JPH0230689A - アルミナセラミックスのメタライズ方法 - 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］ 本発明はアルミナセラミックスのメタライズ方法に関し
、詳しくは高純度アルミナ賞セラミックスのメタライズ
に適した方法に関するものである。

［従来の技術］ アルミナセラミックスのメタライズの方法としては、例
えば特開昭５９−１５６９８１号公報や特開昭６０−２
１８８８号公報等で開示されているテレフンケン法が一
般的に採用されている。このテレフンケン法は、Ｍｏや
−等の高融点金属とＭｎの混合粉末をアルミナセラミッ
クス表面に塗布し、それを加湿水素雰囲気で加熱し焼付
は処理することによってアルミナセラミックス表面に高
融点金属層を形成せしめる方法である。この高融点金属
層の上面には通常Ｎｉメツキが施され、高融点金属層と
メツキ層とでメタライズ層を構成している。

テレフンケン法のメカニズムについて簡単に説明する。

まずＭｏや−の高融点金属が焼結し、高融点金属層の骨
格を形成する。一方アルミナ中の不純物から形成される
ガラス相が高融点金属層内に流入し、焼結した高融点金
属の隙間を充填しメタライズが完成する。

このように従来の方法では、アルミナセラミックス中の
不純物から形成されるガラス相が、Ｍｏあるいは讐粉末
の空隙部に移動することを利用する方法であるため、ア
ルミナセラミックス中に存在するガラス相の量が少ない
、すなわちアルミナセラミックスの純度が高い場合は、
従来のメタライズ方法でメタライズすることが困難であ
った。

この問題点に対処する方法として、ＡｍｅｒｉｃａｎＣ
ｅｒａｎ＋ｉｃ　５ｏｃｉｅｔｙ　Ｂｕｌｌｅｔｉｎの
５９巻（１９８０年）の７９４頁から８０２真に報告さ
れているように門。

あるいは−と、比較的低融点のガラスの両粉末を混合し
たペーストでメタライズする方法が開発されている。こ
の方法はペースト中に含有されているガラスがアルミナ
表面に流動し、流動したガラスとアルミナとの反応をメ
タライズに利用するものである。しかし、この方法では
予めガラス相がペースト中に含有されており、焼成時に
ガラス相が高融点金属層の表面部分に流動し、メツキが
施せない場合が生じる確率が高いという欠点が存在して
いる。そこでより確実な、内部に存在するガラス量の少
ないアルミナセラミックスに対するメタライズ方法の開
発が望まれていた。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は前述した従来法における問題点の解決を図るこ
とを目的とするものであり、金属とアルミナセラミック
スの接合において、従来方法ではメタライズが困難な、
高純度のものに対するメタライズを可能ならしめるメタ
ライズ方法を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 前記課題を解決すべく本発明は、アルミナセラミックス
の表面に、融点が９００℃以上１３００℃以下のガラス
粉末を有機ビヒクルで混練したペーストを塗布し、乾燥
させた後、メタライズ処理することを特徴とするアルミ
ナセラミックスのメタライズ方法を要旨とするものであ
る。

し作　用］ 本発明の具体的方法を図に基づいて説明する。

第１図は本発明のメタライズ方法に基づいてメタライズ
されたアルミナセラミックスの全体（以下アルミナ体と
称する）の断面構造図である。図において上がアルミナ
体を示す。このアルミナ体上は、アルミナセラミックス
２０表面２ａに後述する如きガラス相層３を形成し、該
ガラス相１ｉ３の上面３ａにメタライズ層４を形成する
ことによって構成されている。この具体例におけるメタ
ライズＮ４は、Ｍｏまたは−のうち少なくとも一種の粉
末をペースト状にして塗布し、焼付は処理（この焼付は
処理された層を以下高融点金属層４１と称する）した後
、その上面４１ａにＮｉメツキを施して形成した。

前記したメタライズ処理は、非酸化性雰囲気下での焼付
は処理であり、焼付は温度は１３００℃以上１４５０℃
以下が望ましい。焼付は温度が１３００℃未満だと塗布
したガラス相層３とアルミナセラミックス２との反応が
十分に進行せず、メタライズ強度が低下する。一方焼付
は温度が１４５０℃を超えるとガラス相の成分がアルミ
ナセラミックス２の内部に過度に拡散し、アルミナ母材
の強度の劣化を招く。

