JPH0258754B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (A) 〔産業上の利用分野〕 本発明は、セラミツクスとセラミツクス、ある
いはセラミツクスと金属を接合するメタライズ接
合法に係るもので、複雑な形状のセラミツクスと
接合金属の、超気密接合を比較的低温で容易にな
すことのできる、メタライズ用合金粉末によるメ
タライズ接合法に関するものである。

(B) 〔従来の技術〕 セラミツクスと金属を接合するには、従来、活
性金属法や高融点金属法等が実用化されており、
活性金属法は、Ti、Zr等の活性金属粉末と、こ
れと比較的低融点合金をつくるCu、Ni、Agとを
共晶組成になるようセラミツクスと被接合材料と
の間に挿入し、真空中または不活性ガス中で、一
回の加熱操作により接合する方法であるが、共晶
組成となる混合粉末を、セラミツクスと接合金属
の間に挿入する際に、Ti、Zr等の活性金属は酸
化しやすく、その酸化物がメタライズ層に残留し
てメタライズ強度を低下したり、粉末を完全に均
一に混合することは非常に困難であり、その為の
メタライズ層の不均一性に基づく、メタライズ強
度の低下や、気密性の低下を招く不都合があつ
た。また、セラミツクス管にフランジ等の丸物を
嵌合接合する場合、セラミツクス管と金属フラン
ジの接合面に、混合粉末を挿入して直接加熱メタ
ライズ接合した場合は、セラミツクス管と金属フ
ランジ間のクリアランスを、各部均一にすること
がほとんど不可能で、ろう材が片寄つたり、流出
して、接合部分にろう材が満遍無く充填されて、
高気密性を持たすことは不可能であつた。

従つて、セラミツクス管に金属フランジを接合
する方法としては、高融点金属法例えばMo―
Mn法が使用されているが、このMo―Mn法は
MoとMnの微粉末を有機バインダでペイント状
にしたものを、セラミツクスの表面に塗布して、
加湿水素または加湿フオーミングガス（H₂／
N₂）中において、1300〜1700℃でメタライジン
グし、Niメツキを施した後、ろう材を使用して
接合金属とろう付けする方法であるが、この方法
は活性ガスである水素を使用する為、危険性を伴
ない製造設備や製造方法が容易でなく、また、非
常な高温処理を伴なう為、高温炉を必要とし、設
備費が高くなり、製造コストが高くなる。

更に、セラミツクスも高温に良く耐えるものの
使用に限定される等、多くの制約があり、決して
使いがつての良いものではなかつた。

また、活性金属法と同様に微粉末を混合して、
使用するが、均一な混合は困難であり、従つて均
一なメタライズには困難性を伴なつた。

(C) 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は、上記したような活性金属法や高融点
金属法等、従来のろう材や接合法の欠点を解消
し、作業性に優れ、複雑な形状にもメタライズが
容易で、かつ酸化等の変質を防止し、常に均一な
成分を保持し、メタライズした場合も、常に均一
で強固なメタライズ強度を得ることのできる、メ
タライズ用合金粉末によるメタライズ法を提供す
るものである。

(D) 〔問題点を解決するための手段〕 重量比でTi.15〜25％、Cu.60〜40％、Ag.25〜
35％からなる合金を、微粉にしてなるメタライズ
用合金粉末、 即ち、上記混合比率のTi、Cu、Agを真空中ま
たは不活性ガス中において合金として後、粉砕し
て微粉末としたものを使用して、メタライズする
ものである。

なお、微粉末の粒度は、作業性の面からは
10μm以下が望ましいが、15μm程度までは作業
面・メタライズ面・メタライズ強度面からは支障
なく、セラミツクスへの塗布方法に応じて使用し
やすい粒度のものを使用する。

次にメタライズ粉末の組成であるが、実験結果
からは第２図に示すように、50Cu―15Ti―35Ag
から40Cu―25Ti―35Agの間の組成が、メタライ
ズ温度・メタライズ強度面から望ましく、15Ti
以下になるとメタライズ強度が、引張強度で５
Kg／mm²を下回るようになるので、15Ti以上が望
ましい。

逆に25Ti以上になると、第３図に示すように、
メタライズ温度が900℃を上回るようになり、使
用する炉の条件や、より高温に耐えるセラミツク
スを使用する要がある時、メタライズ条件がそれ
だけ厳しくなる。

次に、メタライズ用合金粉末によるメタライズ
法は、メタライズ合金粉末にバインダを加えてペ
ーストとし、セラミツクスに塗布後、真空中また
は不活性ガス中で加熱してメタライズし、そのメ
タライズ層に金属メツキを施した後、接合金属と
ろう付けするものである。

例えば、本発明の粒度10μmのメタライズ用合
金粉末を、メタクリレート、ニトロセルローズあ
るいはテレピン油等のいずれかの有機バインダー
を加えてペース状とし、第１図に示すような
Al₂O₃等のセラミツクス管１の金属フランジ２の
接合個所に帯状にスクリーン印刷または刷毛塗り
等により塗布後、真空中または不活性ガス中で
900℃前後に加熱すれば、メタライズ用合金粉末
中のTiがセラミツクス中に拡散して強固なメタ
ライズ層３が形成される。

この場合メタライズめ合金粉末中のCuとAgは
メタライズ温度を引き下げるとともに、Agは濡
性をよくして各部均一で緻密なメタライズ層を形
成する。

次にメタライズ層３にNi、Cu、Ag等の金属メ
ツキを施した後、金属フランジ２を第１図に示す
ように密に嵌合し、その嵌合部分に銀ろう４を介
在せしめて、真空中または不活性ガス中にて加熱
ろう付けすれば、銀ろう４はセラミツクス管１と
金属フランジ２の間に満遍無く拡散して、完全な
高気密で、かつ強固に接合される。

