JPH04342479A - セラミックスと金属との接合方法 - Google Patents
セラミックスと金属との接合方法Info
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- JPH04342479A JPH04342479A JP13944891A JP13944891A JPH04342479A JP H04342479 A JPH04342479 A JP H04342479A JP 13944891 A JP13944891 A JP 13944891A JP 13944891 A JP13944891 A JP 13944891A JP H04342479 A JPH04342479 A JP H04342479A
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Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
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、セラミックスと金属と
の接合方法に関し、特に、８００℃の高温雰囲気下にお
いて実用に耐える接合強度を有するセラミックスと金属
との接合方法に関する。
の接合方法に関し、特に、８００℃の高温雰囲気下にお
いて実用に耐える接合強度を有するセラミックスと金属
との接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】セラミックスは、特に窒化珪素、炭化珪
素又はサイアロン等のセラミックスは、高温特性が優れ
ており、そのため、高温に晒される部品素材として使用
されているが、更に、近年、この種セラミックスと金属
とを接合し、両者の得失を補う構造のセラミックスー金
属接合体が着目され、この接合体も、その特性に応じて
各種用途に使用されている。そして、この接合体として
は、従来、銀ー銅系金属ロウ「例えば田中貴金属工業社
製のＴＫＣ−７１０（液相温度：７８５℃）等」を用い
、該ロウによりセラミックスと金属とを接合したものが
知られている。
素又はサイアロン等のセラミックスは、高温特性が優れ
ており、そのため、高温に晒される部品素材として使用
されているが、更に、近年、この種セラミックスと金属
とを接合し、両者の得失を補う構造のセラミックスー金
属接合体が着目され、この接合体も、その特性に応じて
各種用途に使用されている。そして、この接合体として
は、従来、銀ー銅系金属ロウ「例えば田中貴金属工業社
製のＴＫＣ−７１０（液相温度：７８５℃）等」を用い
、該ロウによりセラミックスと金属とを接合したものが
知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、セラミック
スー金属接合体としては、５００℃以上の高温で、特に
８００℃の高温雰囲気で実用に耐える接合強度を有する
ものの出現が強く要望されている。しかしながら、従来
のセラミックスー金属接合体は、その接合材として、上
記したように、銀ー銅系金属ロウを使用するものであり
、この接合体は、５００℃以上の高温雰囲気下で接合強
度が急激に低下する欠点を有しており、そのため、この
高温下での実用に供せられる接合体が得られないもので
ある。また、セラミックスー金属接合体において、５０
０℃以上の高温での使用、特に８００℃の高温雰囲気で
の使用に耐える十分な接合強度を得るためには、ロウ材
を介してセラミックスと金属とを１０７０℃以上という
高温度で接合しなければならないが、それに適するロウ
材は、今日に至るも存在していない。
スー金属接合体としては、５００℃以上の高温で、特に
８００℃の高温雰囲気で実用に耐える接合強度を有する
ものの出現が強く要望されている。しかしながら、従来
のセラミックスー金属接合体は、その接合材として、上
記したように、銀ー銅系金属ロウを使用するものであり
、この接合体は、５００℃以上の高温雰囲気下で接合強
度が急激に低下する欠点を有しており、そのため、この
高温下での実用に供せられる接合体が得られないもので
ある。また、セラミックスー金属接合体において、５０
０℃以上の高温での使用、特に８００℃の高温雰囲気で
の使用に耐える十分な接合強度を得るためには、ロウ材
を介してセラミックスと金属とを１０７０℃以上という
高温度で接合しなければならないが、それに適するロウ
材は、今日に至るも存在していない。
【０００４】また、従来よりニッケルロウやパラジウム
ロウのような液相温度が高く、高温下で使用できるロウ
