JPH0684058B2 - セラミツクスのメタライジング方法及びセラミツクスのメタライジング用合金箔 - Google Patents
セラミツクスのメタライジング方法及びセラミツクスのメタライジング用合金箔Info
- Publication number
- JPH0684058B2 JPH0684058B2 JP14131783A JP14131783A JPH0684058B2 JP H0684058 B2 JPH0684058 B2 JP H0684058B2 JP 14131783 A JP14131783 A JP 14131783A JP 14131783 A JP14131783 A JP 14131783A JP H0684058 B2 JPH0684058 B2 JP H0684058B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はセラミックスのメタライジング方法及びセラミ
ックスのメタライジング用合金箔に関する。
ックスのメタライジング用合金箔に関する。
最近、セラミックス材料がその優れた諸特性から構造材
料、機能材料等の広い分野に利用され始じめている。そ
の多くの場合は、セラミックス単体で部品を構成してい
るが、より多くの分野でセラミックスを利用するために
は金属と接合可能であることが必要である。このため、
セラミックスへのメタライジングの確立が要望されてい
る。
料、機能材料等の広い分野に利用され始じめている。そ
の多くの場合は、セラミックス単体で部品を構成してい
るが、より多くの分野でセラミックスを利用するために
は金属と接合可能であることが必要である。このため、
セラミックスへのメタライジングの確立が要望されてい
る。
ところで、従来、セラミックスへのメタライジング方法
としては以下に示す方法が知られている。
としては以下に示す方法が知られている。
セラミックス母材表面にMo又はＷを主成分とする粉
末を塗布し、還元雰囲気中で1400〜1700℃に加熱してセ
ラミックス母材と反応させメタライジングする方法。
末を塗布し、還元雰囲気中で1400〜1700℃に加熱してセ
ラミックス母材と反応させメタライジングする方法。
セラミックス母材表面にAu又はPtの箔を配置し、該
箔に圧力を加えながら加熱してメタライジングする方
法。
箔に圧力を加えながら加熱してメタライジングする方
法。
しかしながら、上記の方法は主にセラミックスとして
Al2O3を対象としたもので、最近、注目されている窒化
アルミニウム等の窒化物系セラミックスには高い密着力
でメタライジングすることはできない。また、上記の
方法では高価な貴金属を使用するため、経済性が悪い
上、密着性を高める目的で高い圧力を必要とし、変形を
嫌うエレクトロ部品などへのメタライジングには好まし
くない。
Al2O3を対象としたもので、最近、注目されている窒化
アルミニウム等の窒化物系セラミックスには高い密着力
でメタライジングすることはできない。また、上記の
方法では高価な貴金属を使用するため、経済性が悪い
上、密着性を高める目的で高い圧力を必要とし、変形を
嫌うエレクトロ部品などへのメタライジングには好まし
くない。
このようなことから、Ti,Zrなどの活性金属はCu,Ni,Fe
などの遷移金属との合金において、その共晶組成領域で
活性金属の単体の融点（Ti;1720℃,Zr1860℃）及びCu,N
i,Fe単体の融点（夫々1083℃,1453℃,1534℃）と比較し
て融点を数100℃以下させることに着目し、セラミック
ス母材上に活性金属層と遷移金属層を積層した後、それ
ら金属の合金の融点より高い温度で熱処理して遷移金属
と活性金属の原子を相互に拡散させて合金化し、メタラ
イジングする方法が知られている。かかる方法によれば
遷移金属と活性金属との合金融液によりセラミックス母
材表面が十分に漏されるため、加圧をほとんど必要とせ
ず、かつ活性金属の効果によりセラミックス母材に対し
強い密着力でメタライジングできる。しかしながら、こ
のようにメタライジングを行なった後において、セラミ
ックス母材にクラックが発生するという問題があった。
などの遷移金属との合金において、その共晶組成領域で
活性金属の単体の融点（Ti;1720℃,Zr1860℃）及びCu,N
i,Fe単体の融点（夫々1083℃,1453℃,1534℃）と比較し
て融点を数100℃以下させることに着目し、セラミック
ス母材上に活性金属層と遷移金属層を積層した後、それ
ら金属の合金の融点より高い温度で熱処理して遷移金属
と活性金属の原子を相互に拡散させて合金化し、メタラ
イジングする方法が知られている。かかる方法によれば
遷移金属と活性金属との合金融液によりセラミックス母
材表面が十分に漏されるため、加圧をほとんど必要とせ
ず、かつ活性金属の効果によりセラミックス母材に対し
強い密着力でメタライジングできる。しかしながら、こ
のようにメタライジングを行なった後において、セラミ
ックス母材にクラックが発生するという問題があった。
本発明はセラミックス母材に加圧せずに強固にメタライ
