JPH0678197B2 - 炭化物セラミツク体のメタライズ組成物及びメタライズ方法 - Google Patents
炭化物セラミツク体のメタライズ組成物及びメタライズ方法Info
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- JPH0678197B2 JPH0678197B2 JP26980885A JP26980885A JPH0678197B2 JP H0678197 B2 JPH0678197 B2 JP H0678197B2 JP 26980885 A JP26980885 A JP 26980885A JP 26980885 A JP26980885 A JP 26980885A JP H0678197 B2 JPH0678197 B2 JP H0678197B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はメタライズ組成物に関するもので、より詳細に
はオキシナイトライドガラス成分を含有し、炭化物セラ
ミック体の表面にメタライズ層を形成するのに有用なメ
タライズ組成物に関するものである。更に、この組成物
を用いた炭化物セラミック体のメタライズ方法に関する
ものである。
はオキシナイトライドガラス成分を含有し、炭化物セラ
ミック体の表面にメタライズ層を形成するのに有用なメ
タライズ組成物に関するものである。更に、この組成物
を用いた炭化物セラミック体のメタライズ方法に関する
ものである。
近時、セラミック体と金属との接合は両材料の複合的工
業技術にとって極めて重要な役割をなしている。そして
セラミック体の新規材料の開発に伴い、従来の酸化物セ
ラミック体にはない優れた性質、例えば高温高強度特性
を有する炭化ケイ素セラミックスが注目されており、か
かるセラミック体に対する金属との接合には優れた強度
が要求されている。
業技術にとって極めて重要な役割をなしている。そして
セラミック体の新規材料の開発に伴い、従来の酸化物セ
ラミック体にはない優れた性質、例えば高温高強度特性
を有する炭化ケイ素セラミックスが注目されており、か
かるセラミック体に対する金属との接合には優れた強度
が要求されている。
上記接合に用いられるメタライズ方法には高温金属法
（例えば、テレフンケン法）が知られている。
（例えば、テレフンケン法）が知られている。
しかしながら、従来周知の高温金属法により炭化物セラ
ミック体をメタライズしても接着強度に劣り、容易に剥
離するという問題があった。
ミック体をメタライズしても接着強度に劣り、容易に剥
離するという問題があった。
本発明者等は上記事情に鑑みて鋭意研究の結果、以下に
詳述する特定組成のオキシナイトライドガラスと高融点
金属粉末とを含有する組成物は炭化物セラミック体に強
固に密着し、剥離強度に優れたメタライズ層をこのセラ
ミック体上に形成し得ることを見出した。
詳述する特定組成のオキシナイトライドガラスと高融点
金属粉末とを含有する組成物は炭化物セラミック体に強
固に密着し、剥離強度に優れたメタライズ層をこのセラ
ミック体上に形成し得ることを見出した。
即ち、本発明によれば、周期律表第IIa族元素又は第III
a族元素から選ばれる少なくとも一種、アルミニウム及
びケイ素のオキシナイトライドガラスと高融点金属粉末
とから実質的に成ることを特徴とする炭化物セラミック
体のメタライズ組成物が提供される。
a族元素から選ばれる少なくとも一種、アルミニウム及
びケイ素のオキシナイトライドガラスと高融点金属粉末
とから実質的に成ることを特徴とする炭化物セラミック
体のメタライズ組成物が提供される。
更に、本発明によれば、周期律表第IIa族元素又は第III
a族元素から選ばれる少なくとも一種、アルミニウム及
びケイ素のオキシナイトライドガラスと高融点金属粉末
とから実質的に成るメタライズ組成物をペースト状と
し、これを炭化物セラミック体の所要箇所に塗布した
後、非酸化性雰囲気中で1000〜1600℃の温度雰囲気で焼
付けることを特徴とする炭化物セラミック体メタライズ
方法が提供される。
a族元素から選ばれる少なくとも一種、アルミニウム及
びケイ素のオキシナイトライドガラスと高融点金属粉末
とから実質的に成るメタライズ組成物をペースト状と
し、これを炭化物セラミック体の所要箇所に塗布した
後、非酸化性雰囲気中で1000〜1600℃の温度雰囲気で焼
付けることを特徴とする炭化物セラミック体メタライズ
方法が提供される。
本発明は、既に指摘した通り、前記組成のオキシナイト
ライドガラスをメタライズ用のガラスバインダーとして
用いることに特徴を有するものである。即ち、このオキ
シナイトライドガラスを用いることにより、従来のオキ