前述したメタライズ処理を行うためには、ガラス相層３
を形成するガラス粉末の融点が、９００℃以上１３００
℃以下であることが必要である。

融点が１３００℃を超えるとガラスの流動性がが悪く、
高融点金属層内に流動しない。逆に融点が９００℃未満
ではろう付は時にガラス和暦３中のガラスが再溶融し、
ろう付けの際の位置合わせ等が困難となる。

このような温度範囲の融点を有するガラス粉末の一例と
しては、ｋｌｔＯｓ　、　ＭｎＯおよび５ｉＯ１を主成
分とするもの、あるいはＣａＯ、ＭｎＯおよびＳｉＯ□
を主成分とするもの等が適用可能である。またその各々
の成分範囲として、ｌ’Ｊｚ０２　、　ＭｎＯおよびＳ
ｉＯ□を主成分とするものでは、ｌ’Ｊｔ（ｈ　　：　
０〜３０重量％、ＭｎＯ＝３０〜６５重量％、ＳｉＯ！
：２０〜６５重量％の範囲内で配合割合を適宜調整すれ
ば良く、同様にＣａＯ、ＭｎＯ、および５ｉ０２を主成
分とするものでは、ＣａＯ：　Ｏ〜４０重量％、　Ｍｎ
Ｏ：　２０〜６５重量％、ＳｉＯ□：２５〜６５重量％
の範囲内で配合割合を適宜調整すれば良い。これらのガ
ラスは非酸化性雰囲気でも変質せず、またアルミナセラ
ミックスと十分に反応するものである。

次に前記第１図に示すアルミナ体上を製造する方法につ
いて述べる。

アルミナセラミックス２に塗布されるべき前記融点を有
するガラス粉末は２０μ以下に粒度調整され、エチルセ
ルロース等の有機バインダーとテルピネオール等の有機
溶媒からなるビヒクルによって混練されてペースト状と
なる。このペースト状のガラス粉末（以下ペースト状ガ
ラス粉末と称す）は、スクリーン印刷、刷毛塗り、ある
いは吹き付は等の方法を用いてアルミナセラミックス２
の表面２ａに塗布される。この場合塗布されるガラス粉
末の合計体積は、ガラス粉末を塗布した面の面積にｌＸ
ｌ０−’ないし２０Ｘ１０−６ｍを乗じた値が望ましい
。塗布されたガラス粉末の体積が前記範囲未満ではガラ
ス量が不十分であり、前記範囲を超えた場合は、以後の
焼成に際して生成するガラス相層が厚くなり過ぎること
により接合部の強度がガラス相強度に支配されて、アル
ミナセラミックス母材の強度等の特性が発揮できなくな
る。ペースト状ガラス粉末が塗布されたアルミナセラミ
ックスはオーブン、あるいは乾燥炉等で乾燥される。次
いで塗布されたガラス粉末の上面に、ＭｏまたはＷのう
ち少なくとも一種からなる粉末をエチルセルロース等の
有機バインダーとテルピネオール等の有機溶媒とからな
るビヒクルによって混練し、ペースト状としたもの（以
下ペースト状金属粉末と称す）を塗布する。塗布の方法
は前記ガラス粉末と同様にスクリーン印刷、刷毛塗り、
あるいは吹き付は等の方法が用いられる。ペースト状ガ
ラス粉末およびペースト状金属粉末が塗布されたアルミ
ナセラミックス２は加湿水素雰囲気下で焼付は処理され
る。この焼付は処理によって前記ペースト状ガラス粉末
はガラス相層３となり、ペースト状金属粉末は高融点金
属層４１となる。

高融点金属層４１の上面４１ａにはＮ１メツキ４２が施
されてメタライズ層４が形成され、本発明のアルミナ体
上が完成する。

［実施例１コ 本実施例におけるアルミナセラミックス２０は第２図の
斜視図に示すように、内径１２ｍｍφ×外径１６閣φ×
高さ１（ＬｍｍのＡ７．０３の純度９９％のアルミナセ
ラミックスの円筒体である。このアルミナセラミックス
２０の表面２０ａに、先ず、’Ａｌｔｏ３：ＭｎＯ：５
ｉＯｚ＝　１０　：　４５　：　４５重量比のＡ７，０
．−ＭｎＯ−５ｉＯ□系ガラス粉末をエチルセルロース
５ｇ１テルピネオール５５ｇからなるビヒクルで混練し
て得られたペースト状ガラス粉末をスクリーン印刷によ
り塗布し、オーブン内において２００℃で乾燥させた。

