JPH07101784A - 窒化アルミニウム接合体およびその製造方法 - Google Patents

窒化アルミニウム接合体およびその製造方法

Info

Publication number
JPH07101784A
JPH07101784A JP12350994A JP12350994A JPH07101784A JP H07101784 A JPH07101784 A JP H07101784A JP 12350994 A JP12350994 A JP 12350994A JP 12350994 A JP12350994 A JP 12350994A JP H07101784 A JPH07101784 A JP H07101784A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
aluminum nitride
titanium
copper
sintered body
metal member
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP12350994A
Other languages
English (en)
Inventor
Shunichiro Tanaka
俊一郎 田中
Kazuo Ikeda
和男 池田
Akio Sayano
顕生 佐谷野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP12350994A priority Critical patent/JPH07101784A/ja
Publication of JPH07101784A publication Critical patent/JPH07101784A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 接合強度が大きく、しかも、急激なヒートシ
ョックによっても亀裂や破壊を起こすことのない窒化ア
ルミニウム接合体を提供する。 【構成】 窒化アルミニウム焼結体1と線膨張係数が10
×10-6/℃以上の金属部材1′とが、銅もしくは銅合金
2およびチタンと窒化アルミニウム焼結体から拡散移行
した窒素原子との反応により形成された窒化チタンを主
体とする化合物層を介して接合された窒化アルミニウム
接合体である。あるいは、窒化アルミニウム焼結体と銅
もしくは銅合金からなる金属部材とが、同様にチタンと
窒化アルミニウム焼結体から拡散移行した窒素原子との
反応により形成された窒化チタンを主体とする化合物層
を介して接合された窒化アルミニウム接合体である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、接合強度が大きく、か
つヒートショックを受けても接合部界面近傍に亀裂や破
壊の生じ難い新規な窒化アルミニウム接合体およびその
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、アルミナ等のセラミックス焼
結体に金属部材を接合する方法としては、一般にセラミ
ックス焼結体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、ニッケルめっきを行って金属部
材をろう付けして接合する方法が採られている。
【0003】近年、このような方法に代って、セラミッ
クス焼結体に金属部材を直接接合させる、より簡便な方
法が検討されており、例えばセラミックス焼結体に金属
部材を接触させて酸素等の結合剤を含むガス雰囲気中で
加熱する方法、あるいは結合剤を含有する金属部材をセ
ラミックス焼結体に接触させて非酸化性雰囲気中で焼成
する方法等が開発されている。
【0004】しかしながら、このような従来のセラミッ
クス−金属接合体では、いずれも前処理工程が複雑であ
る上に、窒化物セラミックス焼結体、例えば AlNの線膨
張係数が 4.6×10-6/℃程度であるのに対して、通常使
用される鉄のそれが10〜15×10-6/℃と非常に大きいた
め、窒化アルミニウム焼結体の接合界面近傍に亀裂が生
じたり、場合によっては破壊してしまうという難点があ
った。
【0005】一方、セラミックス焼結体とセラミックス
焼結体との接合方法としては、上述したメタライズ処理
法の他に、銅箔やチタン箔を介してセラミックス焼結体
−セラミックス焼結体間を直接接合する方法も開発され
ているが、銅箔を介して接合する方法では接合強度が 1
0kg/mm2 以下と不十分であり、かつ急激なヒートショッ
クが与えられた場合には接合界面近傍に亀裂が入り易
く、場合によっては破壊してしまうという難点があっ
た。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、かかる
従来の難点を解消すべく鋭意研究をすすめたところ、窒
化アルミニウム焼結体と金属部材間に、銅もしくは銅合
金とチタンもしくはチタン化合物を介して焼成すること
により、接合強度が大きく、しかもヒートショックによ
る接合界面への亀裂の発生し難い窒化アルミニウム接合
体が得られることを見出した。
【0007】本発明は、かかる知見に基いてなされたも
ので、接合強度が大きく、しかも、急激なヒートショッ
クによっても亀裂や破壊を起こすことのない窒化アルミ
