接合させる方法が行われ
ている。またセラミツク部材が特に窒化物や炭化
物等の非酸化物系の場合に、第２図の断面図に示
すように例えばセラミツク部材１に矩形の段部１
ａを形成する一方、金属部材２にこの段部１ａと
嵌合する凹部２ａを形成したり、あるいは段部１
ａと凹部２ａとをこれとは逆に形成して、これら
の凹凸部を嵌合させて接合させることも行われて
いる。 しかるにこのような従来の方法ではセラミツク
部材や金属部材の熱膨張率が異るため前者におい
ては接合面に剪断力が発生して接合が不安定にな
る欠点があつた。 また、後者の方法では上記した熱膨張率の差に
より図で上下方向に応力が作用するためセラミツ
ク部材の基部に応力が集中し易く、また逆の場合
には室温まで温度が戻つた状態で剥離方向に張力
が作用してセラミツク部材と金属部材とが分離し
やすくなる欠点があつた。 〔発明の目的〕 本発明はこのような欠点を解消するもので、セ
ラミツク部材と金属部材の熱膨脹率の差による応
力が接合方向に作用しかつセラミツク部材に生ず
る応力集中の少ないセラミツク部材と金属部材と
の接合体およびその製造方法を提供することを目
的とする。 〔発明の概要〕 すなわち本発明の接合体は、断面が台形状の接
合面を有するセラミツク部材と前記接合面に適合
する形状の接合面を有する金属部材とを、前記各
面を嵌合させて接合してなることを特徴とし、本
発明方法は断面が台形状の接合面を有するセラミ
ツク部材と、上記台形状の傾斜面に頂部の平坦面
とやや間隔をおいて嵌合する凹部を有する金属部
材とを、前記接合面と凹部とを勘合させて加熱
し、両部材の熱膨張により間隙を埋めて接合する
ことを特徴とする。 本発明に適用されるセラミツク部材としては、
窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化チタン等の
窒化物、炭化ケイ素、炭化チタン等の炭化物また
はホウ化ランタン等のホウ化物等の非酸化物系セ
ラミツクおよび酸化ケイ素、アルミナ等の酸化物
系セラミツクがあげられ、これらには酸化イツト
リウム等の焼結助剤等が含まれていてもよい。 本発明においてセラミツク部材の形状は台形状
の接合面を有する形状とする。なおここで台形状
とは断面が台形状の形状を有するものを示す。従
つて、台形の形状の他角錐あるいは円錐の先端を
切断したものや紡錘状のものも含まれる。 本発明に適用される金属としては、銅、鉄、ク
ロム、ニツケル、モリブデン、銀、コバルト、ア
ルミニウム等の単体、合金あるいは混合物があげ
られる。その形状はセラミツク部材の接合面に適
合する形状とする。 本発明においてはこれらセラミツク部材の傾斜
面に頂部および裾部の平坦部とやや問隔をおいて
金属部材を接合させる。接合に際しては、両端よ
り圧力をかけるのが望ましい。実用的には、両部
材を上下に載置し、熱膨張により生ずる間隙に、
上側部材が重力により追随させることが無理がな
く好ましい。 また接合方法としてはあらかじめセラミツク部
材の凸面を、メタライズ処理し、ニツケルメツキ
して金属部材をろう付けする方法をとることもで
きるが、次の方法により直接セラミツク部材と金
属部材とを接合するのが望ましい。 すなわち金属部材を酸素等の結合剤で表面処理
するかあるいは金属部材に結合剤を含有させて、
これをセラミツク部材に接触配置させ、窒素ガス
等の不活性ガス中で加熱する方法、または結合剤
を含有しないあるいは結合剤で処理されていない
金属部材を使用する場合は、金属部材をセラミツ
ク部材と接触配置して結合剤を含むガス雰囲気中
で加熱する方法が望ましい。 本発明に使用する結合剤は、金属との間に共晶
合金を生成するものであり、酸素、イオウ、リ
ン、ケイ素等があげられる。これらはセラミツク
部材と金属のそれぞれの種類および組合せに応じ
て適宜選択する。例えば金属が銅、鉄、クロムの
場合は、結合剤としては酸素、イオウが適してお
り、アルミニウムの場合はケイ素が適している。 またセラミツク部材と金属部材とを接触させて
加熱する温度は金属の融点以下でかつ金属と結合
剤との共晶合金の共晶温度以上が適している。例
えば金属が銅で結合剤が酸素の場合は、銅の融点
（1083℃）以下、銅―酸化銅の共晶温度（1065℃）
以上である。 またセラミツク部材が窒化ケイ素等の非酸化物
系セラミツクの場合は、セラミツク部材をあらか
じめ結合剤で表面処理あるいは結合剤を含有させ
てから金属部材と接触させて加熱することが望ま
しい。すなわち結合剤が酸素の場合、セラミツク
部材を酸化処理するかあるいはセラミツク部材に
酸化物を含有させる。 この直接接触させる方法が好ましい理由は、前
述したろう付け方法の場合では、セラミツク部材
