JPH0460947B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0460947B2 JPH0460947B2 JP58245981A JP24598183A JPH0460947B2 JP H0460947 B2 JPH0460947 B2 JP H0460947B2 JP 58245981 A JP58245981 A JP 58245981A JP 24598183 A JP24598183 A JP 24598183A JP H0460947 B2 JPH0460947 B2 JP H0460947B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ceramic
- metal
- bonded body
- thermal expansion
- body according
- Prior art date
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Description
［発明の技術分野］
本発明は、接合強度の大きい新規なセラミツク
ス−金属接合体に関する。 ［発明の技術的背景とその問題点］ 従来より、アルミナ等のセラミツクス部材に金
属部材を接合する方法としては、一般にセラミツ
クス部材表面にモリブデンペーストを焼付けてメ
タライズ処理を施した後、ニツケルめつきを行な
つて金属部材をろう付けして接合する方法がとら
れている。 この方法において一般的に金属部材として、
Al2O3と熱膨張係数のほぼ等しいコバール等が用
いられる。 しかるに金属部材として例えば構造材に用いる
鋼材のような熱膨張係数の大きな金属部材を用い
た場合には、両者の熱膨張差により生じる応力の
ためセラミツクス側に亀裂を生じたり、接合強度
よりも低い負荷状態においてセラミツクスが金属
側に剥取られるという現象が起こる。 最近、高温構造材料、耐摩耐食材料として注目
されているSi3N4、SiC等の非酸化物系セラミツ
クスの場合、熱膨張係数は、Al2O3よりもかなり
小さく（Al2O3；６〜９×10-6℃-1、Si3N4；2.5
〜４×10-6℃-1、SiC；４〜５×10-6℃-1）、これ
らセラミツクスと鋼材等を接合した場合は上記の
ような現象が更に甚しくなり実用できる接合は極
めて難しかつた。 ［発明の目的］ 本発明はかかる従来の難点を解消すべくなされ
たもので、セラミツクス部材と金属部材との接合
界面に延性の大きい金属材と熱膨張係数がセラミ
ツクス部材と近似している金属材とを介在させる
ことにより、接合時等に生ずる急激なヒートシヨ
ツクによつても亀裂や破壊を起こすことのないセ
ラミツクス−金属接合体を提供しようとするもの
である。 ［発明の概要］ すなわち本発明のセラミツクス−金属接合体
は、セラミツクス部材と金属部材との間へ、前記
セラミツクス部材に接する側にセラミツクス部材
と熱膨張係数が近似している金属材を配置し、か
つ前記金属部材に接する側に延性金属材を配置し
て、この状態でセラミツクス部材と金属部材とを
接合してなることを特徴としている。 本発明の対象となるセラミツクス部材として
は、アルミナ、マグネシア等の酸化物系のセラミ
ツクス部材のほか、窒化ケイ素、炭化ケイ素、サ
イアロン等の非酸化物系セラミツクス部材があげ
られ、特に常圧焼結、ホツトプレス等にり焼成さ
れた緻密質のものに適用される。 本発明においてセラミツクス部材に接する側に
配置される金属材は、セラミツクス部材との熱膨
張係数の差が4.0×10-6℃-1以下であるものが適
しており、例えばモリブデン（3.7〜5.3×10-6℃-
１）、タングステン（約4.5×10-6℃-1）等があげら
れる。 なお本発明において熱膨張係数の値は、常温か
ら硬ろう付け温度までの平均値である。 また、これら金属材は板状、その他の形状で使
用される。 また、本発明に使用し得る延性の大きい金属材
としては、他の２つの金属より延性が大きけれ
ば、どのような金属を使用してもよいが、特性お
よび価格の面から特に銅およびその合金が適して
いる。 また延性は、伸びおよび絞りによつて示され、
伸びが優れたものの他に、特に絞りが優れたもの
が好適である。 この延性の大きい金属材は、板状その他の形状
で使用されるが、厚さは0.1〜0.5mm、特に0.2〜
0.4mmの範囲が適している。この範囲は、延性金
属が塑性変形することによる応力緩和効果及び熱
膨張係数差によりセラミツクス側に発生する引張
り応力効果等の総合的条件により定まるものと考
えられるが、本発明者等の実験においては、前記
