JPH0723268B2 - セラミツクス−金属接合部材 - Google Patents
セラミツクス−金属接合部材Info
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- JPH0723268B2 JPH0723268B2 JP60196512A JP19651285A JPH0723268B2 JP H0723268 B2 JPH0723268 B2 JP H0723268B2 JP 60196512 A JP60196512 A JP 60196512A JP 19651285 A JP19651285 A JP 19651285A JP H0723268 B2 JPH0723268 B2 JP H0723268B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、セラミックスと金属の接合部材に関する。
窒化ケイ素、炭化ケイ素、アルミナ等の各種セラミック
スは、夫々が備えた特異な性質を生かすことにより構造
部材、各種機能部材として広く利用され始じめている。
その多くの場合は、セラミックスそれ自体を単独で利用
するという態様である。こうしたセラミックスに金属を
接合できるとすれば、得られた部材は新たな機能を備え
た部材として一層広い分野での利用が可能になるものと
考えられる。
スは、夫々が備えた特異な性質を生かすことにより構造
部材、各種機能部材として広く利用され始じめている。
その多くの場合は、セラミックスそれ自体を単独で利用
するという態様である。こうしたセラミックスに金属を
接合できるとすれば、得られた部材は新たな機能を備え
た部材として一層広い分野での利用が可能になるものと
考えられる。
上述したセラミックス−金属接合部材において、それが
構造部品である場合にはセラミックスと金属の接合強度
は充分に高いことが要求され、一方機能部材である場合
にはセラミックスと金属の接合界面では連続性を有する
ことが要求される。しかしながら、一般にセラミックス
と金属とは各々原子結合状態が相違する材料であり、両
者の反応性などの化学的性質；熱膨張率；電気伝導度な
どの物質的性質が互に異なるため、両者の接合時におい
ては、接合界面での冶金的接合状態が形成され難い。
構造部品である場合にはセラミックスと金属の接合強度
は充分に高いことが要求され、一方機能部材である場合
にはセラミックスと金属の接合界面では連続性を有する
ことが要求される。しかしながら、一般にセラミックス
と金属とは各々原子結合状態が相違する材料であり、両
者の反応性などの化学的性質；熱膨張率；電気伝導度な
どの物質的性質が互に異なるため、両者の接合時におい
ては、接合界面での冶金的接合状態が形成され難い。
ところで、従来よりセラミックスと金属とを冶金的に接
合する方法としては、以下に示す種々の方法が知られて
いる。
合する方法としては、以下に示す種々の方法が知られて
いる。
セラミックスの金属と接合すべき面にMo−Ti−Ｗを
主成分とする粉末と有機バインダとの混合物を塗布し、
加湿した雰囲気中で1400〜1700℃に加熱して反応させ、
メタライジングと呼ばれる層を形成し、つづいてこのメ
タライジング層上にNiメッキを施した後、該Niメッキに
金属（例えばCu母材）をPb−Sn系半田などにより接合す
る方法。
主成分とする粉末と有機バインダとの混合物を塗布し、
加湿した雰囲気中で1400〜1700℃に加熱して反応させ、
メタライジングと呼ばれる層を形成し、つづいてこのメ
タライジング層上にNiメッキを施した後、該Niメッキに
金属（例えばCu母材）をPb−Sn系半田などにより接合す
る方法。
セラミックスと金属とをAu,Ptのような貴金属、つ
まり酸素との親和かが小さい金属を主成分とする合金を
用いて接合する方法。
まり酸素との親和かが小さい金属を主成分とする合金を
用いて接合する方法。