ペースト状ガラス粉末の塗布体積は第１表に示す通りで
ある。

第１表 次いで、ペースト状ガラス粉末の上面に、Ｍｏ粉末にエ
チルセルロース５ｇ、テルピネオール５５ｇからなるビ
ヒクルを添加して混練したペースト状金属粉末を、スク
リーンで印刷することにより塗布し、次いで露点２０℃
の窒素９０体積％と水素１０体積％との混合ガス中で１
４００℃に加熱し、この状態を約６０分間保持し、前記
した焼付は処理を行った。次いでその上面にＮｉメツキ
を施し、約２０ｐｍのメタライズ層４０（第３図）を形
成したが、Ｎｉメンキの成功率は、ペースト状ガラス粉
末の塗布体積の如何を問わず完全な成功を収めた。

このようにしてアルミナセラミックス２０の上面２０ａ
にガラス相層３０を、その上面３０ａにメタライズ層４
０が形成された円筒状アルミナ休刊に、第３図に示すよ
うに銅管６を接合し、シール性と接合強度を測定した。

従来法としてアルミナセラミックス２０の表面２０ａに
対して直接ＭｏとＭｎの混合粉末ペースト（Ｍｏ：Ｍｎ
＝８０　：　２０重量比）を印刷し、同様の焼付は処理
を行ったものと比較して調査した。

本発明の方法では前記メタライズ層４０と銅管６の間に
ろう材５（本実施例ではＢＡｇ　−８を用いた）を介在
せしめ、水素雲囲気中でろう付けして接合体を得た。

比較の対象となった従来法による接合体は、ガラス相層
は形成させず、アルミナセラミックス２０の表面２０ａ
にメタライズ層を形成させ、ろう材としてＢＡｇ−８を
用い、銅管６を接合した。

さてシール性についてはヘリウムリークディテクターを
用いて評価した。そして、１０−”　Ｔｏｒｒ・１．／
ｓｅｃ以下の値を示したものを、真空封止性を保持する
接合体とした。また接合強度については、アルミナセラ
ミックス２０をクランプ装置で固定した状Ｂ　ｆ：　ｌ
ｉ管６を上方に引張る方法で評価した。

この結果、前記第１表に示すように本発明のアルミナセ
ラミックス体を用いた接合体は、特にガラス塗布体積が
１ｏｏｘｉｏ−１２ないし１５００ＸＩＯ−”ｒｒｆの
ときに高強度が得られた。またガラス相層３０を形成さ
せなかった場合は接合体は簡単に破壊し、引張強度を求
めるに至らなかった。

また真空封止性については本発明の方法を用いた場合、
ガラス塗布体積に関係なく１００％の真空封止性が得ら
れた。

［実施例２］ 実施例１とまったく同様の試験を純度９２％のアルミナ
セラミックスに対して行った。結果は第２表に示す。純
度９２％のアルミナセラミックスにおいては従来法でも
接合体の作製は可能であったが、本発明法と従来法を比
較した場合、本発明法でメタライズした方が高強度のも
のが得られた。

［実施例３］ 本実施例ではメタライズ温度についての検討を行った。

ガラス塗布体積２００Ｘ１０−”ｒｒｒであるペースト
状ガラス粉とペースト状金属粉が塗布されたアルミナセ
ラミックスに対し、アルミナ体を作製するための焼付は
温度を１２００℃から１５００℃の試験範囲で行っ°た
。ペースト塗布方法、焼付は雰囲気等は実施例１とまっ
たく同様である。

作製されたアルミナ体に対しては、実施例１と同様の引
張試験、およびアルミナリング側面に対し荷重の方向が
垂直である圧縮試験を行った。結果を第３表に示す。

最適焼付は温度は１３００℃以上１４５０　’Ｃ以下で
ある。

第２図 ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に基づくメタライズ方法を
用いることにより、従来のテレフンケン法では不可能で
あった高純度アルミナセラミックスのメタライズが可能
になり、高強度で信頼性の高い接合体を作製することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づくメタライズ層の一例を示す断面
構造図、第２図は本発明の具体的実施例を示すものでア
ルミナセラミックス系アルミナセラミックス体の斜視図
、第３図はアルミナセラミックス体に鋼管を接合した状
態を示す断面図である。 上：アルミナ体、２．２０：アルミナセラミックス、３
，３０７ガラス相層、４，４０：メタライズ層、４１：
高融点金属層、４２：メツキ層、５；ろう材、６：鋼管
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アルミナセラミックスの表面に、融点が９００℃以上１
   ３００℃以下のガラス粉末を有機ビヒクルで混練したペ
   ーストを塗布し、乾燥させた後、メタライズ処理するこ
   とを特徴とするアルミナセラミックスのメタライズ方法
   。