の厚さの範囲で優れた効果が得られることが確認
されている。 本発明のセラミツクス−金属接合体は、接合す
べきセラミツクス部材の面を常法によりメタライ
ズ処理してニツケル電界めつきを施す一方、接合
すべき金属部材の面および両者の間に挿入される
熱膨張係数がセラミツクのそれと近似している金
属材や延性金属材の両面にもニツケル電界めつき
を施し、これらを弱還元性雰囲気の中で約700℃
前後で熱処理し、銀ろう、銅ろう、ニツケルろう
等の硬ろうを介して重ね合せ、硬ろうの融点以上
の温度で一体にろう接することにより得られる。
なお、活性金属法その他の接合方法も適用でき
る。 このようにして得られたセラミツクス−金属接
合体は、急激なヒートシヨツクが加わつても延性
の大きい金属材により剪断応力等が緩和され、ま
たこの延性金属材は、セラミツクス部材に直接で
なくセラミツクス部材と熱膨張係数の近似した金
属材を介して接合されているので、セラミツクス
に無理な応力がかからず、セラミツクス部材の接
合界面近傍に亀裂が生じたり、破壊したりするお
それがない。 ［発明の実施例］ 次に本発明の実施例について説明する。 実施例 常圧焼結した窒化ケイ素からなる複数個のセラ
ミツクス焼結体の表面に、モリブデン酸リチウム
0.3ｇ、二酸化チタン0.35ｇおよび水1.8c.c.からな
る水溶液を塗布し、自然乾燥させた後、空気中で
750℃、５分間加熱してモリブデン酸リチウムを
溶融し、次いで窒素：水素＝１：１のホーミング
ガス中で1350℃で60分間加熱して焼成し導電性被
膜を形成させた。 このようにしてセラミツクス焼結体上に形成さ
れた導電性被膜に、ニツケル電解めつきを施し、
さらに700℃の弱還元性雰囲気中で15分熱処理を
施した。 次に0.3mm厚の銅板と0.2mm厚のモリブデン板の
それぞれの両面にニツケル電解めつき施し、700
℃の弱還元性雰囲気中で15分熱処理した後、図面
に示すように、前記したセラミツクス焼結体１の
ニツケルめつき層２の上に銀ろう３を介してモリ
ブデン板４を載せ、さらに銀ろう３を介して銅板
５を載せ、次いでその上に銀ろう３を介してニツ
ケルめつきおよび熱処理を施した純鉄チツプ６を
載せて820℃で10分間加熱してろう接した後、約
10℃／分の冷却速度で放冷した。 また比較のため緩衝材として銅板を用いない場
合（比較例１）、モリブデン板を用いない場合
（比較例２）および銅板もモリブデン板も用いな
い場合（比較例３）についても同様に処理し接合
した。 このようにして接合されたセラミツクス−金属
接合体の剪断強度は次表の通りであつた。
ス−金属接合体に関する。 ［発明の技術的背景とその問題点］ 従来より、アルミナ等のセラミツクス部材に金
属部材を接合する方法としては、一般にセラミツ
クス部材表面にモリブデンペーストを焼付けてメ
タライズ処理を施した後、ニツケルめつきを行な
つて金属部材をろう付けして接合する方法がとら
れている。 この方法において一般的に金属部材として、
Al2O3と熱膨張係数のほぼ等しいコバール等が用
いられる。 しかるに金属部材として例えば構造材に用いる
鋼材のような熱膨張係数の大きな金属部材を用い
た場合には、両者の熱膨張差により生じる応力の
ためセラミツクス側に亀裂を生じたり、接合強度
よりも低い負荷状態においてセラミツクスが金属
側に剥取られるという現象が起こる。 最近、高温構造材料、耐摩耐食材料として注目
されているSi3N4、SiC等の非酸化物系セラミツ
クスの場合、熱膨張係数は、Al2O3よりもかなり
小さく（Al2O3；６〜９×10-6℃-1、Si3N4；2.5
〜４×10-6℃-1、SiC；４〜５×10-6℃-1）、これ
らセラミツクスと鋼材等を接合した場合は上記の
ような現象が更に甚しくなり実用できる接合は極
めて難しかつた。 ［発明の目的］ 本発明はかかる従来の難点を解消すべくなされ
たもので、セラミツクス部材と金属部材との接合
界面に延性の大きい金属材と熱膨張係数がセラミ
ツクス部材と近似している金属材とを介在させる
ことにより、接合時等に生ずる急激なヒートシヨ
ツクによつても亀裂や破壊を起こすことのないセ
ラミツクス−金属接合体を提供しようとするもの
である。 ［発明の概要］ すなわち本発明のセラミツクス−金属接合体
は、セラミツクス部材と金属部材との間へ、前記
セラミツクス部材に接する側にセラミツクス部材
と熱膨張係数が近似している金属材を配置し、か
つ前記金属部材に接する側に延性金属材を配置し
て、この状態でセラミツクス部材と金属部材とを
接合してなることを特徴としている。 本発明の対象となるセラミツクス部材として
は、アルミナ、マグネシア等の酸化物系のセラミ
