JPH04164837A - セラミックス‐金属接合体の応力緩衝構造体 - 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−金属接合体の応力緩衝構造体
に関し、特に、高温で接合され、酸化雰囲気にて使用さ
れるセラミックス−金属接合体の接合部に生ずる残留応
力を緩和するセラミックス−金属接合体の応力緩衝構造
体に関する。

［従来の技術］ セラミックスと金属とを接合する場合、両者の熱膨張率
の差から、その接合部に残留応力が生ずる。この残留応
力を緩和する手段として、例えば特開昭６２−８７４６
９号公報では、緩衝材として銅を介在させる方法が提案
されており、また、実公平２−２０１８９号公報では、
Ｎｏ、　Ｗを主成分とする板を銅で積層したものを介在
させる方法が提案されている。

そして、これらの方法に使用される接合手段としては、
活性金属法が知られており、これは、Ｔｉを数％添加し
たロウ材を使用し、真空中又は不活性雰囲気下でロウ付
けする方法である。

また、特開昭６２−８７４６９号公報では、銅部材の表
面を耐酸化性ロウ材で被覆し、これにより、耐酸化性を
向上させることも提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、緩衝材として、上記鋼を用いる方法は、通常
の温度域での使用（室温〜７００℃）であれば、接合強
度、耐酸化性ともに充分であるが、それ以上の温度域で
は使用できない欠点を有している。その理由は、より高
い温度、例えば８００℃において強度の劣化が少ないロ
ウ材は、それよりも略３００℃以上高い固相点を有する
必要があるが、そのロウ付は時（即ち１１００℃以上）
においては、銅は溶けて流れてしまうことになる。また
、強度の劣化に多少口をつぶり、銅の融点以下で溶ける
ロウ材を用いたとしても、特開昭６２−８７４６９号公
報に記載されているように、７００℃以上では銅の酸化
による劣化を防止することができないものである。

そこで、本発明は、より高温でのロウ材げに耐え、かつ
、高温並びに酸化雰囲気中においても使用できるセラミ
ックス−金属接合体を提供することを目的とし、このセ
ラミックス−金属接合体の応力緩衝構造体を提供するこ
とを目的とする。

［課題を解決するための手段］ そして、本発明は、上記目的を達成する手段として、セ
ラミックスと金属とを厚さ０．１ｍｍ以上の白金、ロジ
ウム及び／又は白金とロジウムとの合金を介して接合す
る点にある。

本発明において使用できるセラミックス及び金属は、共
に従来用いられている全てのものを用いることができる
が、本発明により、より高温での使用が可能になるため
、金属としては、その使用環境において劣化、酸化しな
いものが効果的であり、ステンレスやニッケル合金が代
表的なものである。

白金、ロジウムは、単独でも積層でも、あるいは、合金
でも使用することができる。ただし、合金の場合は、組
成により融点が低下するので、ロウ材は時に融点を越え
ないように注意する必要がある。これら暉衝層の厚さは
、０．１ｍｍ以上必要であり、好ましくは０．２ｍｍ以
上である。０．１ｍｍに満たない場合は、応力の緩衝効
果が少ないので好ましくない。

接合手段は、従来がら知られている慣用の方法が用いら
れる。即ち、セラミツゲスと金属との接合部に、白金、
ロジウム及び／又は白金−ロジウム合金を重ね、各々の
間にロウ材を挟持してロウ材の融点（液相点）以上に加
熱する０通常、セラミックスに接するロウ材は、Ｔｉ、
Ｚｒなどの活性金属を含むものが用いられ、そして、真
空又は不活性雰囲気下で加熱する。

本発明によれば、従来用いられなかった接合材も使用す
ることができる。即ち、この接合材として、接合温度が
銅の融点である１０８３℃を越えるような金属ロウ材や
酸化物ソルダーといわれる高融点のガラスロウ材も使用
できる。

１０８３℃を越える金属ロウ材としては、例えば、Ｐａ
１ｏｒｏ　（登録商標−ＧＴＥ−ＷＥＳＧＯ社、固相点
１２００一液相点１２４０℃）、Ｐａ１ｎｉｒｏ　（同
上、１１０２〜１１２１℃）などがある。

ガラスロウ材としては、例えば、特開昭６３−１２３８
７７号公報に記載されているような、Ａｌ２Ｏ：＋−Ｌ
ａ、０３〜Ｙｚ０３−３ｉＯ□を主成分とするものなど
が挙げられる。