ニウム接合体およびその製造方法を提供しようとするも
のである。
【0008】
【課題を解決するための手段と作用】本発明における第
1の窒化アルミニウム接合体は、窒化アルミニウム焼結
体と、線膨張係数が10×10-6/℃以上の金属部材とが、
(a)銅もしくは銅合金および(b)チタンと前記窒化アル
ミニウム焼結体から拡散移行した窒素原子との反応によ
り形成された窒化チタンを主体とする化合物層を介して
接合されてなることを特徴としている。
【0009】第2の窒化アルミニウム接合体は、窒化ア
ルミニウム焼結体と、銅もしくは銅合金からなる金属部
材とが、チタンと前記窒化アルミニウム焼結体から拡散
移行した窒素原子との反応により形成された窒化チタン
を主体とする化合物層を介して接合されてなることを特
徴としている。
【0010】また、本発明の窒化アルミニウム接合体の
製造方法は、窒化アルミニウム焼結体と、線膨張係数が
10×10-6/℃以上の金属部材間に、 (a)銅もしくは銅合
金ならびに (b)チタンもしくは窒素と反応し得るチタン
化合物が混在する層( a、 b成分が合金となっている場
合を除く)を介在させて、真空または不活性雰囲気中で
介在層の融点以上の温度で焼成することにより、前記窒
化アルミニウム焼結体と金属部材間に、前記銅もしくは
銅合金ならびにチタンと前記窒化アルミニウム焼結体か
ら拡散移行した窒素原子との反応により形成された窒化
チタンを主体とする化合物からなる層を形成することを
特徴としている。
【0011】本発明の窒化アルミニウム接合体は、具体
的には以下に示すような方法により製造することができ
る。
【0012】(A) 窒化アルミニウム焼結体と金属部材
間に、銅もしくは銅合金を配置し、かつこの銅もしくは
銅合金と上記窒化アルミニウム焼結体間に、チタンもし
くは窒素と反応し得るチタン化合物(以下、チタン等と
言う)の粉末層を介在させて、真空または不活性雰囲気
中で介在層の融点以上の温度で焼成する。
【0013】(B) 窒化アルミニウム焼結体と金属部材
間に、銅もしくは銅合金粉末とチタン等の粉末との混合
粉末を介在させて、真空または不活性雰囲気中で介在層
の融点以上の温度で焼成する。
【0014】(C) 窒化アルミニウム焼結体と金属部材
間に、銅もしくは銅合金および間欠的に空隙を設けたチ
タン等を介在させて、真空または不活性雰囲気中で介在
層の融点以上の温度で焼成する。
【0015】(D) 窒化アルミニウム焼結体と金属部材
間に、チタン等の繊維を埋入させた銅もしくは銅合金の
粉末を介在させて、真空または不活性雰囲気中で介在層
の融点以上の温度で焼成する。
【0016】上記した (A)〜 (D)の方法について、図面
を参照してさらに詳しく説明する。(A)の方法 (1) 図1に示すように、一方の被接合部材である窒化
アルミニウム焼結体1と他方の被接合部材(金属部材)
1′の接合面および銅もしくは銅合金箔2の表面に、チ
タン等の粉末を有機溶剤に分散させてスラリーとして塗
布し加熱乾燥して、チタン等の粉末層3を形成し、この
粉末層3を対向させて重ね合せ、真空中または不活性雰
囲気中で介在層の融点以上の温度で焼成して一体化させ
る。
【0017】(2) 金属部材として銅や銅合金を用いる
場合には、図2に示すように、窒化アルミニウム焼結体
1と金属部材(銅もしくは銅合金)4との接合面に、チ
タン等の粉末を有機溶剤に分散させたスラリーを塗布し
加熱乾燥して、チタン等の粉末層3を形成し、このチタ
ン等の粉末層3を対向させて重ね合せ、真空中または不
活性雰囲気中で介在層の融点以上の温度で焼成して一体
化させる。
【0018】(B)の方法 図3に示すように、微細な(例えば 325メッシュ通過)
銅もしくは銅合金粉末とチタン等の粉末とをアルコール
のような有機溶剤中で混合してスラリーとし、このスラ
リーを乾燥して所定形状にプレス成型し、厚さ 0.1〜 5
mm程度の圧粉体5を成型する。このときの銅もしくは銅
合金とチタン等の粉末との混合比は、銅(合金):チタ
ン等= 95:5〜70:30 の範囲が適当である。次に、接合す
べき窒化アルミニウム焼結体1と金属部材1′間に上記
圧粉体5を挟み、真空中または不活性雰囲気中で圧粉体
5の融点以上の温度で焼成して接合一体化する。
【0019】(C)の方法 図4に示すように、チタン線を織成したり、同一平面上
で繰り返し屈曲させたり、多数条並列させたり、あるい
はチタン箔に多数の打抜き孔を設ける等して形成した、
間欠的に空隙を有するチタン材料(図4ではチタン線6
を繰り返し屈曲させたものを示している)を窒化アルミ
ニウム焼結体1側に配置し、この上に銅もしくは銅合金
を介して(銅もしくは銅合金からなる金属部材を接合す
る場合は不要)、金属部材1′を重ね、真空中または不
活性雰囲気中でチタン材料および銅もしくは銅合金の融
点以上の温度で焼成して接合一体化する。
【0020】(D)の方法 図5に示すように、 (B)の方法において、銅もしくは銅
合金粉末とチタン等の粉末とによる加圧粉体に代えて、
銅もしくは銅合金粉末7にチタン繊維8を混入させたも
のを (B)の方法と同様にして加圧成型した圧粉体、また
は図6に示すように、銅もしくは銅合金粉末7単独の圧
粉体の両面にチタン繊維からなる網状体9を配置し、再
度加圧してこの網状体9の一部を加圧粉体中に埋入させ