セラミックスと金属との接合部にTi,NbZrなどの活
性金属又は熱処理によって活性金属に転化する活性金属
水素化物を介在させた後、両者を高温、高圧下で接合す
る方法。
性金属又は熱処理によって活性金属に転化する活性金属
水素化物を介在させた後、両者を高温、高圧下で接合す
る方法。
しかしながら、上記の方法は必要とする行程数が多く
なり、煩雑であるという欠点を有する。上記の方法
は、簡単な工程で接合できるものの、高価な貴金属を使
用するため、経済的メリットは極めて少なく、しかもセ
ラミックスと金属とが十分に接触するように高い圧力を
必要とする。上記の方法は、活性金属の作用により強
固な接合が可能であるが、前記の方法と同様に高い接
合圧力を必要とするため、変形を嫌うような部品等には
適用することが好ましくない。
なり、煩雑であるという欠点を有する。上記の方法
は、簡単な工程で接合できるものの、高価な貴金属を使
用するため、経済的メリットは極めて少なく、しかもセ
ラミックスと金属とが十分に接触するように高い圧力を
必要とする。上記の方法は、活性金属の作用により強
固な接合が可能であるが、前記の方法と同様に高い接
合圧力を必要とするため、変形を嫌うような部品等には
適用することが好ましくない。
このような問題を解決するために、米国特許法第2,857,
663号明細書には次のような接合方法が開示されてい
る。この方法は遷移金属とセラミックスの接合部に活性
金属を介在させ、該接合部を遷移金属と活性金属の合金
の融点より高く、遷移金属の融点より低い温度に加熱
し、遷移金属と活性金属の原子を相互に拡散せしめて合
金化し、この合金によって遷移金属とセラミックスとを
接合する方法である。
663号明細書には次のような接合方法が開示されてい
る。この方法は遷移金属とセラミックスの接合部に活性
金属を介在させ、該接合部を遷移金属と活性金属の合金
の融点より高く、遷移金属の融点より低い温度に加熱
し、遷移金属と活性金属の原子を相互に拡散せしめて合
金化し、この合金によって遷移金属とセラミックスとを
接合する方法である。
しかしながら、上記方法では得られたセラミックス−金
属接合部材を冷却する過程でセラミックスにクラックが
頻発するという問題がある。これは、セラミックスと金
属との間に発生する熱応力に基づく現象である。例え
ば、セラミックスがアルミナ、窒化ケイ素の場合、夫々
の線熱膨張係数は8.8×10-6／℃,2.5×10-6／℃であ
り、Cu,Ni,Feなどに比べてその値は約１桁小さいもの
で、両者の接合部に発生する熱応力は大きくなる。しか
も、熱応力は接合時の温度と冷却時の温度（室温）との
差が大きければ大きいほど増大する。従って、熱応力を
減ずるためには接合時の温度を低めることが求められ、
そのことは接合時に低融点のろう材の使用が要求される
ことになる。
属接合部材を冷却する過程でセラミックスにクラックが
頻発するという問題がある。これは、セラミックスと金
属との間に発生する熱応力に基づく現象である。例え
ば、セラミックスがアルミナ、窒化ケイ素の場合、夫々
の線熱膨張係数は8.8×10-6／℃,2.5×10-6／℃であ
り、Cu,Ni,Feなどに比べてその値は約１桁小さいもの
で、両者の接合部に発生する熱応力は大きくなる。しか
も、熱応力は接合時の温度と冷却時の温度（室温）との
差が大きければ大きいほど増大する。従って、熱応力を
減ずるためには接合時の温度を低めることが求められ、
そのことは接合時に低融点のろう材の使用が要求される
ことになる。
上述した問題点に対して特開昭56−163093号の接合方法
の提案や活性金属を含むろう材をセラミックスと金属の
両者に拡散せしめて構成した接合部材の開発がなされて
いる。しかしながら、これらの方法は複雑な工程、長時
間の熱処理が不可避であるため、生産性等の点で問題が
あり、しかもセラミックスと金属間の熱応力の緩和には
必ずしも有効ではない。