ジングでき、しかもメタライジング後においてセラミッ
クス母材のクラック発生を防止し得るメタライジング方
法、並びにかかる方法に用いる合金箔を提供しようとす
るものである。
ジングでき、しかもメタライジング後においてセラミッ
クス母材のクラック発生を防止し得るメタライジング方
法、並びにかかる方法に用いる合金箔を提供しようとす
るものである。
本発明者らは、以下の点に着目して本発明のメタライジ
ング方法並びにそれに用いる合金箔を開発するに至っ
た。すなわち、活性金属とセラミックスとの漏れ性の良
好さを活かし、セラミックス表面上に金属層を形成する
メタライジング方法において、金属層形成後に生じるセ
ラミックス母材中の割れの原因が、熱応力でありそれを
支配する因子が成形温度と金属層の厚さであることを究
明した。この事実に基づきセラミックス中に発生する応
力σを数式で表すと、 となる。ここでΔα：セラミックスと金属の熱膨脹係数
の差、ΔT:成形温度と室温との温度差、E:ヤング率、t:
厚さ、c,mはそれぞれセラミックス、金属を表す。この
式にたとえばAlN上にCuを0.5mm厚、1000℃で形成した場
合の諸値を代入すると、Δα＝８×10-6/℃，ΔＴ＝975
℃,Ec＝30,000kg/mm2,Em＝11,600Kg/mm2,tc＝3mm tm＝
0.5mmから、σ＝121.6kg/mm2が求まる。この値がセラミ
ックス表面の極めて薄い部分に生じることによって亀裂
が生じる。実際には、上式はすべて弾性変形として計算
しているので、高温でのCuの応力緩和効果を考慮せねば
ならないが、いずれにせよ金属層が厚い場合にはセラミ
ックス中に亀裂が生じるほどの応力が容易に発生する。
ング方法並びにそれに用いる合金箔を開発するに至っ
た。すなわち、活性金属とセラミックスとの漏れ性の良
好さを活かし、セラミックス表面上に金属層を形成する
メタライジング方法において、金属層形成後に生じるセ
ラミックス母材中の割れの原因が、熱応力でありそれを
支配する因子が成形温度と金属層の厚さであることを究
明した。この事実に基づきセラミックス中に発生する応
力σを数式で表すと、 となる。ここでΔα：セラミックスと金属の熱膨脹係数
の差、ΔT:成形温度と室温との温度差、E:ヤング率、t:
厚さ、c,mはそれぞれセラミックス、金属を表す。この
式にたとえばAlN上にCuを0.5mm厚、1000℃で形成した場
合の諸値を代入すると、Δα＝８×10-6/℃，ΔＴ＝975
℃,Ec＝30,000kg/mm2,Em＝11,600Kg/mm2,tc＝3mm tm＝
0.5mmから、σ＝121.6kg/mm2が求まる。この値がセラミ
ックス表面の極めて薄い部分に生じることによって亀裂
が生じる。実際には、上式はすべて弾性変形として計算
しているので、高温でのCuの応力緩和効果を考慮せねば
ならないが、いずれにせよ金属層が厚い場合にはセラミ
ックス中に亀裂が生じるほどの応力が容易に発生する。
そこで、本発明者らは上記究明結果を踏えて鋭意研究し
たところ、遷移金属と活性金属からなる厚さ30μｍ以下
の合金層をセラミックス母材表面に配置し、該合金の融
点以上に加熱することによって、セラミックス母材にク
ラック発生を招くことなく強固にメタライジングできる
方法を見い出した。また、遷移金属と活性金属とからな
り、かつ厚さ30μｍ以下の合金箔は上記メタライジング
に有効に利用できることを見い出した。
たところ、遷移金属と活性金属からなる厚さ30μｍ以下
の合金層をセラミックス母材表面に配置し、該合金の融
点以上に加熱することによって、セラミックス母材にク
ラック発生を招くことなく強固にメタライジングできる
方法を見い出した。また、遷移金属と活性金属とからな
り、かつ厚さ30μｍ以下の合金箔は上記メタライジング
に有効に利用できることを見い出した。
すなわち、本発明に係わるセラミックスのメタライジン
グ方法はセラミックス母材の表面にCu、Ni、FeおよびCo
の群のうちの少なくとも１種から選ばれる遷移金属と活
性金属とからなる厚さ30μｍ以下の合金層を配置した
後、前記セラミックス母材を前記合金の融点以上に加熱
することを特徴とするものである。
グ方法はセラミックス母材の表面にCu、Ni、FeおよびCo
の群のうちの少なくとも１種から選ばれる遷移金属と活
性金属とからなる厚さ30μｍ以下の合金層を配置した
後、前記セラミックス母材を前記合金の融点以上に加熱
することを特徴とするものである。
また、本発明に係わるセラミックスのメタライジング用
合金箔はCu、Ni、FeおよびCoの群のうちの少なくとも１
種から選ばれる遷移金属と活性金属とからなり、かつ厚
さが30μｍ以下であることを特徴とするものである。
合金箔はCu、Ni、FeおよびCoの群のうちの少なくとも１
種から選ばれる遷移金属と活性金属とからなり、かつ厚
さが30μｍ以下であることを特徴とするものである。
上記セラミックスとしては、窒化物（AlN,Si3N4,BNな
ど），炭化物（SiCなど），酸化物（Al2O3など）をはじ
めとする各種のセラミックスを用いることができる。