サイドガラスを用いたメタライズ組成物からはまったく
予想外な程に炭化物セラミック体に対して接着強度の優
れたメタライズ層の形成が可能となる。
ライドガラスをメタライズ用のガラスバインダーとして
用いることに特徴を有するものである。即ち、このオキ
シナイトライドガラスを用いることにより、従来のオキ
サイドガラスを用いたメタライズ組成物からはまったく
予想外な程に炭化物セラミック体に対して接着強度の優
れたメタライズ層の形成が可能となる。
オキシナイトライドガラス 本発明のメタライズ組成物に用いるオキシナイトライド
ガラスの或るものは、従来Mg-Si-Al-O-Nガラス或いはY-
Si-Al-O-Nガラスとして知られているが、酸素の一部が
窒素で置換されていることが従来のメタライズ用ガラス
バインダーとの顕著な相違点である。一般に、炭化物セ
ラミック体に対する接着性の点ではオキシナイトライド
ガラスの中の窒素の含有量は、全体当たり２乃至19重量
％、特に２乃至15重量％の範囲にあるのがよい。
ガラスの或るものは、従来Mg-Si-Al-O-Nガラス或いはY-
Si-Al-O-Nガラスとして知られているが、酸素の一部が
窒素で置換されていることが従来のメタライズ用ガラス
バインダーとの顕著な相違点である。一般に、炭化物セ
ラミック体に対する接着性の点ではオキシナイトライド
ガラスの中の窒素の含有量は、全体当たり２乃至19重量
％、特に２乃至15重量％の範囲にあるのがよい。
本発明のオキシナイトライドガラスにおいて、周期律表
第IIa族元素としてはベリリウム（Be）、マグネシウム
（Mg）、カルシウム（Ca）、ストロンチウム（Sr）、バ
リウム（Ba）或いはこれら２種以上の組合せを挙げるこ
とができるが、この内でもマグネシウムが最も好適であ
る。セラミック体に対する接着性の点では周期律表第II
a族元素、Al及びSiは３成分基準の原子比％で第１図で
四つの直線Ｉ、II、III及びIVで囲まれた組成範囲にあ
ることが望ましい（以下、第IIa族元素を含むオキシナ
イトライドガラスをタイプ（ｉ）とする）。
第IIa族元素としてはベリリウム（Be）、マグネシウム
（Mg）、カルシウム（Ca）、ストロンチウム（Sr）、バ
リウム（Ba）或いはこれら２種以上の組合せを挙げるこ
とができるが、この内でもマグネシウムが最も好適であ
る。セラミック体に対する接着性の点では周期律表第II
a族元素、Al及びSiは３成分基準の原子比％で第１図で
四つの直線Ｉ、II、III及びIVで囲まれた組成範囲にあ
ることが望ましい（以下、第IIa族元素を含むオキシナ
イトライドガラスをタイプ（ｉ）とする）。
即ち、このタイプの前記オキシナイトライドガラス
（ｉ）が３成分基準原子比％で表して、下記式 Ｚ≧0.30X−0.70Y ・・・（Ｉ） Ｚ≧−0.11X＋0.69Y ・・・（II） Ｙ≧５ ・・・（III） Ｘ≧５ ・・・（IV） 式中、×は３成分基準での周期律表第IIa族元素の原子
比％、Ｙはアルミニウムの原子比％、Ｚはケイ素の原子
比％であり、ここでＸ＋Ｙ＋Ｚ＝100であるものとす
る。
（ｉ）が３成分基準原子比％で表して、下記式 Ｚ≧0.30X−0.70Y ・・・（Ｉ） Ｚ≧−0.11X＋0.69Y ・・・（II） Ｙ≧５ ・・・（III） Ｘ≧５ ・・・（IV） 式中、×は３成分基準での周期律表第IIa族元素の原子
比％、Ｙはアルミニウムの原子比％、Ｚはケイ素の原子
比％であり、ここでＸ＋Ｙ＋Ｚ＝100であるものとす
る。
で表わされる範囲内にあることが望ましい。
尚、第１図中の直線Ｉ、II、III及びIVは上記式中で等
号の場合の各式と対応する。
号の場合の各式と対応する。
本発明者等の実験によれば、上記直線Ｉ、II、III及びI
Vで囲まれた組成範囲の更に望ましい範囲として下記式
に設定するのがよいことが判った。即ち、 Ｚ≧0.37X−0.66Y ・・・（Ｉ） Ｚ≧−0.06X＋0.80Y ・・・（II） Ｙ≧10 ・・・（III） Ｘ≧10 ・・・（IV） 本発明のオキシナイトライドガラスにおいて、周期律表
第IIIa族元素としてはスカンジウム（Sc）、イットリウ
ム（Ｙ）、ランタン（La）、セリウム（Ce）、プラセオ
ジム（Pr）、ネオジム（Nd）、プロメチウム（Pm）、サ
マリウム（Sm）、ユーロピウム（Eu）、ガドリニウム
（Gd）、テレビウム（Td）、ジスプロシウム（Dy）、ホ
ルミウム（Ho）、エルビウム（Er）、ツリウム（Tm）、
イッテルビウム（Yb）、ルテチウム（Lu）等を挙げるこ
とができるが、イットリウム、ランタン、セリウムが好
適である。
Vで囲まれた組成範囲の更に望ましい範囲として下記式
