JPH10167851A - 金属とセラミックスの接合方法 - Google Patents

金属とセラミックスの接合方法

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JPH10167851A
JPH10167851A JP8340579A JP34057996A JPH10167851A JP H10167851 A JPH10167851 A JP H10167851A JP 8340579 A JP8340579 A JP 8340579A JP 34057996 A JP34057996 A JP 34057996A JP H10167851 A JPH10167851 A JP H10167851A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 接合部の気密性が高く、かつ、生産性の高い
金属とセラミックスの接合方法を提供する。 【解決手段】 金属とセラミックスの接合方法である。
金属部材1の表面にアルミニウム成分を含有する潤滑剤
2を塗布し、金属部材1の潤滑剤塗布側にセラミックス
部材3を熱圧接合する。熱圧接合は、500〜600
℃、0.5〜5.0Kg/mm2の条件で5〜15分間
保持の条件下で行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】 本発明は、金属とセラミッ
クスを接合する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】 従来、金属とセラミックスを接合する
方法としては、銀ロウ、銅ロウ等のロウ材、チタン、ジ
ルコニウム等の活性金属ロウを用いて接合する方法、若
しくはセラミックス表面に金属膜を焼き付けた後に金属
とセラミックスを接合する方法等が知られている。これ
らの方法においては、金属とセラミックスとの熱膨張係
数の差に基づき接合部に歪みが発生して亀裂が生じた
り、接合部の気密性が悪く内容物が漏出する場合がある
という問題点があった。
【0003】 そこで、この接合部の歪みによる亀裂を
防止し、接合部の気密性を高めるために、金属とセラミ
ックスをガラスを介して接合する、いわゆるガラスソル
ダー法が提案されている(特開平2−121270号公
報)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、ガラ
スソルダー法は、接合部の歪みを防止して亀裂が生じる
のを防ぐ点で有効であり、接合部の気密性も高いもの
の、接合面にガラス成分を塗布後焼成してガラス被覆層
を形成し、次いで熱圧接合する必要があり、その経済性
および簡便性、すなわち生産性に若干の問題があった。
【0005】 本発明は、このような従来技術の問題に
鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、
金属とセラミックスを安価にかつ簡便に接合でき、接合
部の気密性が高く、かつ、生産性の高い接合方法を提供
することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】 本発明によれば、アル
ミニウム成分を含有する潤滑剤を接合剤として使用する
ことを特徴とする金属とセラミックスの接合方法が提供
される。また、本発明によれば、アルミニウム成分を含
有する潤滑剤を表面に塗布した金属部材を、この金属部
材の潤滑剤塗布側にセラミックス部材を熱圧接合するこ
とを特徴とする金属とセラミックスの接合方法が提供さ
れる。さらに、本発明によれば、アルミニウム成分を含
有する潤滑剤を表面に塗布した金属部材を塑性加工した
後、この金属部材の潤滑剤塗布側にセラミックス部材を
熱圧接合することを特徴とする金属とセラミックスの接
合方法が提供される。
【0007】 また、本発明においては、金属部材がア
ルミニウム又はアルミニウムを含有する材質からなるこ
とが好ましく、セラミックス部材がアルミナ又はアルミ
ナを含有する材質からなることが好ましい。さらに、本
発明においては、塑性加工が、押し出し、引き抜き、プ
レス若しくは圧延加工であることが好ましい。さらにま
た、本発明においては、熱圧接合が、500〜600
℃、0.5〜5.0Kg/mm2、5〜15分間保持の
条件下で行われることが好ましい。
【0008】
【発明の実施の形態】 本発明では、アルミニウム成分
を含有する潤滑剤を接合剤として使用する。より具体的
には、金属部材の潤滑剤塗布面にセラミックス部材を熱
圧接合し、若しくは金属部材の潤滑剤塗布面を塑性加工
面とし、次いで、その加工面側にセラミックス部材を熱
圧接合する。このようにして、金属とセラミックスとを
接合することにより、従来に比し、より簡便に、気密性
が良好で強固に接合された金属−セラミックス複合材を
製造することができる。
【0009】 潤滑剤とは、通常、摩擦面を潤滑し、機
械効率の向上を図るために用いる物質をいい、塑性加工
の際には型面の滑りをよくし、焼き付きの防止、摩擦摩