ど），炭化物（SiCなど），酸化物（Al2O3など）をはじ
めとする各種のセラミックスを用いることができる。
上記活性金属としては、例えばTi,Zr,Y,Hf等を挙げるこ
とができる。
とができる。
上記合金層はセラミックス母材への密着強度を高める活
性金属を含むと共に、活性金属単体に比べて溶融温度を
下げ、工業的に実施し易いようにしている。こうした合
金層の組成割合はその成分である遷移金属及び活性金属
の種類により一般に限定できないが、溶融温度を下げる
という観点から共晶点もしくはその近傍の組成にするこ
とが望ましい。また、合金層の厚さを上記の如く限定し
た理由はその厚さが30μｍを越えると、メタライジング
後にセラミックス母材にクラックが発生するからであ
る。更に、かかる合金層としては、具体的には、（イ）
本願第２の発明に挙げた遷移金属と活性金属からなり、
厚さ30μｍ以下の合金箔、（ロ）セラミックス母材表面
にスパッタリング法やプラズ溶射法等により堆積された
合金層の形態のものが用いられる。なお、必要に応じて
合金中に融点降下元素を添加してもよい。
性金属を含むと共に、活性金属単体に比べて溶融温度を
下げ、工業的に実施し易いようにしている。こうした合
金層の組成割合はその成分である遷移金属及び活性金属
の種類により一般に限定できないが、溶融温度を下げる
という観点から共晶点もしくはその近傍の組成にするこ
とが望ましい。また、合金層の厚さを上記の如く限定し
た理由はその厚さが30μｍを越えると、メタライジング
後にセラミックス母材にクラックが発生するからであ
る。更に、かかる合金層としては、具体的には、（イ）
本願第２の発明に挙げた遷移金属と活性金属からなり、
厚さ30μｍ以下の合金箔、（ロ）セラミックス母材表面
にスパッタリング法やプラズ溶射法等により堆積された
合金層の形態のものが用いられる。なお、必要に応じて
合金中に融点降下元素を添加してもよい。
上記加熱処理に際しての雰囲気は大気中、アルゴンガス
等の非酸化性ガス中等任意で、特に限定されない。
等の非酸化性ガス中等任意で、特に限定されない。
次に、本発明の実施例を説明する。
実施例１ まず、Cu-28重量％Ti合金から液体急冷法によって幅25m
m、厚さ25μｍのCu-Ti合金箔帯を成形した。つづいて、
この箔帯を切断して幅25mm、長さ50mm、厚さ25μｍのCu
-Ti合金箔とし、これをSi3N4角材の一面に配置した。次
いで、アルゴン雰囲気中で930℃に加熱して該合金箔を
溶融させた後、冷却してSi3N4角材表面に25μｍ厚のメ
タライジング層を形成した。
m、厚さ25μｍのCu-Ti合金箔帯を成形した。つづいて、
この箔帯を切断して幅25mm、長さ50mm、厚さ25μｍのCu
-Ti合金箔とし、これをSi3N4角材の一面に配置した。次
いで、アルゴン雰囲気中で930℃に加熱して該合金箔を
溶融させた後、冷却してSi3N4角材表面に25μｍ厚のメ
タライジング層を形成した。
比較例 Cu-Ti合金箔を２枚重ねてSi3N4角材に配置した以外、実
施例１と同様な方法によりSi3N4角材表面に50μｍ厚の
メタライジング層を形成した。
施例１と同様な方法によりSi3N4角材表面に50μｍ厚の
メタライジング層を形成した。
しかして、本実施例１及び比較例のメタライジング層を
含むSi3N4角材の断面を観察したところ、いずれもメタ
ライジング層とSi3N4角材とが良好に接合していた。し
かし、比較例の場合はSi3N4角材内部に多くのクラック
が観察された。これに対し、本実施例１の場合はSi3N4
角材内部のクラック発生は皆無であった。
含むSi3N4角材の断面を観察したところ、いずれもメタ
ライジング層とSi3N4角材とが良好に接合していた。し
かし、比較例の場合はSi3N4角材内部に多くのクラック
が観察された。これに対し、本実施例１の場合はSi3N4
角材内部のクラック発生は皆無であった。
実施例２ 25mmφのAlN円柱体の頂面に、その面形状に合せた厚さ2
5μｍのCu-28重量％Ti合金箔を配置し、４×10-5torrの
真空下で925℃に加熱し、該合金箔を溶融した後、３分
間保持し、更に冷却してAlN円柱体の頂面に25μｍ厚の
メタライジング層を形成した。
5μｍのCu-28重量％Ti合金箔を配置し、４×10-5torrの
真空下で925℃に加熱し、該合金箔を溶融した後、３分
間保持し、更に冷却してAlN円柱体の頂面に25μｍ厚の
メタライジング層を形成した。
しかして、本実施例２のメタライジング層を含むAlN円
柱体の断面を観察したところ、AlN円柱体のクラック発
生は全く認められなかった。また、こうしたAlN円柱体
をエレクトロ部分のAlN部材とメタライジング層を介し
て接合したところ、容易にかつ強固に接合できた。
柱体の断面を観察したところ、AlN円柱体のクラック発
生は全く認められなかった。また、こうしたAlN円柱体
をエレクトロ部分のAlN部材とメタライジング層を介し
て接合したところ、容易にかつ強固に接合できた。
以上詳述した如く、本発明によればセラミックス母材に