ツクス部材のほか、窒化ケイ素、炭化ケイ素、サ
イアロン等の非酸化物系セラミツクス部材があげ
られ、特に常圧焼結、ホツトプレス等にり焼成さ
れた緻密質のものに適用される。 本発明においてセラミツクス部材に接する側に
配置される金属材は、セラミツクス部材との熱膨
張係数の差が4.0×10-6℃-1以下であるものが適
しており、例えばモリブデン（3.7〜5.3×10-6℃-
１）、タングステン（約4.5×10-6℃-1）等があげら
れる。 なお本発明において熱膨張係数の値は、常温か
ら硬ろう付け温度までの平均値である。 また、これら金属材は板状、その他の形状で使
用される。 また、本発明に使用し得る延性の大きい金属材
としては、他の２つの金属より延性が大きけれ
ば、どのような金属を使用してもよいが、特性お
よび価格の面から特に銅およびその合金が適して
いる。 また延性は、伸びおよび絞りによつて示され、
伸びが優れたものの他に、特に絞りが優れたもの
が好適である。 この延性の大きい金属材は、板状その他の形状
で使用されるが、厚さは0.1〜0.5mm、特に0.2〜
0.4mmの範囲が適している。この範囲は、延性金
属が塑性変形することによる応力緩和効果及び熱
膨張係数差によりセラミツクス側に発生する引張
り応力効果等の総合的条件により定まるものと考
えられるが、本発明者等の実験においては、前記
の厚さの範囲で優れた効果が得られることが確認
されている。 本発明のセラミツクス−金属接合体は、接合す
べきセラミツクス部材の面を常法によりメタライ
ズ処理してニツケル電界めつきを施す一方、接合
すべき金属部材の面および両者の間に挿入される
熱膨張係数がセラミツクのそれと近似している金
属材や延性金属材の両面にもニツケル電界めつき
を施し、これらを弱還元性雰囲気の中で約700℃
前後で熱処理し、銀ろう、銅ろう、ニツケルろう
等の硬ろうを介して重ね合せ、硬ろうの融点以上
の温度で一体にろう接することにより得られる。
なお、活性金属法その他の接合方法も適用でき
る。 このようにして得られたセラミツクス−金属接
合体は、急激なヒートシヨツクが加わつても延性
の大きい金属材により剪断応力等が緩和され、ま
たこの延性金属材は、セラミツクス部材に直接で
なくセラミツクス部材と熱膨張係数の近似した金
属材を介して接合されているので、セラミツクス
に無理な応力がかからず、セラミツクス部材の接
合界面近傍に亀裂が生じたり、破壊したりするお
それがない。 ［発明の実施例］ 次に本発明の実施例について説明する。 実施例 常圧焼結した窒化ケイ素からなる複数個のセラ
ミツクス焼結体の表面に、モリブデン酸リチウム
0.3ｇ、二酸化チタン0.35ｇおよび水1.8c.c.からな
る水溶液を塗布し、自然乾燥させた後、空気中で
750℃、５分間加熱してモリブデン酸リチウムを
溶融し、次いで窒素：水素＝１：１のホーミング
ガス中で1350℃で60分間加熱して焼成し導電性被
膜を形成させた。 このようにしてセラミツクス焼結体上に形成さ
れた導電性被膜に、ニツケル電解めつきを施し、
さらに700℃の弱還元性雰囲気中で15分熱処理を
施した。 次に0.3mm厚の銅板と0.2mm厚のモリブデン板の
それぞれの両面にニツケル電解めつき施し、700
℃の弱還元性雰囲気中で15分熱処理した後、図面
に示すように、前記したセラミツクス焼結体１の
ニツケルめつき層２の上に銀ろう３を介してモリ
ブデン板４を載せ、さらに銀ろう３を介して銅板
５を載せ、次いでその上に銀ろう３を介してニツ
ケルめつきおよび熱処理を施した純鉄チツプ６を
載せて820℃で10分間加熱してろう接した後、約
10℃／分の冷却速度で放冷した。 また比較のため緩衝材として銅板を用いない場
合（比較例１）、モリブデン板を用いない場合
（比較例２）および銅板もモリブデン板も用いな
い場合（比較例３）についても同様に処理し接合
した。 このようにして接合されたセラミツクス−金属
接合体の剪断強度は次表の通りであつた。
【表】
［発明の効果］
以上説明したように本発明によれば、熱膨張係
数の異なるセラミツクス部材と金属部材とを高温
にて接合する際に必然的に生ずる応力を緩和する
ことができ、より安定で信頼性のあるセラミツク
ス−金属接合体を提供することができる。
数の異なるセラミツクス部材と金属部材とを高温
にて接合する際に必然的に生ずる応力を緩和する
ことができ、より安定で信頼性のあるセラミツク
ス−金属接合体を提供することができる。
図面は本発明の一実施例のセラミツクス−金属
接合体の構造を示す断面図である。 １……セラミツクス焼結体、２……ニツケルめ
つき層、３……銀ろう、４……モリブデン板、５
