JPH04306581A - セラミックス発熱体と金属ターミナルの接合方法 - Google Patents
セラミックス発熱体と金属ターミナルの接合方法Info
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- JPH04306581A JPH04306581A JP9469791A JP9469791A JPH04306581A JP H04306581 A JPH04306581 A JP H04306581A JP 9469791 A JP9469791 A JP 9469791A JP 9469791 A JP9469791 A JP 9469791A JP H04306581 A JPH04306581 A JP H04306581A
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- Japan
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- metal
- metal terminal
- heating element
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば炭化珪素のよう
なセラミックス発熱体と金属ターミナルの接合部および
これら部材を強固に固定するための接合方法に関する。
なセラミックス発熱体と金属ターミナルの接合部および
これら部材を強固に固定するための接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】セラミックス発熱体の端面に金属ターミ
ナルを固定する手段としては、これら部材を物理的に接
触させる方法と接合材を用いて接合する方法とがある。 このうち、物理的に接触させる方法は端面の接触面積が
大きい場合には適しているが、４００ ℃を越える高温
域で使用するとターミナル部分に酸化現象が発生し、接
触界面の抵抗が高くなって電流が流れなくなる欠点があ
る。
ナルを固定する手段としては、これら部材を物理的に接
触させる方法と接合材を用いて接合する方法とがある。 このうち、物理的に接触させる方法は端面の接触面積が
大きい場合には適しているが、４００ ℃を越える高温
域で使用するとターミナル部分に酸化現象が発生し、接
触界面の抵抗が高くなって電流が流れなくなる欠点があ
る。
【０００３】一方、接合する技術には、接合材として金
属ろう付材、耐熱導電性接着材、金属溶射材を用いる方
法が知られている。金属ろう付けは、高温下で接合され
るため通常 ４００〜６００ ℃の耐熱性があり、接合
強度も高いものである。ところが、ろう材や金属ターミ
ナルの熱膨張率は接合対象となるセラミックス発熱体に
比べてかなり高いため、ろう付け後に室温に戻すと接合
界面が剥離し易くなる。このため、１ｃｍ２ 程度の接
合面積しかろう付けできないのが現状である。耐熱導電
性接着剤には近年、６００ ℃を越える耐熱度のものが
開発されている関係で高温使用にも問題がなくなってい
るが、接着強度が数ｋｇ／ｃｍ２と低い問題点がある。
属ろう付材、耐熱導電性接着材、金属溶射材を用いる方
法が知られている。金属ろう付けは、高温下で接合され
るため通常 ４００〜６００ ℃の耐熱性があり、接合
強度も高いものである。ところが、ろう材や金属ターミ
ナルの熱膨張率は接合対象となるセラミックス発熱体に
比べてかなり高いため、ろう付け後に室温に戻すと接合
界面が剥離し易くなる。このため、１ｃｍ２ 程度の接
合面積しかろう付けできないのが現状である。耐熱導電
性接着剤には近年、６００ ℃を越える耐熱度のものが
開発されている関係で高温使用にも問題がなくなってい
るが、接着強度が数ｋｇ／ｃｍ２と低い問題点がある。
【０００４】金属溶射材を用いる方法については、特公
昭２６−９８９ 号公報に抵抗体端子として提案されて
いる。 しかしながら、本発明者の検討によると、この接合手段
を採る場合には溶射する金属の膜厚が接合部の接触なら
びに強度に著しい影響を与えるため、形成する金属溶射
層を一定範囲の膜厚にしないと耐久性のある正常な接触
固定を得ることができないことが判明した。
昭２６−９８９ 号公報に抵抗体端子として提案されて
いる。 しかしながら、本発明者の検討によると、この接合手段
を採る場合には溶射する金属の膜厚が接合部の接触なら
びに強度に著しい影響を与えるため、形成する金属溶射
層を一定範囲の膜厚にしないと耐久性のある正常な接触
固定を得ることができないことが判明した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、最も好適な
金属溶射層の膜厚範囲を解明して開発に至ったもので、
その目的は金属溶射法を用いて広い接合面積においても
高強度で耐久性に優れるセラミックス発熱体と金属ター