の提案や活性金属を含むろう材をセラミックスと金属の
両者に拡散せしめて構成した接合部材の開発がなされて
いる。しかしながら、これらの方法は複雑な工程、長時
間の熱処理が不可避であるため、生産性等の点で問題が
あり、しかもセラミックスと金属間の熱応力の緩和には
必ずしも有効ではない。
上記手法の適用時における応力緩和を果たすための方法
としては、セラミックスと金属の間に軟質金属層を介在
させ、その塑性変形及び弾性変形によって熱応力を緩和
する方法（特開昭56−41879号）、セラミックスと金属
の間に線膨張率が両者の中間の値を有する材料の層を介
在させる方法（特開昭55−113678号）、セラミックスか
ら金属にかけて線膨張率が小から大へと変化する複数の
層を順次積層して介在させる方法（特開昭55−7544号）
などが開示されている。
としては、セラミックスと金属の間に軟質金属層を介在
させ、その塑性変形及び弾性変形によって熱応力を緩和
する方法（特開昭56−41879号）、セラミックスと金属
の間に線膨張率が両者の中間の値を有する材料の層を介
在させる方法（特開昭55−113678号）、セラミックスか
ら金属にかけて線膨張率が小から大へと変化する複数の
層を順次積層して介在させる方法（特開昭55−7544号）
などが開示されている。
しかしながら、活性金属を含むろう材での上記接合方法
の場合、接合面にかかる圧力によって、しばしば溶融ろ
う材が接合部からはみ出すことがある。このはみ出した
溶融ろう材の量が多くなると、凝固冷却する過程におい
て、セラミックスとろう材の熱膨張係数の差に基づく熱
応力によりセラミックスにクラックが生じることがあ
る。この現象を防止するためには、はみ出しがなく、か
つ接合部全面をろう材がぬらすのに必要な最適なろう材
の量（厚さ）を決めればよいが、用いる接合材料、接合
圧力、接合温度、雰囲気等の条件により、ろう材の最適
量を決めるのは非常に困難である。また、はみ出しを機
械的に防止する方法、例えばろう材とのぬれ性の悪い材
料を用いて接合部外周をシールする方法が考えられる
が、この方法はぬれ性の悪い材料の選定が困難であるば
かりか、接合工程の煩雑化を招くことになり、現実的な
方法とはいい難い。
の場合、接合面にかかる圧力によって、しばしば溶融ろ
う材が接合部からはみ出すことがある。このはみ出した
溶融ろう材の量が多くなると、凝固冷却する過程におい
て、セラミックスとろう材の熱膨張係数の差に基づく熱
応力によりセラミックスにクラックが生じることがあ
る。この現象を防止するためには、はみ出しがなく、か
つ接合部全面をろう材がぬらすのに必要な最適なろう材
の量（厚さ）を決めればよいが、用いる接合材料、接合
圧力、接合温度、雰囲気等の条件により、ろう材の最適
量を決めるのは非常に困難である。また、はみ出しを機
械的に防止する方法、例えばろう材とのぬれ性の悪い材
料を用いて接合部外周をシールする方法が考えられる
が、この方法はぬれ性の悪い材料の選定が困難であるば
かりか、接合工程の煩雑化を招くことになり、現実的な
方法とはいい難い。
本発明は、高温での接合強度が高く、しかも熱影響によ
るセラミックスのクラック発生を防止したセラミックス
−金属接合部材を提供しようとするものである。
るセラミックスのクラック発生を防止したセラミックス
−金属接合部材を提供しようとするものである。
本発明者らは、セラミックスと金属との間に応力緩衝部
材を介在せしめて全体をろう材で接合した接合部材につ
いて鋭意研究を重ねた結果、応力緩衝部材として粒子分
散強化型複合層を用いることによって、記述の如く高温
での接合強度が高く、しかも熱影響によるセラミックス
のクラック発生を防止したセラミックス−金属接合部材
を見い出した。
材を介在せしめて全体をろう材で接合した接合部材につ
いて鋭意研究を重ねた結果、応力緩衝部材として粒子分
散強化型複合層を用いることによって、記述の如く高温