［作用コ 本発明で使用する白金、ロジウム又はそれらの合金は、
銅に比べて融点が高く（銅：　１０８３℃、白金：　１
７７４℃、ロジウム：　１９６６℃）、耐酸化性に優れ
ている。しかし、この理由のみで本発明における緩衝材
としての作用を説明することができるものではなく、詳
細は不明であるが、従来から銅を緩衝材として用いられ
ているのは、その変形し易さにあると考えられる０通常
、セラミックスと金属とを直接接合させる場合、冷却時
にセラミックスが収縮しようとする金属に引っ張られて
残留応力が発生する。この接合部に銅を挟むことにより
、銅が変形して応力を吸収し、残留応力が低減するもの
と考えられている。

ここで、白金、ロジウム又はそれらの合金は、銅以上に
応力の吸収能力を有していると考えられる。後の実施例
に記載するように、同じ条件下では、銅を用いた接合体
より強度が高い。

この理由として、銅と白金又はロジウムとの熱膨張率の
違いが考えられる。即ち、銅の熱膨張率は、１６．５Ｘ
　１０−６／’Ｃであり、接合材の金属と同一ないしは
それ以上であるが、白金は、８，９ＸＩＯ−６／℃、ロ
ジウムは、８．３Ｘ１０−’／”Ｃであり、銅より低い
値を示す、一方、接合材金属、例えば、Ｓｌ、ｌＳ　３
０４は、１４．４Ｘ　１０−’／’Ｃであり、サイアロ
ンは、３８５×１０−’／’Ｃであるので、白金やロジ
ウムは、その中間の熱膨張率を示すものであり、このた
め、より効果的に応力が吸収できるものと考えられる。

［実施例］ セラミックスとして、■日本セラミツゲスのサイアロン
、ＳｉＣ及び９９．５％アルミナを準備した。また、接
合相手金属としてステンレス３０３３０４及び５ＮＣＮ
鋼を準備した。

緩衝材として、白金、ロジウム、白金２０重量％−ロジ
ウム８０重量％の合金、白金５０重量％−ロジウム５０
重量％の合金、白金８０重量％−ロジウム２０重量％の
合金の箔（板）を用意し、比較のために銅箔（板）も用
意した。

接合用ロウ材として、ＧＥＴ−ＷＥＳＧＯ社製、Ｐａ１
ｏｒｏ　（固相点１２００℃、液相点１２４０℃）　、
Ｐａ１ｎｉｒｏ　（固相点１１０２℃、液相点１１２１
℃）の粉末を用意し、それぞれにＴｉ粉末を３重量％混
合したものを用い、またＴｉを含有しているロウ箔とし
て、Ｃｕ−ＡＢＡ　（ＧＴＥ−ＷＥＳＧＯ社、固相点９
５８℃、液相点１０２４℃）も使用した。

前記セラミックス及び接合相手金属を３Ｘ４ＸＬ８ｍｍ
に加工し、緩衝材は、種々の厚みのものを３×４ｍｍに
切断した。

それぞれの間に、Ｔｉを混合したロウ材を挟持させ、セ
ラミックス／緩衝材／接合相手金属の順に３Ｘ４ｍｍの
断面で組み立て、真空中、それぞれのロウ材の液相点＋
３０℃で１５分間加熱して接合した。できあがった接合
体を、大気中にて室温、５００℃、８００℃に加熱し、
１０時間保持後、その温度で４点曲げ試験を行なった。

結果を第１表に示す。

第１表　　　　ｎ＝５ 第１表から明らかなように、本発明における厚さ０．１
ｍｍ以上の白金、ロジウム、白金−ロジウム合金を緩衝
材として使用した場合、室温、５００℃及び８００℃の
いずれをも高い曲げ強度を示すことが理解できる。

特に、実施例６，７と比較例４．５とを比較すると、両
者は、緩衝材以外の接合条件が同一であるけれども、緩
衝材の違いにより、その接合体の曲げ強度上に差が生じ
、実施例６．７は、銅を用いた比較例４．５より強度が
高いことが認められる。

また、緩衝材として白金を用いても、その厚さが０．１
ｍｍ以下であれば、比較例２（厚さ０．０５ｍｍの白金
の使用）でみられるように、接合時に破壊し、また、厚
さが０．０７５ｍｍの比較例１，３では、その曲げ強度
が極めて低い値を示すことが理解できる。

［効果コ 本発明により、従来７００℃程度までしか使用できなか
った応力緩衝材入りセラミックス−金属接合体がより高
温で使用可能となる顕著な効果が生じ、そして、耐環境
性に優れたセラミックスと被加工性、靭性などに優れた
金属とを組み合わせた部品を得ることができ、この部品
の応用分野の拡大が期待できるものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. セラミックスと金属とを、厚さ０．１ｍｍ以上の白金、
   ロジウム及び／又は白金とロジウムとの合金を介して接
   合してなることを特徴とするセラミックス−金属接合体
   の応力緩衝構造体。