の追随、移動によりろう材の分布が変化して不均
一になり、接合状態が部分劣化する欠点があり、
またこのろう付け方法では少なくとも２回の熱処
理が必要であるのに対し、直接接合させる場合は
１回の熱処理で済むことによる。 〔発明の実施例〕 次に本発明の実施例について説明する。 第３図は本発明の接合体の一実施例を示す側面
図である。図において、台形状の段部４ａを形成
させたアルミナ等のセラミツク部材４と、これに
嵌合する大きさの凹部を有するタフピツチ銅等か
ら成る金属部材とがその段部と凹部で接合されて
いる。第４図及び第５図は他の実施例である。 第６図は本発明方法を説明するための斜視図で
あり、セラミツク部材４の台形状の段部４ａの傾
斜面４ｂにその段部の頂部および裾部の平坦面と
やや間隔６をおいて金属部材５の凹部５ａとを嵌
合させて加熱する。 加熱によつて金属は熱膨張するが、傾斜面４ａ
に沿つて追随するので間隙が埋められ、良好な接
合面が得られる。 これを具体的実験データにより示す。まず本発
明の実施例として第６図の４，５に各々示すよう
な板厚3.0cm、縦横10.0cmで上底3.0cm、下底5.0cm
の台形状の凸部を有するセラミツク部材（Al2O3
製）とこれに対応する凹部を有する金属部材
（Cu製）を用意した。この金属部材５の接合面に
酸化処理を施こし酸化被膜を形成後、セラミツク
部材４とほぼ接触した状態に配置し1065〜1083℃
に加熱して接合体のサンプルを製造した。このサ
ンプルを５本用意し、左右方向に引張り荷重を加
え、これらの接合強度及び接合体が引き離される
際の状態すなわち、引き離される際に接合面以外
の部分にクラツクが発生しているか否かを調べ
た。また比較例として板厚3.0cm、縦横10.0cmで
一辺が5.0cmの正方形状の凸部を有するセラミツ
ク部材とこれに対応する凹部を有する金属部材
（Cu製）を用いた。この結果を表に示す。
およびその製造方法に関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 一般にセラミツク部材に金属部材を接合させる
方法として、第１図に示すようにメタライズ処理
したセラミツク部材１の平面に金属部材２の平面
をろう材３を介在させて接合させる方法が行われ
ている。またセラミツク部材が特に窒化物や炭化
物等の非酸化物系の場合に、第２図の断面図に示
すように例えばセラミツク部材１に矩形の段部１
ａを形成する一方、金属部材２にこの段部１ａと
嵌合する凹部２ａを形成したり、あるいは段部１
ａと凹部２ａとをこれとは逆に形成して、これら
の凹凸部を嵌合させて接合させることも行われて
いる。 しかるにこのような従来の方法ではセラミツク
部材や金属部材の熱膨張率が異るため前者におい
ては接合面に剪断力が発生して接合が不安定にな
る欠点があつた。 また、後者の方法では上記した熱膨張率の差に
より図で上下方向に応力が作用するためセラミツ
ク部材の基部に応力が集中し易く、また逆の場合
には室温まで温度が戻つた状態で剥離方向に張力
が作用してセラミツク部材と金属部材とが分離し
やすくなる欠点があつた。 〔発明の目的〕 本発明はこのような欠点を解消するもので、セ
ラミツク部材と金属部材の熱膨脹率の差による応
力が接合方向に作用しかつセラミツク部材に生ず
る応力集中の少ないセラミツク部材と金属部材と
の接合体およびその製造方法を提供することを目
的とする。 〔発明の概要〕 すなわち本発明の接合体は、断面が台形状の接
合面を有するセラミツク部材と前記接合面に適合
する形状の接合面を有する金属部材とを、前記各
面を嵌合させて接合してなることを特徴とし、本
発明方法は断面が台形状の接合面を有するセラミ
ツク部材と、上記台形状の傾斜面に頂部の平坦面
とやや間隔をおいて嵌合する凹部を有する金属部
材とを、前記接合面と凹部とを勘合させて加熱
し、両部材の熱膨張により間隙を埋めて接合する
ことを特徴とする。 本発明に適用されるセラミツク部材としては、
窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化チタン等の
窒化物、炭化ケイ素、炭化チタン等の炭化物また
はホウ化ランタン等のホウ化物等の非酸化物系セ
ラミツクおよび酸化ケイ素、アルミナ等の酸化物
系セラミツクがあげられ、これらには酸化イツト
リウム等の焼結助剤等が含まれていてもよい。 本発明においてセラミツク部材の形状は台形状
の接合面を有する形状とする。なおここで台形状
とは断面が台形状の形状を有するものを示す。従
つて、台形の形状の他角錐あるいは円錐の先端を
切断したものや紡錘状のものも含まれる。 本発明に適用される金属としては、銅、鉄、ク