での接合強度が高く、しかも熱影響によるセラミックス
のクラック発生を防止したセラミックス−金属接合部材
を見い出した。
すなわち、本発明に係わるセラミックス−金属接合部材
はセラミックスと金属の接合面に粒子分散強化型複合層
を介在させて接合され、かつ前記複合層は空孔率が１〜
30体積％でマトリックス金属中の粒子分散率が２〜12体
積％であることを特徴とするものである。
はセラミックスと金属の接合面に粒子分散強化型複合層
を介在させて接合され、かつ前記複合層は空孔率が１〜
30体積％でマトリックス金属中の粒子分散率が２〜12体
積％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、例えばAl2O3，ZrO2などの
酸化物系セラミックス、SiC,TiCなどの炭化物系セラミ
ックス、Si3N4,AlNなどの窒化物系セラミックス等を挙
げることができる。
酸化物系セラミックス、SiC,TiCなどの炭化物系セラミ
ックス、Si3N4,AlNなどの窒化物系セラミックス等を挙
げることができる。
上記金属としては、例えばFe,Ni,Co,Ti,Mo,W,Nb,Ta,Zr
又はこれらの合金等を挙げることができる。
又はこれらの合金等を挙げることができる。
上記粒子分散強化型複合層は、粉末冶金法や内部酸化法
により得ることができる。かかる複合層のマトリックス
金属としては、例えばAl,Cu,Ni,Fe,Co,Ti,Zrなどを挙げ
ることができる。また、分散粒子としては例えばZrO2，
CeO2，TiO2，SiO2，ThO2，Al2O3などを挙げることがで
き、かつその粒経は10μｍ以下が好ましく、小さければ
小さいほど効果的である。
により得ることができる。かかる複合層のマトリックス
金属としては、例えばAl,Cu,Ni,Fe,Co,Ti,Zrなどを挙げ
ることができる。また、分散粒子としては例えばZrO2，
CeO2，TiO2，SiO2，ThO2，Al2O3などを挙げることがで
き、かつその粒経は10μｍ以下が好ましく、小さければ
小さいほど効果的である。
この際、粒子間距離が小さくなると、耐力が上がり、特
に高温での機械的強度が向上する。
に高温での機械的強度が向上する。
上記粒子分散強化型複合層の粒子分散率を限定したの
は、次のような理由によるものである。前記粒子分散率
を２体積％未満にすると、高温でのせん断強度が低下す
る。一方、前記粒子分散率が12体積％を越えると複合層
自体が硬くなり過ぎて応力緩和作用が不十分になる。
は、次のような理由によるものである。前記粒子分散率
を２体積％未満にすると、高温でのせん断強度が低下す
る。一方、前記粒子分散率が12体積％を越えると複合層
自体が硬くなり過ぎて応力緩和作用が不十分になる。
上記粒子分散強化型複合層の空孔率を限定したのは、次
のような理由によるものである。前記空孔率を１体積％
未満にすると、応力緩和作用を十分に発揮できなくな
る。一方、前記空孔率が30体積％を越えるとせん断強度
の低下を招く。より好ましい空孔率は、１〜10体積％で
ある。
のような理由によるものである。前記空孔率を１体積％
未満にすると、応力緩和作用を十分に発揮できなくな
る。一方、前記空孔率が30体積％を越えるとせん断強度
の低下を招く。より好ましい空孔率は、１〜10体積％で
ある。
上記粒子分散強化型複合層（空孔を有するものも含む）
の厚さは、0.3mm以上にすることが望ましい。この理由
は、該複合層の厚さを0.3mm未満にすると、セラミック
スと金属との間に発生する熱応力を有効に吸収すること
が難しくなり、接合部の強度が著しく低下したり、セラ
ミックスにクラックが発生する恐れがある。
の厚さは、0.3mm以上にすることが望ましい。この理由
は、該複合層の厚さを0.3mm未満にすると、セラミック
スと金属との間に発生する熱応力を有効に吸収すること
が難しくなり、接合部の強度が著しく低下したり、セラ