材も知られているが、この種ロウ材は、セラミックスに
は流れないため、セラミックスと金属との接合に用いる
ことができない。更に、ロウ材をセラミックスに流すた
めに、該ロウ材にチタン、ジルコニウム、ニオブ等の活
性金属を含有させる必要があるが、チタン、ジルコニウ
ム、ニオブ等の活性金属をロウ材中に含有させると、ロ
ウ材としての合金箔の作成が困難になるという問題点を
有している。
ロウのような液相温度が高く、高温下で使用できるロウ
材も知られているが、この種ロウ材は、セラミックスに
は流れないため、セラミックスと金属との接合に用いる
ことができない。更に、ロウ材をセラミックスに流すた
めに、該ロウ材にチタン、ジルコニウム、ニオブ等の活
性金属を含有させる必要があるが、チタン、ジルコニウ
ム、ニオブ等の活性金属をロウ材中に含有させると、ロ
ウ材としての合金箔の作成が困難になるという問題点を
有している。
【０００５】そこで、本発明は、上記した従来の欠点、
問題点に着目してなされたものであって、上記要望に沿
うセラミックスと金属との接合方法を提供することを目
的とする。詳細には、本発明は、５００℃以上の高温で
、特に８００℃の高温雰囲気で実用に耐える接合強度を
有するセラミックスと金属との接合方法を提供すること
を目的とし、更には、高温に晒される部品素材、例えば
８００℃という高温雰囲気下での使用を必要とする内燃
機関等の部材への使用が期待される高温特性に優れたセ
ラミックスー金属接合体を提供することを目的とする。
問題点に着目してなされたものであって、上記要望に沿
うセラミックスと金属との接合方法を提供することを目
的とする。詳細には、本発明は、５００℃以上の高温で
、特に８００℃の高温雰囲気で実用に耐える接合強度を
有するセラミックスと金属との接合方法を提供すること
を目的とし、更には、高温に晒される部品素材、例えば
８００℃という高温雰囲気下での使用を必要とする内燃
機関等の部材への使用が期待される高温特性に優れたセ
ラミックスー金属接合体を提供することを目的とする。
【０００６】
【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の接合
部分に活性金属箔と活性金属類を含まないロウ箔である
ニッケルとシリコンから成るロウ箔とを挿入し、１０７
０℃以上の温度で加熱し、接合する点を特徴とするもの
であり、これによって、高温特性に優れた耐熱接合体が
得られるものである。即ち、本発明は、セラミックスと
金属との接合方法において、セラミックスと金属との接
合部分に、チタン、ジルコニウム、ニオブ等の活性金属
箔と、ニッケルとシリコンから成るロウ箔とを挿入し、
１０７０℃以上の温度で加熱し、接合することを特徴と
するセラミックスと金属との接合方法である。
目的を達成する手段として、セラミックスと金属の接合
部分に活性金属箔と活性金属類を含まないロウ箔である
ニッケルとシリコンから成るロウ箔とを挿入し、１０７
０℃以上の温度で加熱し、接合する点を特徴とするもの
であり、これによって、高温特性に優れた耐熱接合体が
得られるものである。即ち、本発明は、セラミックスと
金属との接合方法において、セラミックスと金属との接
合部分に、チタン、ジルコニウム、ニオブ等の活性金属
箔と、ニッケルとシリコンから成るロウ箔とを挿入し、
１０７０℃以上の温度で加熱し、接合することを特徴と
するセラミックスと金属との接合方法である。
【０００７】以下本発明を詳細に説明すると、本発明に
おいて、接合用セラミックスとしては、特に限定するも
のではないが、窒化珪素、炭化珪素、サイアロンは高温
特性に優れているところから、これらのセラミックスを
使用するのが好ましい。また、接合用金属としても、耐
蝕性合金、例えばステンレス合金等使用目的に応じて適
宜使用することができる。
おいて、接合用セラミックスとしては、特に限定するも
のではないが、窒化珪素、炭化珪素、サイアロンは高温
特性に優れているところから、これらのセラミックスを
使用するのが好ましい。また、接合用金属としても、耐
蝕性合金、例えばステンレス合金等使用目的に応じて適
宜使用することができる。
【０００８】本発明において、活性金属箔の種類は、例
えばチタン、ニオブ、ジルコニウムの各箔であり、活性
金属であれば、いずれも使用することができる。また、
その箔は、限定するものではないが、１００μｍ前後の
厚さの箔を使用するのが好ましい。
えばチタン、ニオブ、ジルコニウムの各箔であり、活性
金属であれば、いずれも使用することができる。また、
