JPH04160070A - セラミックス接合体およびその製造方法 - 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） 本発明はセラミックス接合体、特にはセラミックス部材
同士を強固に、かつ反りもなく接合することにより、航
空機産業、宇宙産業、各種機械工業、電子工業などの分
野で有用とされるセラミックス接合体およびその製造方
法に関するものである。

（従来の技術） 近年、セラミックスはその応用分野が拡大して各方面に
使用されるようになってきているが、このセラミックス
も単独で使用されることはまれで、これは他の部材と組
合せて複合化したもの、あるいはセラミックス部材同士
を接合したものが多用されている。

そして、このセラミックス部材同士の接合方法について
は、接合すべきセラミックス部材の界面にＣｕｂ、　Ｌ
ａＣｒＯ３、Ｓｉｎ、の各粉末を有機溶剤でペースト状
にしたものを塗布し、　１，０００〜１，２００℃で加
熱反応させて接合する方法（特開昭５５−７５９７８号
公報参照）、接合すべきセラミックス界面に炭化けい素
粉束を５０〜９０重量含有する結合剤を介在させ、少な
くとも１００ｋｇ／ｃｍ２の窒素分圧と１．６００〜２
．２００℃の温度で熱間水圧プレス処理する方法（特開
昭５８−８４１８５号公報参照）が提案されている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、この特開昭５５−７５９７６号公報に記載され
ている方法にはセラミックスの種類によってここに使用
する各粉末の混合比を変える必要があるし、得られるセ
ラミックス接合体が信頼性の乏しいものになるという不
利があり、特開昭５５−８４１８５号公報に記載されて
いる方法には接合温度が高く、かつ熱間水圧プレス法の
ために被接合材の寸法、形状が限定されるという欠点が
ある。

なお、このセラミックス部材同士の接合については、上
記した方法にみられるようにある程度の高温に加熱する
ことが必要とされるのであるが、この加熱・冷却のサイ
クルで発生する残留熱応力（これは接合しようとするセ
ラミックスが大きくなったり、接合するセラミックス間
の熱膨張係数の差が大きいとき、この熱応力も大きくな
るのである）を吸収可能とする方法が未だ提案されてい
ないために、接合しようとするセラミックスに割れが生
じ易いという欠点がある。

（課題を解決するための手段） 本発明はこのような不利、欠点を解決したセラミックス
接合体およびその製造方法に関するものであり、これは
セラミックス部材同士の接合面に活性金属層と銅層およ
び活性金属層を順次積層して介在させ、加熱し接合させ
てなることを特徴とするセラミックス接合体、およびセ
ラミックス部材同士の接合面に活性金属層と銅層および
活性金属層を順次積層して介在させ、不活性ガス雰囲気
中において、活性金属と銅との共晶温度より高いが活性
金属の融点以下の温度に加熱し、セラミックス部材同士
を接合させることを特徴とするセラミックス接合体の製
造方法を要旨とするものである。

すなわち、本発明者らはセラミックス部材同士を接合さ
せたセラミックス接合体を容易にかつ信頼性の高いもの
として取得する方法について種々検討した結果、セラミ
ックス部材同士の接合面に活性金属層と銅層および活性
金属層を積層し、これを接合すべきセラミックス部材の
界面に介在させ、これを活性金属と銅との共晶温度より
高いが活性金属の融点以下の温度に加熱すれば、この共
晶体によってセラミックス部材同士が強固に接合され、
このときの残留熱応力もこの銅粉末により吸収されるの
で、セラミックスの割れの生ずることがないということ
を見出し、この活性金属層の種類、この加熱接合方法な
どについての研究を進めて本発明を完成させた。

以下にこれをさらに詳述する。

（作用） 本発明はセラミックス部材同士を接合したセラミックス
接合体およびその製造方法に関するものである。

本発明のセラミックス接合体はセラミックス部材同士を
活性金属と銅との共晶体で接合したものであり、このも
のはセラミックス部材同士が強固に接合され、この接合
時の残留熱応力も銅層によって吸収されるのでセラミッ
クスに割れが発生することがないという有利性が与えら
れる。

本発明のセラミックス接合体を構成するセラミックスと
しては＾１２０３、Ｂｅ０１Ｚｒ０２、ＣａＯ１Ｓｉｎ
２、ＭｇＯ、ＴｉＯ２、　ムライト、５ｔ３Ｎ４、Ａｎ
　Ｎ、　ＢＮ、ＴｉＮ、ＳｉＣ，ＴｉＣ，ＴｉＢ２、サ
イアロンの少なくとも１種からなるものとされる。

また、このセラミックス部材は活性金属と銅との共晶体
によって接合されるのであるが、この活性金属としては
これが銅と共晶体を形成するものとすることが必要とさ
れることからＴｉ、　Ｚｒ、　Ｈｆから選択されるもの
とされる。

この活性金属層と銅層は後記する加熱により共晶体とさ
れ、セラミックス部材はこの共晶体によって強固に接合
されたものとなるのであるが、この接合時の加熱、冷却
のサイクルにより発生する残留熱応力はここに存在する
銅層により吸収されるので、本発明のセラミックス接合
体にはこの熱応力による割れの発生が防止される。

つぎにこのセラミックス接合体の製造方法を述べる。こ
のセラミックス接合体の製造にはまず、接合すべき２枚
以上のセラミックス部材を用意し、この一つのセラミッ
クス部材の表面に活性剤金属層と銅層および活性金属層
を順次３層に積層させたものが介在させられるのである
が、この活性金属層、銅層、活性金属層の３層積層体は
例えば厚さが５〜５０μｍの活性金属箔をセラミックス
部材の表面に載置したのち、この上に厚さが５〜４０μ
ｍの銅箔を載せ、ついでこの上に上記と同じ活性金属箔
を載置するようにすればよい。

