JPH0479991B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明はセラミツクス焼結体およびその製造方
法、、詳しくはセラミツクス焼結体上への導電性
被膜の形成方法に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 従来から、セラミツクス焼結体を金属部材に接
合させるために、セラミツクス焼結体の表面に導
電性被膜を形成させることが行われている。

この導電性被膜の形成方法としては、セラミツ
クス焼結体表面にモリブデン粉末とマンガン粉末
とを主成分とするモリブデン−マンガンメタライ
ズペーストを塗布し、還元雰囲気中で焼成する方
法が一般的である。

この方法は、いずれもアルミナ等の酸化物系セ
ラミツクス焼結体に適用され、成功をおさめてき
ているが、近年、耐摩耗性や高温特性の良好なこ
とで脚光を浴びている窒化ケイ素等の非酸化物系
セラミツクス焼結体については検討の余地があ
り、例えばこの方法では導電性被膜の形成が困難
であることから、この方法は非酸化物系セラミツ
クス焼結体には必ずしも適用できるものではない
ことがわかつている。

そのため例えば反応焼結法により得られたポー
ラスな窒化ケイ素製セラミツクス焼結体表面にモ
リブデン酸アンモニウム塩を含浸させ、還元して
モリブデンからなる導電性被膜を形成させる方法
も試みられている。

しかしながら、この方法は導電性被膜が窒化ケ
イ素セラミツクスの熱膨張係数とほぼ等しい熱膨
張係数を有するモリブデンからなるので、セラミ
ツクス焼結体どうしを接合させる場合には有効で
あるが、モリブデンが窒化ケイ素セラミツクスと
化学反応していないため、その接合強度に限界が
あり、また非酸化物系セラミツクス焼結体を金属
部材、特に鋼材と接合させる場合はさらに接合は
困難であるという問題があつた。

［発明の目的］ 本発明者等はこのような点に対処して鋭意研究
を進めた結果、タングステンまたはモリブデンを
含む化合物とIVa族遷移金属またはIVa族遷移金
属を含む化合物の両者を含む複合物が、セラミツ
クス焼結体特に窒化ケイ素セラミツクス焼結体の
接合に有効であることを見出した。

本発明はこのような知見に基づいてなされたも
ので、金属部材特に鋼材との接合を強力なものに
するセラミツクス焼結体およびセラミツクス焼結
体の導電性被膜の形成方法を提供することを目的
とする。

［発明の概要］ すなわち本発明のセラミツクス焼結体は、構成
元素として少なくとも窒素とケイ素とを含むセラ
ミツクス焼結体であつて、その表面に、タングス
テンまたはモリブデンのケイ化物とIVa族遷移金
属の窒化物の混合体を主体とする導電性被膜を有
することを特徴とするものであり、セラミツクス
焼結体への導電性被膜の形成方法は、タングステ
ンもしくはモリブデンを含む化合物とIVa族遷移
金属もしくはIVa族遷移金属を含む化合物を含有
する複合物を、構成元素として少なくとも窒素と
ケイ素とを含むセラミツクス焼結体表面に被着
し、非酸化性雰囲気中で焼成してセラミツクス焼
結体表面に導電性被膜を形成することを特徴とす
る。

また、導電性被膜はタングステンまたはモリブ
デンのケイ化物とIVa族遷移金属の窒化物の混合
体を主体とするものであればよく、その他にタン
グステンまたはモリブデン等を含有してもよい。

本発明の適用されるセラミツクス焼結体として
は、窒化ケイ素、サイアロン、シリコンオキシナ
イトライド等の、構成元素として窒素とケイ素と
を含むセラミツクス焼結体が挙げられる。

本発明に使用するモリブデンを含む化合物とし
ては、モリブデン酸リチウム、モリブデン酸カリ
ウム、モリブデン酸カルシウム、モリブデン酸ナ
トリウム、モリブデン酸鉛等のモリブデン酸の金
属塩およびこれらとモリブデンが併存するもの等
があげられる。

またタングステンを含む化合物としては、タン
グステン酸カリウム、タングステン酸カルシウ
ム、タングステン酸ナトリウム、タングステン酸
マグネシウム等のタングステン酸の金属塩および
これらとタングステンが併存するもの等があげら
れる。