その箔は、限定するものではないが、１００μｍ前後の
厚さの箔を使用するのが好ましい。
【０００９】更に、本発明で使用するニッケルとシリコ
ンとからなるロウ材（ロウ箔）としては、耐熱接合を目
的とするため、そのロウ材合金の液相温度が１０７０℃
以上の組成を有するものから適宜選定することができる
。具体的なロウ材を例示すると、本発明で限定するもの
でないけれども、■ ７１％Ｎｉー１９％Ｃｒー１０
％Ｓｉからなるロウ（液相温度：１０７０℃）、■
７３％Ｎｉー１１．３％Ｃｒー８％Ｗー４％Ｆｅー２．
２％Ｂー１．５％Ｓｉからなるロウ（液相温度：１１６
０℃）、■ ７３．３％Ｎｉー２０％Ｃｏー２．７％
Ｂー４％Ｓｉからなるロウ（液相温度：１１１０℃）を
挙げることができ（いずれも重量％）、いわゆるニッケ
ルーシリコンロウであって、通常、ニッケルロウと呼称
されているロウ材（ロウ箔）を使用することができる。
ンとからなるロウ材（ロウ箔）としては、耐熱接合を目
的とするため、そのロウ材合金の液相温度が１０７０℃
以上の組成を有するものから適宜選定することができる
。具体的なロウ材を例示すると、本発明で限定するもの
でないけれども、■ ７１％Ｎｉー１９％Ｃｒー１０
％Ｓｉからなるロウ（液相温度：１０７０℃）、■
７３％Ｎｉー１１．３％Ｃｒー８％Ｗー４％Ｆｅー２．
２％Ｂー１．５％Ｓｉからなるロウ（液相温度：１１６
０℃）、■ ７３．３％Ｎｉー２０％Ｃｏー２．７％
Ｂー４％Ｓｉからなるロウ（液相温度：１１１０℃）を
挙げることができ（いずれも重量％）、いわゆるニッケ
ルーシリコンロウであって、通常、ニッケルロウと呼称
されているロウ材（ロウ箔）を使用することができる。
【００１０】また、本発明において、接合温度としては
、１０７０℃以上とする必要がある。この接合温度とし
て１０７０℃より低い温度では、ニッケルとシリコンと
からなるロウ材（ロウ箔）が溶融せず、目的とする高温
雰囲気下（８００℃）における接合強度の発現が不十分
となり、好ましくない。一方、接合温度の上限は、接合
すべき金属の種類及び挿入するロウ材の種類に応じ適宜
選定することができる。例えば接合すべき金属の強度劣
化が発現するまでの加熱温度とすることができ、また、
溶融するまでの温度が許される。しかし、高温で加熱し
すぎて、接合すべき金属の強度劣化が生じたり、あるい
は、溶融したりする温度は採用できない。
、１０７０℃以上とする必要がある。この接合温度とし
て１０７０℃より低い温度では、ニッケルとシリコンと
からなるロウ材（ロウ箔）が溶融せず、目的とする高温
雰囲気下（８００℃）における接合強度の発現が不十分
となり、好ましくない。一方、接合温度の上限は、接合
すべき金属の種類及び挿入するロウ材の種類に応じ適宜
選定することができる。例えば接合すべき金属の強度劣
化が発現するまでの加熱温度とすることができ、また、
溶融するまでの温度が許される。しかし、高温で加熱し
すぎて、接合すべき金属の強度劣化が生じたり、あるい
は、溶融したりする温度は採用できない。
【００１１】
【実施例】次に、本発明の実施例並びに比較例を挙げ、
本発明をより詳細に説明する。 （実施例１〜６）接合すべき金属及びセラミックスとし
て、３×４×２０ｍｍの金属（ＳＵＳ−３０４）と３×
４×２０ｍｍのセラミックス（サイアロン：日本セラテ
ック社製）を使用した。そして、この金属とセラミック
スとの間に、第１層としてロウ箔を、第２層として活性
金属箔を、第３層として第１層と同一のロウ箔を順次挿
入し、「金属（ＳＵＳ−３０４）／第１層：ロウ箔／第
２層：活性金属箔／第３層：ロウ箔／セラミックス（サ
イアロン）」とした。第１層及び第３層として使用した
ロウ箔は、ニッケルロウ箔（ＢＮｉ−５ 準拠組成品：
日本非晶質金属社製）であり、また、第２層として用い
た活性金属箔は、厚さ１００μｍのチタン箔、同厚さの
ジルコニウム箔、同厚さのニオブ箔（いずれもニラコ社
製）の活性金属箔である。実施例１〜６における各層の
箔を表１に示す。なお、上記 ＢＮｉ−５ ニッケルロ
ウ箔は、その組成が７１重量％ニッケルー１９重量％ク
ロムー１０重量％シリコンからなるロウ（液相温度：１
０７０℃）であり、ニッケルーシリコンロウであって、
通常、ニッケルロウと呼称されているものである。
本発明をより詳細に説明する。 （実施例１〜６）接合すべき金属及びセラミックスとし
て、３×４×２０ｍｍの金属（ＳＵＳ−３０４）と３×
４×２０ｍｍのセラミックス（サイアロン：日本セラテ
ック社製）を使用した。そして、この金属とセラミック
スとの間に、第１層としてロウ箔を、第２層として活性