耗の低下を図る等の目的で塗布するが、本発明では、こ
れら通常の目的以外に金属とセラミックスの接合を目的
として潤滑剤を用いる。
【0010】 潤滑剤の組成としては、ガラス形成成分
であるアルミニウム成分を主体とするものを用いる。例
えば、アルミニウムを主成分とする金属セッケンであっ
てカルシウム、珪素、塩素、ナトリウム、硫黄を含むも
の、アルミニウムと珪素を主成分とする金属セッケンで
あってナトリウム、鉄、硫黄、カルシウムを含むもの、
アルミニウムを主成分とする潤滑ガラスであってアルミ
ナ、シリカ、酸化カルシウム、酸化ナトリウムを含むも
の、アルミニウムと黒鉛を主成分とする潤滑ガラスであ
ってアルミナ、シリカ、酸化カルシウムを含むもの、ア
ルミニウムとナトリウムを主成分とする潤滑ガラスであ
ってカルシウム、珪素、鉄、亜鉛を含むもの等を用いる
ことができる。
【0011】 また、潤滑剤は、金属部材及び/又はセ
ラミックス部材の接合しようとする表面を被覆すればよ
く、その被覆層の厚みは、通常、1〜5μmである。さ
らに、被覆の方法としては、接合の際に塗布等の方法に
より被覆することもでき、金属部材の塑性加工の際に加
工面に塗布したものをそのまま用いることもできる。
【0012】 塑性加工とは、金属材料に塑性変形を加
えて所望の形状、寸法の製品を得る加工をいい、例え
ば、圧延、鍛造、板状成形等の加工法が含まれるが、本
発明においては、潤滑剤を部材表面に均一に薄膜として
被覆できることから、押し出し、引き抜き、プレス、圧
延の加工法であることが好ましい。
【0013】 また、本発明においては、金属部材、セ
ラミックス部材とも材質は制限されず種々のものが使用
できるが、金属部材はアルミニウム又はアルミニウム合
金部材を用い、セラミックス部材はアルミナセラミック
スを用いることが好ましい。潤滑剤、金属部材、セラミ
ックス部材の全てについてアルミニウム成分を含有する
ものを用いることで、各部材間の親和性が向上し、接合
が強固なものとなる。
【0014】 熱圧接合とは、接合する部材の融点以下
の適当な温度で接合部に圧力を加え、接合部に生じる塑
性流動により接合する方法をいう。本発明では、例えば
図1に示すように、接合すべき面が潤滑剤2で被覆され
ている金属部材1とセラミックス3に適当な温度と圧力
を加えることにより行う。熱圧接合の条件としては、5
00〜600℃、0.5〜5.0Kg/mm2で5〜1
5分間保持することが好ましい。なお、熱圧接合は、真
空中、不活性ガス中、大気中において行うことができる
が、真空中若しくは不活性ガス中であることが好まし
い。ここで、不活性ガスとしては、アルゴン、ヘリウム
等の他、窒素も用いることができる。
【0015】 以上に示した本発明の方法により、金属
部材1の接合しようとする面を潤滑剤で被覆し、セラミ
ックス部材3と熱圧接合すると、図2に示すように、接
合面に1〜3μm程度の非晶質ガラス4の薄膜が生成す
る。この非晶質ガラス層を介して、金属部材とセラミッ
クスが強固に接合される。
【0016】 なお、本発明の方法は、ガラス層を介し
て金属とセラミックスを接合する点においてガラスソル
ダー法と類似しているが、以下の点において相違するも
のである。ガラスソルダー法は、熱圧接合をする前処理
として、ガラスゾルの調合、粘度調整、接合面への塗布
〜乾燥(数回繰り返し)、焼成という処理を行う必要が
ある一方、本発明においては、接合面を潤滑剤で被覆す
るのみで、セラミックスと熱圧接合することが可能であ
る。したがって、大幅に工程の短縮が可能であり、手間
と時間と原料費を節約でき、生産性の向上に寄与でき
る。また、ガラスソルダー法より薄いガラス層が形成で
きるため接合が強固である。
【0017】
【実施例】 以下に、本発明について実施例により詳し
く説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではない。 (実施例1) アルミニウムとナトリウムを主成分と
し、カルシウム、珪素、鉄を含む潤滑ガラス5を、図3
に示すように、A3003アルミニウム圧延板6の接合
すべき面に塗布した。該アルミニウム圧延板とアルミナ
からなるセラミックス板を、真空中において、接合温度
530〜550℃、接合圧力1.5〜2.5Kg/mm
2の条件で10分保持し、熱圧接合を行った。
【0018】 その結果、接合面に1〜3μmの厚みで
非晶質ガラスが生成した。図4として添付した光学顕微
鏡による接合部の断面組織の写真に示すように、接合部
には隙間等の欠陥はなく、金属とセラミックスが強固に
接合されていることが分かる。また、ガラス層の組成
は、電子線回折、組成分析等の手法を用いることによ
り、アルミナ−シリカ−酸化カルシウムが主成分で酸化
鉄、酸化ナトリウムを含有する複合酸化物であることを
確認した。
【0019】 この接合体について、ヘリウムガスを用
いて気密性試験を行った結果、ガスの漏出はなく気密性
は良好であった。尚、気密性試験は、次のようにして行