に設定するのがよいことが判った。即ち、 Ｚ≧0.37X−0.66Y ・・・（Ｉ） Ｚ≧−0.06X＋0.80Y ・・・（II） Ｙ≧10 ・・・（III） Ｘ≧10 ・・・（IV） 本発明のオキシナイトライドガラスにおいて、周期律表
第IIIa族元素としてはスカンジウム（Sc）、イットリウ
ム（Ｙ）、ランタン（La）、セリウム（Ce）、プラセオ
ジム（Pr）、ネオジム（Nd）、プロメチウム（Pm）、サ
マリウム（Sm）、ユーロピウム（Eu）、ガドリニウム
（Gd）、テレビウム（Td）、ジスプロシウム（Dy）、ホ
ルミウム（Ho）、エルビウム（Er）、ツリウム（Tm）、
イッテルビウム（Yb）、ルテチウム（Lu）等を挙げるこ
とができるが、イットリウム、ランタン、セリウムが好
適である。
セラミック体に対する接着性の点では周期律表第IIIa族
元素、Al及びSiは３成分基準の原子比％で第２図におけ
る四つの直線Ｖ、VI、III及びIVで囲まれた組成範囲に
あることが望ましい（以下、第IIIaの族元素を含むオキ
シナイトライドガラスをタイプ（ii）とする）。
元素、Al及びSiは３成分基準の原子比％で第２図におけ
る四つの直線Ｖ、VI、III及びIVで囲まれた組成範囲に
あることが望ましい（以下、第IIIaの族元素を含むオキ
シナイトライドガラスをタイプ（ii）とする）。
即ち、このタイプのオキシナイトライドガラス（ii）が
３成分基準原子比％で表して、下記式 Ｚ≧0.20X＋0.09Y ・・・（Ｖ） Ｚ≧−0.32X＋0.47Y ・・・（VI） Ｙ≧５ ・・・（III） Ｘ≧５ ・・・（IV） 式中、Ｘは３成分基準での周期律表第IIIa族元素の原子
比％、Ｙはアルミニウム原子比％、Ｚはケイ素の原子比
％であり、ここでＸ＋Ｙ＋Ｚ＝100であるものとする。
３成分基準原子比％で表して、下記式 Ｚ≧0.20X＋0.09Y ・・・（Ｖ） Ｚ≧−0.32X＋0.47Y ・・・（VI） Ｙ≧５ ・・・（III） Ｘ≧５ ・・・（IV） 式中、Ｘは３成分基準での周期律表第IIIa族元素の原子
比％、Ｙはアルミニウム原子比％、Ｚはケイ素の原子比
％であり、ここでＸ＋Ｙ＋Ｚ＝100であるものとする。
で表される組成を有することが望ましい。
尚、第２図中の直線Ｖ、VI、III、VIは上記式中で等号
の場合の各式と対応する。
の場合の各式と対応する。
本発明者等の実験によれば、上記直線Ｖ、VI、III及びI
Vで囲まれた組成範囲の更に望ましい範囲として下記式
に設定することがよいことが判った。
Vで囲まれた組成範囲の更に望ましい範囲として下記式
に設定することがよいことが判った。
即ち、 Ｚ≧0.28X＋0.14Y ・・・（Ｖ） Ｚ≧−0.29X＋0.59Y ・・・（VI） Ｙ≧10 ・・・（III） Ｘ≧10 ・・・（IV） 本発明で用いるオキシナイトライドガラスは組成が上記
の範囲となるように各窒化物及び酸化物原料、或いは溶
融条件下にオキシナイトライドとなる原料化合物を配合
して均密混合し、これら成分を溶融してガラス化するこ
とにより得られる。
の範囲となるように各窒化物及び酸化物原料、或いは溶
融条件下にオキシナイトライドとなる原料化合物を配合
して均密混合し、これら成分を溶融してガラス化するこ
とにより得られる。
ケイ素原料としては、シリカ（SiO2）や窒化ケイ素（Si
3N4）を用いることができ、アルミニウム原料として
は、アルミナ（Al2O3）や窒化アルミニウム（AlN）、或
いは硝酸アルミニウム等を用いることができる。また、
周期律表第IIa族原料或いは第IIIa族原料としては酸化
物、水酸化物、窒化物、硝酸塩、炭酸塩等を用いること
ができる。勿論、最終ガラス中に前述した量の窒素が含
有されるように、少なくとも１種の原料の少なくとも一
部として窒化物を用いなければならない。
3N4）を用いることができ、アルミニウム原料として
は、アルミナ（Al2O3）や窒化アルミニウム（AlN）、或
いは硝酸アルミニウム等を用いることができる。また、
周期律表第IIa族原料或いは第IIIa族原料としては酸化
物、水酸化物、窒化物、硝酸塩、炭酸塩等を用いること
ができる。勿論、最終ガラス中に前述した量の窒素が含
有されるように、少なくとも１種の原料の少なくとも一
部として窒化物を用いなければならない。
本発明においては、アルミニウム原料の少なくとも一部
として窒化アルミニウムを用いることが望ましい。即
ち、窒化アルミニウムを用いることにより、一層均質で
一様なガラス化の達成され、また最終ガラス中に有効に
窒素を固定させることができる。
として窒化アルミニウムを用いることが望ましい。即
ち、窒化アルミニウムを用いることにより、一層均質で
一様なガラス化の達成され、また最終ガラス中に有効に