金属箔を、第３層として第１層と同一のロウ箔を順次挿
入し、「金属（ＳＵＳ−３０４）／第１層：ロウ箔／第
２層：活性金属箔／第３層：ロウ箔／セラミックス（サ
イアロン）」とした。第１層及び第３層として使用した
ロウ箔は、ニッケルロウ箔（ＢＮｉ−５ 準拠組成品：
日本非晶質金属社製）であり、また、第２層として用い
た活性金属箔は、厚さ１００μｍのチタン箔、同厚さの
ジルコニウム箔、同厚さのニオブ箔（いずれもニラコ社
製）の活性金属箔である。実施例１〜６における各層の
箔を表１に示す。なお、上記 ＢＮｉ−５ ニッケルロ
ウ箔は、その組成が７１重量％ニッケルー１９重量％ク
ロムー１０重量％シリコンからなるロウ（液相温度：１
０７０℃）であり、ニッケルーシリコンロウであって、
通常、ニッケルロウと呼称されているものである。
【００１２】次に、これを１０−６Ｔｏｒｒの真空下で
１０７０℃又は１１７０℃に加熱してセラミックスー金
属接合体を作成した。この接合体の８００℃における接
合強度を測定した。その結果を同じく表１に示す。
１０７０℃又は１１７０℃に加熱してセラミックスー金
属接合体を作成した。この接合体の８００℃における接
合強度を測定した。その結果を同じく表１に示す。
【００１３】
【表１】
【００１４】（比較例１〜１０）比較のために、活性金
属箔の代わりに活性でない金属箔（鉄又はニッケル箔）
を挿入した場合（比較例１、同２）、ニッケルロウ箔の
代わりに銅ロウの箔（Ｃｕ−ＡＢＡ ＧＴＥ−Ｗｅｓｇ
ｏ社製液相温度：１０２４℃）を挿入した場合（比較例
３〜８）以外に実施例と同一条件でセラミックスー金属
接合体を作成した。また、接合温度を１２７０℃（比較
例９）又は１０３０℃（比較例１０）とした点を除いて
実施例と同一条件でセラミックスー金属接合体を作成し
た。これらの接合体の８００℃における接合強度を測定
した。その各結果を表２に示す。
属箔の代わりに活性でない金属箔（鉄又はニッケル箔）
を挿入した場合（比較例１、同２）、ニッケルロウ箔の
代わりに銅ロウの箔（Ｃｕ−ＡＢＡ ＧＴＥ−Ｗｅｓｇ
ｏ社製液相温度：１０２４℃）を挿入した場合（比較例
３〜８）以外に実施例と同一条件でセラミックスー金属
接合体を作成した。また、接合温度を１２７０℃（比較
例９）又は１０３０℃（比較例１０）とした点を除いて
実施例と同一条件でセラミックスー金属接合体を作成し
た。これらの接合体の８００℃における接合強度を測定
した。その各結果を表２に示す。
【００１５】
【表２】
【００１６】表１から明らかなように、本発明は、チタ
ン、ジルコニウム、ニオブの活性金属箔とニッケルロウ
箔とを接合材として使用し、かつ、１０７０℃以上の温
度で加熱し、接合することにより、８００℃における接
合強度が、いずれも１８．３Ｋｇ／ｍｍ２以上のセラミ
ックスー金属接合体が得られることが理解できる。
ン、ジルコニウム、ニオブの活性金属箔とニッケルロウ
箔とを接合材として使用し、かつ、１０７０℃以上の温
度で加熱し、接合することにより、８００℃における接
合強度が、いずれも１８．３Ｋｇ／ｍｍ２以上のセラミ
ックスー金属接合体が得られることが理解できる。
【００１７】これに対して、表２から明らかなように、
ニッケルロウ箔を使用しても、活性金属箔を用いず、鉄
又はニッケル箔を挿入した場合、比較例１、２にみられ
るように、接合不能であった。また、活性金属箔を挿入
しても、ニッケルロウ箔に代えて銅ロウの箔を使用した
比較例３〜８では、その８００℃における接合強度は、
４．６〜７．６Ｋｇ／ｍｍ２であった。更に、本発明に
おけるチタンの活性金属箔と同じくニッケルロウ箔とを
挿入しても、接合温度が本発明の範囲外の１０３０℃で
加熱した場合、使用したニッケルロウ箔が溶融せず（比
較例１０）、また、１２７０℃で加熱した場合、接合用
金属が溶融してしまい（比較例９）、いずれも目的とす
るセラミックスー金属接合体が得られなかった。
ニッケルロウ箔を使用しても、活性金属箔を用いず、鉄
又はニッケル箔を挿入した場合、比較例１、２にみられ
るように、接合不能であった。また、活性金属箔を挿入
しても、ニッケルロウ箔に代えて銅ロウの箔を使用した
比較例３〜８では、その８００℃における接合強度は、
４．６〜７．６Ｋｇ／ｍｍ２であった。更に、本発明に
おけるチタンの活性金属箔と同じくニッケルロウ箔とを
挿入しても、接合温度が本発明の範囲外の１０３０℃で
加熱した場合、使用したニッケルロウ箔が溶融せず（比
較例１０）、また、１２７０℃で加熱した場合、接合用
金属が溶融してしまい（比較例９）、いずれも目的とす
るセラミックスー金属接合体が得られなかった。