本発明に使用するIVa族遷移金属としては、チ
タンおよびジルコニウムがより適しており、その
中でもチタンが好適である。またIVa族遷移金属
を含む化合物としては、同様にチタンまたはジル
コニウムを含む化合物が適しておりその中でもチ
タンを含む化合物が適している。

これらの化合物は、例えば窒化ケイ素に塗布後
非酸化雰囲気、特に還元性雰囲気中で焼成した場
合に、最終的に窒化チタンまたは窒化ジルコニウ
ムになるものであればよく例えば窒化チタンにな
るようなチタンを含む化合物としては、酸化チタ
ン（TiO₂）、ホウ化チタン（TiB、TiB₂）、炭化
チタン（TiC）やあるいは塩基性硫酸チタン
（TiOSO₄・nH₂O：ｎは０または正の整数）、オ
ルトチタン酸イソプロピル〔Ti〔COH（CH₃）₂〕₄〕
等があげられる。

本発明において、セラミツクス焼結体表面に被
着する複合物としては、液状物またはペースト状
物が適当であり、これらをセラミツクス焼結体表
面に被着するには、例えばこれらをセラミツクス
焼結体表面に塗布あるいは浸漬する等の方法をと
ることにより行なうことができる。

これらの液状物またはペースト状物中には、他
の物質を分散あるいは溶解させてもよいが、生成
する導電性被膜がタングステンまたはモリブデン
を含む化合物（ケイ化物）とIVa族遷移金属を含
む化合物（窒化物）とが、総量で50モル％以上、
またタングステンまたはモリブデンを含む化合物
およびIVa族遷移金属を含む化合物がそれぞれ２
モル％以上存在することが望ましい。また、これ
らにタングステンまたはモリブデンを含有しても
よい。

この後、液状物またはペースト状物を乾燥し、
さらに空気中で金属塩の溶融する温度以上の温度
で加熱し、非酸化性雰囲気中で1100℃以上の温度
に加熱して焼成することにより導電性被膜を形成
させる。

しかして、非酸化性雰囲気中での焼成は基材で
あるセラミツクス焼結体中のケイ素とタングステ
ンまたはモリブデンもしくはこれらの化合物とを
反応させ、またセラミツクス焼結体中の窒素と
IVa族遷移金属もしくはこれらを含む化合物とを
反応させるもので、これに必要な焼成温度は被着
物の種類によつてそれぞれ異なるが、出発原料で
ある液状物質がモリブデン酸リチウム
（Li₂MoO₄）と酸化チタン（TiO₂）である場合に
は、1200〜1400℃で焼成することが好ましい。

また、セラミツクス焼結体中のケイ素とタング
ステンまたはモリブデンもしくはこれらの化合物
は、反応によりできるだけケイ化物になることが
好ましいが、反応状態によりかなりの量のタング
ステンまたはモリブデンが存在しても密着強度の
大なる導電被膜を充分得ることができる。なお、
焼成時の雰囲気は還元性雰囲気がより望ましい。

なお本発明において、上記の各化合物を被着し
たセラミツクス焼結体を空気中で加熱して溶融さ
せるのは、セラミツクス焼結体との密着性を強化
し濡れ性を改善するためである。

このような方法により形成された導電性被膜
が、何故基材との密着強度が大であるかは現在の
ところ不明であるが、その形成メカニズムは次の
ようなものであると推定される。

例えば具体例としてモリブデン酸リチウムと酸
化チタンを液状にてSi₃N₄に塗布、焼成する場合
を規定すると、まずSi₃N₄基材に対してリチウム
が攻撃し、Si₃N₄の表面を活性にする。これによ
りモリブデンとSi₃N₄中のケイ素とが比較的スム
ーズに反応することが可能となる。この反応によ
りSi₃N₄中の窒素が遊離し、この窒素とチタンが
反応して窒化チタンが形成され、より密着強度が
大なる導電性被膜が形成されるものと考えられ
る。