窒素を固定させることができる。
本発明に用いるガラスは、上述した成分を必須不可欠と
するものであるが、それ以外の成分が混入されるのを排
除するものではない。例えば、ガラス組成物を調整する
のに伴ってボール等の粉砕媒体の摩耗により必然的に混
入されるような、例えばWC、ZrO2等があり、これらは全
組成物中10重量％以内で許容される。また、例えば、Al
2O3、AlN等の粉砕媒体を用いれば、本発明のガラス組成
物に要求される成分を混入することができる。
するものであるが、それ以外の成分が混入されるのを排
除するものではない。例えば、ガラス組成物を調整する
のに伴ってボール等の粉砕媒体の摩耗により必然的に混
入されるような、例えばWC、ZrO2等があり、これらは全
組成物中10重量％以内で許容される。また、例えば、Al
2O3、AlN等の粉砕媒体を用いれば、本発明のガラス組成
物に要求される成分を混入することができる。
更に本発明においては、上述した原料を所定範囲の混合
比率で調合し、非酸化性雰囲気中で加熱して溶融し、冷
却した。この加熱温度は1500乃至1900℃の温度範囲に設
定するのが望ましく、1500未満であれば容易に溶けず、
1900℃を超えると分解して揮発するようになる。次いで
粉砕して、塗布又はスクリーン印刷を行いやすくするた
めに100メッシュ以下の粒度に設定するのがよい。
比率で調合し、非酸化性雰囲気中で加熱して溶融し、冷
却した。この加熱温度は1500乃至1900℃の温度範囲に設
定するのが望ましく、1500未満であれば容易に溶けず、
1900℃を超えると分解して揮発するようになる。次いで
粉砕して、塗布又はスクリーン印刷を行いやすくするた
めに100メッシュ以下の粒度に設定するのがよい。
前記非酸化性雰囲気は真空雰囲気、窒素、アルゴン等の
ガスから成る不活性雰囲気のいずれでも選択できるが、
窒素ガスを用いると窒素ガス分圧に応じてガラス分解の
平衡を制御することができ、ガラスのガス化を制御して
無駄のない製作ができるという利点を有する。
ガスから成る不活性雰囲気のいずれでも選択できるが、
窒素ガスを用いると窒素ガス分圧に応じてガラス分解の
平衡を制御することができ、ガラスのガス化を制御して
無駄のない製作ができるという利点を有する。
本発明の前記タイプ（ｉ）及び（ii）のガラスは完全に
非晶質のガラスであってもよいし、また組成によって成
分の一部が結晶化された形で含有されていてもよい。例
えば、ガラス全体当たり40体積％以下のものが、シリコ
ンオキシナイトライド、サイアロン系化合物、Ｎ含有シ
リケート等の結晶の形でガラス中に含有されていてもよ
い。
非晶質のガラスであってもよいし、また組成によって成
分の一部が結晶化された形で含有されていてもよい。例
えば、ガラス全体当たり40体積％以下のものが、シリコ
ンオキシナイトライド、サイアロン系化合物、Ｎ含有シ
リケート等の結晶の形でガラス中に含有されていてもよ
い。
本発明に用いるオキシナイトライドガラスはタイプ
（ｉ）とタイプ（ii）とを混合した形で使用することも
できる。この場合、ガラス（ｉ）とガラス（ii）とを粉
末の形で混合してメタライズ組成物中に含有させても、
或いはガラス（ｉ）とガラス（ii）とを予め溶融混合し
て混溶ガラスの形で用いてもよい。
（ｉ）とタイプ（ii）とを混合した形で使用することも
できる。この場合、ガラス（ｉ）とガラス（ii）とを粉
末の形で混合してメタライズ組成物中に含有させても、
或いはガラス（ｉ）とガラス（ii）とを予め溶融混合し
て混溶ガラスの形で用いてもよい。
メタライズ組成物 オキシナイトライドガラス中に分散混合させる高融点金
属粉末は基本的に焼付温度で溶融、気化等が起こらない
金属、金属のケイ化物、炭化物、ホウ化物の粉末で、ガ
ラスを焼付けした場合、金属、金属のケイ化物、炭化
物、ホウ化物或いはそれらの混合物として存在するもの
であればよく、チタン（Ti）、ジルコニウム（Zr）、ハ
フニウム（Hf）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Nb）、タ
ンタル（Ta）、クロム（Cr）、モリブデン（Mo）、タン
グステン（Ｗ）など周期律表第IV、Ｖ、VI族ａ系列の金
属元素粉末がよい。これらの内でもタングステン、モリ
ブデン、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイ
ド、タングステンカーバイド、モリブデンカーバイド、
ニオブシリサイド、タンタルシリサイド或いはこれらの
２種以上の組合せが特に好適である。また、金属粉末は
100メッシュ以下の粒度を有することが望ましい。