ロム、ニツケル、モリブデン、銀、コバルト、ア
ルミニウム等の単体、合金あるいは混合物があげ
られる。その形状はセラミツク部材の接合面に適
合する形状とする。 本発明においてはこれらセラミツク部材の傾斜
面に頂部および裾部の平坦部とやや問隔をおいて
金属部材を接合させる。接合に際しては、両端よ
り圧力をかけるのが望ましい。実用的には、両部
材を上下に載置し、熱膨張により生ずる間隙に、
上側部材が重力により追随させることが無理がな
く好ましい。 また接合方法としてはあらかじめセラミツク部
材の凸面を、メタライズ処理し、ニツケルメツキ
して金属部材をろう付けする方法をとることもで
きるが、次の方法により直接セラミツク部材と金
属部材とを接合するのが望ましい。 すなわち金属部材を酸素等の結合剤で表面処理
するかあるいは金属部材に結合剤を含有させて、
これをセラミツク部材に接触配置させ、窒素ガス
等の不活性ガス中で加熱する方法、または結合剤
を含有しないあるいは結合剤で処理されていない
金属部材を使用する場合は、金属部材をセラミツ
ク部材と接触配置して結合剤を含むガス雰囲気中
で加熱する方法が望ましい。 本発明に使用する結合剤は、金属との間に共晶
合金を生成するものであり、酸素、イオウ、リ
ン、ケイ素等があげられる。これらはセラミツク
部材と金属のそれぞれの種類および組合せに応じ
て適宜選択する。例えば金属が銅、鉄、クロムの
場合は、結合剤としては酸素、イオウが適してお
り、アルミニウムの場合はケイ素が適している。 またセラミツク部材と金属部材とを接触させて
加熱する温度は金属の融点以下でかつ金属と結合
剤との共晶合金の共晶温度以上が適している。例
えば金属が銅で結合剤が酸素の場合は、銅の融点
（1083℃）以下、銅―酸化銅の共晶温度（1065℃）
以上である。 またセラミツク部材が窒化ケイ素等の非酸化物
系セラミツクの場合は、セラミツク部材をあらか
じめ結合剤で表面処理あるいは結合剤を含有させ
てから金属部材と接触させて加熱することが望ま
しい。すなわち結合剤が酸素の場合、セラミツク
部材を酸化処理するかあるいはセラミツク部材に
酸化物を含有させる。 この直接接触させる方法が好ましい理由は、前
述したろう付け方法の場合では、セラミツク部材
の追随、移動によりろう材の分布が変化して不均
一になり、接合状態が部分劣化する欠点があり、
またこのろう付け方法では少なくとも２回の熱処
理が必要であるのに対し、直接接合させる場合は
１回の熱処理で済むことによる。 〔発明の実施例〕 次に本発明の実施例について説明する。 第３図は本発明の接合体の一実施例を示す側面
図である。図において、台形状の段部４ａを形成
させたアルミナ等のセラミツク部材４と、これに
嵌合する大きさの凹部を有するタフピツチ銅等か
ら成る金属部材とがその段部と凹部で接合されて
いる。第４図及び第５図は他の実施例である。 第６図は本発明方法を説明するための斜視図で
あり、セラミツク部材４の台形状の段部４ａの傾
斜面４ｂにその段部の頂部および裾部の平坦面と
やや間隔６をおいて金属部材５の凹部５ａとを嵌
合させて加熱する。 加熱によつて金属は熱膨張するが、傾斜面４ａ
に沿つて追随するので間隙が埋められ、良好な接
合面が得られる。 これを具体的実験データにより示す。まず本発
明の実施例として第６図の４，５に各々示すよう
な板厚3.0cm、縦横10.0cmで上底3.0cm、下底5.0cm
の台形状の凸部を有するセラミツク部材（Al2O3
製）とこれに対応する凹部を有する金属部材
（Cu製）を用意した。この金属部材５の接合面に
酸化処理を施こし酸化被膜を形成後、セラミツク
部材４とほぼ接触した状態に配置し1065〜1083℃
に加熱して接合体のサンプルを製造した。このサ
ンプルを５本用意し、左右方向に引張り荷重を加
え、これらの接合強度及び接合体が引き離される
際の状態すなわち、引き離される際に接合面以外
の部分にクラツクが発生しているか否かを調べ
た。また比較例として板厚3.0cm、縦横10.0cmで
一辺が5.0cmの正方形状の凸部を有するセラミツ
ク部材とこれに対応する凹部を有する金属部材
（Cu製）を用いた。この結果を表に示す。
以上説明したように本発明の接合体は、金属の
熱膨張が傾斜面に沿つて追随するので応力がかか
らず、また冷却に際してもセラミツク部材には張
力が作用しないので安定した接合体が得られる。
熱膨張が傾斜面に沿つて追随するので応力がかか
らず、また冷却に際してもセラミツク部材には張
力が作用しないので安定した接合体が得られる。
第１図、第２図は従来の接合体の断面図であ
り、第３図、第４図及び第５図は本発明の接合体
の実施例を示す側面図、第６図及び第７図は本発