加圧せずに強固にメタライジングでき、しかもメタライ
ジング後においてセラミックス母材のクラック発生を防
止し得るメタライジング方法、並びにかかる方法に有効
に利用できる合金箔を提供できる。
加圧せずに強固にメタライジングでき、しかもメタライ
ジング後においてセラミックス母材のクラック発生を防
止し得るメタライジング方法、並びにかかる方法に有効
に利用できる合金箔を提供できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹田 博光 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 東 京芝浦電気株式会社総合研究所内 (72)発明者 山崎 達雄 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 東 京芝浦電気株式会社総合研究所内 (72)発明者 白兼 誠 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 東 京芝浦電気株式会社総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭52−19137（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】セラミックス母材の表面にCu、Ni、Feおよ
びCoの群のうちの少なくとも１種から選ばれる遷移金属
と活性金属とからなる厚さ30μｍ以下の合成層を配置し
た後、前記セラミックス母材を前記合金の融点以上に加
熱することを特徴とするセラミックスのメタライジング
方法。 - 【請求項２】前記活性金属は、Ti、Zr、ＹおよびHfのい
ずれかであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載のセラミックスのメタライジング方法。 - 【請求項３】Cu、Ni、FeおよびCoの群のうちの少なくと
も１種から選ばれる遷移金属と活性金属とからなり、か
つ厚さが30μｍ以下であることを特徴とするセラミック
スのメタライジング用合金箔。 - 【請求項４】前記活性金属は、Ti、Zr、ＹおよびHfのい
ずれかであることを特徴とする特許請求の範囲第３項記
載のセラミックスのメタライジング用合金箔。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14131783A JPH0684058B2 (ja) | 1983-08-02 | 1983-08-02 | セラミツクスのメタライジング方法及びセラミツクスのメタライジング用合金箔 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14131783A JPH0684058B2 (ja) | 1983-08-02 | 1983-08-02 | セラミツクスのメタライジング方法及びセラミツクスのメタライジング用合金箔 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6032648A JPS6032648A (ja) | 1985-02-19 |
| JPH0684058B2 true JPH0684058B2 (ja) | 1994-10-26 |
Family
ID=15289095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14131783A Expired - Lifetime JPH0684058B2 (ja) | 1983-08-02 | 1983-08-02 | セラミツクスのメタライジング方法及びセラミツクスのメタライジング用合金箔 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0684058B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0678196B2 (ja) * | 1985-03-28 | 1994-10-05 | 京セラ株式会社 | メタライズ用組成物 |
| JPH0669914B2 (ja) * | 1985-09-26 | 1994-09-07 | 京セラ株式会社 | メタライズ用組成物 |
| JPH0631186B2 (ja) * | 1986-02-20 | 1994-04-27 | 株式会社東芝 | イグナイタ−用基板 |
| JPH02145776A (ja) * | 1988-11-28 | 1990-06-05 | Eagle Ind Co Ltd | 炭化珪素の金属層接合方法 |
-
1983
- 1983-08-02 JP JP14131783A patent/JPH0684058B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6032648A (ja) | 1985-02-19 |
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