属粉末は基本的に焼付温度で溶融、気化等が起こらない
金属、金属のケイ化物、炭化物、ホウ化物の粉末で、ガ
ラスを焼付けした場合、金属、金属のケイ化物、炭化
物、ホウ化物或いはそれらの混合物として存在するもの
であればよく、チタン（Ti）、ジルコニウム（Zr）、ハ
フニウム（Hf）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Nb）、タ
ンタル（Ta）、クロム（Cr）、モリブデン（Mo）、タン
グステン（Ｗ）など周期律表第IV、Ｖ、VI族ａ系列の金
属元素粉末がよい。これらの内でもタングステン、モリ
ブデン、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイ
ド、タングステンカーバイド、モリブデンカーバイド、
ニオブシリサイド、タンタルシリサイド或いはこれらの
２種以上の組合せが特に好適である。また、金属粉末は
100メッシュ以下の粒度を有することが望ましい。
ガラスと高融点金属粉末との配合割合はかなり広い範囲
にわたって変化させ得るが、一般にガラス粉末35乃至90
体積％、特に40乃至75体積％と、金属粉末10乃至65体積
％、特に60乃至25体積％とを混合して用いるのがよい。
にわたって変化させ得るが、一般にガラス粉末35乃至90
体積％、特に40乃至75体積％と、金属粉末10乃至65体積
％、特に60乃至25体積％とを混合して用いるのがよい。
本発明のメタライズ組成物は、セラミック体への塗布性
及び付着性を付与するための助剤を用いることができ
る。例えば、本発明の組成物に有機バインダーや有機溶
媒を加えて塗布用組成物とする。有機バインダーとして
は、例えばニトロセルロース、エチルセルロース，有機
溶媒としては例えば、α−テルピオネール、ブチルーカ
ルデトールアセテートを用いることができる。塗布性及
び付着性の点ではガラスと金属との合計量を基準にし
て、１乃至10重量％の有機バインダー、及び10乃至20重
量％の有機溶媒を用いるのが望ましい。
及び付着性を付与するための助剤を用いることができ
る。例えば、本発明の組成物に有機バインダーや有機溶
媒を加えて塗布用組成物とする。有機バインダーとして
は、例えばニトロセルロース、エチルセルロース，有機
溶媒としては例えば、α−テルピオネール、ブチルーカ
ルデトールアセテートを用いることができる。塗布性及
び付着性の点ではガラスと金属との合計量を基準にし
て、１乃至10重量％の有機バインダー、及び10乃至20重
量％の有機溶媒を用いるのが望ましい。
メタライズドセラミック体及びその製法 一例として第３図に本発明の方法によるメタライズ構造
の一部縦断斜視図を示す。
の一部縦断斜視図を示す。
炭化物セラミック体１上の接合に必要なエリアにわたっ
て定着されたメタライズ組成物は焼付けによってメタラ
イズ部２を形成しており、このメタライズ部２上にメッ
キによりニッケル（Ni）層３、続けてメッキにより金
（Au）層４を形成し、金属４上にハンダ付が可能な状態
とする。
て定着されたメタライズ組成物は焼付けによってメタラ
イズ部２を形成しており、このメタライズ部２上にメッ
キによりニッケル（Ni）層３、続けてメッキにより金
（Au）層４を形成し、金属４上にハンダ付が可能な状態
とする。
炭化物セラミック体としては、炭化ケイ素（SiC）、炭
化ホウ素（B4C）、炭化チタン（TiC）、炭化タングステ
ン（WC）、炭化ジルコニウム（ZrC）、炭化クロム等の
１種又は２種以上の組合せから成る焼結体が挙げられ
る。
化ホウ素（B4C）、炭化チタン（TiC）、炭化タングステ
ン（WC）、炭化ジルコニウム（ZrC）、炭化クロム等の
１種又は２種以上の組合せから成る焼結体が挙げられ
る。
所定の形状に成形され、焼結されたセラミック体１のメ
タライズすべき表面を研磨し、メタライズ面を容易す
る。この面に、前述したメタライズ用塗布組成物をシル
クスクリーン印刷或いはその他の塗布手段で塗布する。
この塗布層を1000乃至1600℃、好適には1300乃至1600℃
の温度範囲内に設定された非酸化性雰囲気で加熱して焼
付けすればよい。この非酸化性雰囲気については真空雰
囲気、窒素、アルゴン等のガスから成る不活性雰囲気の
いずれでもよく、特に窒素ガスを用いると窒素ガス分圧
に応じてガラス分解の平衡を制御することができてガラ
スのガス化を制御するのに加えて、メタライズ層に気泡
が発生せず、優れたメタライズドセラミック体を効率的
に作製することができる。
タライズすべき表面を研磨し、メタライズ面を容易す
る。この面に、前述したメタライズ用塗布組成物をシル
クスクリーン印刷或いはその他の塗布手段で塗布する。
この塗布層を1000乃至1600℃、好適には1300乃至1600℃