った。試験装置としてヘリウムリークディテクターを用
い、接合部を測定箇所にセットし、真空となったことを
確認した上で、その接合部位にヘリウムガスを吹き付け
る。この時の真空度が変化しなければ、リークがなく気
密性良好と判断する。
【0020】(実施例2) アルミニウムを主成分と
し、カルシウム、珪素、塩素、ナトリウム、硫黄を含む
金属セッケンを接合すべき面に塗布したA3003アル
ミニウム圧延板とアルミナからなるセラミックス板を、
実施例1と同一条件で、熱圧接合を行った。その結果、
実施例1と同様に接合面に非晶質ガラスが生成した。こ
の接合体について、上記の気密性試験を行った結果、ガ
スの漏出はなく気密性は良好であった。
【0021】(比較例1) アルミニウムを主成分とし
た潤滑剤の代わりに、同様に潤滑剤として用いられる黒
鉛を塗布したA3003アルミニウム圧延板とアルミナ
からなるセラミックス板を、実施例1と同一条件で、熱
圧接合を行った。この接合体について、上記の気密性試
験を行った結果、ヘリウムガスの漏出が認められ気密性
は不良だった。
【0022】(比較例2) 全く潤滑剤を塗布していな
いA3003アルミニウム圧延板とアルミナからなるセ
ラミックス板を、実施例1と同一条件で、熱圧接合を行
った。この接合体について、上記の気密性試験を行った
結果、ヘリウムガスの漏出が認められ気密性は不良だっ
た。
【0023】
【発明の効果】 以上説明したように、本発明では、接
合面を潤滑剤で被覆して熱圧接合をするという非常に簡
便な方法により金属部材とセラミックスを接合すること
が可能である。このため、活性金属、ガラス等のロウ剤
を使用する必要もなく、表面を加工する工程を省略でき
る、従来技術と比較して安価で工程が簡略化された生産
性の高い接合方法である。その一方、接合面の気密性は
良好であり非常に利用価値が高いものとなっている。
【0024】 また通常、金属部材の塑性加工の際には
加工時の摩擦を減少させる等のため潤滑剤を使用してお
り、塑性加工後も金属部材表面に薄膜として残留付着し
ている。本発明によれば、該潤滑剤をそのまま利用して
金属部材とセラミックスを接合することも可能である。
この場合にあっては、潤滑剤の塗布の工程も必要としな
いため、従来技術に比べて飛躍的に生産性を向上させる
ことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 潤滑剤で被覆された金属部材とセラミックス
を熱圧接合している形態を示す模式図である。
【図2】 本発明の一の実施形態を示す模式図である。
【図3】 金属部材に潤滑剤を塗布している形態を示す
模式図である。
【図4】 セラミックスと接合した金属部材の断面の金
属組織を示す光学顕微鏡写真である。
【符号の説明】
1…金属部材、2…潤滑剤、3…セラミックス、4…非
晶質ガラス、5…潤滑ガラス、6…アルミニウム圧延板

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミニウム成分を含有する潤滑剤を接
    合剤として使用することを特徴とする金属とセラミック
    スの接合方法。
  2. 【請求項2】 アルミニウム成分を含有する潤滑剤を表
    面に塗布した金属部材を、この金属部材の潤滑剤塗布側
    にセラミックス部材を熱圧接合することを特徴とする金
    属とセラミックスの接合方法。
  3. 【請求項3】 アルミニウム成分を含有する潤滑剤を表
    面に塗布した金属部材を塑性加工した後、この金属部材
    の潤滑剤塗布側にセラミックス部材を熱圧接合すること
    を特徴とする金属とセラミックスの接合方法。
  4. 【請求項4】 金属部材がアルミニウム又はアルミニウ
    ムを含有する材質からなることを特徴とする請求項2又
    は3に記載の接合方法。
  5. 【請求項5】 セラミックス部材がアルミナ又はアルミ
    ナを含有する材質からなることを特徴とする請求項2又
    は3に記載の接合方法。
  6. 【請求項6】 塑性加工が、押し出し、引き抜き、プレ
    ス若しくは圧延加工である請求項3記載の接合方法。
  7. 【請求項7】 熱圧接合が、500〜600℃、0.5
    〜5.0Kg/mm2、5〜15分間保持の条件下で行
    われることを特徴とする請求項2又は3に記載の接合方
    法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2011122406A1 (ja) * 2010-03-30 2011-10-06 株式会社村田製作所 金属ベース基板およびその製造方法
ES2493365R1 (es) * 2012-12-21 2015-05-14 Dario Toncelli Aparato y procedimiento para la fabricación de paneles

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