ミナルの接合部およびその接合方法を提供することにあ
る。
金属溶射層の膜厚範囲を解明して開発に至ったもので、
その目的は金属溶射法を用いて広い接合面積においても
高強度で耐久性に優れるセラミックス発熱体と金属ター
ミナルの接合部およびその接合方法を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明によるセラミックス発熱体と金属ターミナル
の接合部は、セラミックス発熱体の端面に金属ターミナ
ルを平均膜厚 １００〜３００ μｍ の金属溶射層に
より固定してなることを構成上の特徴とする。
めの本発明によるセラミックス発熱体と金属ターミナル
の接合部は、セラミックス発熱体の端面に金属ターミナ
ルを平均膜厚 １００〜３００ μｍ の金属溶射層に
より固定してなることを構成上の特徴とする。
【０００７】本発明で対象とするセラミックス発熱体は
、例えば炭化珪素（ＳｉＣ） 、珪化モリブデン（Ｍｏ
Ｓｉ２） 、ランタンクロメート（ＬａＣｒＯ３）系の
材料で形成された発熱体であり、ターミナルを構成する
金属はニッケルおよびその合金、ステンレス鋼などの耐
熱性、耐酸化性に優れる導電金属である。溶射金属には
、ニッケルおよびその合金やアルミニウム等が好適に用
いられる。
、例えば炭化珪素（ＳｉＣ） 、珪化モリブデン（Ｍｏ
Ｓｉ２） 、ランタンクロメート（ＬａＣｒＯ３）系の
材料で形成された発熱体であり、ターミナルを構成する
金属はニッケルおよびその合金、ステンレス鋼などの耐
熱性、耐酸化性に優れる導電金属である。溶射金属には
、ニッケルおよびその合金やアルミニウム等が好適に用
いられる。
【０００８】図１は本発明に係る接合部を例示した斜視
図で、セラミックス発熱体１の両端面に金属ターミナル
２が金属溶射層３によって固定されている。かかる接合
部においては、金属ターミナルをセラミックス発熱体の
端面に固定するための金属溶射層が １００〜３００
μｍ の膜厚範囲である点に主要な構成があり、この構
成要件を満たすことにより４００ ℃を越える耐熱性と
５０ｋｇ／ｃｍ２を上廻る接合強度が付与される。この
膜厚が １００μｍ 未満ではセラミックス発熱体と金
属ターミナルの十分な電気的接触が得られなくなって不
均一な発熱原因となり、また ３００μｍ を越えると
高温に発熱させた場合に溶射膜が剥離してしまい耐久性
が減退する。
図で、セラミックス発熱体１の両端面に金属ターミナル
２が金属溶射層３によって固定されている。かかる接合
部においては、金属ターミナルをセラミックス発熱体の
端面に固定するための金属溶射層が １００〜３００
μｍ の膜厚範囲である点に主要な構成があり、この構
成要件を満たすことにより４００ ℃を越える耐熱性と
５０ｋｇ／ｃｍ２を上廻る接合強度が付与される。この
膜厚が １００μｍ 未満ではセラミックス発熱体と金
属ターミナルの十分な電気的接触が得られなくなって不
均一な発熱原因となり、また ３００μｍ を越えると
高温に発熱させた場合に溶射膜が剥離してしまい耐久性
が減退する。
【０００９】上記のセラミックス発熱体と金属ターミナ
ルの接合部は、セラミックス発熱体の接合端面を粗化処
理したのち金属ターミナルを仮接着し、ついで仮接着し
た金属ターミナルの上部から接合端面に金属溶射を施し
て平均膜厚 １００〜３００ μｍ の溶射層を形成す
る方法で接合することができる。
ルの接合部は、セラミックス発熱体の接合端面を粗化処
理したのち金属ターミナルを仮接着し、ついで仮接着し
た金属ターミナルの上部から接合端面に金属溶射を施し
て平均膜厚 １００〜３００ μｍ の溶射層を形成す
る方法で接合することができる。
【００１０】セラミックス発熱体の接合端面は、予め清
浄化したのちサンドブラスト等の手段によって粗化処理
を施す。この面に金属ターミナルを仮接着する。仮接着
の方法は、金属ターミナルをセラミックス発熱体の端面
に物理的に仮付けするか、無機系接着剤による接着を介
しておこなうことができるが、接着状態は金属溶射時に
金属ターミナルが動かなければよい。
浄化したのちサンドブラスト等の手段によって粗化処理
を施す。この面に金属ターミナルを仮接着する。仮接着
の方法は、金属ターミナルをセラミックス発熱体の端面
に物理的に仮付けするか、無機系接着剤による接着を介
しておこなうことができるが、接着状態は金属溶射時に
金属ターミナルが動かなければよい。
【００１１】金属ターミナルは、板、線、網などの形状
として用いられるが、溶射金属との密着性の点で金属溶
射層で被覆される程度の厚さを有するメッシュ状の薄網
体とし、表面にブラスト処理またはエッチング処理を施
して使用に供することが好ましい。また、セラミックス
発熱体の端面に対する金属ターミナルの固定面積には特
に限定はなく、発熱時の電流値などを考慮して任意に決
定することができるが、少なくとも面積比として１／２