の温度範囲内に設定された非酸化性雰囲気で加熱して焼
付けすればよい。この非酸化性雰囲気については真空雰
囲気、窒素、アルゴン等のガスから成る不活性雰囲気の
いずれでもよく、特に窒素ガスを用いると窒素ガス分圧
に応じてガラス分解の平衡を制御することができてガラ
スのガス化を制御するのに加えて、メタライズ層に気泡
が発生せず、優れたメタライズドセラミック体を効率的
に作製することができる。
メタライズ層の厚みは一般に５乃至50mm、特に10乃至30
mmの範囲にあるのがよい。
mmの範囲にあるのがよい。
本発明において、メタライズ層の形成にオキシナイトラ
イドガラスを用いると、このガラスが接するセラミック
スの間で物質の移動が容易となり、加えて、このガラス
は炭化物セラミック体との濡れ性に優れており、またガ
ラス中の高濃度窒素成分により、オキサイドガラスに比
べて反応による気泡の発生を抑制でき、この結果メタラ
イズ層の炭化物セラミック体への接合強度を著しく向上
せしめている。
イドガラスを用いると、このガラスが接するセラミック
スの間で物質の移動が容易となり、加えて、このガラス
は炭化物セラミック体との濡れ性に優れており、またガ
ラス中の高濃度窒素成分により、オキサイドガラスに比
べて反応による気泡の発生を抑制でき、この結果メタラ
イズ層の炭化物セラミック体への接合強度を著しく向上
せしめている。
更に、オキシナイトライドガラスは他のガラスに比べて
強度及び硬度に優れており、高温下での粘性も大きく、
且つ耐水性及び耐薬品性にも優れている。これにより、
本発明のメタライズドセラミック体を高温構造材として
好適なものとしている。
強度及び硬度に優れており、高温下での粘性も大きく、
且つ耐水性及び耐薬品性にも優れている。これにより、
本発明のメタライズドセラミック体を高温構造材として
好適なものとしている。
得られたメタライズ部の上には、既述のように接合すべ
き金属をハンダ付けして構造材としたり、AuもしくはNi
のような高い導電性を有する金属をメッキしてプリント
基板のような導体配線を形成して電気的材料に応用する
ことができる。
き金属をハンダ付けして構造材としたり、AuもしくはNi
のような高い導電性を有する金属をメッキしてプリント
基板のような導体配線を形成して電気的材料に応用する
ことができる。
本発明のメタライズドセラミック体に関して、後記のは
んだ付け後の接合強度の測定方法をここで第４図により
説明しておく。
んだ付け後の接合強度の測定方法をここで第４図により
説明しておく。
即ち、テストピースＳである炭化物セラミック体１は左
右より万力８によって中央方向に圧縮力〔太矢印〕を付
与された状態で堅固に固定されており、金属４上に吊金
具５をハンダ６をもって固定し、この吊金具５の上端に
プッシュプルゲージ（ゼンマイばねばかり）７を取付け
る。この状態で吊金具５を30mm/分の速さで上方に引き
上げ、メタライズ部２がセラミック体１より剥離した瞬
間の強度をゲージ７で読み取る。
右より万力８によって中央方向に圧縮力〔太矢印〕を付
与された状態で堅固に固定されており、金属４上に吊金
具５をハンダ６をもって固定し、この吊金具５の上端に
プッシュプルゲージ（ゼンマイばねばかり）７を取付け
る。この状態で吊金具５を30mm/分の速さで上方に引き
上げ、メタライズ部２がセラミック体１より剥離した瞬
間の強度をゲージ７で読み取る。
（１）炭化物セラミック体 β‐SiC粉末をB4C粉末及びカーボン粉末と共にボリエチ
レン容器に入れ、更にポリアミドボールを投入しメタノ
ールで24時間混合した。
レン容器に入れ、更にポリアミドボールを投入しメタノ
ールで24時間混合した。
次いで、100MPaの圧力で36×36×2mmの成形体を作成
し、2050℃の温度で30分間アルゴンガス雰囲気（１気
圧）中で焼成し、ホウ素0.5重量％、炭素0.8重量％から
成る焼結体を得た。然る後、この焼結体のメタライズ面
を250番のダイヤモンドホイールにて研磨し、テストピ
ース（a-1）を得た。
し、2050℃の温度で30分間アルゴンガス雰囲気（１気
圧）中で焼成し、ホウ素0.5重量％、炭素0.8重量％から
成る焼結体を得た。然る後、この焼結体のメタライズ面
を250番のダイヤモンドホイールにて研磨し、テストピ
ース（a-1）を得た。
また、他の炭化物セラミック体としてα‐SiC粉末に対
して全体当たりAl2O3 3.5重量％、Y2O3 0.6重量％の配
合比率となるようにそれぞれを添加し、上記と同様に成
形体を得て1950℃の温度で30分間アルゴンガス雰囲気中
で焼成した。次いでこの焼結体のメタライズ面を250番
のダイヤモンドホイールにて研磨し、テストピース（a-