ミックスにクラックが発生する恐れがある。
このような粒子分散強化型複合層において、熱応力の吸
収に大きく寄与するのは、次のような作用によるもので
ある。
収に大きく寄与するのは、次のような作用によるもので
ある。
（イ）マトリックス金属の硬さがHv80以上になる可能性
のあるNi,Fe,Co又はこれらの合金等で構成された粒子分
散強化型複合層中に無数に分散する微細空孔が熱応力を
吸収する。つまり、セラミックスと金属との熱膨張差か
ら生じる熱歪みを空孔部にて吸収する。
のあるNi,Fe,Co又はこれらの合金等で構成された粒子分
散強化型複合層中に無数に分散する微細空孔が熱応力を
吸収する。つまり、セラミックスと金属との熱膨張差か
ら生じる熱歪みを空孔部にて吸収する。
（ロ）軟質のマトリックス金属、例えば硬さHv80以下の
Cu,Al等又はこれらの合金の塑性変形又は弾性変形によ
り熱応力を吸収する。
Cu,Al等又はこれらの合金の塑性変形又は弾性変形によ
り熱応力を吸収する。
上記（イ）の空孔率が大きい場合、粒子分散強化型複合
層の強度が低下するため、強度低下を防ぐ目的で粒子分
散量を増大させ、一方空孔率が小さい場合、粒子分散量
を減少させるなどを行なって最も熱応力を緩和し、かつ
強度が向上する空孔率と粒子分散量を選択する。
層の強度が低下するため、強度低下を防ぐ目的で粒子分
散量を増大させ、一方空孔率が小さい場合、粒子分散量
を減少させるなどを行なって最も熱応力を緩和し、かつ
強度が向上する空孔率と粒子分散量を選択する。
以下、本発明の実施例を説明する。
実施例１ まず、直径13mm、厚さ5mmの窒化ケイ素円柱体、直径13m
m、厚さ5mmの構造用炭素鋼（JIS,S45C）の円板を用意し
た。また、直径15mm、厚さ0.8mmのNi−３重量％Al2O3の
粒子分散強化型複合板（密度92〜93％、Al2O3の粒径0.0
5μｍ）を用意した。
m、厚さ5mmの構造用炭素鋼（JIS,S45C）の円板を用意し
た。また、直径15mm、厚さ0.8mmのNi−３重量％Al2O3の
粒子分散強化型複合板（密度92〜93％、Al2O3の粒径0.0
5μｍ）を用意した。
次いで、前記窒化ケイ素円柱体と炭素鋼円板の間に前記
複合板を介在させ、該窒化ケイ素円柱体と複合板の間及
び複合板と炭素鋼円板の間に夫々厚さ３μｍのTi箔とCu
箔を挾んで重ね合せた後、10kg/cm2の圧力を加えながら
５×10-5Torr、950℃×４分間の条件で保持し、ひきつ
づきアルゴンガス中で冷却して窒化ケイ素−炭素鋼接合
部材を得た。
複合板を介在させ、該窒化ケイ素円柱体と複合板の間及
び複合板と炭素鋼円板の間に夫々厚さ３μｍのTi箔とCu
箔を挾んで重ね合せた後、10kg/cm2の圧力を加えながら
５×10-5Torr、950℃×４分間の条件で保持し、ひきつ
づきアルゴンガス中で冷却して窒化ケイ素−炭素鋼接合
部材を得た。
得られた接合部材について、接合面にせん断応力を加
え、室温から600℃までのせん断強さを測定した。ま
た、比較例１として粒子分散強化型複合板の代りに厚さ
0.8mmの純Ni板を用いた以外、実施例１と同条件で接合
した窒化ケイ素−炭素鋼接合部材を造り、同様にせん断
強さを測定した。これらの結果を図に示した。なお、図
中のA,Bは本実施例1,比較例１の接合部材の特性線を夫
々示す。
え、室温から600℃までのせん断強さを測定した。ま
た、比較例１として粒子分散強化型複合板の代りに厚さ
0.8mmの純Ni板を用いた以外、実施例１と同条件で接合
した窒化ケイ素−炭素鋼接合部材を造り、同様にせん断
強さを測定した。これらの結果を図に示した。なお、図
中のA,Bは本実施例1,比較例１の接合部材の特性線を夫
々示す。
図から明らかなように、本実施例１における接合部材
は、せん断強さが室温から600℃においていずれも11kg/
mm2以上であって、窒化ケイ素と炭素鋼の熱応力を充分