０になるように設定することが望ましい。
として用いられるが、溶射金属との密着性の点で金属溶
射層で被覆される程度の厚さを有するメッシュ状の薄網
体とし、表面にブラスト処理またはエッチング処理を施
して使用に供することが好ましい。また、セラミックス
発熱体の端面に対する金属ターミナルの固定面積には特
に限定はなく、発熱時の電流値などを考慮して任意に決
定することができるが、少なくとも面積比として１／２
０になるように設定することが望ましい。
【００１２】ついで、仮接着した金属ターミナルの上面
から接合端面に金属溶射を施す。溶射金属には例えばニ
ッケルクロム合金が用いられ、金属溶射の方法は火炎溶
射、プラズマ溶射など常用の手段でおこなうことができ
る。この際、溶射条件を調整して膜厚が １００〜３０
０ μｍ の範囲に溶射層を形成する。該溶射により、
例えば電気比抵抗が数Ωｃｍのセラミックス発熱体の端
面に電気比抵抗１０−４〜１０−５Ωｃｍの金属溶射層
を形成した場合には、表面抵抗は大幅に減少する。
から接合端面に金属溶射を施す。溶射金属には例えばニ
ッケルクロム合金が用いられ、金属溶射の方法は火炎溶
射、プラズマ溶射など常用の手段でおこなうことができ
る。この際、溶射条件を調整して膜厚が １００〜３０
０ μｍ の範囲に溶射層を形成する。該溶射により、
例えば電気比抵抗が数Ωｃｍのセラミックス発熱体の端
面に電気比抵抗１０−４〜１０−５Ωｃｍの金属溶射層
を形成した場合には、表面抵抗は大幅に減少する。
【００１３】
【作用】一般に、セラミックス材と金属を接合しようと
する際には、両材料間の熱膨張差により加熱・冷却の繰
り返しで接合界面に応力がかかり、剥離する現象が発生
する。しかし、金属には延性があるため接合金属層を薄
くすれば応力を緩和することができる。本発明によれば
金属の薄膜形成が容易な溶射法を適用し、平均膜厚 １
００〜３００ μｍ の金属溶射層を形成することによ
り加熱・冷却の繰り返し時においても剥離現象がなく、
４００〜６００ ℃の耐熱温度と５０ｋｇ／ｃｍ２を
越える接合強度を備える強固な接合が可能となる。
する際には、両材料間の熱膨張差により加熱・冷却の繰
り返しで接合界面に応力がかかり、剥離する現象が発生
する。しかし、金属には延性があるため接合金属層を薄
くすれば応力を緩和することができる。本発明によれば
金属の薄膜形成が容易な溶射法を適用し、平均膜厚 １
００〜３００ μｍ の金属溶射層を形成することによ
り加熱・冷却の繰り返し時においても剥離現象がなく、
４００〜６００ ℃の耐熱温度と５０ｋｇ／ｃｍ２を
越える接合強度を備える強固な接合が可能となる。
【００１４】形成された金属溶射層の表面電気抵抗はセ
ラミックス発熱体のそれよりも大幅に低下するから、通
電発熱させると電力は接合した金属ターミナルから先行
的に金属溶射層の全面に流れ、ついでセラミックス発熱
体全体を通って他端の金属ターミナルに流通する。この
際、セラミックス発熱体の端面、金属ターミナルおよび
金属溶射層間の接触抵抗は無視しえるほど小さくなるた
め、電流の損失なしにセラミックス発熱体の全体が均一
に発熱する。
ラミックス発熱体のそれよりも大幅に低下するから、通
電発熱させると電力は接合した金属ターミナルから先行
的に金属溶射層の全面に流れ、ついでセラミックス発熱
体全体を通って他端の金属ターミナルに流通する。この
際、セラミックス発熱体の端面、金属ターミナルおよび
金属溶射層間の接触抵抗は無視しえるほど小さくなるた
め、電流の損失なしにセラミックス発熱体の全体が均一
に発熱する。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して説
明する。 実施例１〜２、比較例１〜２ 予め端面（両側面）が平滑に目封じされた一辺が１００
ｍｍ の正方形の多孔質炭化珪素発熱体（ 電気比抵抗
３Ωｃｍ） の接合端面 （目封じ面） をサンドブラ
ストにより粗化処理し、この端面にエッチング処理を施
した幅３０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ のニ
ッケル網板 （網目２０＃）からなる金属ターミナルを
アルミナを主成分とする無機系接着剤で仮接着した。こ
の際の金属ターミナルの接合面積は、３０×２０ｍｍと
した。
明する。 実施例１〜２、比較例１〜２ 予め端面（両側面）が平滑に目封じされた一辺が１００
ｍｍ の正方形の多孔質炭化珪素発熱体（ 電気比抵抗
３Ωｃｍ） の接合端面 （目封じ面） をサンドブラ
ストにより粗化処理し、この端面にエッチング処理を施
した幅３０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ のニ
ッケル網板 （網目２０＃）からなる金属ターミナルを
アルミナを主成分とする無機系接着剤で仮接着した。こ