明方法を説明するための斜視図である。 １，４…セラミツク部材、２，５…金属部材、
４ａ…段部、４ｂ…傾斜面、５ａ…凹部、６…間
隙。
り、第３図、第４図及び第５図は本発明の接合体
の実施例を示す側面図、第６図及び第７図は本発
明方法を説明するための斜視図である。 １，４…セラミツク部材、２，５…金属部材、
４ａ…段部、４ｂ…傾斜面、５ａ…凹部、６…間
隙。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 断面が台形状の接合面を有するセラミツク部
材と前記接合面に適合する凹部を有する金属部材
とが、嵌合されると共に、共晶接合により接合さ
れてなるセラミツク部材と金属部材との接合体。 ２ 断面が台形状の接合面を有するセラミツク部
材と、上記台形状の傾斜面に頂部の平坦面とやや
間隔をおいて嵌合する凹部を有する金属部材と
を、前記接合面と凹部とを嵌合させて加熱し共晶
接合することを特徴とするセラミツク部材と金属
部材との接合体の製造方法。 ３ 加熱による熱膨張によつてセラミツク部材と
金属部材との間隙を埋めて接合する特許請求の範
囲第２項記載のセラミツク部材と金属部材との接
合体の製造方法。 ４ 金属部材は結合剤を含有しており、この結合
剤により直接セラミツク部材と接合される特許請
求の範囲第２項または第３項記載のセラミツク部
材と金属部材との接合体の製造方法。 ５ 金属部材は結合剤で表面処理されて直接セラ
ミツク部材と接合される特許請求の範囲第２項又
は第３項記載のセラミツク部材と金属部材との接
合体の製造方法。 ６ セラミツク部材と金属部材とを押圧力をかけ
た状態で接合させる特許請求の範囲第２項〜第５
項のいずれか１項記載のセラミツク部材と金属部
材との接合体の製造方法。 ７ 押圧力は、重力である特許請求の範囲第６項
記載の接合体の接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11841482A JPS5913676A (ja) | 1982-07-09 | 1982-07-09 | セラミツク部材と金属部材との接合体およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11841482A JPS5913676A (ja) | 1982-07-09 | 1982-07-09 | セラミツク部材と金属部材との接合体およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5913676A JPS5913676A (ja) | 1984-01-24 |
| JPH022829B2 true JPH022829B2 (ja) | 1990-01-19 |
Family
ID=14736053
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11841482A Granted JPS5913676A (ja) | 1982-07-09 | 1982-07-09 | セラミツク部材と金属部材との接合体およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5913676A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6211143U (ja) * | 1985-07-04 | 1987-01-23 | ||
| JPH0380162A (ja) * | 1989-08-21 | 1991-04-04 | Ngk Insulators Ltd | セラミック部品と金属部品の接合方法 |
| KR20010096370A (ko) * | 2000-04-18 | 2001-11-07 | 정호신 | 초경재료와 고속도강의 접합 방법 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4521744Y1 (ja) * | 1965-06-02 | 1970-08-28 | ||
| JPS5927746B2 (ja) * | 1978-06-30 | 1984-07-07 | 株式会社東芝 | セラミツク焼結体の製造方法 |
-
1982
- 1982-07-09 JP JP11841482A patent/JPS5913676A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5913676A (ja) | 1984-01-24 |
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