に緩和されていることが推定される。これに対し、比較
例１の場合は、室温から200℃において１〜2kg/mm2のせ
ん断強さが認められたが、接合部材の窒化ケイ素には既
にクラックが生じており、純Ni板では熱応力の緩和が充
分になされていないことがわかる。なお、300℃以上に
おいては、測定そのものができなかった。
は、せん断強さが室温から600℃においていずれも11kg/
mm2以上であって、窒化ケイ素と炭素鋼の熱応力を充分
に緩和されていることが推定される。これに対し、比較
例１の場合は、室温から200℃において１〜2kg/mm2のせ
ん断強さが認められたが、接合部材の窒化ケイ素には既
にクラックが生じており、純Ni板では熱応力の緩和が充
分になされていないことがわかる。なお、300℃以上に
おいては、測定そのものができなかった。
実施例２ 実施例１と同様な窒化ケイ素円柱体と炭素鋼円板の間に
下記第１表に示す厚さ、密度の異なる直径15mmのCu−３
重量％Al2O3の粒子分散強化型複合板（Al2O3の粒径0.05
μｍ）を夫々介在させ、該窒化ケイ素円柱体と複合板の
間及び複合板と炭素鋼円板の間に厚さ10μｍのAg箔、３
μｍのTi箔を挾んで重ね合せた後、1kg/cm2の圧力を加
えながら５×10-5Torr,850℃×６分間の条件で保持し、
ひきつづきアルゴンガス中で冷却して６種の窒化ケイ素
−炭素鋼接合部材を得た。
下記第１表に示す厚さ、密度の異なる直径15mmのCu−３
重量％Al2O3の粒子分散強化型複合板（Al2O3の粒径0.05
μｍ）を夫々介在させ、該窒化ケイ素円柱体と複合板の
間及び複合板と炭素鋼円板の間に厚さ10μｍのAg箔、３
μｍのTi箔を挾んで重ね合せた後、1kg/cm2の圧力を加
えながら５×10-5Torr,850℃×６分間の条件で保持し、
ひきつづきアルゴンガス中で冷却して６種の窒化ケイ素
−炭素鋼接合部材を得た。
しかして、本実施例２〜７の接合部材について、接合面
に600℃でせん断応力を加え、高温せん断強さを測定し
た。その結果を同第１表に併記した。なお、第１表中に
は粒子分散強化型複合板の代りに厚さの異なる無酸素銅
板を用いて実施例２と同様な方法により得た４種の窒化
ケイ素−炭素鋼接合部材の高温せん断強さを比較例２〜
５として併記した。
に600℃でせん断応力を加え、高温せん断強さを測定し
た。その結果を同第１表に併記した。なお、第１表中に
は粒子分散強化型複合板の代りに厚さの異なる無酸素銅
板を用いて実施例２と同様な方法により得た４種の窒化
ケイ素−炭素鋼接合部材の高温せん断強さを比較例２〜
５として併記した。
上記第１表より明らかな如く、本実施例の接合部材のせ
ん断強さは粒子分散強化型複合板の厚さが0.1mmでは0.2
kg/mm2と極めて低く、熱応力の緩和がほとんどなされて
いない。同複合板の厚さが0.3mmとなると、熱応力の緩
和が進み、約3.6kg/mm2の強さが得られる。更に厚さが
増加し、0.8mmになると、せん断強さは約85kg/mm2に達
する。但し、厚さ0.8mmでも複合板の密度が低くなると
（実施例7;密度78.8％）、せん断強さが低下する。しか
し、この値は約5.9kg/mm2で、比較例に対し、高い値に
なっている。比較例２〜５でのせん断強さは最大で約3.
7kg/mm2であり、実施例の約44％しか得られない。
ん断強さは粒子分散強化型複合板の厚さが0.1mmでは0.2
kg/mm2と極めて低く、熱応力の緩和がほとんどなされて
いない。同複合板の厚さが0.3mmとなると、熱応力の緩
和が進み、約3.6kg/mm2の強さが得られる。更に厚さが
増加し、0.8mmになると、せん断強さは約85kg/mm2に達
する。但し、厚さ0.8mmでも複合板の密度が低くなると
（実施例7;密度78.8％）、せん断強さが低下する。しか
し、この値は約5.9kg/mm2で、比較例に対し、高い値に
なっている。比較例２〜５でのせん断強さは最大で約3.