［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 １ 窒化ケイ素からなる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、水1.6c.c.に酸化
チタン（TiO₂）を混合し液状にして塗布した。
この場合、酸化チタンを０〜0.45ｇまで0.5ｇお
きに変化させた。塗布したものは常温で乾燥させ
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、ニツケル電気めつきを施し、
厚さ0.3mmの銅板を緩衝材として介在させて、銀
ろうを用いて鋼材と接合させた。得られたセラミ
ツクス焼結体の接合強度を測定した結果を図面に
示す。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明方法によれば、構成
元素として少なくとも窒素とケイ素とを含むセラ
ミツクス焼結体、特に窒化ケイ素系セラミツクス
焼結体に対して非常に密着強度の大なる導電性被
膜の形成が可能であり、従つてセラミツクス焼結
体どうしはもちろんのことセラミツクス焼結体と
金属部材をより強固に接合することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明のセラミツクス焼結体を用いて
鋼材を接合したものの接合強度を示すグラフであ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 構成元素として少なくとも窒素とケイ素とを
   含むセラミツクス焼結体であつて、その表面に、
   タングステンまたはモリブデンのケイ化物とIVa
   族遷移金属の窒化物の混合体を主体とする導電性
   被膜を有することを特徴とするセラミツクス焼結
   体。 ２ ケイ化物と窒化物との混合体は、両者を合せ
   て少くとも50モル％以上含み、かつ両者をそれぞ
   れ２モル％以上含む混合体である特許請求の範囲
   第１項記載のセラミツクス焼結体。 ３ IVa族遷移金属は、チタンである特許請求の
   範囲第１項または第２項記載のセラミツクス焼結
   体。 ４ 導電性被膜は、モリブデンのケイ化物と窒化
   チタンの混合体を主体とす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焼結体。 ５ タングステンもしくはモリブデンを含む化合
   物とIVa族遷移金属もしくはIVa族遷移金属を含
   む化合物を含有する複合物を、構成元素として少
   なくとも窒素とケイ素とを含むセラミツクス焼結
   体表面に被着し、非酸化性雰囲気中で焼成してセ
   ラミツクス焼結体表面に導電性被膜を形成するこ
   とを特徴とするセラミツクス焼結体の製造方法。 ６ タングステンまたはモリブデンを含む化合物
   は、タングステン酸またはモリブデン酸の金属塩
   である特許請求の範囲第５項記載のセラミツクス
   焼結体の製造方法。 ７ モリブデン酸の金属塩は、モリブデン酸リチ
   ウムである特許請求の範囲第６項記載のセラミツ
   クス焼結体の製造方法。 ８ IVa族遷移金属は、チタンである特許請求の
   範囲第５項ないし第７項のいずれか１項記載のセ
   ラミツクス焼結体の製造方法。 ９ 前記複合物を表面に被着したセラミツクス焼
   結体を非酸化性雰囲気中で焼成するに先だつて、
   空気中でタングステン酸またはモリブデン酸の金
   属塩の融点以上の温度で加熱する特許請求の範囲
   第６項または第７項記載のセラミツクス焼結体の
   製造方法。 １０ 非酸化性雰囲気は、還元性雰囲気である特
   許請求の範囲第５項ないし第９項のいずれか１項
   記載のセラミツクス焼結体の製造方法。 １１ 焼成は、1200℃以上の温度で行なわれる特
   許請求の範囲第５項ないし第１０項のいずれか１
   項記載のセラミツクス焼結体の製造方法。 １２ 導電性被膜は、タングステンまたはモリブ
   デンのケイ化物とIVa族遷移金属の窒化物の混合
   体を主体とする特許請求の範囲第５項ないし第１
   １項のいずれか１項記載のセラミツクス焼結体の
   製造方法。 １３ 導電性被膜は、モリブデンのケイ化物と窒
   化チタンの混合体を主体とする特許請求の範囲第
   １２項記載のセラミツクス焼結体の製造方法。 １４ タングステンまたはモリブデンのケイ化物
   とIVa族遷移金属の窒化物との混合体は、両者を
   合わせて少なくとも50モル％以上含み、かつ両者
   をそれぞれ２モル％以上含む混合体である特許請
   求の範囲第１２項または第１３項記載のセラミツ
   クス焼結体の製造方法。