2）を得た。
して全体当たりAl2O3 3.5重量％、Y2O3 0.6重量％の配
合比率となるようにそれぞれを添加し、上記と同様に成
形体を得て1950℃の温度で30分間アルゴンガス雰囲気中
で焼成した。次いでこの焼結体のメタライズ面を250番
のダイヤモンドホイールにて研磨し、テストピース（a-
2）を得た。
（２）オキシナイトライドガラス 第１表に示す通り、配合成分及び配合比率から成る原料
を均密混合し、六方晶BNを内面にコーディングしたSiC
製ルツボに投入した。次いで窒素ガス雰囲気中第１表に
示すような溶融条件にて加熱溶融し、続けて放冷した。
を均密混合し、六方晶BNを内面にコーディングしたSiC
製ルツボに投入した。次いで窒素ガス雰囲気中第１表に
示すような溶融条件にて加熱溶融し、続けて放冷した。
かくして得れたカレットを乳鉢中で粗粉砕し、振動ミル
にて325メッシュ以下の粒径に調整した。
にて325メッシュ以下の粒径に調整した。
尚、第１表中、MgO,CaO,SrOはそれぞれMg(OH)2,CaCO3,S
rCO3をそれぞれ原料として用いた。
rCO3をそれぞれ原料として用いた。
（３）定着及び焼付け 325メッシュ以下の粒度に調整した高融点金属粉末と、
前記オキシナイトライドガラスを第２表に示す通りの配
合比で混合し、更に、有機バインダー及び有機溶媒を加
えてメタライズ組成物とした。
前記オキシナイトライドガラスを第２表に示す通りの配
合比で混合し、更に、有機バインダー及び有機溶媒を加
えてメタライズ組成物とした。
この組成物を（１）にて得られたセラミック体上に４mm
2の面積に亘って20〜30μｍの厚みで塗布し、窒素雰囲
気中第２表に示す通りの条件で焼付けを行ってメタライ
ズ部を得た。
2の面積に亘って20〜30μｍの厚みで塗布し、窒素雰囲
気中第２表に示す通りの条件で焼付けを行ってメタライ
ズ部を得た。
更に、上記メタライズ部にNi無電界メッキを施して前述
した通りの方法にしたがって吊金具をハンダ付けしてメ
タライズ部とセラミック体との剥離強度測定を実施し
た。
した通りの方法にしたがって吊金具をハンダ付けしてメ
タライズ部とセラミック体との剥離強度測定を実施し
た。
尚、この測定は各試験につきそれぞれ20個のテストピー
スを用いて行った。
スを用いて行った。
この結果は第２表に示す通りである。
第２表から明らかな通り、試験No.1乃至７、12乃至19に
おいては剥離強度に優れており、51MPa以上の高い値を
示している。
おいては剥離強度に優れており、51MPa以上の高い値を
示している。
これに対して試験No.8、９では、ガラスと金属の配合比
率が本発明の望ましい範囲から外れているため、顕著に
劣化した特性値を示しており、また試験No.10、11では
本発明の望ましいガラス組成から外れているために優れ
た剥離強度が得られなかった。
率が本発明の望ましい範囲から外れているため、顕著に
劣化した特性値を示しており、また試験No.10、11では
本発明の望ましいガラス組成から外れているために優れ
た剥離強度が得られなかった。
更に上記実施例以外に高融点金属粉末としてTaSi2,TiN,
TiB2,ZrB2,ZrNを用いても本発明が主旨とするものと同
傾向な効果が得られた。
TiB2,ZrB2,ZrNを用いても本発明が主旨とするものと同
傾向な効果が得られた。
更にまた、前記以外の周期律表第IIa族及び第IIIa族元
素を用いても、そして前記以外の他の炭化物セラミック
体へメタライズしても本発明の効果が達成できた。
素を用いても、そして前記以外の他の炭化物セラミック
体へメタライズしても本発明の効果が達成できた。
また、SiO2,MgO,CaOから成る焼結助剤を用いたアルミナ
セラミックス（純度96重量％）に対して従来周知の高温
金属法に基づいてMo85重量％‐Mn10重量％‐SiO2５重量
％のメタライズ組成物を焼付けし、前述に従って剥離強
度を測定したところ約50MPaであるが、炭化物セラミッ
ク体に対しては接着せず、容易に剥離する。
セラミックス（純度96重量％）に対して従来周知の高温
金属法に基づいてMo85重量％‐Mn10重量％‐SiO2５重量
％のメタライズ組成物を焼付けし、前述に従って剥離強
度を測定したところ約50MPaであるが、炭化物セラミッ
ク体に対しては接着せず、容易に剥離する。
しかしながら、本発明のメタライズ組成物を用いるとア
ルミナセラミックスに対する接着性以上の強度を得るこ
とができた。
ルミナセラミックスに対する接着性以上の強度を得るこ
とができた。
上述の通り、本発明のメタライズ組成物を用いると炭化
物セラミック体と金属との接合強度を著しく向上させる