(E) 〔発明の効果〕 従来の活性金属法では、活性金属のTiやZrと、
低融点合金を作るCuやNiあるいはAg等の粉末混
合が均一にならないためと、活性金属の酸化等に
よる変質や、メタライズ部に酸化物の残留等によ
り、各部均一な接合が困難で、接合製品にばらつ
きを生じたり、均一強固な接合ができなかつた
り、接合部に高気密性等を付与することが困難で
あつた。

また、高融点金属法においても、例えばMo、
Mn等の混合において、同様に均一な混合が困難
という問題がある上、活性ガスを使用したり、高
温処理を必要とするため、製造が容易でなく、製
造設備費も高く、メタライズするセラミツクスも
高温によく耐えるものに限定される等の制約があ
つた。

本発明のメタライズ合金粉末によるメタライズ
接合法においては、Ti、Cu、Agを真空中または
不活性ガス中で、合金化して混合の不均一性をな
くし、かつ、合金化したことにより、活性金属で
あるTiの酸化を防止して、常に均一性を保持で
きるようにした。

また、本発明のメタライズ用合金粉末の組成に
おいて、Tiを15〜25％としことによりメタライ
ズのときのセラミツクス内への拡散をよくして、
メタライズ強度をあげるとともに、Cu60〜40％、
Ag25〜35％ととして、メタライズ温度をこの種
のろう材としては低温の900℃前後に低くし、更
にAgにより、ろう材の濡性をよくしてメタライ
ズ層の気密性を大きく向上するとともに、メタラ
イズを容易にし、メタライズのコスト低減を可能
にするものである。

更に本発明のメタライズ合金粉末によるメタラ
イズ接合法の特徴は、前記したようにメタライズ
層がセラミツクスに強固かつ均一に、しかも緻密
で常に製品に、ばらつき無く均一に形成されるこ
とである。

しかも、接合方法も高融点金属法の1300〜1700
℃に比較して大幅に低温の900℃前後でのメタラ
イジングをを可能にし、水素等の活性ガスを使用
しないので作業が安全であり、低温の為設備費も
安く経済的である。

次に本発明のメタライズ接合法により接合強度
並びに気密度は、第１図に示すように、例えば
Al₂O₃のセラミツクス管１のフランジ接合個所
に、本発明によるメタライズ用合金粉末、例えば
45Cu―20Ti―35Agの粒度10μmのものに、有機
バインダーのメタクリレートを加えてペースト状
としたものを帯状に塗布後、真空雰囲気中（５×
10^-5Torr）にて、約900℃で約10分間加熱してメ
タライズ後、、Nuメツキを施したうえ、第１図に
示すような形状のKovalの金属フランジ２を、真
空雰囲気中で銀ろう付け接合したものについて、
メタライズ接合試験を行なつた結果は、 その接合部のヘリユームデテクタによるリーク
テストにおいて、１×0^-8〔Torr・ｌ／ｓ〕以下
という高い気密度を示した。

更に金属フランジ２を基板にろう付け固定し
て、セラミツクス管１に回転トルクを与え、ある
いはセラミツクス管１に曲トルクをあたえた場合
も、セラミツクス管１が破損するか、金属フラン
ジ２が変形するに至つても、接合部には何等の異
常をも生じなかつた。

また、破損または変形寸前までのトルクを与え
た後のリークテストにおいても、接合部の気密は
１×10^-8〔Torr・ｌ／ｓ〕以下の値を示し、何等
気密の低下は無く、、高い気密性を保持した。

以上のように本発明のメタライズ用合金粉末に
よるメタライズ接合法においては、メタライズ用
合金粉末は化学的に安定で酸化し難く、均一に合
金化されているため、各部均一にメタライズさ
れ、メタライズ温度も比較的に低温であり、メタ
ライズ作業も容易なうえ、メタライズ層も強固
で、緻密かつ均一である。

そして、セラミツクス管に金属フランジを接合
した場合、一番問題となる接合部の高気密性付与
について、製品間にばらつきなく、一様に容易に
付与できるという、非常に大きな効果を発揮する
等、活性金属法や高融点金属法の欠点を補完し、
その長所を併せ持たせたことを特徴とするメタラ
イズ用合金粉末によるメタライズ接合法である。

(F) 〔他の実施例〕 本発明の実施例を、主としてセラミツクス管に
金属フランジを接合する場合について記したが、
板状のセラミツクスと金属板の接合は勿論、セラ
ミツクス同士の接合においても、それぞれのセラ
ミツクスをメタライズ用合金粉末によりメタライ
ズ後、ろう付けすれば容易に接合できる。

更にセラミツクス上に、本発明のメタライズ接
合法により、メタライズ合金粉末を所要形状に印
刷等してメタライズすることにより、強固な導電
膜や導電回路等を容易に設けることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の説明用一部断面例示図、第２
図はTiの混合比とメタライズ強度の関係曲線、
第３図はTiの混合比とメタライズ温度の関係曲
線。 １はセラミツクス管、２は金属フランジ、３は
メタライズ層、４は銀ろう。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 重量比でTi.15〜20％、Cu.60〜40％、Ag.25
   〜35％からなる合金を、微粉にしてなるメタライ
   ズ用合金粉末に、バインダを加えてペースト状と
   し、セラミツクスに塗布後、真空中または不活性
   ガス中で、加熱してメタライズし、そのメタライ
   ズ層に、金属メツキを施した後、接合金属と、ろ
   う付けすることを特徴とする、セラミツクスのメ
   タライズ接合法。