7kg/mm2であり、実施例の約44％しか得られない。
実施例８ まず、下記第２表に示す寸法の正方形で厚さ2mmの窒化
ケイ素板、同第２表に示す寸法の正方形で厚さ10mmの構
造用炭素鋼板を用意した。各々窒化ケイ素板と同寸法で
厚さ1.0mmのNi−３重量％Al2O3の粒子分散強化型複合板
（密度92〜93％、Al2O3粒径0.05μｍ）を用意した。
ケイ素板、同第２表に示す寸法の正方形で厚さ10mmの構
造用炭素鋼板を用意した。各々窒化ケイ素板と同寸法で
厚さ1.0mmのNi−３重量％Al2O3の粒子分散強化型複合板
（密度92〜93％、Al2O3粒径0.05μｍ）を用意した。
次いで、前記各窒化ケイ素板と各炭素鋼板の間に前記複
合板を夫々の窒化ケイ素板の寸法に対応して介在させ、
これら窒化ケイ素板と複合板の間及び複合板と炭素鋼板
の間に厚さ３μｍのTi箔とCu箔を挾んで重ね合せた後、
実施例１と同様な条件で処理して10種の窒化ケイ素−炭
素鋼接合部材を得た。
合板を夫々の窒化ケイ素板の寸法に対応して介在させ、
これら窒化ケイ素板と複合板の間及び複合板と炭素鋼板
の間に厚さ３μｍのTi箔とCu箔を挾んで重ね合せた後、
実施例１と同様な条件で処理して10種の窒化ケイ素−炭
素鋼接合部材を得た。
得られた接合部材の外観（窒化ケイ素のクラック発生の
有無）を観察した。その結果を、同第２表に併記した。
なお、第２表中には複合板の代りにそれら複合板と同一
寸法の純Ni板を用いた以外、実施例８と同様な方法で得
た窒化ケイ素−炭素鋼接合部材の外観観察結果を比較例
６として併記した。
有無）を観察した。その結果を、同第２表に併記した。
なお、第２表中には複合板の代りにそれら複合板と同一
寸法の純Ni板を用いた以外、実施例８と同様な方法で得
た窒化ケイ素−炭素鋼接合部材の外観観察結果を比較例
６として併記した。
上記第２表より明らかな如く、本実施例８において窒化
ケイ素板の接合面が□80mmまでクラックが生じず、粒子
分散強化型複合板による高い熱応力緩和効果が認められ
る。これに対し、比較例６の場合、窒化ケイ素板の接合
面が□10mmのみでクラックが生じないが、それ以上の大
面積になるとクラックが発生し、純Ni板による熱応力緩
和効果が十分でないことがわかる。
ケイ素板の接合面が□80mmまでクラックが生じず、粒子
分散強化型複合板による高い熱応力緩和効果が認められ
る。これに対し、比較例６の場合、窒化ケイ素板の接合
面が□10mmのみでクラックが生じないが、それ以上の大
面積になるとクラックが発生し、純Ni板による熱応力緩
和効果が十分でないことがわかる。
実施例９ まず、下記第３表に示す寸法の正方形で厚さ2mmの窒化
ケイ素板、同第３表に示す寸法の正方形で厚さ10mmの構
造用炭素鋼板を用意した。各々窒化ケイ素板と同寸法で
厚さ1.0mmのCu−３重量％Al2O3の粒子分散強化型複合板
（密度99.0％、Al2O3粒径0.05μｍ）を用意した。
ケイ素板、同第３表に示す寸法の正方形で厚さ10mmの構
造用炭素鋼板を用意した。各々窒化ケイ素板と同寸法で
厚さ1.0mmのCu−３重量％Al2O3の粒子分散強化型複合板
（密度99.0％、Al2O3粒径0.05μｍ）を用意した。
次いで、前記各窒化ケイ素板と各炭素鋼板の間に前記複
合板を夫々の窒化ケイ素板の寸法に対応して介在させ、
これら窒化ケイ素板と複合板の間及び複合板と炭素鋼板
の間に厚さ10μｍのAg箔と３μｍのTi箔を挾んで重ね合
せた後、実施例２と同様な条件で処理して９種の窒化ケ
イ素−炭素鋼接合部材を得た。
合板を夫々の窒化ケイ素板の寸法に対応して介在させ、
これら窒化ケイ素板と複合板の間及び複合板と炭素鋼板
の間に厚さ10μｍのAg箔と３μｍのTi箔を挾んで重ね合
せた後、実施例２と同様な条件で処理して９種の窒化ケ
イ素−炭素鋼接合部材を得た。
得られた各接合部材の外観（窒化ケイ素板のクラック発
生の有無）を観察した。その結果を、同第３表に併記し
た。なお、第３表中には複合板の代りにそれら複合板と
同一寸法のリン脱酸銅（JIC C1221P）板を用いた以外、
実施例９と同様な方法で得た窒化ケイ素−炭素鋼接合部
材の外観観察結果を比較例７として併記した。
生の有無）を観察した。その結果を、同第３表に併記し
た。なお、第３表中には複合板の代りにそれら複合板と
同一寸法のリン脱酸銅（JIC C1221P）板を用いた以外、
実施例９と同様な方法で得た窒化ケイ素−炭素鋼接合部
材の外観観察結果を比較例７として併記した。
上記第３表より明らかな如く、本実施例９において窒化
ケイ素板の接合面が□130mmと大面積になってもクラッ
ク発生は起きず、粒子分散強化型複合板（Cu−３重量％
Al2O3）による高い熱応力緩和効果が認められる。これ