たものを用いる。この方法における銅もしくは銅合金と
チタン等との配合比も (B)の方法に準じた範囲とする。
【0021】このようにして接合された窒化アルミニウ
ム接合体の接合部界面には、窒化アルミニウム焼結体中
の窒素とチタン等との反応による窒化チタンを含む相が
形成され、また銅もしくは銅合金とチタンとが合金化さ
れて種々の組成の合金化相が形成される。なお、このよ
うな接合部を有する窒化アルミニウム接合体は、被接合
部材間に銅もしくは銅合金を介在させ、両接合面にチタ
ンを含有するろう材を挿入して不活性雰囲気中で加熱し
接合することによっても得られる。
【0022】本発明の被接合部材となる窒化アルミニウ
ム焼結体としては、特に常圧焼結、ホットプレス等によ
り焼成された緻密質のものが好適である。また、他方の
被接合部材となる金属部材は、鋼材や銅等の線膨張係数
が10×10-6/℃以上のものである。
【0023】また、本発明に使用し得る銅合金として
は、例えば黄銅、青銅が挙げられる。銅およびこれらの
銅合金の破断伸びは次の通りである。
【0024】 純銅 45% 黄銅 60%青銅 64% 純鉄 29% なお、これらのうち純銅が最適であり、黄銅も安価で、
かつ亜鉛の含量が20〜40重量% の範囲で 60%以上の伸び
が得られるので、本発明に適している。さらに、本発明
に使用される窒素と反応し得るチタン化合物としては、
例えば二酸化チタンが挙げられる。
【0025】このようにして得られた窒化アルミニウム
接合体は、窒化チタンの界面層の存在により 10kg/mm2
を超える大きい接合強度を有し、かつ銅もしくは銅合金
の存在により応力が緩和されて急激なヒートショックが
加えられても窒化アルミニウム焼結体の接合界面近傍に
亀裂が生じたり、破壊したりするおそれがない。
【0026】なお、上記各方法の内、 (A)の方法におい
てスラリーを接合面に塗布する方法は、接合面が複雑な
形状の場合に適しており、また (C)の方法において接合
面を間欠的に接合させた場合には、さらに応力緩和効果
が向上し、ヒートショックによる亀裂の発生がより効果
的に防止される。
【0027】
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。
【0028】実施例1 線径 300μm φ、網目間隔 1.5mmの金属チタン網を、常
圧焼結した窒化ケイ素からなるセラミックス焼結体と銅
板間に挟み、真空中で1050℃で 5分間加熱して接合させ
た。このようにして得られたセラミックス接合体のせん
断強度は 25kg/mm2 であり、かつその破壊はセラミック
ス焼結体の部分で起った。
【0029】実施例2 常圧焼結した 2個の窒化ケイ素からなるセラミックス焼
結体の接合面に、チタン粉末をエチルアルコール中に分
散させたスラリーを直径 400μm の散点状に塗着し、 4
00℃で 5分間乾燥させた後、厚さ 300μm の銅板を介し
て塗着面を重ね合わせ、アルゴン雰囲気中で1050℃で 5
分間加熱して接合させた。
【0030】この実施例の接合体の接合面には、マイク
ロクラックは全く認められなかったが、チタンをセラミ
ックス焼結体の全面に塗着した点を除いて同様に接合し
た比較例のものでは、接合面にマイクロクラックの生成
が認められた。従って、従来はクラックが生じて使用さ
れなかったものが十分な強度を有して使用できるように
なった。
【0031】実施例3 銅粉末(325メッシュ通過)と金属チタン短繊維(繊維径
300μm φ、繊維長2mm)とをエチルアルコール中で混合
して乾燥した後、プレスにより厚さ 500μm、縦、横各1
0mmの圧粉体に成型した。次に、この圧粉体を常圧焼結
した 2個の窒化ケイ素からなるセラミックス焼結体間に
挟み、アルゴン雰囲気中で1050℃で 5分間加熱して接合
させた。このようにして得られたセラミックス接合体の
せん断破壊強度は 20kg/mm2 であり、破壊はセラミック
ス焼結体の部分で起った。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、接
合強度が大きく、しかも急激なヒートショックの付加に
よる亀裂や破壊の発生を抑制した窒化アルミニウム接合
体を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の窒化アルミニウム接合体の一構造例
およびその製造方法を説明するための側面図である。
【図2】 本発明の窒化アルミニウム接合体の他の構造
例およびその製造方法を説明するための側面図である。
【図3】 本発明の窒化アルミニウム接合体のさらに他
の構造例およびその製造方法を説明するための側面図で
ある。
【図4】 本発明の窒化アルミニウム接合体のさらに他
の構造例およびその製造方法を説明するための斜視図で
ある。
【図5】 本発明に使用する圧粉体の一構造例を示す斜
視図である。
【図6】 本発明に使用する圧粉体の他の構造例を示す
斜視図である。
【符号の説明】
1……窒化アルミニウム焼結体 1′…金属部材 2……銅または銅合金箔 3……チタンまたは窒素と反応し得るチタン化合物の粉
末層 4……銅または銅合金からなる金属部材 5……圧粉体 6……チタン線 7……銅または銅合金粉末 8……チタン繊維 9……チタン繊維からなる網状体