このように活性金属層と銅層および活性金属層を介在さ
せたセラミックス部材にはこの上にこれと接合すべきセ
ラミックス部材を重ねたのち、必要に応じ加圧し、この
ように構成した積層体を適当な炉の中に挿入し、炉内で
の加熱によって上記した活性金属と銅とを共晶体とし、
この共晶体によってセラミックス部材同上を接合してセ
ラミックス接合体とするのであるが、この加熱は不活性
ガス雰囲気で行なうことがよいことから、炉内の雰囲気
は加熱に先立って、アルゴン、ヘリウムなどの不活性雰
囲気に置換するか、真空とすればよい。

この置換が終了したら所望の加熱プロフィールによる熱
処理を開始するのであるが、この加熱温度は活性金属と
銅との共晶温度である８８０℃より高い温度とする必要
がある。しかし、この活性金属が融解すると未接着とな
るので、この温度は活性金属の融点以下、したがってＴ
ｉのときには１，８００℃以下、Ｚｒのときには１，９
００℃以下、Ｈｆのときには２．２０７℃以下とするこ
とがよい、したがって、この加熱は例えば８８０〜１，
１００℃の範囲とすればよく、この加熱時間は３０分程
度とすればよいが、これはもっと短かくしてもよいし、
得られた共晶体を拡散させるためにもつと長い時間とし
てもよく、加熱終了後はセラミックス接合体取出しのた
めに冷却すればよい。しかし、この加熱、冷却のための
昇温、降温は熱処理を行なうセラミックスが熱衝撃に弱
いものもあるのでできるだけゆっくりとするほうがよい
し、特にこの降温速度は残留熱応力を少なくするために
できるだけゆっくりと下げるようにするほうが望ましい
が、この加熱は不活性ガス雰囲気とするか、真空中とす
ることがよい。

この熱処理が終了すると活性金属層と銅層とは共晶体と
なり、これがセラミックス部材間に存在するようになる
が、加熱下ではこの共晶体が溶融状にあるので、これに
よって複数枚のセラミックス部材は容易にかつ強固に接
合されるし、この接合体には割れの生じることもないの
で、得られたセラミックス接合体には各種産業用に有利
に使用できるようになるという有利性が与えられる。

（実施例） つぎに本発明の実施例をあげる。

実施例 ９６％のＡＪ２２０３を主材とする５０ｍｍｘ　５０ｍ
ｍＸ　Ｏ，６３５ｍｍのセラミックス板を用意し、この
１枚のセラミックス板の表面に５０ｍｍＸ　５０ｎ＋ｍ
Ｘ　５μｍのチタン箔を載置し、この上に５０＋ａｍＸ
　５０ｍｍｘ　３０μ諺の銅箔を重ね、さらにこの上に
５０ｍｍｘ　５０ｍｍｘ　５μｍのチタン箔を重ねたの
ち、この上にこのセラミックス板に接合しようとするも
う一枚のセラミックス板を載置した。

ついで、この積層体を電気炉内に挿入セットし、炉内の
雰囲気をアルゴンガス雰囲気に置換したのち、炉内の温
度をＴｉと銅の共晶温度である８８０℃以上の８８５℃
まで昇温し、この温度に３０分間保持したのち常温まで
冷却−したところ、２枚のセラミックス板がＴｉと銅の
共晶体で強固に接着されているセラミックス接合体が得
られ、これには割などの不利もないものであった。

（発明の効果） 本発明はセラミックス接合体およびその製造方法に関す
るもので、これは前記したようにセラミックス部材同士
の接合面に活性金属層と銅層および活性金属層を順次積
層して介在させ、加熱し接合させてなるセラミックス接
合体、およびセラミックス部材同士の接合面に活性金属
層と銅層および活性金属層を順次積層して介在させ、不
活性雰囲気中において、活性金属と銅との共晶温度より
高いが、活性金属の融点以下の温度に加熱し、セラミッ
クス部材同士を接合させることを特徴とするセラミック
ス接合体の製造方法を要旨とするものであるが、これに
よればセラミックス部材同士が活性金属と銅との共晶体
によって接合されるので、セラミックス同士を強固にか
つ反りもなく接合させることができるし、この場合には
加熱、冷却のサイクルによる残留反応力が銅層により吸
収されるので熱応力による割れなどの不利のないセラミ
ックス接合体を容易に得ることができるという有利性が
与えられる。

特許出願人　信越化学工業株式会社 □）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、セラミックス部材同士の接合面に活性金属層と銅層
   および活性金属層を順次積層して介在させ、加熱し接合
   させてなることを特徴とするセラミックス接合体。 ２、セラミックスがＡｌ＿２Ｏ＿３、ＢｅＯ、ＺｒＯ＿
   ２、ＣａＯ、ＳｉＯ＿２、ＭｇＯ、ＴｉＯ＿２、　ムラ
   イト、Ｓｉ＿３Ｎ＿４、Ａｌ＿２Ｎ、ＢＮ、ＴｉＮ、Ｓ
   ｉＣ、ＴｉＣ、ＴｉＢ＿２、サイアロンから選択された
   ものである請求項１に記載したセラミックス接合体。 ３、活性金属がＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆから選択されたもので
   ある請求項１に記載したセラミックス接合体。 ４、セラミックス部材同士の接合面に活性金属層と銅層
   および活性金属層を順次積層して介在させ、不活性雰囲
   気中において、活性金属と銅との共晶温度より高いが活
   性金属の融点以下の温度に加熱し、セラミックス部材同
   士を接合させることを特徴とするセラミックス接合体の
   製造方法。