に対し、比較例７の場合、窒化ケイ素板の接合面が□20
mmまでのみクラックが生じないが、それ以上の大面積に
なるとクラックが発生する。
ケイ素板の接合面が□130mmと大面積になってもクラッ
ク発生は起きず、粒子分散強化型複合板（Cu−３重量％
Al2O3）による高い熱応力緩和効果が認められる。これ
に対し、比較例７の場合、窒化ケイ素板の接合面が□20
mmまでのみクラックが生じないが、それ以上の大面積に
なるとクラックが発生する。
以上詳述した如く、本発明によれば高温での接合強度が
高く、しかも熱影響によるセラミックスのクラック発生
（特に大面積の接合面でのクラック発生）を防止でき、
ひいては各種の構造部材、機能部材として有用な高信頼
性のセラミックス−金属接合部材を提供できる。
高く、しかも熱影響によるセラミックスのクラック発生
（特に大面積の接合面でのクラック発生）を防止でき、
ひいては各種の構造部材、機能部材として有用な高信頼
性のセラミックス−金属接合部材を提供できる。
図面は、本実施例１及び比較例１の窒化ケイ素−炭素鋼
接合部材の接合面に温度を加えてせん断強さを測定する
ことにより得た特性図である。
接合部材の接合面に温度を加えてせん断強さを測定する
ことにより得た特性図である。
───────────────────────────────────────────────────── 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 株 式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−65773（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−246279（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】セラミックスと金属の接合面に粒子分散強
化型複合層を介在させて接合され、かつ前記複合層は空
孔率が１〜30体積％でマトリックス金属中の粒子分散率
が２〜12体積％であることを特徴とするセラミックス−
金属接合部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60196512A JPH0723268B2 (ja) | 1985-09-05 | 1985-09-05 | セラミツクス−金属接合部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60196512A JPH0723268B2 (ja) | 1985-09-05 | 1985-09-05 | セラミツクス−金属接合部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6256379A JPS6256379A (ja) | 1987-03-12 |
| JPH0723268B2 true JPH0723268B2 (ja) | 1995-03-15 |
Family
ID=16358978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60196512A Expired - Lifetime JPH0723268B2 (ja) | 1985-09-05 | 1985-09-05 | セラミツクス−金属接合部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0723268B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4227284A4 (en) * | 2020-10-07 | 2025-09-03 | Toshiba Kk | BONDED BODY, CERAMIC CIRCUIT SUBSTRATE AND SEMICONDUCTOR DEVICE |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60246279A (ja) * | 1984-05-21 | 1985-12-05 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | セラミツク体と金属体との接合構造 |
-
1985
- 1985-09-05 JP JP60196512A patent/JPH0723268B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6256379A (ja) | 1987-03-12 |
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