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 窒化アルミニウム焼結体と、線膨張係数
    が10×10-6/℃以上の金属部材とが、 (a)銅もしくは銅合金および (b)チタンと前記窒化アル
    ミニウム焼結体から拡散移行した窒素原子との反応によ
    り形成された窒化チタンを主体とする化合物層を介して
    接合されてなることを特徴とする窒化アルミニウム接合
    体。
  2. 【請求項2】 窒化アルミニウム焼結体と、銅もしくは
    銅合金からなる金属部材とが、 チタンと前記窒化アルミニウム焼結体から拡散移行した
    窒素原子との反応により形成された窒化チタンを主体と
    する化合物層を介して接合されてなることを特徴とする
    窒化アルミニウム接合体。
  3. 【請求項3】 窒化アルミニウム焼結体と、線膨張係数
    が10×10-6/℃以上の金属部材間に、 (a)銅もしくは銅
    合金ならびに (b)チタンもしくは窒素と反応し得るチタ
    ン化合物が混在する層( a、 b成分が合金となっている
    場合を除く)を介在させて、真空または不活性雰囲気中
    で介在層の融点以上の温度で焼成することにより、前記
    窒化アルミニウム焼結体と金属部材間に、前記銅もしく
    は銅合金ならびにチタンと前記窒化アルミニウム焼結体
    から拡散移行した窒素原子との反応により形成された窒
    化チタンを主体とする化合物からなる層を形成すること
    を特徴とする窒化アルミニウム接合体の製造方法。
JP12350994A 1994-06-06 1994-06-06 窒化アルミニウム接合体およびその製造方法 Pending JPH07101784A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP12350994A JPH07101784A (ja) 1994-06-06 1994-06-06 窒化アルミニウム接合体およびその製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP12350994A JPH07101784A (ja) 1994-06-06 1994-06-06 窒化アルミニウム接合体およびその製造方法