【００１８】
【発明の効果】本発明は、以上詳記したとおり、活性金
属箔と活性金属類を含まないロウ箔であるニッケルとシ
リコンから成るロウ箔とを挿入し、１０７０℃以上の温
度で加熱し、接合するものであり、これによって、８０
０℃の高温雰囲気下での使用においても、高接合強度の
セラミックスー金属接合体が得られる顕著な効果が生ず
る。そして、本発明により、８００℃という高温雰囲気
下での使用を必要とする例えば内燃機関等の部材に好適
な素材を提供することができる。
属箔と活性金属類を含まないロウ箔であるニッケルとシ
リコンから成るロウ箔とを挿入し、１０７０℃以上の温
度で加熱し、接合するものであり、これによって、８０
０℃の高温雰囲気下での使用においても、高接合強度の
セラミックスー金属接合体が得られる顕著な効果が生ず
る。そして、本発明により、８００℃という高温雰囲気
下での使用を必要とする例えば内燃機関等の部材に好適
な素材を提供することができる。
Claims (2)
- 【請求項１】 セラミックスと金属との接合方法にお
いて、セラミックスと金属との接合部分に、チタン、ジ
ルコニウム、ニオブ等の活性金属箔と、ニッケルとシリ
コンから成るロウ箔とを挿入し、１０７０℃以上の温度
で加熱し、接合することを特徴とするセラミックスと金
属との接合方法。 - 【請求項２】 接合用セラミックスが窒化珪素、炭化
珪素又はサイアロンである請求項１に記載のセラミック
スと金属との接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13944891A JPH04342479A (ja) | 1991-05-16 | 1991-05-16 | セラミックスと金属との接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13944891A JPH04342479A (ja) | 1991-05-16 | 1991-05-16 | セラミックスと金属との接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04342479A true JPH04342479A (ja) | 1992-11-27 |
Family
ID=15245444
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13944891A Pending JPH04342479A (ja) | 1991-05-16 | 1991-05-16 | セラミックスと金属との接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04342479A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6123797A (en) * | 1995-06-23 | 2000-09-26 | The Dow Chemical Company | Method for coating a non-wetting fluidizable and material onto a substrate |
| JP2005015317A (ja) * | 2003-06-30 | 2005-01-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | セラミックス−金属複合体の接合体及び接合方法ならびに該接合体を用いた半導体あるいは液晶製造装置 |
-
1991
- 1991-05-16 JP JP13944891A patent/JPH04342479A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6123797A (en) * | 1995-06-23 | 2000-09-26 | The Dow Chemical Company | Method for coating a non-wetting fluidizable and material onto a substrate |
| JP2005015317A (ja) * | 2003-06-30 | 2005-01-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | セラミックス−金属複合体の接合体及び接合方法ならびに該接合体を用いた半導体あるいは液晶製造装置 |
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