の際の金属ターミナルの接合面積は、３０×２０ｍｍと
した。
【００１６】ついで、仮接着した金属ターミナルの上部
から接合端面の全面に、ニッケルクロム合金を溶射金属
としてアーク溶射法を用いて膜厚の異なる金属溶射層を
形成し、金属ターミナルを接合固定した。このようにし
て金属ターミナルを接合した各セラミックス発熱体に通
電し、６００ ℃に発熱させた時の発熱状況、金属溶射
層の剥離状況および金属ターミナルの引張強度を調査し
、その結果を形成した金属溶射層の膜厚と対比させて表
１に示した。
から接合端面の全面に、ニッケルクロム合金を溶射金属
としてアーク溶射法を用いて膜厚の異なる金属溶射層を
形成し、金属ターミナルを接合固定した。このようにし
て金属ターミナルを接合した各セラミックス発熱体に通
電し、６００ ℃に発熱させた時の発熱状況、金属溶射
層の剥離状況および金属ターミナルの引張強度を調査し
、その結果を形成した金属溶射層の膜厚と対比させて表
１に示した。
【００１７】比較例３
実施例と同一の多孔質炭化珪素発熱体の端面に同一の金
属ターミナルを導電性接着剤（商品名“サーモンペース
ト”、耐熱度６８０ ℃） で接着して、接合部を形成
した。 この発熱体につき、実施例と同様にして各種の測定調査
をおこなった。その結果を表１に併載した。
属ターミナルを導電性接着剤（商品名“サーモンペース
ト”、耐熱度６８０ ℃） で接着して、接合部を形成
した。 この発熱体につき、実施例と同様にして各種の測定調査
をおこなった。その結果を表１に併載した。
【００１８】
【００１９】表１から、金属溶射層の膜厚が １００〜
３００ μｍの範囲にある実施例１、２は、この要件を
外れる比較例１、２および導電性接着剤で接合した比較
例３に比べて高性能で耐久性に優れる接合部が得られる
ことが判明する。
３００ μｍの範囲にある実施例１、２は、この要件を
外れる比較例１、２および導電性接着剤で接合した比較
例３に比べて高性能で耐久性に優れる接合部が得られる
ことが判明する。
【００２０】
【発明の効果】以上のとおり、本発明に従えば ４００
℃以上の耐熱度と５０ｋｇ／ｃｍ２を越す接合強度を備
える耐久性に優れるセラミッス発熱体と金属ターミナル
の接合部を提供することができる。したがって、長期間
の安定使用が保証される。
℃以上の耐熱度と５０ｋｇ／ｃｍ２を越す接合強度を備
える耐久性に優れるセラミッス発熱体と金属ターミナル
の接合部を提供することができる。したがって、長期間
の安定使用が保証される。
【図１】本発明によるセラミックス発熱体と金属ターミ
ナルの接合部を示した斜視図である。
ナルの接合部を示した斜視図である。
１ セラミックス発熱体
２ 金属ターミナル
３ 金属溶射層
Claims (2)
- 【請求項１】 セラミックス発熱体の端面に金属ター
ミナルを平均膜厚１００〜３００ μｍ の金属溶射層
により固定してなるセラミックス発熱体と金属ターミナ
ルの接合部。 - 【請求項２】 セラミックス発熱体の接合端面を粗化
処理したのち金属ターミナルを仮接着し、ついで仮接着
した金属ターミナルの上部から接合端面に金属溶射を施
して平均膜厚 １００〜３００ μｍ の溶射層を形成
することを特徴とするセラミックス発熱体と金属ターミ
ナルの接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9469791A JPH04306581A (ja) | 1991-04-01 | 1991-04-01 | セラミックス発熱体と金属ターミナルの接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9469791A JPH04306581A (ja) | 1991-04-01 | 1991-04-01 | セラミックス発熱体と金属ターミナルの接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04306581A true JPH04306581A (ja) | 1992-10-29 |
Family
ID=14117377
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9469791A Pending JPH04306581A (ja) | 1991-04-01 | 1991-04-01 | セラミックス発熱体と金属ターミナルの接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04306581A (ja) |
-
1991
- 1991-04-01 JP JP9469791A patent/JPH04306581A/ja active Pending
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