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58182093A Division JPS6077178A (ja) 1983-09-30 1983-09-30 窒化物セラミックス接合体およびその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH07101784A true JPH07101784A (ja) 1995-04-18

Family

ID=14862378

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP12350994A Pending JPH07101784A (ja) 1994-06-06 1994-06-06 窒化アルミニウム接合体およびその製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH07101784A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014224017A (ja) * 2013-05-16 2014-12-04 新日鐵住金株式会社 耐摩耗部材

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6033269A (ja) * 1983-08-02 1985-02-20 株式会社東芝 金属とセラミツクの接合方法
JPS6077177A (ja) * 1983-09-30 1985-05-01 株式会社東芝 セラミツクス接合体
JPS6077178A (ja) * 1983-09-30 1985-05-01 株式会社東芝 窒化物セラミックス接合体およびその製造方法
JPS62179893A (ja) * 1986-02-05 1987-08-07 Toshiba Corp 金属とセラミツクスとの接合用ろう材
JPH0474306A (ja) * 1990-07-13 1992-03-09 Canon Inc 情報記録担体駆動装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6033269A (ja) * 1983-08-02 1985-02-20 株式会社東芝 金属とセラミツクの接合方法
JPS6077177A (ja) * 1983-09-30 1985-05-01 株式会社東芝 セラミツクス接合体
JPS6077178A (ja) * 1983-09-30 1985-05-01 株式会社東芝 窒化物セラミックス接合体およびその製造方法
JPS62179893A (ja) * 1986-02-05 1987-08-07 Toshiba Corp 金属とセラミツクスとの接合用ろう材
JPH0474306A (ja) * 1990-07-13 1992-03-09 Canon Inc 情報記録担体駆動装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014224017A (ja) * 2013-05-16 2014-12-04 新日鐵住金株式会社 耐摩耗部材

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH0474306B2 (ja)
JPH07101784A (ja) 窒化アルミニウム接合体およびその製造方法
JPS6077177A (ja) セラミツクス接合体
JP3059117B2 (ja) セラミックス回路基板
JPH0710645A (ja) 窒化アルミニウム接合体およびその製造方法
JPH05163078A (ja) セラミックスと金属の接合体
JPH1171186A (ja) セラミックと金属との結合構造およびその結合方法
JP2797020B2 (ja) 窒化珪素と金属との接合体およびその製造法
JP2541837B2 (ja) セラミックスと金属との接合体の製造方法
JP2826840B2 (ja) セラミック体と金属部材の接合方法
JPH0292872A (ja) セラミック体と銅材の接合方法
JP2729751B2 (ja) アルミナセラミックスとアルミニウムの接合方法
JP2771810B2 (ja) セラミックと金属体との接合方法および接合体
JPH11329676A (ja) セラミックスと金属の接合体及びこれを用いたセラミックヒータ、ならびにその製造方法
JPH07157373A (ja) セラミック材及び金属材の接合方法並びに気密容器の製造方法
JPS6177681A (ja) 窒化物セラミツクスの接合方法
JPH0362674B2 (ja)
JPH075405B2 (ja) 非酸化物系セラミックスのメタライズ方法
JP2001048670A (ja) セラミックス−金属接合体
JPH0460947B2 (ja)
JPS62207788A (ja) 非酸化物系セラミツクスのメタライズ方法
JPH044268B2 (ja)
KR0180485B1 (ko) 질화 규소 소결체와 금속 접합체의 제조 방법
JPH06260263A (ja) セラミックスヒーターの製造方法
JPH07300374A (ja) 遮熱部材の接合構造及びその接合方法