ことができた。更に、このメタライズ組成物は耐水性及
び耐薬品性にも優れているため、広範な用途に適する。
物セラミック体と金属との接合強度を著しく向上させる
ことができた。更に、このメタライズ組成物は耐水性及
び耐薬品性にも優れているため、広範な用途に適する。
かくして、本発明により得られたセラミック−金属接合
体は産業機械用の各種部品や、半導体パッケージや各種
セラミック基板などの電子部品に用いることができる。
体は産業機械用の各種部品や、半導体パッケージや各種
セラミック基板などの電子部品に用いることができる。
第１図は本発明に係る周期律表第IIa族元素、アルミニ
ウム及びケイ素のオキシナイトライドガラスの好適な３
成分組成範囲を示す図であり、第２図は本発明に係る周
期律表第IIIa族元素、アルミニウム及びケイ素のオキシ
ナイトライドガラスの好適な３成分組成範囲を示す図で
あり、第３図は本発明によるメタライズ構造の一部縦断
斜視図、第４図は本発明の実施例に用いられる強度測定
方法を示す概略図である。 １……炭化物セラミック体、２……メタライズ部、３…
…ニッケル層、４……金属
ウム及びケイ素のオキシナイトライドガラスの好適な３
成分組成範囲を示す図であり、第２図は本発明に係る周
期律表第IIIa族元素、アルミニウム及びケイ素のオキシ
ナイトライドガラスの好適な３成分組成範囲を示す図で
あり、第３図は本発明によるメタライズ構造の一部縦断
斜視図、第４図は本発明の実施例に用いられる強度測定
方法を示す概略図である。 １……炭化物セラミック体、２……メタライズ部、３…
…ニッケル層、４……金属
Claims (2)
- 【請求項１】周期律表第IIa族元素又は第IIIa族元素か
ら選ばれる少なくとも一種、アルミニウム及びケイ素の
オキシナイトライドガラスと高融点金属粉末とから実質
的に成ることを特徴とする炭化物セラミック体のメタラ
イズ組成物。 - 【請求項２】周期律表第IIa族元素又は第IIIa族元素か
ら選ばれる少なくとも一種、アルミニウム及びケイ素の
オキシナイトライドガラスと高融点金属粉末とから実質
的に成るメタライズ組成物をペースト状とし、これを炭
化物セラミック体の所要箇所に塗布した後、非酸化性雰
囲気中1000〜1600℃の温度で焼付けることを特徴とする
炭化物セラミック体のメタライズ方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26980885A JPH0678197B2 (ja) | 1985-11-29 | 1985-11-29 | 炭化物セラミツク体のメタライズ組成物及びメタライズ方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26980885A JPH0678197B2 (ja) | 1985-11-29 | 1985-11-29 | 炭化物セラミツク体のメタライズ組成物及びメタライズ方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62128990A JPS62128990A (ja) | 1987-06-11 |
| JPH0678197B2 true JPH0678197B2 (ja) | 1994-10-05 |
Family
ID=17477459
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26980885A Expired - Lifetime JPH0678197B2 (ja) | 1985-11-29 | 1985-11-29 | 炭化物セラミツク体のメタライズ組成物及びメタライズ方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0678197B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0699200B2 (ja) * | 1986-02-20 | 1994-12-07 | 株式会社東芝 | 高周波トランジスタ用絶縁基板 |
| JPH0699201B2 (ja) * | 1986-03-27 | 1994-12-07 | 株式会社東芝 | 封着部を有する窒化アルミニウム焼結体 |
-
1985
- 1985-11-29 JP JP26980885A patent/JPH0678197B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62128990A (ja) | 1987-06-11 |
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