……銅板、６……純鉄チツプ。
接合体の構造を示す断面図である。 １……セラミツクス焼結体、２……ニツケルめ
つき層、３……銀ろう、４……モリブデン板、５
……銅板、６……純鉄チツプ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ セラミツクス部材と金属部材との間へ、前記
セラミツクス部材に接する側にこのセラミツクス
部材と熱膨張係数が近似している金属材を配置
し、かつ前記金属部材に接する側に延性金属材を
配置して、この状態でセラミツクス部材と金属部
材とを接合してなることを特徴とするセラミツク
ス−金属接合体。 ２ セラミツクス部材は、非酸化物系セラミツク
ス部材である特許請求の範囲第１項記載のセラミ
ツクス−金属接合体。 ３ 金属部材は、鋼材である特許請求の範囲第１
項または第２項記載のセラミツクス−金属接合
体。 ４ セラミツクス部材に接する側に配置される金
属部材は、セラミツクス部材との熱膨張係数の差
が4.0×10-6℃-1以下のものである特許請求の範
囲第１項ないし第３項のいずれか１項記載のセラ
ミツクス−金属接合体。 ５ セラミツクス部材との熱膨張係数の差が4.0
×10-6℃-1以下の金属材は、モリブデンまたはタ
ングステンを主成分とするものである特許請求の
範囲第１項ないし第４項のいずれか１項記載のセ
ラミツクス−金属接合体。 ６ 延性金属材は、銅または銅合金からなる特許
請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか１項記
載のセラミツクス−金属接合体。 ７ 接合は硬ろうにより行なわれる特許請求の範
囲第１項ないし第６項のいずれか１項記載のセラ
ミツクス−金属接合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24598183A JPS60145972A (ja) | 1983-12-29 | 1983-12-29 | セラミックス−金属接合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24598183A JPS60145972A (ja) | 1983-12-29 | 1983-12-29 | セラミックス−金属接合体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60145972A JPS60145972A (ja) | 1985-08-01 |
| JPH0460947B2 true JPH0460947B2 (ja) | 1992-09-29 |
Family
ID=17141699
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24598183A Granted JPS60145972A (ja) | 1983-12-29 | 1983-12-29 | セラミックス−金属接合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60145972A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63206365A (ja) * | 1987-02-23 | 1988-08-25 | 京セラ株式会社 | セラミツクスと金属の接合体 |
| DE68904214T2 (de) * | 1988-03-04 | 1993-05-19 | Toshiba Kawasaki Kk | Hartloetpaste zum verbinden von metalle und keramische materialien. |
| JP7010750B2 (ja) * | 2018-04-04 | 2022-01-26 | 日本特殊陶業株式会社 | セラミックス部材および緩衝部材の製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58125673A (ja) * | 1982-01-12 | 1983-07-26 | 新明和工業株式会社 | 拡散接合方法 |
-
1983
- 1983-12-29 JP JP24598183A patent/JPS60145972A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60145972A (ja) | 1985-08-01 |
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